CN115790190B - 一种锂电池碳素材料煅烧窑炉配套的余热锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂电池碳素材料煅烧窑炉配套的余热锅炉，为卧式结构，包括余热炉箱体、设置在余热炉箱体一端的进烟通道和设置在余热锅炉另一端的出烟通道，还包括设置在余热炉箱体内部的多个换热模块，每个换热模块上分别设置一个清灰模块，且每个换热模块包括两排平行设置的蛇形换热管。通过本发明的锂电池碳素材料煅烧窑炉配套的余热锅炉，不仅能够对人造碳素材料的煅烧过程中产生的高温烟气中的余热进行充分的利用，而且还能对方便地对粘附在换热结构上的碳灰进行清理，从而避免影响到换热结构的换热效率和使用寿命，且能够通过分段加工、组合拼装的方式来缩短安装时间、降低对施工人员的要求、保证设备的质量。

Description

一种锂电池碳素材料煅烧窑炉配套的余热锅炉

技术领域

本发明属于余热锅炉技术领域，特别涉及一种锂电池碳素材料煅烧窑炉配套的余热锅炉。

背景技术

随着碳达标的持续推进，新能源产品层出不穷，锂电池因其高能量密度而被人们广泛应用，碳素材料作为优秀的负极材料，其应用已经越来越广泛。常用的人造碳素材料的制造过程中，需要进行高温煅烧，但碳素材料在煅烧过程会产生大量的高温烟尘，若是直接将其排放，很容易造成对热量的浪费。

是以，人们想到了利用余热锅炉对煅烧碳素材料的过程中产生的高温烟气中的热量进行余热回收，以此生产热水或热蒸汽再供给其它工段使用。

但由于这些高温烟气中往往含有大量的碳灰，这些碳灰会粘结在余热锅炉内壁上，导致余热锅炉内壁的换热效率大大降低，从而造成余热锅炉运行效率下降，因此使用一段时间后余热锅炉会有比较严重的磨损，余热锅炉的余热利用效率也会严重下降，不仅会造成资源的浪费，还会增加余热锅炉的运行成本。

现有的碳素窑余热锅炉为双锅筒横置式结构，包括上锅筒、下锅筒、对流管束和炉膛。对流受热面布置在上、下锅筒之间，炉膛通过连接与上、下锅筒间的模式壁构成，在炉膛和对流管束的侧面，留有烟气进口和烟气出口。锅炉运行时，从碳素窑炉过来的烟气先从烟气进口进入炉膛换热，然后进入对流管束换热，最后从烟气出口排出。

此外，现有的余热锅炉为立式布置，设备整体高度高，无法整体运输，需将锅炉的各个部件以散件形式发往用户使用现场，在使用现场逐个组装起来，现场安装时间占整个项目周期一半以上时间，对由于施工人员水平要求较高，否则难以保证设备质量。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术的不足，提供一种锂电池碳素材料煅烧窑炉配套的余热锅炉，不仅能够对人造碳素材料的煅烧过程中产生的高温烟气中的余热进行充分的利用，而且还能对方便地对粘附在换热结构上的碳灰进行清理，从而避免影响到换热结构的换热效率和使用寿命，且能够通过分段加工、组合拼装的方式来缩短安装时间、降低对施工人员的要求、保证设备的质量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种锂电池碳素材料煅烧窑炉配套的余热锅炉，为卧式结构，包括余热炉箱体、设置在余热炉箱体一端的进烟通道和设置在余热锅炉另一端的出烟通道，还包括设置在余热炉箱体内部的多个换热模块，每个换热模块上分别设置一个清灰模块，且每个换热模块包括两排平行设置的蛇形换热管；

