本發(fā)明涉及一種循環(huán)換熱裝置，進(jìn)一步的，本發(fā)明涉及一種自清潔循環(huán)換熱裝置。

背景技術(shù)：

煤氣化技術(shù)是指把經(jīng)過處理的煤粉、煤漿或渣油等送入氣化爐內(nèi)，在一定的溫度和壓力下，與氣化劑反應(yīng)后制得粗煤氣。無論是干法除塵的煤氣化技術(shù)還是濕法除塵的煤氣化技術(shù)，在粗煤氣的初步處理過程中均會(huì)產(chǎn)生大量高溫黑灰水，為節(jié)省水資源，需要對(duì)該部分黑灰水降溫后處理回收并循環(huán)利用。

如德士古煤氣化的鎖斗沖洗水冷卻器、廢水冷卻器等均為水平布置的管殼式換熱器，管程為高溫灰水、殼層為循環(huán)水，設(shè)備制造全部采用碳鋼材料。

氣化黑灰水不僅具有一定的腐蝕性，而且懸浮物含量高，鈣鎂硬度大，總?cè)芄潭?，在換熱器的正常運(yùn)行中易出現(xiàn)設(shè)備結(jié)垢、堵塞等現(xiàn)象。因此生產(chǎn)裝置在運(yùn)行過程中都按一備一或是一備二方式設(shè)置的備用換熱器，待運(yùn)行換熱器出現(xiàn)故障后投入備用換熱器并對(duì)故障換熱器進(jìn)行隔離清洗，單臺(tái)換熱器從投入使用到必須隔離清洗的時(shí)間根據(jù)各地區(qū)煤質(zhì)不同，時(shí)間各有長(zhǎng)短，如在某化工裝置上該灰水換熱器運(yùn)行時(shí)間僅為15天，不僅影響整套裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，而且對(duì)每臺(tái)結(jié)垢或堵塞的換熱器還要投如大量人力、物力進(jìn)行清洗。

現(xiàn)有技術(shù)中有采用含固體顆粒的循環(huán)流體進(jìn)行換熱，但循環(huán)使用的固體顆粒由于進(jìn)入換熱器時(shí)顆粒所占兩相流的濃度不足，難以達(dá)到除垢效果，顆粒在進(jìn)入橫管時(shí)由于重力沉降原因，會(huì)在橫管道內(nèi)堆積、堵塞，影響循環(huán)過程，進(jìn)一步降低換熱效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種自清潔循環(huán)換熱裝置，以解決以上所述的至少一項(xiàng)技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種自清潔循環(huán)換熱裝置，包括換熱主體和沉降式固液分離器，所述沉降式固液分離器包括上部的分離器直筒和與所述分離器直筒底部連通的下行管、顆粒橫管和沖水管，其中所述分離器直筒連接所述換熱主體的上部出口，所述下行管末端的一側(cè)連接顆粒橫管一端，顆粒橫管另一端連接至換熱主體下部，所述下行管末端的另一側(cè)連接沖水管，所述沖水管方向與所述顆粒橫管方向平行，使從沖水管進(jìn)入的流體能平行進(jìn)入所述顆粒橫管；并且所述沖水管的中心線不高于所述顆粒橫管的中心線。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述下行管通道上設(shè)置有顆粒運(yùn)動(dòng)控制裝置，以控制下行管通道的連通或者截止；在所述顆粒運(yùn)動(dòng)控制裝置的下方，設(shè)置一連接所述下行管通道的壓力入口支路，所述壓力入口支路上設(shè)置有壓力入口閥；所述壓力入口閥和顆粒運(yùn)動(dòng)控制裝置電性連接至一控制器。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述下行管的中心線與垂直方向的夾角為α，其中，0°≤α≤30°。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述下行管的中心線與所述顆粒橫管中心線所成角度為β，其中，85°≤β≤115°。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述顆粒橫管的長(zhǎng)度大于2.5倍的顆粒橫管的水力直徑。

進(jìn)一步有優(yōu)選的，所述下行管與所述顆粒橫管的連接處還設(shè)置有底部顆粒放料口，該底部顆粒放料口液體流入口。

進(jìn)一步的優(yōu)選的，所述下行管高度與所述顆粒橫管的長(zhǎng)度比值大于2.5。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述沖水管水力直徑小于顆粒橫管水力直徑。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述沖水管內(nèi)流量滿足條件：設(shè)定V1為沖水管流量，V2為進(jìn)入換熱器底部的流量，則0.02＜V1/(V1+V2)＜0.6。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述沖水管設(shè)置有流速控制裝置，以控制所述顆粒橫管內(nèi)兩相流的流速范圍為0.05-1.2m/s。

