CN117308606B - 一种利用相变储能的熔融物溜槽装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及熔融物处理技术领域，特别是一种利用相变储能的熔融物溜槽装置，包括与焚烧炉底部连接的嵌套溜槽，嵌套溜槽由上至下包括熔融盐流动的第一流道、装填相变熔盐的夹层空间、冷却介质流动的第二流道空间，夹层空间为密闭腔室，相变熔盐比第一流道中熔融盐的熔点低200℃～400℃；嵌套溜槽上固设有传动部，传动部将相变熔盐膨胀传递给第一流道中的刮刀。本申请针对熔融盐排量不稳定或者间歇的特点，通过设置夹层空间使得温度波动得以控制，进而减小嵌套溜槽热应力，延长使用寿命；相变熔盐在高负荷工况时吸收热量，低负荷工况时释放热量，降低耗能；利用相变熔盐体积变化的特点，通过传动系统实现自动刮渣，结构稳定，操作便捷且安全。
Description
技术领域
本申请涉及熔融物处理技术领域，特别是一种利用相变储能的熔融物溜槽装置。
背景技术
对苯二甲酸(PTA)是重要的大宗有机原料之一，PTA的生产伴随着每天数百吨乃至数千吨的PTA废水。PTA废水是典型的大宗难处理废水，近年来PTA废水的浓缩焚烧技术日益成熟，焚烧产生的灰渣中含有约95%的碳酸钠、约3.5%的溴化钠等。由于废液中含有高浓度的碱金属盐及碱土金属盐，这些盐的熔点较低，在焚烧过程中容易再形成熔点为635℃～915℃的共晶体，现有的碱焚烧炉则通过溜槽以熔融物的形式实现对碱盐的回收。
例如中国发明专利公开号：CN115414692B，名称：PTA焚烧灰渣熔融热结晶分离碳酸钠的方法及装置，该发明利用PTA焚烧炉液态出渣的特点，控制液态渣的冷却过程，使碳酸钠先从液态渣的一级冷却中结晶出来，结晶后的碳酸钠经过固液相分离后，利用焚烧炉的烟气热量将含杂质部分熔融（发汗）进一步提纯。分离出碳酸钠的液态渣经二级冷却结晶全部转化为固体，形成混合物余渣排出。然而这种流量大且温度高的熔浆流出后，其与水等冷却介质接触很可能会引起爆炸，生产环境存在重大安全隐患。
现有的熔融物溜槽寿命大概在半年左右，熔融物溜槽一旦损坏泄露则需要换新，更换熔融物溜槽时碱焚烧炉必须停机，停机所造成的损失远远大于熔融物溜槽设备的价值。市场上常见的熔融物溜槽存在以下问题：受焚烧炉运行工况影响，熔融物排量不稳定，夹套使用寿命较短、焊缝容易出现裂纹导致泄漏。溜槽使用循环冷却水装置，需要大量的脱盐水来冷却熔融物溜槽，利用换热器降低冷却回水水温，进行循环利用，设备组成较复杂，运行能耗较大。为了维持熔融物溜槽的正常工作，需要操作工到现场观察熔融物溜槽中的结焦工况，采用人工捅渣的方式清焦。排渣过程中，部分焦块或者床料中的大颗粒杂质容易堵塞排渣口；灰渣团聚，在熔融物溜槽内长时间积聚也可能堵塞排渣口，进而影响其正常工作，甚至会导致其损坏。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，为此，本申请采用一种利用相变储能的熔融物溜槽装置，利用相变材料蓄热储能的特性，优化排渣，延长溜槽寿命，减少冷却水用量，并实现自动刮渣。
本申请提出了一种利用相变储能的熔融物溜槽装置，包括与PTA废弃物焚烧炉底部连接的嵌套溜槽1，嵌套溜槽1包括槽底11、槽面12以及槽间隔板13，嵌套溜槽1表面为承接焚烧炉流出熔融盐的第一流道14，槽面12和槽间隔板13之间为夹层空间15，槽底11和槽间隔板13之间为冷却介质流动的第二流道空间16；槽面12和槽间隔板13的顶端由第一封板17封闭，夹层空间15远离碱焚烧炉一端由第二封板18封闭，夹层空间15中设有活塞板19以封闭其另一端，槽面12、槽间隔板13、第一封板17、第二封板18和活塞板19间的夹层空间15为密闭腔室；密闭腔室中装填有相变熔盐，相变熔盐比第一流道14中熔融盐的熔点低200℃～400℃；嵌套溜槽1上固设有传动部4，传动部4分别与传动接入杆8和传动接出杆7连接，传动接入杆8与活塞板19连接，传动接出杆7与刮刀组件5连接，传动接入杆8将活塞板19的位移传入传动部4，传动部4通过传动接出杆7控制刮刀组件5沿第一流道14做往复运动。。
特别的，所述相变熔盐选自以下组合方案，方案一，熔盐由KI、KOH组成，质量占比为1：1，熔点为342℃；方案二，熔盐由K2CO3、Li2CO3、Na2CO3组成，质量占比为3：2：5，熔点为397℃；或方案三，熔盐由NaNO3、Na2SO4组成，质量占比为1：3，熔点为510℃。
特别的，所述相变熔盐融化的膨胀系数为1.2～1.4，相变熔盐预装填深度为第一流道14长度的50%～70%。
特别的，所述槽面12、槽间隔板13、第一封板17、第二封板18为铸造或一次成型压制。
特别的，所述槽面12向夹层空间15一侧布设有加强肋板121。
特别的，所述第一封板17近活塞板19处开设有槽并由滑动密封板171密封，所述传动接入杆8包括与传动部4连接的传动直杆81，传动直杆81端部与传动曲杆82连接，传动曲杆82贯穿滑动密封板171并与活塞板19连接。
特别的，所述槽底11外表面固设有第一导向挡块111，第一导向挡块111与传动直杆81滑动连接并使其沿着第一流道14方向运动；第一封板17上表面设有第二导向挡块172，第二导向挡块172与传动接出杆7滑动连接并使其沿着第一流道14方向运动。