清灰模块包括清灰框架，清灰框架上设置有多个清灰座，每个清灰座内旋转安装有清灰环，每个清灰环套设对应蛇形换热管的平直段上，清灰环的内壁上设置有清灰刷，清灰框架上旋转设置两根同轴的蜗杆，蜗杆的内端设置从动锥齿轮，蜗杆的外端设置行走直齿轮，余热炉箱体的侧壁上沿蛇形换热管的平直段设置有与同侧行走直齿轮相啮合的齿条，两根齿条的朝向相反，每个清灰环的外侧壁上设置有与相应蜗杆相配合的蜗齿，余热炉箱体上设置有同时驱动两个从动锥齿轮的驱动机构。通过驱动机构可以驱动两个从动锥齿轮，从而驱动蜗杆，进而驱动蜗齿，使得清灰座、清灰环、清灰刷发生水平转动，对粘附在蛇形换热管平直段的烟尘进行清扫处理，通过直接的接触，相较于其他间接接触方式能够有效去除换热管表面的积灰；两个蜗杆在转动的同时还能对相应的行走直齿轮进行驱动，从而在两侧的齿条的配合下使得清灰框架、清灰座、清灰环、清灰刷进行上下竖向移动，从而改变并扩展清灰刷对蛇形换热管的平直段进行清扫处理的范围，从而实现对蛇形换热管平直段外侧壁上的烟尘的充分清理。

作为本发明的进一步改进，驱动机构包括与两个从动锥齿轮相啮合的主动锥齿轮，主动锥齿轮安装在齿轮轴的端部，齿轮轴的外端伸出开设在余热炉箱体上的通孔，齿轮轴的外端通过键与键槽的配合方式安装有从动轮，余热炉箱体上设置有驱动马达，驱动马达的输出端设置有驱动从动轮的主动轮。可以通过驱动马达驱动主动轮，从而驱动从动轮，进而使得主动锥齿轮进行转动，对从动锥齿轮进行驱动；进而对蜗杆进行驱动，蜗杆在运行时，又会与蜗齿相配合，带动清灰环、清灰刷进行转动，蜗杆在转动运行时，还会带动行走直齿轮进行转动，并与齿条相配合，带动清灰框架进行竖向移动，从而实现对清灰结构的竖向位置的调节。

作为本发明的进一步改进，余热炉箱体上设置有密封筒，密封筒套设在齿轮轴外侧，从动轮的下端面通过环形台旋转安装在密封筒的上端。通过密封筒、密封台的配合，不仅能够对从动轮进行旋转支撑，还能够实现对齿轮轴与余热炉箱体的连接处的密封性，从而避免高压吹扫气流从齿轮轴与余热炉箱体的连接处发生泄露，并避免含有碳灰的气流从齿轮轴与余热炉箱体的连接处发生泄漏。

作为本发明的进一步改进，齿轮轴为空心管结构，齿轮轴的上端口与高压气源相连通，齿轮轴的下端口通过旋转接头连接导气管，导气管的端部连通设置布气管，布气管设置在清灰框架的底部，且布气管位于两排蛇形换热管之间，布气管上设置有面向蛇形换热管的每个平直段的喷气口。通过齿轮轴、导气管、补气管和喷气口，可以对蛇形换热管的平直段面向补气管的一侧吹送高压吹扫气流，从而对蛇形换热管的平直段进行吹扫处理，更干净地除去蛇形换热管上的烟尘。

作为本发明的进一步改进，喷气口上球铰接有喷气嘴，喷气嘴的两侧通过复位弹性件与布气管外壁连接，喷气嘴上面向清灰座一侧设置拨柱，清灰环的底部设置用于拨动拨柱的拨杆。复位弹性件为簧片或弹簧。通过喷气嘴，可以对从喷气口出喷出的高压吹扫气流进行输送辅助，使得吹扫气流能够更容易抵达蛇形换热管上，从而更好的对蛇形换热管平直段上的烟尘进行吹扫清理；通过拨杆可以对拨柱进行拨动，又因为喷气嘴与喷气口球铰接，喷气嘴的两侧通过复位弹性件与布气管外壁连接，是以拨杆在被拨动时，可以带动喷气嘴发生移动，从而改变对吹扫气流的吹送范围、改变并扩展对蛇形换热管平直段上的烟尘的吹扫范围；此外，通过复位弹性件，还可以使得喷气嘴进行复位，从而实现对蛇形换热管平直段上的烟尘吹扫覆盖。

