阅读说明：本技术 一种可调节分布板倾角的固体颗粒再分布装置 (Solid particle redistribution device with adjustable distribution plate inclination angle ) 是由 姜峰 王锦锦 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于流化床换热技术领域,公开了一种可调节分布板倾角的固体颗粒再分布装置,包括设置在前封头内的分布板,分布板为由弦边和其对应的弧边构成的弓形片状结构,且开设有多排呈同心圆均布的分布孔；分布板的弧边中点处通过连接钩钩挂连接于入口接管底部,分布板的弦边通过连接链连接于调节轴；调节轴通过螺旋紧固件安装于前封头的顶部；调节轴上下移动时通过连接链带动分布板,使分布板以穿过其弧边中点且平行于其弦边的直线为轴线转动,实现分布板的倾角调节。本发明可根据不同工况在线调节分布板的倾斜角度,改善颗粒在前封头内的沉积情况,减小颗粒在管束中的分布不均匀程度,增强流体湍动,进一步强化传热和防、除垢。(The invention belongs to the technical field of fluidized bed heat exchange, and discloses a solid particle redistribution device capable of adjusting the inclination angle of a distribution plate, which comprises the distribution plate arranged in a front seal head, wherein the distribution plate is of an arched sheet structure formed by chord edges and arc edges corresponding to the chord edges, and is provided with a plurality of rows of distribution holes which are uniformly distributed in concentric circles; the middle point of the arc edge of the distribution plate is hooked and connected to the bottom of the inlet connecting pipe through a connecting hook, and the chord edge of the distribution plate is connected to the adjusting shaft through a connecting chain; the adjusting shaft is arranged at the top of the front seal head through a spiral fastener; when the adjusting shaft moves up and down, the distribution plate is driven by the connecting chain, so that the distribution plate rotates by taking a straight line which passes through the middle point of the arc edge of the distribution plate and is parallel to the chord edge of the distribution plate as an axis, and the inclination angle adjustment of the distribution plate is realized. The invention can adjust the inclination angle of the distribution plate on line according to different working conditions, improve the deposition condition of particles in the front seal head, reduce the uneven distribution degree of the particles in the tube bundle, enhance the turbulent motion of fluid, and further strengthen the heat transfer and the scale prevention and removal.)

一种可调节分布板倾角的固体颗粒再分布装置

技术领域

本发明属于流化床换热技术领域，具体的说，是一种用于前封头内的固体颗粒再分布装置。

背景技术

结垢问题是工业换热过程中普遍存在的问题，经常成为制约生产过程的瓶颈。污垢的产生增大了传热热阻，降低了传热效率，增加了能耗和环境污染，严重时甚至影响生产的正常运行，造成了巨大的经济损失和能源浪费。目前针对换热设备的结垢问题，已提出了一些相应的解决措施，如增加流速、反循环和采用阻垢剂等。但这些方法并不能从根本上解决结垢问题，而且还会增加能耗、降低传热效率或加剧环境污染。

流化床换热防垢节能技术可以有效地解决换热设备的强化传热和防垢问题，已在蒸发器、预热器和锅炉等换热设备中得到了较好地应用。该技术是将流化床技术和换热过程相结合，通过流化固体颗粒对壁面的剪切和碰撞，破坏和剪薄壁面附近的层流底层，降低传热热阻，提高传热效率；同时，延长结垢的诱导期，以达到在线防、除垢以及强化传热的目的。

根据流向的不同，循环流化床可分为上行床，水平床和下行床。其中水平循环流化床换热器在石油化工等行业中有着广泛的应用前景。在水平床中，由于重力的作用，颗粒在水平管束中的分布不均匀，这将影响到颗粒之间、颗粒与流体之间以及颗粒和壁面之间的相互作用，进而影响水平循环流化床换热器的强化传热和防、除垢效果。因此，改善颗粒在水平循环流化床换热器管束中的分布具有重要的意义。

发明内容

为了解决水平循环流化床换热器内惰性固体颗粒的沉积问题，改善颗粒在管束中的再分布，本发明提供了一种可调节分布板倾角的固体颗粒再分布装置，其安装于前封头内，可根据不同工况在线调节分布板倾倾斜角度，改善颗粒在前封头内的沉积情况，减小颗粒在管束中的分布不均匀程度，增强流体湍动，进一步强化传热和防、除垢。

