CN109945666B - 高温熔岩换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热交换设备技术领域，公开了一种高温熔岩换热系统，包括交换箱、换热器和用于驱动液态金属循环的泵；交换箱内竖向至少转动连接有一层辊筒，交换箱上固定有与辊筒相抵的刮件；辊筒内设置有供液态金属通过的换热腔；换热腔分别与泵和换热腔连通，换热腔与泵连通。本发明结构简单，可对粘附在外筒上的高温熔岩进行刮除，以便于高温熔岩与液态金属进行热交换。

Description

高温熔岩换热系统

技术领域

本发明涉及热交换设备技术领域，具体涉及一种高温熔岩换热系统。

背景技术

高温熔岩指工业冶炼过程中产生的废弃炉渣，如炼铁后产生的铁炉渣等，其在高温状态下呈熔融状，因此又称为高温熔岩，温度一般可达1000-1700℃。现有的冶炼工艺中，废炉渣通常是通过自然冷却后，再经过破碎后，再进行二次利用，这样不仅使得冷却的时间长，且高温废炉渣的热量得不到充分的利用，造成能量的损失。

基于上述问题，我司研发了一种高温熔岩换热系统，同时研发了一种液态金属作为热交换介质，该液态金属是由镓、铟、铋、铝、铁、镁和锡组成的合金，具有熔点低、沸点高的特性，通过液态金属可以对高温熔岩进行热交换。在热交换过程中会使用辊筒作为载体，使得高温熔岩与液态金属进行热交换，但是，在辊筒的使用过程中辊筒上容易粘附一些铁炉渣，铁炉渣随着时间的推移会越来越厚，如此会阻隔高温熔岩与液态金属的热交换，降低交换效率。

发明内容

本发明意在提供一种高温熔岩换热系统，以克服铁炉渣容易粘附在辊筒上的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高温熔岩换热系统，包括交换箱、换热器和用于驱动液态金属循环的泵；

交换箱内竖向至少转动连接有一层辊筒，辊筒连接有驱动件，交换箱上固定有与辊筒相抵的刮件；

辊筒内设置有供液态金属通过的换热腔；换热腔分别与泵和换热器连通，换热器与泵连通。

本发明的原理以及有益效果：泵对液态金属提供动力，使得液态金属依次进入到换热腔、换热器和泵内，如此构成液态金属的循环。液态金属在换热腔内与辊筒外的高温熔岩进行热交换，如此达到高温熔岩余热回收的目的。吸收热能的液态金属在换热器内将热能释放，以利用于加热水等工作。与传统的自然冷却高温熔岩相比，本发明对高温熔岩的余热进行利用，节约热能，保护环境的目的。

在高温熔岩与液态金属的热交换过程中，高温熔岩容易粘附在辊筒上，使得辊筒的外侧壁逐渐变厚，如此会影响高温熔岩与液态金属的热交换，同时，传统处理粘附在辊筒上的高温熔岩需要将停止整个设备的工作，才能对辊筒上的高温熔岩进行处理，如此工作效率势必很低。本申请通过刮件将辊筒上粘附的高温熔岩刮下，如此避免辊筒的外侧壁厚度增大，从而避免影响高温熔岩与液态金属的热交换效率，刮件将粘附在辊筒上的高温熔岩刮下，避免了使得整个系统停车(停止工作)，提高了工作效率。同时，高温熔岩进行热交换过后，高温熔岩会显脆性，在刮刀的作用下，高温熔岩在被刮落之后以一定的粒度排出交换箱将高温熔岩处理的效率提高。

进一步，所述辊筒与换热器之间连通有储液箱。储液箱作为高温熔岩换热系统的一部分，在液态金属流动时，一方面储液箱对高温的液态金属进行储液，若遇到故障，可以将传输道内的液态金属回流到储液箱内储存，避免液态金属的浪费；另一方面，液态金属在不使用的情况下，容易在常温下凝固，若此时液态金属在传输管道内不便于加热处理，因此在不使用时可将液态金属集中收集在储液箱内。

进一步，所述换热腔一端连通有与储液箱连通的高温旋转密封机构，换热腔另一端连通有与泵连通的旋转接头，高温旋转密封机构包括由耐高温材料制成且中空的高温旋转轴、梳齿密封结构，高温旋转轴通过梳齿密封结构与储液箱连通。从换热腔排出的液态金属为高温状态，容易将普通的旋转接头损坏，本申请使用高温旋转轴与储液箱连通，如此降低了高温旋转轴的损坏几率，梳齿密封接头将高温旋转轴密封，降低液态金属进入储液箱时漏出的几率。