作为本发明的进一步改进，清灰框架的两端分别通过轮轴转动设置有一个滚轮，每个滚轮挤压设置在同侧齿条的背面。滚轮起到限位作用，能够抵消齿轮作用在齿条上的轴向力，从而带动整个清灰装置上下运动。

作为本发明的进一步改进，余热炉箱体采用由多个子箱体拼接而成的结构，每个子箱体内分别安装一个换热模块。使得用户能够通过分段加工、组合拼装的方式来对预热炉箱体进行生产，从而缩短安装时间、降低对施工人员的要求、保证设备的质量。

综上所述，本申请与现有技术相比至少具有以下一种有益技术效果：

其一，本申请的余热锅炉中的换热模块采用蛇形换热管，不仅能够降低换热管道所占用的空间、实现对锅炉空间的充分利用，从而降低锅炉整体所占用的空间，且能够在占用较小空间的基础上，延长换热管道的路径长度，从而增加水流在换热管道中的行进路径、以及所能盛装的水流的容量，从而增加对水流的加热效果、增加相同时间内所能获得的热水或热蒸汽的量。

其二，可以通过为空心管结构的齿轮轴，将高压吹扫气流通入到齿轮轴中，并经由导气管、布气管和与蛇形换热管平直段相对应的多个喷气口吹出，使得高压吹扫气流吹到蛇形换热管的平直段上，对应蛇形换热管平直段相应位置上的烟尘进行吹扫处理，从而进一步提高对蛇形换热管平直段上的烟尘的清理效果；同时，齿轮轴、导气管、布气管、喷气口还能够在清灰框架的带动下进行竖向移动，从而改变并扩展清灰刷对蛇形换热管的平直段进行清扫处理的范围；同时，清灰环在转动的过程中还能够通过拨杆对拨柱进行拨动，拨柱还能够通过复位弹性件进行复位，是以还能够改变喷气嘴高压吹扫气流对蛇形换热管的水平方向的吹扫范围；通过高压吹扫气流的吹扫范围的竖向调节和水平调节的方式，能够实现对蛇形换热管的平直段朝向补气管的一侧进行充分地吹扫处理，并将清扫刷所刷下的浮灰吹离，减少烟尘在蛇形换热管平直段的附着。

其三，本申请的余热锅炉，能够对进烟通道、出烟通道、子箱体、换热模块和清灰模块分别进行生产加工，之后再进行组合拼装，是以能够缩短安装时间、降低对施工人员的要求、保证设备的质量；此外，本申请的余热锅炉，为卧式结构，设备整体的高度并不高，所以即便在完整组装后，需要进行移动时，也能够方便地进行整体的移动，且会因为重心较低而具有较好的平稳性。

其四，在运行过程中对于每一个热管的清理都均匀的清理，避免了如震动、激波等方式因为能量衰减导致末端清理不干净的状况，而且不会因此导致设备结构构件因为震动导致寿命衰减的状况，减少设备损坏概率；可以在设备运行中进行作业，减少设备停工维护，提高设备使用效率；在设备运行中能够作业可以经常进行清扫，减少灰尘堆积风险；本发明在传动上精简机构，能够使得原动机无法安装在内部的极端情况下只使用一个电机完成全部工作，能够提升设备稳定性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的换热模块和清灰模块的结构示意图；

图3为本发明的换热模块和清灰模块的侧视结构示意图；

图4为本发明的图3中的A的局部放大结构示意图；

图5为本发明的清灰模块的俯视结构示意图；

图6为本发明的导气管、布气管、喷气口的侧视结构示意图；

图7为本发明的喷气嘴、弹簧、拨杆的仰视结构示意图；

图8为本发明的布气管、喷气口、喷气嘴、拨柱的侧视结构示意图；

图9为本发明的清灰框架、清灰座、清灰环、清灰刷、蜗杆、蜗齿的俯视结构示意图；

图10为本发明的密封筒、环形台的结构示意图。

图中：101、余热炉箱体；102、进烟通道；103、出烟通道；104、子箱体；105、法兰接口；201、蛇形换热管；301、清灰框架；302、清灰座；303、清灰环；304、清灰刷；305、轴座；306、蜗杆；307、从动锥齿轮；308、行走直齿轮；309、齿条；310、蜗齿；311、主动锥齿轮；312、通孔；313、从动齿轮；314、驱动马达；315、主动齿轮；316、密封筒；317、环形台；318、导气管；319、布气管；320、喷气嘴；321、弹簧；322、拨柱；323、拨杆；324、滚轮；325、齿轮轴；326、喷气口。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

