專利名稱：一種粒子內(nèi)循環(huán)流態(tài)化立式傳熱設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明專利涉及的是一種粒子內(nèi)循環(huán)流態(tài)化立式傳熱設備。它適用于立式結構的各種列管式傳熱設備管內(nèi)污垢的自動清洗和傳熱強化，尤其適用于數(shù)量最多的立式水冷器。
背景技術：
現(xiàn)有的管程內(nèi)循環(huán)流態(tài)化換熱器技術，例如專利EP262725和中國專利ZL91106682.9以及論文(管程內(nèi)循環(huán)流態(tài)化換熱器研究，壓力容器，1995，第1期，第33-36頁)具有自動清洗管內(nèi)污垢和高效傳熱強化的雙重功能。但是，在長周期運行考核中暴露出三方面的問題一是內(nèi)循環(huán)管出口端粒子流出不暢，容易引起粒子內(nèi)循環(huán)流路阻塞破壞的問題；二是篩板上的篩孔逐漸地被粒子堵塞的問題；三是流態(tài)化粒子容易從出口室跑失的問題。
解決這些問題的新技術，近期有較多的文獻(例如，彭德其，俞秀民，俞天蘭等，傳熱設備內(nèi)循環(huán)流態(tài)化管內(nèi)自動清洗，清洗世界，2004(7)1～5；俞秀民、林偉璐、俞天蘭等，均勻穩(wěn)定的內(nèi)循環(huán)流態(tài)化的泡罩底室結構研究，第九屆全國高等學校過程裝備與控制工程專業(yè)教學改革與學科建設成果論文集，2004.7化學工業(yè)出版社，363-366；)介紹，以錐形泡罩取代篩板解決篩板上的篩孔堵塞問題，在每根傳熱管的出口端設置一個檔沙罩解決出口室的粒子跑失問題。雖然，文獻中提出了采用錐形泡罩的泡罩板替代篩板的辦法后，篩板的篩孔堵塞問題就不存在了，防止流態(tài)化粒子跑失的目的也基本上達到了。但是，由于這些泡罩的直徑比傳熱管的直徑大，在粒子內(nèi)循環(huán)管的下管口區(qū)域沒有水平方向的液流將粒子徑向輸送擴散分布出來，因此內(nèi)循環(huán)管出口端粒子流出不暢引起內(nèi)循環(huán)流路阻塞這一根本問題依然存在；并且由于罩蓋沒有開設進液孔，使上方區(qū)域只有強烈的渦流，引起該區(qū)域傳熱管的管內(nèi)流速過小，并且不穩(wěn)定；另外，從泡罩噴流出來的水平方向液流在泡罩周圍的區(qū)域速度快，因此在該區(qū)域的傳熱管下管口處形成一種抽吸作用的速度場，使這些傳熱管內(nèi)的流速普遍偏低，非常容易造成倒流和粒子堵塞；由于兩個泡罩的液流在兩個泡罩連線的中點區(qū)域?qū)_的靜壓增大，使得該處傳熱管的液流速度顯著地高于平均速度，因此引發(fā)出各傳熱管液流速度不均勻的新問題，使循環(huán)流態(tài)化的不穩(wěn)定運行，大大降低傳熱效率，還容易發(fā)生少數(shù)快流速的傳熱管管壁磨損過快問題。
本發(fā)明專利要解決的技術問題是現(xiàn)有泡罩結構的內(nèi)循環(huán)流態(tài)化傳熱設備中粒子在循環(huán)管出口端不流暢的問題和各傳熱管液流速度和粒子濃度的不均勻問題，提出一種粒子內(nèi)循環(huán)流態(tài)化立式傳熱設備，通過新型的均布暢流式泡罩改變原流態(tài)化底室內(nèi)不合理的速度場，解決循環(huán)管出口端不流暢問題，同時解決錐形泡罩的各傳熱管液流速度不均勻問題，顯著提高運行的可靠性，滿足長期運行的可靠性要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的一種粒子內(nèi)循環(huán)流態(tài)化立式傳熱設備，由殼體、流態(tài)化底室、均布暢流式泡罩、泡罩板、傳熱管、粒子循環(huán)管、出口室等構成。傳熱管穿過下管板向下延伸，傳熱管下管口插到流態(tài)化粒子的上層內(nèi)。流態(tài)化底室里設置有泡罩板和均布暢流式泡罩。均布暢流式泡罩的罩蓋上有一根中心管，中心管的直徑只有粒子循環(huán)管直徑的1/5～1/2，在中心管的上部接近中心管頂處開設有2～6個導沙孔，導沙孔為水平方向或斜向下方向，導沙孔的高度靠近粒子循環(huán)管的下管口，中心管頂為錐形或向上凸的曲面。