(三)有益效果

根據(jù)上述技術(shù)方案，可以獲知本發(fā)明的自清潔循環(huán)換熱裝置有益效果在于：

(1)通過沖水管配合顆粒橫管，沖水管的高速射流高效的將顆粒橫管內(nèi)的含顆粒的固液兩相混合物沖入換熱主體內(nèi)；

(2)通過在下行管設(shè)置顆粒運(yùn)動(dòng)控制裝置和壓力入口閥，經(jīng)兩者聯(lián)合作用，提高進(jìn)入顆粒橫管內(nèi)的顆粒流速，提高顆粒進(jìn)入換熱器的濃度，提高換熱器管壁的清洗效果；

(3)通過設(shè)置顆粒橫管以及顆粒橫管的尺寸，可以更好的來控制顆粒的流動(dòng)；

(4)通過設(shè)置下行管與垂直方向的夾角以及下行管與顆粒橫管的夾角，進(jìn)一步優(yōu)化橫管內(nèi)流體的流速；為了保證顆粒的正常循環(huán)，沖洗液體不會(huì)大量倒流至下行管，而能進(jìn)入顆粒橫管，就確保下行管的阻力大于顆粒橫管，因此要控制下行管的豎直高度與顆粒橫管的長(zhǎng)度比大于2.5，當(dāng)滿足不了時(shí)，那么將下行管傾斜一定角度，這樣顆粒橫管長(zhǎng)度會(huì)變短，亦可滿足大于2.5的要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的自清潔循環(huán)換熱裝置整體示意圖。

圖2是圖1中下行管的部分放大示意圖。

圖3A和圖3B分別是顆粒運(yùn)動(dòng)控制裝置的打開和截止?fàn)顟B(tài)的流體流動(dòng)示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的自清潔循環(huán)換熱裝置含顆粒橫管和沖水管的示意簡(jiǎn)圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的下行管與顆粒橫管連接關(guān)系局部示意圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例立式流化床換熱裝置與其它裝置配合使用的示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。在說明書中，相同或相似的附圖標(biāo)號(hào)指示相同或相似的部件。下述參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的說明旨在對(duì)本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行解釋，而不應(yīng)當(dāng)理解為對(duì)本發(fā)明的一種限制。

在本發(fā)明中的一些技術(shù)術(shù)語或者用語具有以下含義：在本發(fā)明中“底部”，“中部”和“上部”屬于相對(duì)概念，舉例來說，“沉降式固液分離器包括上部的分離器直筒”中的“上部”是位于沉降式固液分離器上端的位置，位于下行管的上方，該位置用于混合物中流體和固體顆粒的分離?！八χ睆健笔窃诠軆?nèi)流動(dòng)中引入的，其目的是為了給非圓管流動(dòng)取一個(gè)合適的特征長(zhǎng)度來計(jì)算其雷諾數(shù)。常用表達(dá)式是：4A/P，即橫截面積A的四倍除以周長(zhǎng)P。

根據(jù)本發(fā)明總體上的構(gòu)思，提供一種自清潔循環(huán)換熱裝置，包括沉降式固液分離器，分離器其包括下行管，下行管末端的兩側(cè)分別設(shè)置顆粒橫管和沖水管，沖水管沖入的流體能夠提供一定流速，使顆粒橫管內(nèi)的固液混合物能高效流入換熱主體下部，提高顆粒橫管輸送效率。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的自清潔循環(huán)換熱裝置整體示意圖。圖1中的自清潔循環(huán)換熱裝置包括換熱主體102以及沉降式固液分離器101，換熱主體102以及沉降式固液分離器101的上部和底部分別進(jìn)行連通，從而形成一體式循環(huán)，循環(huán)顆粒以及流體在換熱主體102的底部進(jìn)行混合，在換熱主體102的中部與待換熱物質(zhì)進(jìn)行換熱，然后從上部流入沉降式固液分離器101，然后進(jìn)行固液分離后，循環(huán)顆粒經(jīng)重力下沉作用到達(dá)底部，再進(jìn)入換熱主體102的底部進(jìn)行循環(huán)。下面將對(duì)沉降式固液分離器101的具體構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)說明。

沉降式固液分離器101包括上部的分離器直筒1和與分離器直筒1連通的下行管2，其中分離器直筒1通過一分離器下錐形封頭15與下行管連通。分離器直筒1連接換熱主體102的上部出口，經(jīng)換熱后的流體和循環(huán)顆粒10的混合物可以從換熱主體102的上部出口流出，經(jīng)過管道進(jìn)入分離器直筒1，在分離器直筒1內(nèi)進(jìn)行沉降，其中分離后的流體上行，選擇可以經(jīng)由流體排出口12排出。

