本发明专利技术公开了一种移动床换热器及其定向调控扰流强化换热方法，移动床换热器包含驱动链条、传动机构、带控制系统的驱动电机、进行水平正弦运动的扰动件以及温度传感器。基于移动床换热器的定向调控扰流强化换热方法主要通过驱动链条，进行水平正弦运动的扰动件以及带控制系统的驱动电机实现。当高温散料进入换热器后，驱动电机通过链条带动扰动件同时在换热管上下方进行水平正弦运动，扰动散料。基于该设计，换热管上下方的颗粒堆积区与空穴区分别得到破坏，并且散料流向具有强烈热质交换的“湍流”转变，换热效率得到提高。本发明专利技术装置适用于热扩散系数小，流动性差的固体散料与不同流体介质的间接换热。流体介质的间接换热。流体介质的间接换热。
【技术实现步骤摘要】
一种移动床换热器及其定向调控扰流强化换热方法
[0001]本专利技术属于工业热能回收与节能
，特别涉及了一种移动床换热器及其定向调控扰流强化换热方法，可快速实现移动床换热器中的强化换热的目的。
技术介绍
[0002]冶金、建材等工业邻域每年会产生大量含有可观余热的工业散料。据不完全统计，我国高温固体散料年产量约为45亿吨，相当于1亿吨标煤，其中有60％的余热仍未得到有效利用。合理回收固体散料余热可以获得显著的经济效益与环境效益。但目前对于工业固体散料的余热回收，还未得到广泛重视与应用。
[0003]目前的固体散料余热回收装置，已从过去得到广泛应用的流化床、堆积床等直接换热方式，逐渐向重力驱动移动床换热器这种间接换热技术发展。与传统换热技术相比，重力驱动移动床换热器系统简单。换热管自上而下排列，循环工质通道位于管内，散料流动通道位于管外。高温固体散料流与循环工质通过间接换热完成热交换。因此，管内工质可基于余热用途，自由选用空气、水或导热油等，有利于回收高品质余热，完成梯级利用。该间接换方式，具有成本低，热损小，可面向宽粒径散料流，可应用领域较广等优点。
[0004]但目前重力驱动移动床换热器与流化床、堆积床等传统换热方式相比，换热效率较低。由于移动床中，颗粒流速量级一般处于mm/s,换热方式以导热为主，散料流中的热量是通过热扩散传递到管内流体。然而，实际工业散料的热扩散系数低。其中，固相导热系数一般处于2W/(m
·
K)以下，但密度超过1000kg/m3。并且，颗粒间隙空气会进一步限制散料导热。因此，移动床中仍然需要颗粒侧换热强化技术，促进散料流均匀流动与换热。
[0005]综上所述，在工业固体散料余热回收应用领域，开发合理的重力驱动移动床间接换热强化技术，对于散料余热的深度利用具有重要意义，可以实现良好的经济与环境效益。
技术实现思路
[0006]本专利技术鉴于目前移动床换热器颗粒侧的换热强化需求，针对现有研究的不足和限制，提出了一种移动床换热器及其定向调控扰流强化换热方法。
[0007]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0008]一种移动床换热器，包含驱动链条、传动机构、带控制系统的驱动电机、进行水平正弦运动的扰动件以及温度传感器扰动件同时布置在换热管上下方，由外部电机通过驱动链条驱动。
[0009]所述驱动链条是可相互转动金属链节，链条上有扰动件的安装孔，其安装于换热管的上下方，安装位置在换热管中心处0.8D
‑
D的高度范围内(D是换热管外径)。链条与换热管相互垂直布置，确保扰流装置与换热管安装互不妨碍。优选地，沿换热管方向，各安装位置可以根据需求安装条以上驱动链条，构成驱动链条组，从而提高对扰动件的驱动力。驱动链条直接与传递机构相关联，而传递机构直接受电机控制。
[0010]所述传动机构安装于换热器箱体侧壁，将外部电机的转动力矩转化为对链条的水
平驱动。所述扰动件是刚性长杆，能够在水平方向上扰动固体散料。优选地，扰动件的截面形状可以自由选择，包括并不局限于圆形、菱形或透镜面，以调整在不同密实散料中的阻力以及对散料的扰动能力。优选地，扰动件与驱动链条采用活接方式。该设计针对磨损等运行问题，有利于子部件的安装，检修以及更换。优选地，可以根据需求，自由地将不同数目的扰动件安装于驱动链条上，扩大扰动范围。
[0011]若干(至少2个)驱动链条与扰动件相互垂直布置并完成链接，局部构成稳定的“田”字格栅结构，所处平面与换热管保持平行。基于该结构，外部驱动电机通过传动机构能可控带动驱动链条和扰动件进行水平往复运动，从而实现对散料的扰动。
[0012]一种基于移动床换热器的定向调控扰流强化换热方法，其基于反馈控制的扰动件运动在换热管附近将散料流从有序的“柱塞流”向具有强烈热质交换的“湍流”转变，其特征在于：当高温散料自上而下流入换热器并与水平换热管发生热交换时，带控制系统的驱动电机通过转动机构带动驱动链条做水平运动。从而，扰动杆被带动进行水平正弦运动扰动固体散料，改变换热器中固体散料的流动结构，破坏换热管上下方的颗粒堆积区与空穴区。具体的扰动频率调整与扰动幅度调整由电机的控制系统，基于电机的驱动功耗和温度传感器的温度反馈完成。不同管排间，通过格栅的水平往复运动，对散料流实现整流作用，强化热质扩散。同时，换热管上方的扰动，可以破坏换热管上方的固体散料堆积结构，促进换热器中的散料更新，减少堆积散料热阻。换热管下方的扰动，则强迫物料改变运动轨迹，向壁面扩散。最终抑制空穴区，减少空气热阻。此外，扰动在引发速度波动的同时，能破坏散料流中的稳定力链，避免管间架桥堵塞现象的发生。