如图1、2所示，一种锂电池碳素材料煅烧窑炉配套的余热锅炉，为卧式结构，包括余热炉箱体101、设置在余热炉箱体101一端的进烟通道102和设置在余热锅炉另一端的出烟通道103，还包括设置在余热炉箱体101内部的多个换热模块，每个换热模块上分别设置一个清灰模块，且每个换热模块包括两排平行设置的蛇形换热管201；

如图3、4所示，清灰模块包括清灰框架301，清灰框架301上设置有多个清灰座302，每个清灰座302内旋转安装有清灰环303，每个清灰环303套设对应蛇形换热管201的平直段上，清灰环303的内壁上设置有清灰刷304，清灰框架301上通过轴座305旋转设置两根同轴的蜗杆306，蜗杆306的内端设置从动锥齿轮307，蜗杆306的外端设置行走直齿轮308，余热炉箱体101的侧壁上沿蛇形换热管201的平直段设置有与同侧行走直齿轮308相啮合的齿条309，两根齿条309的朝向相反，如图5、6所示，每个清灰环303的外侧壁上设置有与相应蜗杆306相配合的蜗齿310，余热炉箱体101上设置有同时驱动两个从动锥齿轮307的驱动机构。清灰框架301上还设置有用于安装轴座305的安装座。

如图2、9所示，驱动机构包括与两个从动锥齿轮307相啮合的主动锥齿轮311，主动锥齿轮311安装在齿轮轴325的端部，齿轮轴325的外端伸出开设在余热炉箱体101上的通孔312，齿轮轴325的外端通过键与键槽的配合方式安装有从动轮，余热炉箱体101上设置有驱动马达314，驱动马达314的输出端设置有驱动从动轮的主动轮。在本实施例中，主动轮为主动齿轮315，从动轮为从动齿轮313，且主动齿轮315与从动齿轮313相啮合。在另外的实施例中，主动轮为主动链轮，从动轮为从动链轮，且主动齿轮315与从动齿轮313通过传动链条相连接，此处不再赘述。在另外的实施例中，主动轮为主动皮带轮，从动轮为从动皮带轮，主动皮带轮与从动皮带轮通过传动皮带相连接，此处不再赘述。

如图10所示，余热炉箱体101上设置有密封筒316，密封筒316套设在齿轮轴325外侧，从动轮的下端面通过环形台317旋转安装在密封筒316的上端。在本实施例中，环形台317的内侧壁与密封筒316的上端外侧壁旋转连接。在另外的实施例中，环形台317的外侧壁与密封筒316的上端内侧壁旋转连接，此处不再赘述。

如图2、7、8所示，齿轮轴325为空心管结构，齿轮轴325的上端口与高压气源相连通，齿轮轴325的下端口通过旋转接头连接导气管318，导气管318的端部连通设置布气管319，布气管319设置在清灰框架301的底部，且布气管319位于两排蛇形换热管201之间，布气管319上设置有面向蛇形换热管201的每个平直段的喷气口326。喷气口326上球铰接有喷气嘴320，喷气嘴320的两侧通过复位弹性件与布气管319外壁连接，喷气嘴320上面向清灰座302一侧设置拨柱322，清灰环303的底部设置用于拨动拨柱322的拨杆323。所述拨杆323的数量为四个，四个拨杆323等分设置在清灰环303的底部。