圖1中，連接換熱主體102上部的為流出管，連接至沉降式固液分離器101的為流入管，流出管與流入管互相連接，一種優(yōu)選的設(shè)置方式是，流出管的內(nèi)管徑小于所述流入管的內(nèi)管徑，該種設(shè)置方式降低了進(jìn)入重力沉降式固液分離器的流體流速，所產(chǎn)生的結(jié)果是提高了混合流體的后續(xù)分離效率。

優(yōu)選的，在分離器直筒的頂部設(shè)置有顆粒入口12，以在進(jìn)行熱交換循環(huán)式，內(nèi)部循環(huán)顆粒10不足時(shí)，從該入口處裝填循環(huán)顆粒10。在本實(shí)施例中，對(duì)于循環(huán)顆粒10種類的選擇可以是本領(lǐng)域中常用的沙粒、鋼球、銅球、玻璃粒子、氧化鋯球、有機(jī)物粒子等等，目的在于能具有一定硬度，能夠沖刷熱交換器的換熱管壁，在熱交換過程中能夠起到自清潔作用即可。

圖1所示，在分離器直筒1和下行管2之間設(shè)置有分離器下錐形封頭11，在進(jìn)行完固液沉降后的循環(huán)顆粒經(jīng)分離器下錐形封頭11聚攏，進(jìn)入下行管2中。當(dāng)然該分離器下錐形封頭11也不僅僅限于該種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的選擇在于匯聚循環(huán)顆粒10至下行管2，因此收斂性的各種結(jié)構(gòu)均可應(yīng)用于此。

圖2是圖1中下行管的部分放大示意圖。經(jīng)匯集聚攏后的循環(huán)顆粒10進(jìn)入下行管2后，在重力的作用下自然下落。其中下行管2的通道上設(shè)置有顆粒運(yùn)動(dòng)控制裝置3，以控制下行管2通道的連通或者截止；另外在顆粒運(yùn)動(dòng)控制裝置3的下方，設(shè)置一連接所述下行管2的通道的壓力入口支路，壓力入口支路上設(shè)置有壓力入口閥4；壓力入口閥4和顆粒運(yùn)動(dòng)控制裝置3電性連接至一控制器5，而且下行管2末端通過一顆粒橫管6連接至換熱主體102的底部。

現(xiàn)有技術(shù)中由于單獨(dú)利用下行管2的循環(huán)顆粒10的重力作用向下流動(dòng)進(jìn)入顆粒橫管6，但是自由沉降速度有上限從而導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)難以有大量的顆粒進(jìn)入顆粒橫管6，從而導(dǎo)致循環(huán)顆粒的濃度不足。本實(shí)施例中通過在下行管中設(shè)置一壓力入口支路，支路上設(shè)置壓力入口閥3，控制器5可以控制顆粒運(yùn)動(dòng)控制裝置3以及壓力入口閥4的開啟和關(guān)閉，在進(jìn)行循環(huán)時(shí)，通過加入一定的流體壓力，提高下降速度，從而提高流速。壓力入口支路通入高壓流體。

圖3A和圖3B分別是顆粒運(yùn)動(dòng)控制裝置3的打開和截止?fàn)顟B(tài)的流體流動(dòng)示意圖。圖3A中所示，控制器5控制顆粒運(yùn)動(dòng)控制裝置3打開，流體壓力入口閥4關(guān)閉，循環(huán)顆粒10自動(dòng)收集至下行管2內(nèi)，由于僅僅是重力作用，循環(huán)顆粒10在垂直管內(nèi)的密度有限，產(chǎn)生的沉降速度不夠，單位時(shí)間內(nèi)沒有大量的顆粒進(jìn)入橫管。圖3B所示，通過控制器5控制顆粒運(yùn)動(dòng)控制裝置3關(guān)閉，流體壓力入口閥4打開，在流體壓力和重力的共同作用下，循環(huán)顆粒10在帶壓流體的推動(dòng)下進(jìn)入顆粒橫管6以及換熱主體102的底部顆粒入口，完成顆粒的循環(huán)。

優(yōu)選的，在本實(shí)施例中，控制器5可以為單片機(jī)、中央處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、PLC(可編程邏輯控制器)、分布式控制系統(tǒng)(DCS)或者可編程邏輯元件。經(jīng)聯(lián)合重力和壓力的流體作用下，顆粒橫管6內(nèi)的流體流速增加。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的自清潔循環(huán)換熱裝置含顆粒橫管和沖水管的示意簡(jiǎn)圖。圖4中，下行管2末端的一側(cè)連接顆粒橫管6一端，顆粒橫管6另一端連接至換熱主體102的下部，在下行管2末端的另一側(cè)連接沖水管8，所述沖水管8方向與所述顆粒橫管6方向平行，使從沖水管8進(jìn)入的流體(此處的流體可以是補(bǔ)充進(jìn)入的參與換熱的高溫黑水，也可以是單純作為提供水流動(dòng)能的其它流體)，通過兩管平行設(shè)置，進(jìn)入的流體也能夠平行進(jìn)入顆粒橫管6，高速射流為顆粒循環(huán)提供了動(dòng)力，實(shí)際中，不允許沖水管8插入顆粒橫管6內(nèi)。