[0013]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0014]1.本专利技术中一种移动床换热器，具有工艺简单，结构紧凑的特点，与传统移动床相比，其可以增加流动的扰动以提高换热效率，并且可以有效减少流动床内的堵塞现象，强化换热效果好。
[0015]2.本专利技术中一种基于移动床换热器的定向调控扰流强化换热方法，通过优化控制主动改变散料流的流动结构，强化热质扩散从而削减颗粒侧热阻，促进颗粒流在换热器箱体内均匀流动换热。它可以满足不同管排布置需求，具有成本低，系统简单，自由配置，实用性强等优点。
[0016]为了更好的理解与实施，下面结合附图详细说明本专利技术。
附图说明
[0017]图1是基于移动床换热器的定向调控扰流强化换热方法示意图。
[0018]图2是散料流在水平换热管附近的流动结构示意图(无扰动)。
[0019]图3是本专利技术在移动床换热器中一个整体实施案例(顺排)示意图。
[0020]图4是图3中A
‑
A截面格栅结构示意图。
[0021]图5是图3中电机与驱动链条间的传动机构示意图。
[0022]图6是本专利技术的扰动件实施案例示意图。
[0023]图7是本专利技术扰动方法对换热的强化效果标定示意图。
[0024]图8是本专利技术扰动方法所需要的电机负载特性曲线示意图。
[0025]图9是本专利技术扰动方法的运行优化说明示意图。
[0026]其中，1是水平换热管；2是驱动链条；3是传动机构：31是固定转轴，32是转动轮，33是连接杆，34是滑槽；4是驱动电机；5是扰动间：51是圆杆，52是菱形截面杆，53是透镜截面杆；6是温度传感器。对于涉及参数:α是堆积区角度；是颗粒摩擦角；H表示链条安装位置高度；D是换热管外径；D
A
是位移振幅；f是运动频率；Γ是扰流强度，u是散料流速；1/h是移动床换热器颗粒侧热阻；R
c
是散料流中接触热阻；k
’
是因扰流装置造成的等效导热系数增加量；W
F
是电机克服扰流件运动阻力所需功耗。
具体实施方式
[0027]本专利技术的一种强化固体散料间接换热的定向调控扰流方法，基于反馈控制的扰动件运动将散料流从有序的“柱塞流”向具有强烈热质交换的“湍流”转本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种移动床换热器，其特征在于：包含驱动链条、传动机构、带控制系统的驱动电机、进行水平正弦运动的扰动件以及温度传感器；驱动链条是可相互转动金属链节，安装于水平换热管上下方，链条上有扰动件的安装孔；传动机构安装于换热器箱体侧壁，将外部电机的转动力矩转化为对链条的水平驱动；带控制系统的驱动电机安装于换热器箱体侧壁外，向传动机构输入定向调控驱动力；扰动件是刚性长杆，与若干驱动链条链接并受其驱动，能够在水平方向上扰动固体散料；温度传感器，采集监测扰动件附近的散料温度数据。2.根据权利要求1所述的一种移动床换热器，其特征在于：驱动链条同时安装于换热管的上下方，安装位置在换热管中心处0.8D
‑
D的高度范围内，D是换热管外径；链条与换热管相互垂直布置，确保扰流装置与换热管安装互不妨碍；沿换热管方向，各安装位置根据需求安装2条以上驱动链条，构成驱动链条组，从而提高对扰动杆的驱动力。3.根据权利要求1所述的一种移动床换热器，其特征在于：扰动件的截面形状自由选择，包括并不局限于圆形、菱形或透镜面，以调整在不同密实散料中的运动阻力以及对散料的扰动能力。4.根据权利要求1所述的一种移动床换热器，其特征在于：根据需求自由地将不同数目的扰动件安装于驱动链条上，扩大扰动范围；若干至少2个驱动链条与扰动件相互垂直布置并完成链接，局部构成稳定的“田”字格栅结构，所处平面与换热管保持平行；基于该结构，外部驱动电机通过传动机构能可控带动驱动链条和扰动件进行水平往复运动，从而实现对散料的扰动。5.基于权利要求要求1的一种基于移动床换热器的定向调控扰流强化换热方法，其特征在于，当高温散料自上而下流入换热器并与水平换热管发生热交换时，带控制系统的驱动电机通过转动机构带动驱动链条做水平运动，扰动杆被带动进行水平正弦运动扰动固体散料；改变换热器中固体散料的流动结构，破坏换热管上下方的颗粒堆积区与空穴区；具体的扰动频率调整与扰动幅度调整由电机的控制系统，基于电机的驱动功耗和温度传感器的温度反馈完成。6.根据权利要求5中所述的一种基于移动床换热器的定向调控扰流强化换...
【专利技术属性】
技术研发人员：王秋旺，吴志宏，郭志罡，田兴，杨剑，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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