特别的，所述传动部4包括与传动接入杆8连接的平板齿轮4011，平板齿轮4011通过齿轮配合与传动齿轮4012连接，传动齿轮4012转动以带动双摇杆机构，双摇杆机构与传动接出杆7连接并控制其做往复运动。
特别的，所述双摇杆机构包括水平滑杆4014、第一连杆4015、第二连杆4016、滑块4017；传动部4的水平滑杆4014与传动部4的壳体连接，滑块4017沿着水平滑杆4014水平滑动；第一连杆4015一端连接在传动齿轮4012轴上，另一端与第二连杆4016连接，第二连杆4016的另一端与滑块4017连接；连接块4018一端连接滑块4017，另一端连接传动接出杆7；第一连杆4015上有开孔，通过固定销钉4013与平板齿轮4011连接。
特别的，所述刮刀组件5包括连接板501、加强杆503、刮刀502，两侧的连接板501上端与传动接出杆7固定连接，下端与刮刀502固定连接，加强杆503连接在两块连接板501下端的内侧，刮刀502为半圆形，其与第一流道14形状契合并且两者间存在间隙。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件可任意组合，即得本申请各优选实例。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：本申请提供的一种利用相变储能的熔融物溜槽装置，针对熔渣排量不稳定或者间歇的特点，通过设置一体式相变熔盐夹层，使得熔渣溜槽温度波动控制在一定范围，减小溜槽热应力，延长溜槽使用寿命。同时，相变熔盐在高负荷工况时吸收热量，低负荷工况时释放热量，减少冷却水的用量，减少耗能。另外，利用相变熔盐工作时体积变化的特点，通过传动系统实现自动刮渣的目的，结构稳定，操作方便，安全系数高。当然，本申请的任一技术方案并不一定同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是根据本申请一个实施例的利用相变储能的熔融物溜槽装置的结构示意图。
图2是根据本申请一个实施例的熔融物溜槽装置局部剖视的端视角示意图。
图3是根据本申请一个实施例的熔融物溜槽装置局部剖视的侧视角示意图。
图4是根据本申请一个实施例的熔融物溜槽装置的嵌套溜槽局部剖视的示意图。
图5是根据本申请一个实施例的熔融物溜槽装置的传动部及其相关部件的结构示意图。
图6是根据本申请一个实施例的熔融物溜槽装置的传动部局部的结构示意图。
图7是根据本申请一个实施例的熔融物溜槽装置的刮刀组件的结构示意图。
其中，1-嵌套溜槽；11-槽底；111-第一导向挡块；12-槽面；121-加强肋板；13-槽间隔板；14-第一流道；15-夹层空间；16-第二流道空间；17-第一封板；171-滑动密封；172-第二导向挡块；18-第二封板；19-活塞板；2-入口夹套；3-出口夹套；4-传动部；4011-平板齿轮；4012-传动齿轮；4013-固定销钉；4014-水平滑杆；4015-第一连杆；4016-第二连杆；4017-滑块；4018-连接块；4019-弹簧预紧装置；5-刮刀组件；501-连接板；502-刮刀；503-加强杆；6-固定法兰；7-传动接出杆；8-传动接入杆。
具体实施方式
下面结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，旨在用于解释发明构思。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
描述所用术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。
描述所用术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。术语“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
除非另有明确的规定和限定，描述所用术语“相连”、“连通”等应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接、电连接；可以是直接相连、通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在实施例中的具体含义。
除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“之上”、“之下”或“上面”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”或“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”或“下面”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之下”、“下方”或“下面”可是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