均布暢流式泡罩的罩蓋開設有一定數(shù)量的縱向布液孔，大體上按等面積原則均勻排布。均布暢流式泡罩的裙部開設有徑向布液的大孔和小孔，小孔的下邊緣設置有斜向上的導流片；大孔與小孔間隔排布；大孔和小孔的孔數(shù)均為6；孔形一般為長方形和圓形，也可以是方形或三角形。均布暢流式泡罩位于粒子循環(huán)管的正下方，與粒子循環(huán)管一一對應。在泡罩板上，均布暢流式泡罩之間一般為等邊三角形排列，并且均布暢流式泡罩的小孔正對兩個均布暢流式泡罩之間的連線方向。粒子循環(huán)管的下管口插入流態(tài)化沙層的深度比傳熱管下管口大60mm以上，與均布暢流式泡罩的頂部保持的距離h為20mm～60mm。均布暢流式泡罩采用耐磨損、耐腐蝕的工程塑料注塑成型。均布暢流式泡罩與泡罩板采用粘接的方法安裝固定。
這種粒子內(nèi)循環(huán)流態(tài)化立式傳熱設備運行時，管程液體經(jīng)過均布暢流式泡罩進入流態(tài)化底室，使自動清洗的粒子流態(tài)化流動以后，通過傳熱管下管口進入傳熱管，經(jīng)過傳熱管到達出口室沉降分離出來以后，再經(jīng)過粒子循環(huán)管自動地回到流態(tài)化底室循環(huán)使用。流態(tài)化粒子經(jīng)過傳熱管流動的過程中，流態(tài)化粒子對傳熱管管壁頻繁地碰撞擦洗，實行管內(nèi)壁污垢的在線、連續(xù)、自動清洗和防垢；流態(tài)化粒子對熱邊界層的強烈擾動實現(xiàn)管內(nèi)對流傳熱的強化。從導沙孔噴流出來的小股液流u1靠近粒子循環(huán)管的下管口，并且其速度u1的方向水平或斜向下，因此對粒子循環(huán)管內(nèi)的粒子起到很好的抽吸淘出、攜帶擴散、徑向輸送作用，以此促進粒子循環(huán)管下管口處粒子的順暢流出，有效地防止或避免發(fā)生粒子循環(huán)管的堵塞現(xiàn)象，提高了長期運行時粒子內(nèi)循環(huán)的可靠性。均布暢流式泡罩的罩蓋上設置的縱向布液孔，大大提高了罩蓋上方區(qū)域的布液量，可以基本上避免強烈渦流的發(fā)生，既有利于避免該區(qū)域傳熱管流速過小現(xiàn)象的發(fā)生，也有利于從循環(huán)管下管口來的粒子繼續(xù)向外輸送和均布。從泡罩裙部大孔出來的大股液流的能量大，可以提高離開泡罩較遠的三角中心區(qū)域的流量。從泡罩裙部小孔出來的小股液流的能量不大，有效地緩解泡罩連線中點區(qū)域兩股液流正面沖撞引起的流態(tài)化粒子層崎高和該區(qū)域傳熱管管內(nèi)流速特大的嚴重不均勻問題。從泡罩裙部小孔出來的小股液流在斜向上的導流片的導流下，具有垂直向上方向的分速度，消除了靠近泡罩裙部周圍的傳熱管下管口處出現(xiàn)抽吸作用的速度場，使這些傳熱管內(nèi)的流速普遍提高到接近平均流速，完全避免發(fā)生倒流和粒子堵塞的現(xiàn)象。
因此，均布暢流式泡罩能夠在流態(tài)化底室內(nèi)的形成合理的液流速度場，不僅使粒子循環(huán)管下管口的粒子能夠順暢地流出，保障粒子內(nèi)循環(huán)的可靠性，同時使在截面不同部位處的傳熱管管內(nèi)液流速度與粒子濃度的均勻性顯著提高，比較好地滿足粒子內(nèi)循環(huán)流態(tài)化傳熱設備長期穩(wěn)定運行的可靠性必須的高度均勻性。


圖1是一種粒子內(nèi)循環(huán)流態(tài)化立式傳熱設備的結構方案原理示意圖。
圖2是均布暢流式泡罩安裝部位的局部放大圖。
圖3是泡罩板上均布暢流式泡罩之間方位與大孔小孔液流影響關系圖具體實施方式
下面結合附圖1、附圖2、附圖3對本發(fā)明專利作進一步詳細描述。