本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种可调节分布板倾角的固体颗粒再分布装置，包括设置在凸型前封头内的分布板，所述前封头与入口接管相连；所述分布板为由弦边和其对应的弧边构成的弓形片状结构，所述分布板开设有多排呈同心圆均布的分布孔；所述分布板的弧边中点处通过连接钩钩挂连接于所述入口接管底部，所述分布板的弦边通过连接链连接于调节轴；所述调节轴通过螺旋紧固件安装于所述前封头的顶部，使所述调节轴穿过所述前封头的顶部且能够上下移动；所述调节轴上下移动时通过所述连接链带动所述分布板，使所述分布板以穿过其弧边中点且平行于其弦边的直线为轴线转动，实现所述分布板的倾角调节。

进一步地，所述分布板的倾角范围为其中，α为所述分布板的倾角，D为所述前封头的直径，d_i为所述入口接管的直径，H为所述前封头的总深度；所述分布板向下倾斜时倾角为负，向上倾斜时倾角为正。

进一步地，所述分布板的弧边直径d应满足0.5D＜d＜0.64D，并且h＜H；其中，d为所述分布板的弧边直径，D为所述前封头的直径，h为所述分布板的弓形高度，H为所述前封头的总深度。

进一步地，所述分布孔为均一孔径开孔或变孔径开孔，孔径范围为3～12mm；所述分布孔为变孔径开孔时，各排同心圆上的分布孔的直径沿分布板的径向由内而外逐渐减小。

进一步地，所述分布孔的开孔区域为以分布板的圆心为圆心的4～8个同心圆弧，圆弧间距为8～20mm，同一圆弧上相邻两分布孔之间的夹角范围为15°～60°。

进一步地，所述连接链包括两条，两条所述连接链下端分别连接于所述分布板的弦边的两个对称位置，两条所述连接链上端连接于三孔垫片，所述三孔垫片以其两个边部孔分别与两条所述连接链连接，所述三孔垫片以其中心孔套装在所述调节轴上，所述调节轴底端固定堵头限位所述三孔垫片。

进一步地，所述调节轴的上端连接有角度调节驱动部件。

进一步地，所述螺旋紧固件贯通有用于所述调节轴穿过的螺纹通道，所述调节轴为全螺纹螺柱，所述调节轴旋转时上下移动；所述螺旋紧固件与所述前封头的连接处形成密封。

本发明的有益效果是：

本发明结构简单、投资较少、加工方便，将本发明的固体颗粒再分布装置安装在卧式列管换热器的前封头后，可以在不同工况下，改善颗粒在前封头内的沉积情况，进而可以改善颗粒进入管束的再分布情况，使得较多颗粒能进入管束上部，减小颗粒在管束中的分布不均匀程度，增强流体湍动。本发明可根据不同工况在线调节分布板至最佳倾角，且调节范围广，调节范围为-35°～50°；调整分布板至最佳倾角时，对于颗粒分布的改善程度可达41％～90％。结合三相流强化传热和防、除垢技术，能进一步达到强化传热和防、除垢的效果，在工业应用上有重要的参考价值。

附图说明

图1为本发明的可调节分布板倾角的固体颗粒再分布装置的结构示意图；

图1中：1、前封头；2、连接钩；3、入口接管；4、分布板；5、连接链；6、螺旋紧固件；7、角度调节驱动部件；8、调节轴；9、三孔垫片；10、堵头；

图2为图1的A-A剖面图；

图2中：11、焊接部；12、外螺纹；13、内螺纹；14、密封垫片；d、螺纹通道。

图3为本发明的可调节分布板倾角的固体颗粒再分布装置的分布板结构示意图；

图3中：4、分布板；a、连接钩安装孔；b、连接链安装孔。

图4为本发明的可调节分布板倾角的固体颗粒再分布装置的部件连接示意图；

图4中：4、分布板；5、连接链；7、角度调节驱动部件；8、调节轴，9、三孔垫片，10、堵头；b、连接链安装孔；c、调节轴连接孔。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1所示，本发明公开了一种可调节分布板倾角的固体颗粒再分布装置，包括分布板4、连接钩2、连接链5、螺旋紧固件6、角度调节驱动部件7、调节轴8、三孔垫片9和堵头10。该装置安装在前封头1内部，前封头1为凸型封头，前封头1与入口接管3相连。

