一種導(dǎo)流器及噴動床的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種導(dǎo)流器及噴動床，所公開的導(dǎo)流器包括導(dǎo)流板，該導(dǎo)流板的兩個板面上均設(shè)有多個凸起，且各凸起的外表面為球面。進(jìn)一步，所述導(dǎo)流板為可轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，且轉(zhuǎn)動方向與流體流動方向相切。所公開的噴動床為安裝有上述導(dǎo)流器，且所述導(dǎo)流器位于噴泉區(qū)下方。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單且加工制作簡便，能有效增克服傳統(tǒng)噴動床床層內(nèi)顆粒缺少橫向混合，使得部分顆粒的表面未能獲得充分利用的缺點，增強(qiáng)噴動床內(nèi)徑向噴射區(qū)與環(huán)隙區(qū)內(nèi)顆粒和流體的橫向混合，從而改善噴動床內(nèi)的顆粒-流體的整體傳質(zhì)、傳熱情況，提高噴動床的整體物料處理量。
【專利說明】-種導(dǎo)流器及噴動床

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在化工、環(huán)保、能源、冶金等工業(yè)的噴動床反應(yīng)器，具體涉及一種 導(dǎo)流器及相關(guān)噴動床。

【背景技術(shù)】
[0002] 噴動床作為高效氣固接觸器，已廣泛地應(yīng)用于各種單元操作和單元過程，例如，高 粘性顆粒、粗塊狀顆粒、漿料以及溶液的干燥、粉碎、造粒，低品質(zhì)煤的燃燒和氣化、燃煤煙 氣脫硫、垃圾焚燒煙氣脫硫脫鹽酸氣體、二氧化碳的去除等。
[0003] 經(jīng)過50多年的發(fā)展，噴動床已具有多種形式，其中應(yīng)用最廣泛、最典型的噴動床 是柱錐型噴動床，其存在著明顯的三區(qū)流動結(jié)構(gòu)：稀相噴射區(qū)、密相環(huán)隙區(qū)及噴泉區(qū)。噴射 區(qū)中顆粒被高速氣體夾帶而出，并與氣體作順流接觸，而當(dāng)顆粒由噴泉區(qū)回落到環(huán)隙區(qū)后， 緩慢下移的同時與環(huán)隙區(qū)內(nèi)的氣體作逆流接觸，即噴動床的介質(zhì)顆粒具有明顯的內(nèi)外分層 流動特點，床層內(nèi)顆粒缺少橫向混合，使得部分顆粒的表面未能獲得充分利用，或?qū)Υ矁?nèi)傳 熱傳質(zhì)產(chǎn)生不利的影響。針對以上情況，新一代噴動床沿襲了傳統(tǒng)噴動床的基本形式，又在 原有基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步改進(jìn)。諸如多噴頭噴動床、噴動-流化床、內(nèi)循環(huán)床等，其中噴動-流 化床由于兼具有噴動床與流化床的優(yōu)點而得到了噴動床研究者與流化床研究者的共同重 視及長足的發(fā)展。這種噴動-流化床與常規(guī)噴動床相比，不僅可以促進(jìn)流體與顆粒之間的 傳熱、傳質(zhì)，還能有效的防止環(huán)隙區(qū)底部出現(xiàn)死區(qū)和易粘結(jié)顆粒在環(huán)隙區(qū)的團(tuán)聚。但也存在 不足之處：要維持這種噴動-流化床所需的氣流量比單獨(dú)噴動和單獨(dú)流化所需的氣流量要 大，同時增加了一定的供氣輔助設(shè)備。