圖中的1出口室 2殼體 3傳熱管 4粒子循環(huán)管 5下管板 6傳熱管下管口 7視鏡手孔 8流態(tài)化底室 9均布暢流式泡罩 10中心管頂 11導沙孔 12中心管 13罩蓋 14縱向布液孔 15大孔 16小孔 17泡罩板 18導流片 19泡罩裙部 20中點區(qū)域 21三角中心區(qū)域一種粒子內(nèi)循環(huán)流態(tài)化立式傳熱設備，由殼體2、流態(tài)化底室8、均布暢流式泡罩9、泡罩板17、傳熱管3、粒子循環(huán)管4、出口室1等構成。傳熱管3穿過下管板5向下延伸，傳熱管下管口6插到流態(tài)化粒子的上層內(nèi)。流態(tài)化底室8里設置有泡罩板17和均布暢流式泡罩9。均布暢流式泡罩9的罩蓋13上有一根中心管12，中心管12的直徑只有粒子循環(huán)管4直徑的1/5～1/2，，在中心管12的上部接近中心管頂10處開設有導沙孔11，導沙孔11為水平方向或斜向下方向，導沙孔11的高度靠近粒子循環(huán)管4的下管口，導沙孔11的孔數(shù)為2～6；中心管頂10為錐形或向上凸的曲面。均布暢流式泡罩9的罩蓋13上開設有一定數(shù)量的縱向布液孔14，縱向布液孔14大體上按等面積原則均勻排布。均布暢流式泡罩9的泡罩裙部19開設有徑向布液的大孔15和小孔16，小孔16的下邊緣設置有斜向上的導流片18；大孔15與小孔16間隔排布；大孔15和小孔16的面積比在1.5～3.0范圍內(nèi)；大孔15和小孔16的孔數(shù)均為6；孔形一般為長方形和圓形，也可以是方形或三角形。導沙孔11與縱向布液孔14的面積之和占泡罩上所有流出孔總面積的15％～30％，徑向布液的小孔16面積占泡罩上所有流出孔總面積的25％～40％，徑向布液的大孔15面積占泡罩上所有流出孔總面積的40％～70％。均布暢流式泡罩9位于粒子循環(huán)管4的正下方，與粒子循環(huán)管4一一對應。在泡罩板17上，均布暢流式泡罩9之間一般為等邊三角形排布，并且均布暢流式泡罩9的小孔16正對兩個均布暢流式泡罩6的連線方向。傳熱管3與粒子循環(huán)管4的管數(shù)比一般為15～40。粒子循環(huán)管4的下管口插入流態(tài)化沙層的深度比傳熱管下管口6大60mm以上，但是與均布暢流式泡罩6的泡罩13頂部保持的距離h為20mm～60mm。均布暢流式泡罩9采用耐磨損、耐腐蝕的塑料注塑成型。均布暢流式泡罩9與泡罩板17采用粘接的方法安裝固定。
一種粒子內(nèi)循環(huán)流態(tài)化立式傳熱設備運行時，管程液體經(jīng)過均布暢流式泡罩9進入流態(tài)化底室8，使自動清洗的粒子流態(tài)化流動以后，通過傳熱管下管口6進入傳熱管3，經(jīng)過傳熱管3到達出口室1沉降分離出來以后，再經(jīng)過粒子循環(huán)管4自動地回到流態(tài)化底室8循環(huán)使用。流態(tài)化粒子經(jīng)過傳熱管3流動的過程中，流態(tài)化粒子對傳熱管3管壁頻繁地碰撞擦洗，實行傳熱管3內(nèi)壁污垢的在線、連續(xù)、自動清洗和防垢；流態(tài)化粒子對熱邊界層的強烈擾動實現(xiàn)管內(nèi)對流傳熱的強化。從導沙孔11出來的小固液流u1靠近粒子循環(huán)管4的下管口，并且其速度u1的方向為水平或斜向下，因此對粒子循環(huán)管4內(nèi)的粒子起到很好的抽吸淘出、攜帶擴散、徑向輸送作用，大大促進粒子循環(huán)管4下管口處粒子的順暢流出，有效地防止或避免粒子循環(huán)管4堵塞現(xiàn)象的發(fā)生，提高了長期運行的粒子內(nèi)循環(huán)的可靠性。均布暢流式泡罩9的罩蓋13上設置的縱向布液孔14，大大提高了罩蓋13上方區(qū)域的布液量，并且基本上避免強烈渦流的發(fā)生，既有利于避免該區(qū)域傳熱管3流速過小現(xiàn)象的發(fā)生，也有利于從粒子循環(huán)管4下管口來的粒子繼續(xù)向外輸送和均布。從泡罩裙部19的大孔15出來的大股液流的能量較大，可以明顯地提高了離開泡罩較遠的三角中心區(qū)域21流量。從泡罩裙部19的小孔16出來的小股液流的能量較小，有效地緩解了泡罩連線中點區(qū)域20兩股液流正面沖撞引起的流態(tài)化粒子層崎高和該區(qū)域傳熱管3管內(nèi)流速特大的嚴重不均勻問題。從泡罩裙部19的小孔16出來的液流在斜向上的導流片18的導流下，具有垂直向上方向的分速度，消除了靠近泡罩裙部19周圍的傳熱管下管口6處出現(xiàn)抽吸作用的速度場，使這些傳熱管3內(nèi)的流速普遍提高到接近平均流速，完全避免倒流和粒子堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。