在本实施例中，如图7所示，复位弹性件为弹簧321。在另外的实施例中，复位弹性件为簧片，此处不再赘述。

如图2、3、5所示，清灰框架301的两端分别通过轮轴转动设置有一个滚轮324，每个滚轮324挤压设置在同侧齿条309的背面。

工作原理：使得蛇形换热管201的一端与冷水进水管相连接，使得蛇形换热管201的另一端与热水出水管或热蒸汽导出管相连接，在换热管中通入冷水，通过进烟通道102，使得高温烟气进入到余热炉箱体101中，高温烟气会在余热炉箱体101中进行流动并经由出烟通道103离开余热炉箱体101，高温烟气在余热炉箱体101中进行流动的过程中会对多个蛇形换热管201中的水流进行加热处理，使得蛇形换热管201中的水流变为热水而从热水出水管离开或变为热蒸汽并从蒸汽导出管离开。

利用蛇形换热管201和水流对高温烟气中的余热进行利用的过程中，未燃烧充分的碳灰会附着在换热管上。此时可以启动驱动马达314，在主动齿轮315、从动齿轮313的传动配合下，使得齿轮轴325进行转动，齿轮轴325在转动的过程中，会通过主动锥齿轮311驱动从动锥齿轮307、蜗杆306、行走直齿轮308进行转动，蜗杆306在转动的过程中会通过蜗齿310驱动清灰环303，从而使得清灰刷304进行转动，使得清灰刷304对粘附在蛇形换热管201平直段的烟尘进行清扫处理；又因为蜗杆306通过轴座305与清灰框架301旋转连接、齿轮轴325的外端通过键与键槽的配合方式与从动齿轮313相连接，所以在齿条309的配合下，会使得行走直齿轮308、蜗杆306、清灰框架301、从动锥齿轮307、主动锥齿轮311、齿轮轴325同步进行竖向移动，从而带动清灰座302、清灰环303、清灰刷304发生进行上下竖向移动，从而改变并扩展清灰刷304对蛇形换热管201的平直段进行清扫处理的范围，从而实现对蛇形换热管201平直段外侧壁上的烟尘的充分清扫清理。

同时，可以将高压吹扫气流通入到齿轮轴325中，并经由导气管318、布气管319、与蛇形换热管201平直段相对应的多个喷气嘴320吹出，使得高压吹扫气流吹到蛇形换热管201的平直段上，对应蛇形换热管201平直段相应位置上的烟尘进行吹扫处理，从而进一步提高对蛇形换热管201平直段上的烟尘的清理效果；同时，齿轮轴325、导气管318、布气管319、喷气嘴320还能够在清灰框架301的带动下进行竖向移动，从而改变并扩展清灰刷304对蛇形换热管201的平直段进行清扫处理的范围；同时，清灰环303在转动的过程中还能够通过拨杆323对拨柱322进行拨动，拨柱322还能够通过复位弹性件进行复位，是以还能够改变喷气嘴320高压吹扫气流对蛇形换热管201的水平方向的吹扫范围；通过高压吹扫气流的吹扫范围的竖向调节和水平调节的方式，能够实现对蛇形换热管201的平直段朝向补气管的一侧进行充分地吹扫处理，并将清扫刷所刷下的浮灰吹离，减少烟尘在蛇形换热管201平直段的附着。

所以，本申请的技术方案，不仅能够通过蛇形换热管201对人造碳素材料的煅烧过程中产生的高温烟气中的余热进行充分的利用，而且还能对方便地对粘附在蛇形换热管201上的碳灰进行清理，从而避免影响到蛇形换热管201的换热效率和使用寿命。