[0004] 縱向渦流作為一種無源的二次流強(qiáng)化傳熱技術(shù)，以其能夠以較小的阻力獲取較大 的強(qiáng)化傳熱效果而成為強(qiáng)化換熱的研究熱點之一，其強(qiáng)化傳熱的基本機(jī)理如下：當(dāng)流體橫 向掠過一個障礙物時，往往在障礙物的背面空間內(nèi)產(chǎn)生漩渦，這些漩渦并不一定是有益的 和能被利用的。如果障礙物的橫向尺寸有限，并且與來流的流體相交成合適的角度，則產(chǎn) 生的漩渦將不會滯留在某一空間內(nèi)，而會隨主流向前運(yùn)動，從而形成一系列有序縱向漩渦。 在這些縱向漩渦的強(qiáng)烈運(yùn)動下，促進(jìn)了主流區(qū)與傳熱壁面附近的流體間的動量和能量的交 換，強(qiáng)烈的流體擾動對邊界層起到了減弱或破壞的作用，因而使得傳熱增強(qiáng)。這就是縱向渦 的發(fā)生和其傳熱強(qiáng)化的基本原理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的之一是提供一種導(dǎo)流器。
[0006] 為此，本發(fā)明提供的導(dǎo)流器包括導(dǎo)流板，該導(dǎo)流板的兩個板面上均設(shè)有多個凸起， 且各凸起的外表面為球面。
[0007] 進(jìn)一步，所述導(dǎo)流板為可轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，且轉(zhuǎn)動方向與流體流動方向相切。
[0008] 優(yōu)選的，所述導(dǎo)流板上開設(shè)有多個孔，每個孔中安裝有一球體，該球體在兩個面板 上形成凸起。
[0009] 優(yōu)選的，沿導(dǎo)流板寬度方向球心間距為1?2倍的球體直徑，沿導(dǎo)流板長度方向球 心間距為2?3倍的球直徑。
[0010] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或不足，本發(fā)明的另一目的在于提供一種噴動床，該噴動床 中設(shè)有噴射區(qū)、環(huán)隙區(qū)和噴泉區(qū)，該噴動床中安裝有上述導(dǎo)流器，且所述導(dǎo)流器位于噴泉區(qū) 下方。
[0011] 優(yōu)選的，所述導(dǎo)流器的導(dǎo)流板的寬度L為JJDiOXDs，其中A為噴動床進(jìn)氣口直 徑，Ds為噴射區(qū)直徑。
[0012] 優(yōu)選的，所述球體直徑D取值為：10dp〈D〈0.25L，其中：dp為噴動床顆粒直徑， 0· 1謹(jǐn)<dp < 3.(tom;L為導(dǎo)流板寬度。
[0013] 為了保證噴動床穩(wěn)定噴動結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，DiMpOO?50,0.5〈H/DZ〈10,DiZiDz = 0. 0. 267,其中=Di為噴動床進(jìn)氣口直徑，Dz為圓柱噴動床直徑，H為噴動床高度。
[0014] 所述噴動床倒錐頂角Θ大于40°。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：
[0016] (1)本發(fā)明的導(dǎo)流器結(jié)構(gòu)簡單，加工制作簡便，而且使用操作方便；
[0017] (2)本發(fā)明導(dǎo)流器的整體旋轉(zhuǎn)能夠動態(tài)調(diào)整床內(nèi)的混合均勻度，從而優(yōu)化噴動床 內(nèi)的流場分布，強(qiáng)化噴動床內(nèi)的傳熱與傳質(zhì)過程，大大提高噴動床的整體物料處理能力。
[0018] (3)采用導(dǎo)流器在噴射區(qū)與環(huán)隙區(qū)中產(chǎn)生縱向渦流，通過縱向渦流使得床內(nèi)的顆 粒、氣體實現(xiàn)漩渦狀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而加強(qiáng)了噴射區(qū)、環(huán)隙區(qū)間流體和顆粒的橫向混合，強(qiáng)化 流體、顆粒間的傳熱和傳質(zhì)；
[0019] (4)噴動床內(nèi)徑向渦旋運(yùn)動能夠有效防止環(huán)隙區(qū)出現(xiàn)死區(qū)或某些易粘結(jié)顆粒在環(huán) 隙區(qū)內(nèi)的團(tuán)聚；