进一步，所述辊筒包括外筒、与外筒同轴设置的内筒，内筒固定在外筒内，所述换热腔位于外筒和内筒之间，且刮件与外筒的外侧壁相抵。通过将辊筒设置为外筒和内筒的双层结构，使得液态金属从内筒与外筒之间形成的换热腔流动，能够使得内筒以及换热腔内流动的液态金属形成一层保护膜对外筒进行保护，即使在高温熔岩撞击外筒时，外筒向内凹陷，也能通过内筒对液态金属进行支撑，实现液态金属给予外筒一个缓冲的力，同时通过导流通道内持续通入液态金属，使导流通道内保持一个较为稳定的压强，此时，实现外筒的复位，从而对外筒进行保护；因此，即使将冷却辊筒设置为双层结构，并且外筒设置为较薄，也能够避免冷却辊筒受损，确保其在使用过程中不易损坏。

进一步，所述外筒和内筒的两端均封闭。将内筒进行密封，以避免有冷却液进入到内筒内而影响高温熔岩与冷却液的热交换，将外筒封闭可在外筒上安装驱动结构，以避免外筒的转动，同时利于液态金属精准的进入到换热腔内。

进一步，所述驱动件与外筒固定连接。驱动件与外筒固定连接，驱动件带动外筒转动时，外筒带动内筒转动且利于外筒对液态金属的密封，若驱动件与内筒固定连接，驱动件的轴会破坏外筒的结构，不利于外筒对液态金属的密封。

进一步，所述刮件至少为两个，刮件下方均设置有动力件和转动轴，动力件与转动轴固定连接，转动轴与刮件固定连接。动力件驱动转动轴，转动轴带动刮件转动且带着刮件与外筒相抵，如此达到刮除外筒上高温熔岩的目的，如此人工可调的对高温熔岩进行刮除，增强了设备的可控制性。

进一步，所述外筒的外侧壁上设置有若干呈阵列分布的滑槽，滑槽内均滑动连接有凸块且凸块沿外筒的径向滑动，凸块上设置有与外筒相抵的弹性件。凸块可对高温熔岩进行粉碎，使得高温熔岩以颗粒的形式与外筒接触，高温熔岩中部的热能能够释放，然后高温熔岩再与液态金属进行热交换，提高换热效率。

进一步，所述交换箱上设置有与动力件电连接的控制器，控制器控制动力件的启闭。控制器控制动力件工作，再通过动力件控制刮件工作。

进一步，所述内筒的一侧设置有贯穿外筒的泄压孔，所述滑槽通过泄压孔与内筒连通。当凸块在滑槽内往复滑动时，凸块会将滑槽内的气体挤压到内筒内对内筒进行一定的降温，从而达到对内筒进行降压的目的，达到保护内筒的目的。

附图说明

图1为本发明实施例一、二中高温熔岩换热系统的主视图；

图2为本发明实施例一中辊筒的结构示意图；

图3为图1的正向剖视图；

图4为图3中A部分的放大图；

图5为图2的侧视图；

图6为实施例一中高温旋转密封机构剖视图；

图7为本发明实施例二中辊筒的剖视图；

图8为图7中的B部分的放大图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：交换箱1、进料斗2、空心轴3、单向电机4、机械泵5、换热器6、出料口7、挡板8、储液箱9、高温旋转轴10、转动梳齿101、辊筒11、换热腔111、连接轴112、泄压孔113、凸块114、气道115、刮刀12、转动轴121。

实施例一：

一种高温熔岩换热系统，基本如附图1所示，包括交换箱1、换热器6和用于驱动液态金属循环的泵，泵为电磁泵或机械泵5中的任意一种，本实施例中选用机械泵5。机械泵5的进液口和出液口内均设置有用于对液态金属加热的电热棒(图中未示出)，如此电热棒和机械泵5构成辅热系统。

交换箱1的上部连通有进料斗2，进料斗2为倒置的锥形，交换箱1的下部连通有出料口7，交换箱1内至少转动连接有一层辊筒11，本实施例中辊筒11为一层。如附图2、附图3和附图4所示，辊筒11内设置有供液态金属通过的换热腔111，具体的：辊筒11包括外筒和与外筒同轴的内筒，内筒位于外筒内，内筒的外侧壁设置有与外筒固定连接的连接轴112，换热腔111位于内筒和外筒之间，外筒和内筒的两端均封闭，内筒的一端设置有贯穿外筒且与外部连通的泄压孔113。外筒的左右两端均固定有与换热腔111连通的空心轴3，结合附图1所示，还包括用于驱动外筒转动的驱动件，驱动件为单相电机4或固定在外筒上的齿轮组，本实施例中选用单相电机4。具体的：单相电机4的输出轴与左侧的空心轴3固定连接，左侧的空心轴3连通有旋转接头，旋转接头与机械泵5的出液口连通，旋转接头的型号为W.H.P.T供应RSB28M16L04N3高速旋转接头。