圖4中A1和A2分別為顆粒橫管6和沖水管8的中心線，為提高沖刷顆粒的效果，A2中心線應(yīng)當(dāng)不高于A1中心線，使沖水管8進(jìn)入的流體能夠在顆粒橫管的底部進(jìn)行沖刷，帶動(dòng)循環(huán)顆粒流動(dòng)，相當(dāng)于從底部提供一外力，減少顆粒橫管6與循環(huán)顆粒10之間的摩擦力。

當(dāng)然，為提高沖刷效果，優(yōu)選的，沖水管8的水力直徑應(yīng)小于顆粒橫管6的水力直徑。

圖4中所示，還優(yōu)選的，所述沖水管8內(nèi)流量滿足條件：設(shè)定V1為沖水管8流量，V2為換熱器底部進(jìn)水流量，則0.02＜V1/(V1+V2)＜0.6。在該比值下，換熱器內(nèi)的顆粒濃度可以達(dá)到較高的濃度，對(duì)除垢有著良好的效果。

為控制顆粒橫管6內(nèi)的固液兩相的流速，沖水管8上設(shè)置有流速控制裝置(圖中未示出)，以控制所述顆粒橫管6內(nèi)兩相流的平均流速范圍為0.05-1.2m/s。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的下行管2與顆粒橫管6連接關(guān)系局部示意圖。為使循環(huán)顆粒10在顆粒橫管6內(nèi)沒有積聚，下行管2與顆粒橫管6的角度應(yīng)盡可能的垂直，優(yōu)選的，下行管2的中心線與垂直方向的夾角為α，其中，0≤α≤30°。

而且還進(jìn)一步優(yōu)選的，下行管2的中心線與顆粒橫管6中心線所成角度為β，其中，85°≤β≤115°。

下行管2與顆粒橫管6的連接處還設(shè)置有底部顆粒放料口9，該口的作用是用于停車時(shí)排空設(shè)備內(nèi)的顆粒(僅僅停車時(shí)關(guān)閉)。

在換熱主體的底部，底部噴射的流體與水平進(jìn)入的顆粒進(jìn)行混合，形成混合物，混合物經(jīng)過進(jìn)口管進(jìn)入錐形封頭，經(jīng)過分布裝置和循環(huán)顆?；旌虾螅M(jìn)入換熱管，從換熱管出來的混合物進(jìn)入上錐形封頭，流體和循環(huán)顆粒的混合物從上錐形封頭進(jìn)入伸入管，由伸入管進(jìn)入流出管，并由流出管進(jìn)入流入管，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)循環(huán)過程。

為防止顆粒不受控自流，優(yōu)選的，所述顆粒橫管6的長(zhǎng)度大于2.5倍的顆粒橫管的水力直徑。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例立式流化床換熱裝置與其它裝置配合使用的示意圖。本發(fā)明的換熱裝置可以與煤化工或石油化工中其它的裝置配套使用，以實(shí)現(xiàn)流體換熱回收以及循環(huán)利用。

圖6中在一定的溫度和壓力下，黑水進(jìn)入高溫閃蒸罐200，經(jīng)閃蒸后形成高閃汽(上部箭頭所示方向)同時(shí)產(chǎn)生大量高溫黑水(底部箭頭方向)，該高溫黑水如直接排放會(huì)產(chǎn)生大量的能量浪費(fèi)和環(huán)境污染，可以將該高溫黑水導(dǎo)入本發(fā)明實(shí)施例的立式流化床換熱裝置中，從換熱主體的底部流體入口導(dǎo)入，經(jīng)多段式熱交換器進(jìn)行換熱后，從換熱主體上端經(jīng)一系列管道排入重力沉降式固液分離器進(jìn)行固液分離，黑水降溫后最終從流體最終出口排出，以供后續(xù)過程中再利用。

在循環(huán)換熱過程中，雖然黑灰水中懸浮物含量高，鈣鎂硬度大，總?cè)芄潭啵怯捎谙滦泄茉O(shè)置顆粒運(yùn)動(dòng)控制裝置和壓力入口閥，以及設(shè)置顆粒橫管與下行管的配合尺寸，提高進(jìn)入顆粒橫管內(nèi)的顆粒流速，避免在顆粒橫管內(nèi)形成顆粒堆積和堵塞，從而使進(jìn)入換熱器內(nèi)的顆粒與流體充分混合，提高換熱器管壁的清洗效果，優(yōu)化橫管內(nèi)流體的流速。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。