如图3所示，分布板4一般由有机玻璃、不锈钢等耐磨和耐腐蚀的刚性材料制成。分布板4为片状结构，厚度通常在1～5mm范围内；形状为由弦边和其对应的弧边构成的弓形。分布板4的倾角即分布板4与水平面的夹角，理论上可调节的角度范围为其中，α为分布板4倾角，D为前封头1直径，d_i为入口接管3直径，H为前封头1的总深度；分布板1向下倾斜为负，向上倾斜为正；实际工程中可调节的范围为-35°～50°。分布板4尺寸的确定原则为：分布板4弓形小于其倾角调节范围内最小的前封头1截面，其尺寸为0.5D＜d＜D·cos|α|_max，即0.5D＜d＜0.64D，h＜H；其中，d为分布板4的弧边直径，D为前封头1直径，h为分布板4的弓形高度，H为前封头1的总深度。

为避免分布板4阻挡颗粒进入下方管束，分布板4上开设有多排呈同心圆均布的分布孔。根据前封头1的总深度及分布板4需要调节的角度范围，分布孔可以选择均匀开孔或变孔径开孔，孔径范围为3～12mm。变孔径开孔时，各排同心圆上的分布孔的直径沿分布板4径向由内而外逐渐减小。开孔区域为以分布板4圆心为圆心的4～8个同心圆弧，圆弧间距为8～20mm，同一圆弧上相邻两分布孔之间的夹角范围为15°～60°。

分布板4的弧边中点处开设有连接钩安装孔a，连接钩安装孔a形状为直槽口，长7～15mm，宽2～3mm，开孔距弧边的距离为2～4mm。分布板4的弧边以连接钩安装孔a与连接钩2相连，连接钩2为圆弧形扁状弯钩结构，材质为不锈钢等刚性材料，且为增强分布板4的平衡性具有一定宽度，宽7～15mm，厚1～2mm，钩体的圆弧直径为4～10mm，安装在前封头1相接的入口接管3底部。

结合图4所示，分布板4的弦边一侧开设有两个连接链安装孔b，连接链安装孔b开设在距弦边2～4mm处的两个对称位置，两个安装孔之间的距离为分布板4弦边弦长的0.6～0.8倍，孔径均为3～6mm。分布板4的弦边以两个连接链安装孔b与连接链5的下端相连。连接链5的上端与三孔垫片9相连；三孔垫片9与调节轴8的下端相连，调节轴8底端焊接堵头10以防止三孔垫片9向下滑落。调节轴8上部由螺旋紧固件6固定在前封头1顶部；调节轴8的上端与角度调节驱动部件7相连。

如图2所示，螺旋紧固件6材质为有机玻璃或不锈钢等刚性材料，主要包括焊接部11、外螺纹12、内螺纹13，焊接部11直接焊接于前封头1顶部，外螺纹12焊接于焊接部11上部，内螺纹13与外螺纹12螺纹连接，焊接部11、外螺纹12、内螺纹13轴线位置贯通有螺纹通道d，并与前封头1顶部的螺旋孔连通。调节轴8穿过螺纹通道d和前封头1顶部的螺旋孔，并可上下移动。螺旋紧固件6内添加密封垫片14并涂抹真空硅脂以疏水、密封，保证前封头1的气密性。

连接链5材质为不锈钢等耐磨、耐腐蚀材料，可以是铁链、钢丝绳等实现形式，直径为4～10mm。通过上提调节轴8使分布板4倾角增大，当分布板4向上倾至最大角度时，调节轴4下端位于最高处，确定连接链5的最长长度为其中，l为连接链5的最长长度，l’为前封头1顶部的螺旋孔与其在前封头1底部投影的竖直距离，d_i为入口接管3直径，h为分布板4的弓形高度，α_u,max为分布板4向上倾斜的最大角度，h’为调节轴8与连接钩5的水平距离。