辊筒11与换热器6之间连通有储液箱9，储液箱9上部设置有便于检修储液箱9的检修孔，储液箱9的上部还设置有用于封闭检修孔的挡板8，挡板8与储液箱9可拆卸连接，当储液箱9发生故障时，可将挡板8拆卸下来对储液箱9进行检修。右侧的空心轴3设置有高温旋转密封机构，高温旋转密封机构包括由耐高温材料制成且中空的高温旋转轴10、梳齿密封结构，高温旋转轴10与右侧的空心轴3一体成型，耐高温材料选择2520耐高温不锈钢。高温旋转轴10通过梳齿密封结构固定在储液箱9上，且高温旋转轴10与储液箱9连通，具体的结合附图6所示，梳齿密封结构包括转动梳齿101和与转动梳齿101配合的固定梳齿。转动梳齿101套设在高温旋转轴10上，固定梳齿固定在储液箱9上，转动梳齿101与固定梳齿之间的间隙为间隙a，转动梳齿101(或固定梳齿)上的相邻梳齿之间的间隙为间隙b，间隙a要远小于间隙b。高温旋转密封结构转动时，由于梳齿密封结构处有高温的液态金属，压强较大，储液箱9内的液态金属向梳齿密封结构处流动，即液态金属从高压处向低压处流动，液态金属首先经第一个间隙a进入到第一个间隙b中，由于间隙a要远小于间隙b,即液态金属从很小的间隙a内进入到一相对很大的间隙b中，液态金属在第一个间隙b内形成一个很强烈的漩涡，从而使得液态金属在间隙b内的速度迅速增大，基于公式PV＝C，第一个间隙b中的压强会减小。紧接着液态金属从第一个间隙b经第二个间隙a进入到第二个间隙b中，基于上述原理第二个间隙b中的压强进一步减小，这个过程使得梳齿两侧的压力差逐渐下降，对每个梳齿而言，两侧压差减小，液态金属流动的动力减小，从而降低液态金属的泄漏量，达到密封的效果。

储液箱9与换热器6连通，换热器6与机械泵5的进液口连通。本实施例中机械泵5、换热器6和储液箱9均通过耐高温的金属管道连通。

结合如附图2和附图3所示，辊筒11的下方设置有刮件，刮件为刮板或刮刀12中的任意一种，本实施例选用刮刀12，刮刀12上部的刀刃与外筒的外侧壁相抵，刮刀12的下方设置有转动轴121，转动轴121固定在交换箱1上，刮刀12的下部固定在转动轴121上。结合附图5所示，刮刀12的刀刃部分设置有弧形且与外筒外侧壁相贴的凹槽。

具体实施过程如下：

本实施例中参与热交换的液态金属，是由质量分数为镓20％、铟30％、铋19％、铝5％、铁3％、镁5％和锡18％组成的合金，该液态金属的熔点为40℃。

换热系统在未使用状态下，液态金属容易冷却凝固，操作人员启动电热棒对液态金属进行加热，当温度加热到40℃以上后，再启动机械泵5，机械泵5驱动液态金属进行循环，具体的：液态金属依次进入换热腔111、储液箱9和换热器6以及机械泵5后，重新流回换热腔111内，如此完成一次循环。

启动单相电机4，电机4通过空心轴3带动外筒转动，外筒带动内筒同轴转动，熔融状态的高温熔岩从进料口掉落至外筒的外表面，再从出料口7排出。高温熔岩和外筒的外侧壁接触时，高温熔岩与换热腔111内的液态金属进行热交换。吸收了热量的液态金属进入到换热器6内并且输送到储液箱9内缓冲，一方面延长液态金属流动的时间，避免换热系统停车，另一方面在发生事故时可控制液态金属的流动。液态金属进入到换热器6内，换热器6内的热量被回收利用，回收的热量可以用来进行锅炉加热等需要消耗较多热量的工作，以达到高温熔岩余热再利用的目的。液态金属降温之后可以继续参与循环，与进入交换箱1的高温熔岩进行换热。

由于高温熔岩带有一定的粘性，会粘附在外筒的外侧壁上。外筒转动时，会经过刮刀12，刮刀12会将粘附在外筒上的高温熔岩刮下，如此减少外筒上粘附的高温熔岩。尤为重要的是，由于内筒密封，而换热腔111内的液态金属温度会逐渐升高，高温的液态金属会对内筒内的空气加热且使得筒内的压强增大，内筒通过泄压孔113泄压，以避免内筒内的压强过大导致的内筒的损坏。

实施例二：

与实施例一的不同之处在于，如附图7所示，刮刀12至少有两块，本实施例中选用两块，刮刀12的下部均设置有转动轴121，转动轴121与固定在交换箱1上的动力件固定连接，动力件为步进电机或伺服电机中的任意一种，本实施例选用步进电机(图中未示出)。步进电机启动时，步进电机会带动刮刀12朝向外筒转动，且刮刀12的刀刃部分与外筒的外侧壁相抵。