[0020] (5)針對噴動床設(shè)備以上流動結(jié)構(gòu)的不足之處及縱向渦流強(qiáng)化換熱的原理，本發(fā) 明提出一種帶有縱向渦流發(fā)生器導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)導(dǎo)流器，其中，導(dǎo)流板具有旋轉(zhuǎn)可控性能。相對 于典型的柱椎型噴動床，位于噴動床噴嘴上方軸線處添加布置了一塊導(dǎo)流板，導(dǎo)流板兩側(cè) 面上安裝有一定數(shù)量的半球形縱向渦流發(fā)生器，球形結(jié)構(gòu)能夠有效降低顆粒與縱向渦流發(fā) 生器的碰撞磨損。通過縱向渦流發(fā)生器的作用，在噴動床內(nèi)產(chǎn)生一系列沿軸線分布發(fā)展的 縱向渦流，通過縱向渦流來實現(xiàn)噴動床徑向環(huán)隙區(qū)與噴射區(qū)內(nèi)氣體及顆粒的橫向混合，改 善噴動床內(nèi)的顆粒、流體的整體傳質(zhì)、傳熱情況。導(dǎo)流板的整體旋轉(zhuǎn)能夠動態(tài)調(diào)整床內(nèi)的混 合均勻度，從而優(yōu)化噴動床內(nèi)的流場分布，強(qiáng)化噴動床內(nèi)的傳熱與傳質(zhì)過程，大大提高噴動 床的整體物料處理能力。綜合縱向渦流效應(yīng)及導(dǎo)流板的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，床身上物料與氣流間傳 熱、傳質(zhì)均勻，沒有死區(qū)，物料間混和良好，從而提高噴動床的整體效率。
[0021] 綜上，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單且加工制作簡便，能有效增克服傳統(tǒng)噴動床床層內(nèi)顆粒缺 少橫向混合，使得部分顆粒的表面未能獲得充分利用的缺點，增強(qiáng)噴動床內(nèi)徑向噴射區(qū)與 環(huán)隙區(qū)內(nèi)顆粒和流體的橫向混合，從而改善噴動床內(nèi)的顆粒-流體的整體傳質(zhì)、傳熱情況， 提高噴動床的整體物料處理量。
[0022] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的導(dǎo)流器的參考結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2為實施例1的噴動床整體結(jié)構(gòu)參考示意圖；
[0025] 圖3為實施例1的噴動床在高度H= 0. 13m，有縱向渦流和無縱向渦流的氣體湍動 能隨徑向的變化關(guān)系圖；
[0026] 圖4為實施例1的噴動床在高度H= 0. 13m，有縱向渦流和無縱向渦流的顆粒擬溫 度隨徑向的變化關(guān)系對比圖。

【具體實施方式】
[0027] 本發(fā)明的導(dǎo)流板兩側(cè)面分布有多個凸起狀縱向渦流發(fā)生器，凸起狀的形狀優(yōu)選球 狀，導(dǎo)流板的寬度優(yōu)選UDiOXDz，這樣既能夠保證縱向渦流發(fā)生器具有足夠的布置尺寸及 影響空間，有能夠避免導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)影響和破壞噴動床環(huán)隙區(qū)內(nèi)流體的流動，其中A為進(jìn)氣 口直徑，Ds為噴射區(qū)直徑。
[0028] 進(jìn)一步優(yōu)選的方案是，導(dǎo)流板上在縱向渦流發(fā)生器的布置位置上穿有一系列圓 孔，在圓孔上通過鑲嵌了球體，如焊接。