调节轴8为全螺纹螺柱，直径为5～10mm，材质为不锈钢，上端穿过前封头1顶部的螺旋孔，并通过螺旋紧固件6安装在前封头1上，调节轴8上端与角度调节驱动部件7连接。当分布板4向下倾至最大角度时，调节轴8下端位于最低处，确定调节轴8的最短长度为其中，L为调节轴8的最短长度，l’为前封头1顶部的螺旋孔与其在前封头1底部投影的竖直距离，d_i为入口接管3直径，h为分布板4的弓形高度，α_d,max为分布板4向下倾斜的最大角度，h’为调节轴8与连接钩5的水平距离。

三孔垫片9的材质为有机玻璃或不锈钢，直径为14～30mm，设置有一个中心大孔和两个边部小孔。中心大孔为轴连接孔，直径稍大于调节轴8直径，为7～12mm。两个边部小孔为连接链5连接孔，位置相互对称，直径均为3～6mm，开孔位置距三孔垫片9边缘2～4mm。

堵头10为圆饼形，焊接在调节轴8底端以防止三孔垫片9脱落，堵头10直径小于三孔垫片9两个边部小孔之间的距离，为9～14mm，厚度为2～4mm。

角度调节驱动部件7可选用手动旋转把手、电机驱动等，材质为不锈钢等材料。

角度调节驱动部件7带动调节轴8绕螺纹旋转而上下移动，通过调节轴8底端的三孔垫片9与连接链5带动分布板4，分布板4以穿过分布板4的弧边中点且平行于分布板4的弦边的直线为轴线转动，达到调节分布板4倾角的目的。

本发明采用以下实验例进行研究：入口接管3管径d_i为50mm，前封头1为半球形，直径D＝262mm，总深度H＝98mm，管束呈正方形排列，由下至上共五排管道，设计分布板4向下倾至最下排管道的管底，向上倾至最上排管道的管底，即分布板4可调节倾角范围为-34°～42°(向下倾斜为负，向上倾斜为正)。

分布板4材质为不锈钢，形状为弓形，圆弧直径为188mm，高h＝94mm，板厚度为2mm，开孔区域为以分布板圆心为圆心的6个同心圆弧，圆弧所在圆的半径由内到外依次为20mm，40mm，58mm，72mm，82mm，90mm，孔径由内到外依次为10mm，10mm，8mm，6mm，4mm，4mm，除最内层圆弧上孔与孔之间夹角为60°外，其余圆弧上的孔与孔之间夹角均为30°。弧边中点处连接钩安装孔a长10mm，宽2mm。弦边的连接链安装孔b孔径均为4mm。

连接钩2材质为不锈钢，钩体直径为10mm，宽度为10mm，厚度为2mm。连接链5材质为不锈钢，长度l＝100mm，直径为4mm。调节轴8材质为不锈钢，直径为6mm，长度L＝150mm。调节轴8与连接钩2的水平距离h’＝66mm。前封头1顶部的螺旋孔孔径6mm。角度调节驱动部件7采用手动旋转把手，材质为不锈钢，长50mm。三孔垫片9材质为有机玻璃，直径为28mm，厚度为5mm，中心大孔直径为8mm，边部小孔直径均为4mm，距垫片边缘2mm。堵头10材质为不锈钢，形状为圆饼状，直径为14mm，厚度为2mm。

实验中当分布板4分别倾向五排管道底部时，分布板4与水平面的夹角即分布板4的倾斜角度分别记为-34°、-16°、6°、27°和42°(向下倾斜为负，向上倾斜为正)。实验中，角度调节驱动部件7带动调节轴8绕螺纹旋转而上下移动，通过调节轴8底端的三孔垫片9与连接链5带动分布板4以穿过分布板4的弧边中点且平行于分布板4的弦边的直线为轴线转动，调节分布板4倾角至固定值。

实验研究了分别在这五个角度时，分布板4对于改善颗粒分布的情况，测定了管束中单管内的颗粒固含率，并计算了管束中的颗粒分布不均匀度。实验研究表明，与未安装分布板4的系统相比，固体颗粒在水平管束中分布不均匀的情况明显改善，有较多的颗粒进入上方的管道，颗粒分布不均匀度明显减小。对不同分布板4倾斜角度下颗粒分布情况的研究表明，颗粒分布的改善程度随分布板4与水平面夹角绝对值的变大而先变大再变小。在此实验中，当分布板4倾斜角度为27°时，颗粒分布的改善效果最好，在一定的循环流速和系统固含率下，与未加分布板4的系统相比，颗粒分布的均匀程度可提高41％～90％。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。