结合附图8所示，外筒的外侧壁沿其轴向设置有若干呈环形阵列分布的滑槽，滑槽的开口远离内筒，滑槽内均滑动连接有凸块114，凸块114上均固定连接有与外筒的外侧壁固定连接的弹性件，弹性件为拉簧、压簧或弹簧中的任意一种，本实施例选用弹簧。交换箱1上固定有控制器，控制器的品牌为：Mitsubishi/三菱，型号为26MT的伺服控制器，控制器与步进电机均电连接，且控制器控制步进电机的启闭。沿外筒轴向且靠近泄压孔113的一排滑槽两两之间连通有气道115，气道115与泄压孔113连通。

具体实施过程如下：

在高温熔岩与液态金属热交换过程中，高温熔岩掉落到外筒的外表面时，高温熔岩会先与凸块114发生碰撞，从而凸块114将高温熔岩破碎，达到造粒的效果，颗粒再与外筒接触，如此扩大了高温熔岩与外筒的接触面积，提高高温熔岩与液态金属的热交换效率。由于高温熔岩带有一定的粘性，高温熔岩会粘附在凸块114上，操作人员可以使用控制器控制步进电机开启，步进电机会带着刮刀12朝向外筒转动。刮刀12的刀刃为倾斜且会挤压凸块114收缩到滑槽内，并且刮刀12会将凸块114和外筒上的高温熔岩刮下。本实施例中，如附图7所示，若操作人员通过控制器控制左侧的刮刀12工作时，左侧的刮刀12对外筒左侧进行刮料，若操作人员通过控制器控制右侧的刮刀12工作，右侧的刮刀12对外筒右侧进行刮料，若操作人员通过控制器控制左右两侧的刮刀12均工作，刮刀12对外筒外部两侧进行刮料。凸块114受到高温熔岩的冲击受到的作用力较大，通过弹簧可以对凸块114进行缓冲。

当靠近泄压孔113的一排凸块114的高温熔岩被刮下之后，在弹簧的作用下，凸块114会远离弹簧滑动，在凸块114滑动过程中，滑槽会形成一定的吸力且通过气道115和泄压孔113的配合，气道115吸入一部分外部的冷空气和内筒中的高温气体，冷空气与高温气体在气道115内混合降温，当凸块114向下滑动时，凸块114将气道115内的一部分冷气体排出到外部，一部分进入到内筒内进行降温减压，如此降低内筒内的压强，达到保护内筒的目的。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本发明所省略描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (6)

1.一种高温熔岩换热系统，包括辊筒，其特征在于：包括交换箱、换热器和用于驱动液态金属循环的泵；

交换箱内竖向至少转动连接有一层辊筒，辊筒连接有驱动件，交换箱上固定有与辊筒相抵的刮件，所述辊筒包括外筒、与外筒同轴设置的内筒，内筒固定在外筒内，所述换热腔位于外筒和内筒之间，且刮件与外筒的外侧壁相抵 , 所述刮件至少为两个，刮件下方均设置有动力件和转动轴，动力件与转动轴固定连接，转动轴与刮件固定连接,所述外筒的外侧壁上设置有若干呈阵列分布的滑槽，滑槽内均滑动连接有凸块且凸块沿外筒的径向滑动，凸块上设置有与外筒相抵的弹性件；

辊筒内设置有供液态金属通过的换热腔；换热腔分别与泵和换热器连通，换热器与泵连通，所述辊筒包括外筒、与外筒同轴设置的内筒，内筒固定在外筒内，所述换热腔位于外筒和内筒之间，且刮件与外筒的外侧壁相抵,所述内筒的一侧设置有贯穿外筒的泄压孔，所述滑槽通过泄压孔与内筒连通，刮件刀刃部分设置有弧形且与外筒外侧壁相贴的凹槽。

2.根据权利要求1所述的高温熔岩换热系统，其特征在于：所述辊筒与换热器之间连通有储液箱。

3.根据权利要求2所述的高温熔岩换热系统，其特征在于：所述换热腔一端连通有与储液箱连通的高温旋转密封机构，换热腔另一端连通有与泵连通的旋转接头，高温旋转密封机构包括由耐高温材料制成且中空的高温旋转轴、梳齿密封结构，高温旋转轴通过梳齿密封结构与储液箱连通。

4.根据权利要求1所述的高温熔岩换热系统，其特征在于：所述外筒和内筒的两端均封闭。

5.根据权利要求4所述的高温熔岩换热系统，其特征在于：所述驱动件与外筒固定连接。

6.根据权利要求5所述的高温熔岩换热系统，其特征在于：所述交换箱上设置有与动力件电连接的控制器，控制器控制动力件的启闭。

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