一种搅动型高湍动式气固急冷换热的流化床及方法与流程

本发明涉及高温物料冷却处理，具体涉及一种搅动型高湍动式气固急冷换热的流化床及方法。

背景技术：

1、在建材、环保(垃圾处理)、锂矿等行业中，常用冷却机冷却高温物料，冷却机的前端设计有固定篦床急冷物料并进行热回收。以建材行业熟料的冷却为例，快速急冷可获得高质量的熟料，还能获得更高的热回收效率。

2、目前使用的固定篦床形式多样，其基本特征是篦板固定、熟料在重力和单一方向风吹的作用下布料、熟料呈半移动膨胀床式冷却形态、熟料的湍动程度低、热交换系数和热交换效率低，急冷换热效果不明显。即现有的流化床采用大篦缝、低风速及半移动膨胀床低湍动式气固换热的技术路线或类似的路线，这种气固换热方法的风速度低、出风方向不合理，导致换热路径短，湍动程度低，不易打破气固间的临界层，急冷换热效率低，从换热机理上导致气固间动量交换和热量交换效果差。

3、除上述气固急冷换热方法的效率较低外，现有的固定篦床均采用同一出风角度，且整个倾斜面无平行结构。这种结构设计不利于落料点区高温熟料的堆积，容易形成供风阻力相对较低的易短路区，影响急冷换热和二、三次风温度。

4、由于回转窑离心力的作用，固定篦床端部的两侧易聚集细粉料，且流动性极强，易形成冷却风短路区，导致此区域的急冷换热效果不佳。

5、在很多工况下，篦冷机端部具有很强的飞沙料，即小于1mm的细粉料被热回收风带入热回收系统，或通过非标管道的沉积多次进入篦冷机内部循环。这种含大量粉尘的飞沙料会加剧系统的阻力，严重时甚至影响窑内通风，此外这些细粉料也会影响其余熟料的冷却。

6、此外，现有固定篦床仅用马蹄形的浇注料来布料，若遇落料点偏移、粉料较多等工况时就会导致布料不均，易形成粗细料分离、粉料聚集形成红河，甚至堆积成“雪人”，导致冷却和热回收效果不佳。

7、因此高效的气固急冷换热方法及对应流化床的设计对冷却机的急冷换热、热回收效率、熟料强度、阻力电耗、布料等均有非常重要的意义，应当提出更为合理的技术方案，解决现有技术中存在的技术问题。

技术实现思路

1、至少为克服其中一种上述内容提到的缺陷，本发明提出一种搅动型高湍动式气固急冷换热的流化床及方法，通过将流化床设置成活动篦板与固定篦板的组合结构，对物料的分布进行调整控制，改善物料在流化床上的移动传输，从而提高急冷换热的效果。

2、为了实现上述目的，本发明公开的流化床可采用如下技术方案：

3、一种搅动型高湍动式气固急冷换热的流化床，包括：

4、呈阶梯布置并形成床面的若干级篦板组件，篦板组件包括若干连续连接的篦板，所述的篦板上形成有倾斜的出风篦缝；所述的床面倾斜设置，床面进料端的倾斜角度小于床面向出料端延续部位的倾斜角度；

5、所述的篦板包括通过固定出风方向进行换热的固定篦板，且设定比例的固定篦板上设置一种缝宽的出风篦缝，其余固定篦板上设置至少两种缝宽的出风篦缝；还包括通过调整出风方向对物料进行旋转吹扫的活动篦板；

6、所述的床面的两侧设置有沉降收集结构，沉降收集结构用以收集从固体物料中分离的飞沙料。

7、上述公开的换热流化床，通过将床面的倾斜角度设置为种倾斜度且使进料端的倾斜角度小于出料端的倾斜角度，可在进料端增加物料的停留时间，增加换热的温度，在向出料端延伸的部位则能够尽量提高输送的速度，避免物料的堆积；设置活动篦板以调整出风篦缝的出风方向，对篦板组件上方的高温物料进行吹扫，使高温物料在篦板组件上的分布更为均匀，避免出现篦板上局部物料堆积、换热效率降低的情况，从而改善流化床对物料的急冷换热效率，并减少流化床在换热过程中的气路短路现象，使换热的可靠性高；通过沉降收集结构可对飞沙料进行收集处理，避免飞沙料对流化床结构造成损坏。

8、进一步的，设置在流化床上的沉降收集结构对飞沙料进行收集处理，从而减少飞沙料的四处飞散和聚集，沉降收集结构可被构造为多种形式，其并不被唯一限定，此处进行优化并提出其中一种可行的选择：所述的沉降收集结构与床面组合形成马蹄形结构，所述的沉降收集结构包括位于床面两侧的收集口，收集口的下方设置有集料斗，集料斗下方设置有用以放料的放料阀；所述的床面的两侧设置有侧板，收集口与侧板的顶部齐平。采用如此方案时，流化床形成马蹄形环绕结构，而收集口在两侧可对飘散的飞沙料进行收集处理。

9、进一步的，物料的湍动行进面结构会出现飞沙料堆积的情况，可采用多种方式进行优化改进，其并不被唯一限定，此处进行优化并提出其中一种方案：所述的若干级篦板组件形成进料端宽度小于出料端宽度的床面，床面的两侧形成用以聚集飞沙料的凹陷区。采用如此方案时，堆积的物料位于凹陷区内，不影响床面上的物料分布，减少了床面上的物料堆积。