如图1所示，余热炉箱体101采用由多个子箱体104拼接而成的结构，每个子箱体104内分别安装一个换热模块，子箱体104、进烟通道102和出烟通道103的顶部侧端的连接处还设置有法兰接口105。可以分别对多个子箱体104、换热模块、清灰模块、进烟通道102和出烟通道103进行生产加工，之后再将一个换热模块、一个清灰模块安装到一个子箱体104上，之后再通过法兰接口105，将多个子箱体104连接到一起，多个自行提拼接到一起后便会组装成余热炉箱体101，并通过法兰接口105使得余热炉箱体101的两端分别与进烟通道102、出烟通道103组合安装到一起。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种锂电池碳素材料煅烧窑炉配套的余热锅炉，为卧式结构，包括余热炉箱体(101)、设置在余热炉箱体(101)一端的进烟通道(102)和设置在余热锅炉另一端的出烟通道(103)，其特征在于：还包括设置在余热炉箱体(101)内部的多个换热模块，每个换热模块上分别设置一个清灰模块，且每个换热模块包括两排平行设置的蛇形换热管(201)；

所述清灰模块包括清灰框架(301)，所述清灰框架(301)上设置有多个清灰座(302)，每个清灰座(302)内旋转安装有清灰环(303)，每个清灰环(303)套设对应蛇形换热管(201)的平直段上，所述清灰环(303)的内壁上设置有清灰刷(304)，所述清灰框架(301)上旋转设置两根同轴的蜗杆(306)，所述蜗杆(306)的内端设置从动锥齿轮(307)，所述蜗杆(306)的外端设置行走直齿轮(308)，余热炉箱体(101)的侧壁上沿蛇形换热管(201)的平直段设置有与同侧行走直齿轮(308)相啮合的齿条(309)，两根齿条(309)的朝向相反，每个清灰环(303)的外侧壁上设置有与相应蜗杆(306)相配合的蜗齿(310)，所述余热炉箱体(101)上设置有同时驱动两个从动锥齿轮(307)的驱动机构；

所述清灰框架(301)的两端分别通过轮轴转动设置有一个滚轮(324)，每个滚轮(324)挤压设置在同侧齿条(309)的背面。

2.如权利要求1所述的锂电池碳素材料煅烧窑炉配套的余热锅炉，其特征在于：所述驱动机构包括与所述两个从动锥齿轮(307)相啮合的主动锥齿轮(311)，所述主动锥齿轮(311)安装在齿轮轴(325)的端部，所述齿轮轴(325)的外端伸出开设在所述余热炉箱体(101)上的通孔(312)，所述齿轮轴(325)的外端通过键与键槽的配合方式安装有从动轮，所述余热炉箱体(101)上设置有驱动马达(314)，所述驱动马达(314)的输出端设置有驱动所述从动轮的主动轮。

3.如权利要求2所述的锂电池碳素材料煅烧窑炉配套的余热锅炉，其特征在于：所述余热炉箱体(101)上设置有密封筒(316)，所述密封筒(316)套设在所述齿轮轴(325)外侧，所述从动轮的下端面通过环形台(317)旋转安装在所述密封筒(316)的上端。

4.如权利要求3所述的锂电池碳素材料煅烧窑炉配套的余热锅炉，其特征在于：所述齿轮轴(325)为空心管结构，所述齿轮轴(325)的上端口与高压气源相连通，所述齿轮轴(325)的下端口通过旋转接头连接导气管(318)，所述导气管(318)的端部连通设置布气管(319)，所述布气管(319)设置在清灰框架(301)的底部，且所述布气管(319)位于两排蛇形换热管(201)之间，所述布气管(319)上设置有面向蛇形换热管(201)的每个平直段的喷气口(326)。

5.如权利要求4所述的锂电池碳素材料煅烧窑炉配套的余热锅炉，其特征在于：所述喷气口(326)上球铰接有喷气嘴(320)，所述喷气嘴(320)的两侧通过复位弹性件与布气管(319)外壁连接，所述喷气嘴(320)上面向清灰座(302)一侧设置拨柱(322)，所述清灰环(303)的底部设置用于拨动所述拨柱(322)的拨杆(323)。

6.如权利要求5所述的锂电池碳素材料煅烧窑炉配套的余热锅炉，其特征在于：所述复位弹性件为簧片或弹簧(321)。

7.如权利要求1所述的锂电池碳素材料煅烧窑炉配套的余热锅炉，其特征在于：所述余热炉箱体(101)采用由多个子箱体(104)拼接而成的结构，每个子箱体(104)内分别安装一个换热模块。

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