[0029] 球體被導(dǎo)流板一分為二，從而在導(dǎo)流板兩側(cè)形成兩個半球形縱向渦流發(fā)生器，即 為縱向渦流發(fā)生器結(jié)構(gòu)，球形結(jié)構(gòu)能夠有效降低顆粒與縱向渦流發(fā)生器的碰撞磨損；縱向 渦流發(fā)生器在導(dǎo)流板兩側(cè)面上成對布置，并沿導(dǎo)流板高度方向呈直線分布，成對縱向渦流 發(fā)生器在導(dǎo)流板上的橫向球心距為1?2倍的球直徑D，其縱向球心距為2?3倍的球直 徑D，使的縱向渦流發(fā)生器具有合理的安裝尺寸，保證縱向渦流產(chǎn)生一定有效的影響空間范 圍。
[0030] 本發(fā)明的導(dǎo)流板的頂端位于噴動床噴泉區(qū)以下區(qū)域，以保證導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)不影響噴 動床的整體噴動效果。
[0031] 本發(fā)明的噴動床床身設(shè)置了旋轉(zhuǎn)可控的導(dǎo)流板，可通過噴動床的底座上的調(diào)速 電機(jī)實現(xiàn)控制，為了保證氣流產(chǎn)生的縱向渦流能夠有效帶動粗大顆粒實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，同 時保證縱向渦流發(fā)生器在導(dǎo)流板上的合理安裝尺寸，縱向渦流發(fā)生器球體直徑取值為 10dp〈D〈0.25L，這樣既能保證縱向渦流發(fā)生器合理安裝尺寸，又能使的縱向渦流的影響區(qū) 域大于噴動床顆粒，從而能夠通過氣流的流動有效地帶動大顆粒的潤旋流動，其中：dp為噴 動床顆粒直徑，〇.Imm<dp < 3. 0mm，L為導(dǎo)流板寬度。
[0032] 為了保證噴動床穩(wěn)定噴動結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，DiMpOO?50,0.5〈H/DZ〈10,DiZiDz = 0.267,其中Dz為圓柱噴動床直徑，H為噴動床高度，倒錐頂角Θ大于40°。
[0033] 工作時，具有一定壓力的高速氣體口進(jìn)入噴動床床身，并進(jìn)一步到達(dá)導(dǎo)流板的下 端，在氣流的帶動下，導(dǎo)流板下端附近的物料顆粒被向上帶動，隨同氣體向上運(yùn)動進(jìn)入噴射 區(qū)，途中經(jīng)過縱向渦流發(fā)生器的影響區(qū)域，氣體和顆粒產(chǎn)生一定的渦流運(yùn)動，即通過氣體產(chǎn) 生的縱向渦流運(yùn)動，來帶動顆粒渦流運(yùn)動，從而實現(xiàn)氣體、顆粒的有效橫向混合，并不斷上 升，進(jìn)入到噴泉去，然后在重力的影響下，物料沿噴動床壁面進(jìn)入環(huán)隙區(qū)內(nèi)，并在環(huán)隙區(qū)內(nèi) 緩慢下降，途中部分氣流及顆粒由于縱向渦流的影響而產(chǎn)生橫向的漩渦運(yùn)動從而與噴射區(qū) 內(nèi)的氣體、顆粒發(fā)生橫向混合，隨著主流運(yùn)動，實現(xiàn)局部循環(huán)，最后由于重力作用，顆粒物料 回到導(dǎo)流板底端后再次被進(jìn)口氣體帶入噴射區(qū)實現(xiàn)新的物料循環(huán)，如此不斷循環(huán)，實現(xiàn)動 態(tài)干燥或化學(xué)反應(yīng)。
[0034]應(yīng)用縱向渦流導(dǎo)流板可以有效地實現(xiàn)噴射區(qū)與環(huán)隙區(qū)內(nèi)氣體、顆粒的充分橫向混 合，使得部分顆粒的表面得以充分利用，突破傳統(tǒng)噴動床的局限性，提高了噴動床的整體效 率和生產(chǎn)能力。
[0035] 本發(fā)明尤其適用于整體結(jié)構(gòu)為三維圓錐形結(jié)構(gòu)形式的噴動床，縱向渦流發(fā)生器的 結(jié)構(gòu)為空間三維結(jié)構(gòu)，為半球形結(jié)構(gòu)。
[0036] 本發(fā)明的導(dǎo)流板為銅、鋼或鋁等金屬板。