10、进一步的，本发明中的活动篦板用以调节出风风向，对高温物料的分布进行调节，从而改善流化床的换热效率，活动篦板的结构并不被唯一限定，此处进行优化并提出其中一种可行的选择：所述的活动篦板包括框架板，框架板的外部结构尺寸与固定篦板的外部结构尺寸相同，框架板的中部形成有用以安装活动转板组件的安装孔，所述的活动转板组件在安装孔内回转，且活动转板组件上设置出风篦缝。采用如此方案时，框架板用于与临近的固定篦板进行拼接，使整体篦板组件形成规范的结构尺寸，在一些方案中，框架板与固定篦板均被构造为方形，可沿直线进行拼接形成阶梯状结构。

11、再进一步，活动转板组件在框架板上实现转动，同时调整出风篦缝的朝向进而对周边物料进行吹扫，活动转板组件可采用多种方案，其结构并不被唯一限定，此处进行优化并提出其中一种可行的选择：所述的活动转板组件包括支撑架，支撑架上方设置有中心篦板且中心篦板相对支撑架转动，中心篦板通过转轴结构连接驱动器；所述的支撑架上设置有若干用以向中心篦板输送换热气体的第一气压气体入口和第二气压气体入口，第一气压值小于第二气压值。采用如此方案时，第一气压气体入口通入的气体压力较小，在常规状态下能满足物料的分布和换热，当物料量较大，且堆积明显时，可通过第二气压气体入口通入压力更高的气体，实现对物料的吹扫，使物料的分布更为均匀，便于进行快速换热。

12、进一步的，流化床作为物料的换热装置，整体结构可被构造为多种形式，此处进行优化并提出其中一种可行的选择：所述的流化床包括支撑框架，所述的支撑框架上形成有阶梯状的支撑结构，篦板组件分别设置于支撑结构上，篦板组件的前端面与支撑结构的阶梯面抵紧，篦板组件的后端面由连接件限制并与支撑结构的阶梯面配合连接。

13、上述内容公开了流化床的结构，本发明还公开了气固急冷换热方法，具体如下：

14、一种搅动型高湍动式气固急冷换热方法，应用上述内容所述的换热流化床：

15、通过出风篦缝向篦板的上表面输送换热气流，同时向床面输送待换热物料；待换热物料在床面上进行换热和向后输送，待换热物料中的飞砂料则进入床面两侧的沉降收集结构；

16、固定篦板输送第一气压的换热气流以吹扫床面的待换热物料，使待换热物料在床面稳定输送；设置一种缝宽的固定篦板形成第一流速的换热气流并冲击待换热物料，设置多种缝宽的固定篦板至少形成第一流速和第二流速的换热气流并冲击待换热物料；

17、活动篦板输送第一气压的换热气流并水平旋转吹扫床面的待换热物料，在需要加速冷却或使物料分布更为均匀时，活动篦板输送第二气压的换热气流以吹扫床面的待换热物料，使待换热物料在床面均匀分布且形成湍动和翻转。活动的旋转篦板还可从根部撕裂落料区易形成的堆积“雪人”，从而彻底根治“雪人”。

18、上述公开的换热方法，可根据物料的堆积情况灵活调整气流的情况，当物料堆积较少时按照固定吹气的方式即可进行气固换热，当物料堆积较多时，按照强气流进行吹扫可对物料分布进行改善，从而提高气固换热的效率和可靠性。其中，固定篦板可进行定向吹风，且设置多种宽度的出风篦缝的固定篦板可形成大小不同的风力，对物料形成扰动式的吹扫，形成湍动状态；且活动篦板在回转过程中能够改变出风的方向，对物料进行打散，避免物料进行过量的堆积，并且形成湍流状态，提高气固换热的效率。

19、进一步的，活动篦板在进行吹气时，其吹气的方式并不被唯一限定，可采用多种可行的方案，此处进行优化并提出其中一种可行的选择：活动篦板从其边缘区域按圆周输送第一气压的换热气流，且需要加速冷却或使物料分布更为均匀时，从其中心区域输送第二气压的换热气流。采用如此方案时，活动篦板的周边区域设置有输送第一气压换热气流的结构，在中间区域设置有输送第二气压换热气流的结构。

20、进一步的，在本发明中，换热气流的流速得到提升，从而实现对物料的打散和推动，具体的，换热气流的流速可按照如下方案进行设置：换热气流的第一流速大于35m/s，换热气流的第二流速大于55m/s；确定气流的雷诺数并使雷诺数大于6000以使换热气流呈强湍流状态，雷诺数re按照如下方式计算：

21、re(re＝ρvd/μ)

22、其中，ρ为流体的密度，v为流体的流速，d为特征长度，μ为粘性系数。

23、再进一步，在提升换热气流流速时，还可进行如下设置：通过流化床的多种篦板结构和多种出风篦缝输送湍流的冷却风使高温物料发生湍动和翻转，打破气固间的边界层，增强射流冲击换热并减少冷却风用量，高温颗粒熟料在高速气流中呈流化状态，以流体外掠球表面作为对流换热模型，其中努塞尔数nu按照如下方式确定：

24、

25、其平均表面的传热系数h按照如下方法确定：

26、h＝α*nu2/δt

27、其中，pr为普朗特数，α为热传导系数，δt为流体与固体壁面之间的温差，η∞为距离模型无穷远处的动力黏度；ηw为模型表面处的动力黏度。

28、与现有技术相比，本发明公开技术方案的部分有益效果包括：

29、同通提升出风的风速，且对固定篦板的吹风篦缝进行调整，设置了多种宽度的篦缝，从而可提供多种吹扫力度以提升吹扫物料的效果；同时采用活动篦板与固定篦板结合的方式，可调整出风篦缝的朝向，通过出风吹扫对物料分布进行调整，进而保持床面的物料均匀分布，避免形成流化床气流短路现象，从而可提高气固换热的效率；还通过沉降收集结构对飞沙料进行收集处理，避免出现飞沙料损坏流化床内部结构，从而提高流化床的工作寿命。