視鏡手孔7用于觀察流態(tài)化底室8內(nèi)的流態(tài)化狀態(tài)，通過流態(tài)化粒子層高度的的觀察分析確定補加粒子的時間，還用于均布暢流式泡罩9的更換。
因此，均布暢流式泡罩9通過在流態(tài)化底室8內(nèi)形成合理的液流速度場，不僅使粒子循環(huán)管4下管口的粒子能夠順暢地流出，保障粒子內(nèi)循環(huán)的可靠性，同時使在截面不同區(qū)域的傳熱管3的管內(nèi)液流速度與粒子濃度的均勻性顯著提高，比較好地滿足這種粒子內(nèi)循環(huán)流態(tài)化立式傳熱設備長期穩(wěn)定、可靠運行必須的高度均勻性要求。
權利要求
1.一種粒子內(nèi)循環(huán)流態(tài)化立式傳熱設備，由殼體(2)、流態(tài)化底室(8)、均布暢流式泡罩(9)、泡罩板(17)、傳熱管(3)、粒子循環(huán)管(4)、出口室(1)等構成，其特征在于均布暢流式泡罩(9)的罩蓋(13)上有一根中心管(12)，中心管(12)的上部開設有2～6個導沙孔(11)，導沙孔(11)的的方向為水平或斜向下，導沙孔(11)的高度靠近粒子循環(huán)管(4)的下管口，中心管(12)的直徑是粒子循環(huán)管(4)直徑的1/5～1/2；罩蓋(13)開設有縱向布液孔(14)；泡罩裙部(19)開設有徑向布液的大孔(15)和小孔(16)，小孔(16)的下邊緣設置有斜向上的導流片(18)；大孔(15)與小孔(16)間隔排布；均布暢流式泡罩(9)均位于粒子循環(huán)管(4)的正下方；粒子循環(huán)管(4)的下管口插入流態(tài)化沙層的深度比傳熱管下管口(3)插入流態(tài)化沙層的深度大60mm以上，與罩蓋(13)保持的距離h為20mm～60mm。
2.根據(jù)權利要求1的一種粒子內(nèi)循環(huán)流態(tài)化立式傳熱設備，其特征在于均布暢流式泡罩(9)的大孔(15)和小孔(16)的孔數(shù)均為6，小孔(16)正對兩個均布暢流式泡罩(9)之間的連線。
3.根據(jù)權利要求1的一種粒子內(nèi)循環(huán)流態(tài)化立式傳熱設備，其特征在于均布暢流式泡罩(9)的罩蓋(13)開設的縱向布水孔(14)，縱向布水孔(14)大體上按等面積原則均勻排布。
4.根據(jù)權利要求1的一種粒子內(nèi)循環(huán)流態(tài)化立式傳熱設備，其特征在于均布暢流式泡罩(9)采用耐磨損、耐腐蝕的塑料注塑成型。
5.根據(jù)權利要求1的一種粒子內(nèi)循環(huán)流態(tài)化立式傳熱設備，其特征在于均布暢流式泡罩(9)與泡罩板(17)采用粘接的方法安裝固定。
全文摘要
一種粒子內(nèi)循環(huán)流態(tài)化立式傳熱設備，用均布暢流式泡罩。每個均布暢流式泡罩均位于粒子循環(huán)管的正下方。泡罩的罩蓋上有一根中心管，在中心管的上部開設有導沙孔，由導沙孔出來的液體將粒子內(nèi)循環(huán)管下管口處的粒子徑向送出和均勻分布，保障粒子的循環(huán)流暢。罩蓋上開設有縱向布液孔。泡罩裙部開設有徑向布液的大孔和小孔，大孔與小孔間隔排布。裙部小孔的下邊緣設置有斜向上的導流片。裙部小孔的方向?qū)χ鴥膳菡种g的連線。這種結構的泡罩及其泡罩的排布和安裝方位，能保證在流態(tài)化底室里形成合理的速度場，提高各傳熱管內(nèi)流速與粒子濃度的均勻性。因此，這種流態(tài)化自動清洗及其傳熱強化的傳熱裝置能夠長期運行穩(wěn)定可靠。
文檔編號F28G1/12GK1755313SQ20041004680
公開日2006年4月5日 申請日期2004年9月28日 優(yōu)先權日2004年9月28日
發(fā)明者俞天蘭, 劉桂英, 彭德其, 俞秀民, 支校衡, 羅健康, 吳金香, 蔣少青 申請人:株洲工學院