[0037] 本發(fā)明的導(dǎo)流板為旋轉(zhuǎn)可控形式，導(dǎo)流板的底座為旋轉(zhuǎn)可控的裝置，通過底座的 電動馬達(dá)實現(xiàn)運(yùn)動速度與方向的調(diào)整。
[0038] 實施例：
[0039] 該實施例為一具體的噴動床，如圖1所示的噴動床反應(yīng)器，在噴動床床身3設(shè)置 了旋轉(zhuǎn)可控的導(dǎo)流板1，通過噴動床的底座上的調(diào)速電機(jī)4實現(xiàn)控制，導(dǎo)流板兩側(cè)面上布置 了一系列呈對分布縱向渦流發(fā)生器，縱向渦流發(fā)生器球體2直徑D為4_，顆粒直徑dp為 0· 46mm〇
[0040] 球體被導(dǎo)流板平分為二，成對縱向渦流發(fā)生器在導(dǎo)流板上的橫向球心距為1. 5倍 的金屬球直徑D，其縱向球心距為3倍的球直徑D。
[0041] 導(dǎo)流板的寬度為L為20mm，Di為14. 3mm，導(dǎo)流板的頂端位于噴動床噴泉區(qū)以下區(qū) 域，以保證導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)不影響噴動床的整體噴動效果。
[0042] 導(dǎo)流板厚度為0. 1mm，入口倒錐角Θ為60°，導(dǎo)流板的轉(zhuǎn)速在數(shù)值模擬中取零值， 數(shù)值模擬的計算參數(shù)及邊界條件如表1、表2所示。
[0043]表1噴動床幾何尺寸及數(shù)值模擬參數(shù)設(shè)置

【權(quán)利要求】
1. 一種導(dǎo)流器，其特征在于，包括導(dǎo)流板，該導(dǎo)流板的兩個板面上均設(shè)有多個凸起，且 各凸起的外表面為球面。
2. -種導(dǎo)流器，其特征在于，所述導(dǎo)流板為可轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，且轉(zhuǎn)動方向與流體流動方向相 切。
3. 如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)流器，其特征在于，所述導(dǎo)流板上開設(shè)有多個孔，每個孔中安 裝有一球體，該球體在兩個面板上形成凸起。
4. 如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)流器，其特征在于，沿導(dǎo)流板寬度方向球心間距為1?2倍的 球體直徑，沿導(dǎo)流板長度方向球心間距為2?3倍的球直徑。
5. -種噴動床，該噴動床中設(shè)有噴射區(qū)、環(huán)隙區(qū)噴泉區(qū)，其特征在于，該噴動床中安裝 有權(quán)利要求1、2、3或4所述導(dǎo)流器，且所述導(dǎo)流器位于噴泉區(qū)下方。
6. 如權(quán)利要求5所述的噴動床，其特征在于，所述導(dǎo)流器的導(dǎo)流板的寬度L為： 1. 2Di〈L〈Ds，其中：Di為噴動床進(jìn)氣口直徑，Ds為噴射區(qū)直徑。
7. 如權(quán)利要求5所述的噴動床，其特征在于，所述球體直徑D取值為：10dp〈D〈0. 25L，其 中：dp為噴動床大顆粒直徑，0· 1mm彡dp彡3. Omm ;L為導(dǎo)流板寬度。
8. 如權(quán)利要求5所述的噴動床，其特征在于，Di/d/30?50,0. 5〈H/DZ〈10, Di/Dz = 0. 267,其中A為噴動床進(jìn)氣口直徑，Dz為圓柱噴動床直徑，Η為噴動床高度。
9. 如權(quán)利要求4所述的噴動床，其特征在于，所述噴動床為倒圓錐結(jié)構(gòu)，所述噴動床倒 錐頂角Θ大于40°。
【文檔編號】F26B3/08GK104275128SQ201410507917
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】吳峰, 馬曉迅, 邊文娟 申請人:西北大學(xué)