[发明专利]滚筒式高温粉体冷却装置

说明书

技术领域

本发明提供了一种工业过程高温粉体冷却装置，可用于动力发电(如循环流化床锅炉的高温灰渣冷却)、工业炉窑(如高温窑料冷却)、化工过程(如反应固体介质的冷却)以及其他高温粉体的冷却过程。 

背景技术

工业装置中的高温粉体携带大量物理显热，如不回收利用就会造成巨大的能量浪费。以火力发电厂循环流化床锅炉为例，若300MW循环流化床锅炉底渣排放量为100t/h，将这些灰渣由出炉温度冷却到略高于环境的温度，锅炉效率可以提高1％～2％，并且单台炉的燃料节省将达到(2～2.5)万吨/(5000～6000)小时。工业粉体(建材、石灰、粉体矿料)生产过程中的粉体冷却过程会直接影响到产品的产量和质量，组织好这类粉体废热的回收可以收到非常可观的经济效益。 

目前常规的粉体冷却装置都是采用表面式换热原理来运行的。 

以发电厂循环流化床锅炉的高温灰渣冷却装置为例。经过技术竞争和市场淘汰，目前只剩下流化床冷渣器和滚筒冷渣器两种。前者是利用流化床原理，在流化床中设置埋管受热面吸收高温灰渣的物理显热，后者是利用滚筒旋转使高温灰渣周期性地接触滚筒内表面的水冷壁放出物理显热。 

大型循环流化床锅炉使用的流化床冷渣器对颗粒尺寸十分敏感，一旦颗粒尺寸超过设计尺寸就会造成冷渣器塌床，进而引发锅炉停炉，经济损失巨大。因此，滚筒冷渣器得到了迅速的发展，其最大优点是对颗粒尺寸麻痹，只要锅炉能运行的颗粒都可以在滚筒中进行冷却。滚筒冷渣器缺点是传热系数低，冷却能力小，为满足锅炉排渣的冷却要求，必须采用增大传热面积的方法，由于受到一系列技术限制，目前常规的做法是加大滚筒冷渣器长度。这不仅妨碍锅炉正常运行及检修，还会占用部分消防通道，安全隐患巨大，同时材料耗量也会随之增大。 

现有的滚筒冷渣器有多种型式，如百叶式、多管式、螺旋式等。中国专利网显示，目前关丁流化床锅炉滚筒冷渣器的专利约有30个，这些冷渣器在换热方式上绝大部分是依靠高温灰渣与筒壁间的导热来进行的。部分冷渣器在结构上做出了改进，如徐杰等人的专利《滚筒式冷渣器》(专利号CN 201181175Y)，改变外筒内壁的扬料板结构，使得不与灰渣接触的换热面降低到约三分之一；任让等人的专利《扬料板滚筒冷渣器》(专利号CN 201181176Y)，改变了扬料板的结构，将其做成直板或下部弯折型，加大了颗粒物料的翻动程度；曹煦澄等人的专利《高效冷却滚筒式冷渣器》(专利号CN 200979169Y)，在导渣叶片上设置一根以上的水管，提高了冷却效果。在套筒式利水冷筒壁的基础上，这些专利主要是改进扬料板结构，使高温灰渣随着滚筒的转动到达滚筒内较高位置向下抛洒，有些还设法在筒内空间增加换热面来强化换热。这些专利解决的主要问题包含两个方面内容：第一，解决了灰渣最大限度跟随滚筒运动问题，即有效延长了灰渣有效传热的时间；第二，解决了滚筒冷渣器承压能力问题。前者主要反映在各种扬灰板，后者反映在夹套水冷结构基础上的水冷壁结构。 

虽然在结构上做出了各种改进，但灰渣冷却所依靠的主要还是灰渣颗粒群与筒壁间的导热。导热是三种传热过程中严重依赖于物质物性的一种传热过程。与辐射和对流相比，认为其影响传热的限度极其有限。对流传热可以通过改变流体速度来改善传热效果。滚筒冷渣器工作时，总会存在部分筒壁不被灰渣颗粒覆盖的工作状态，由于灰渣温度不断下降，依靠辐射力降低颗粒温度的能力越来越弱，此时处于很弱的传热状态。特别是当颗粒温度低于500℃以后，辐射能力急剧下降，单靠导热方式来回收热量必然需要非常大的传热面积。 

国内冷渣器主要生产厂家在相关学术会议上对产品性能及相应的技术研究等方面的介绍与现有的专利内容是一致的，国内期刊中的相关报道也没有超出上述专利的技术范围。由于滚筒冷渣器的诞生地是中国，可以认为其他语言文献中没有相关的技术内容。 

本发明提供的滚筒式高温粉体冷却装置从颗粒与器壁间的传热机理出发组织颗粒的冷却过程，将滚筒分为辐射换热段、对流段和导热段，根据传热机理强化不同阶段颗粒与冷却介质的换热，可有效增大冷却能力，缩小滚筒长度，节约制造材料。同时为厂房让出检修和消防通道，消除安全隐患，保障生产正常运行。 

发明内容

本发明的目的是克服现有滚筒冷渣器的技术缺点，提供一种效果更好的滚筒式高温粉体冷却装置。