描述所用术语“一个具体实施例”意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
参考图1至图3，本申请的一个具体实施例提出了利用相变储能的熔融物溜槽装置，所述熔融物溜槽装置包括与PTA废弃物焚烧炉底部连接的嵌套溜槽1,嵌套溜槽1包括槽底11、槽面12以及槽间隔板13，嵌套溜槽1表面为承接焚烧炉流出的熔融盐的第一流道14，槽面12和槽间隔板13间为夹层空间15，槽底11和槽间隔板13间为冷却介质流动的第二流道空间16。槽面12和槽间隔板13的顶端由第一封板17封闭，夹层空间15远离碱焚烧炉一端由第二封板18封闭，夹层空间15中设有可活动的活塞板19以封闭其另一端，槽面12、槽间隔板13、第一封板17、第二封板18和活塞板19间的夹层空间15为密闭腔室，密闭腔室内装填有相变熔盐，相变熔盐的熔点比第一流道14中流动的熔融盐低200℃～400℃。嵌套溜槽1上还固设有传动部4，传动部4分别与传动接入杆8和传动接出杆7连接，传动接入杆8与活塞板19连接，传动接出杆7与刮刀组件5连接，传动接入杆8将活塞板19的位移传入传动部4，进而传动部4通过传动接出杆7控制刮刀组件5沿第一流道14做往复运动。为避免渗漏，优选的，槽面12、槽间隔板13、第一封板17、第二封板18为铸造或一次成型压制。
当焚烧炉排渣时，第一流道14中的熔融盐将热量传导给夹层空间15中的相变熔盐，第二流道空间16内的冷却介质带走相变熔盐多余的热量，相变熔盐吸收热量融化膨胀进而迫使活塞板19沿夹层空间15移动，活塞板19通过传动接入杆8控制传动部4，进而传动部4通过传动接出杆7带动刮刀组件5沿第一流道14做往复式刮渣运动。
参考图3，本申请的一个具体实施例提出了利用相变储能的熔融物溜槽装置，所述嵌套溜槽1两端分别与入口夹套2和出口夹套3连接，入口夹套2和出口夹套3分别与第二流道空间16连通，冷却介质由入口夹套2进入第二流道空间16，冷却介质在第二流道空间16中交换并带走相变熔盐的热量，升温后的冷却介质由出口夹套3排出熔融物溜槽装置。所述入口夹套2包括壳体和入口管嘴，出口夹套3包括内锥形壳体和出口管嘴，内锥形壳体的一个侧面、槽底11与固定法兰6连接，固定法兰202与嵌套溜槽1上表面存在一夹角α，α为20°～40°，优选35°。固定法兰202与焚烧炉预留的竖向法兰对接，进而实现嵌套溜槽1的斜向下固定，第一流道14与水平面成α夹角。
参考图4和图5，本申请的一个具体实施例提出了利用相变储能的熔融物溜槽装置，为加强换热和保证槽面12的强度，槽面12向夹层空间15一侧布设有加强肋板121。所述第一封板17近活塞板19处开设有槽并由滑动密封板171密封，所述传动接入杆8包括与传动部4连接的传动直杆81，传动直杆81端部与传动曲杆82连接，传动曲杆82贯穿滑动密封板171并与活塞板19连接。槽底11外表面固设有第一导向挡块111，第一导向挡块111与传动直杆81滑动连接并使其沿着第一流道14方向运动。第一封板17上表面设有第二导向挡块172，第二导向挡块172与传动接出杆7滑动连接并使其沿着第一流道14方向运动。当活塞板19因相变熔盐膨胀而移动时，传动部4接收传动接入杆8的运动位移，通过其内部结构放大位移量，进而控制传动接出杆7做往复运动；当相变熔盐冷却结晶时，传动部4通过弹簧预紧装置4019，控制活塞板19向溜槽出口移动回缩。
参考图6，本申请的一个具体实施例提出了利用相变储能的熔融物溜槽装置，所述传动部4包括平板齿轮4011、传动齿轮4012、固定销钉4013、水平滑杆4014、第一连杆4015、第二连杆4016、滑块4017、连接块4018、弹簧预紧装置4019。平板齿轮4011与传动接入杆8连接，传动齿轮4012与平板齿轮4011通过齿轮传动。水平滑杆4014与传动部4的壳体连接。滑块4017沿着水平滑杆4014水平滑动，第一连杆4015一端连接在传动齿轮4012轴上，可以自由转动，另一端与第二连杆4016连接，第二连杆4016的另一端与滑块4017连接。连接块4018一端连接滑块4017，另一端连接传动接出杆7。第一连杆4015上有开孔，通过固定销钉4013与平板齿轮4011连接。水平滑杆4014、第一连杆4015、第二连杆4016、滑块4017组成双摇杆机构。传动部4工作原理为：传动接入杆8水平运动，通过平板齿轮4011带动传动齿轮4012转动，传动齿轮4012转动带动双摇杆机构工作，使得滑块4017做往复式运动，进而带动传动接出杆7做往复式运动，上述的传动结构可对称布设于第一流道14的两侧。
参考图7，本申请的一个具体实施例提出了利用相变储能的熔融物溜槽装置的刮刀组件，所述刮刀组件5包括连接板501、加强杆503、刮刀502。两侧的连接板501上端与传动接出杆7固定连接，下端与刮刀502固定连接。加强杆503连接在两块连接板501下端的内侧。刮刀502为半圆形，其与第一流道14形状契合并且两者间存在间隙。
本申请的利用相变储能的熔融物溜槽装置的工作原理：焚烧炉产生的熔融物熔点为600℃～900℃，其在第一流道14中流通，夹层空间15预装有相变熔盐并由活塞板密封，相变熔盐的熔点比熔融物低200℃～400℃。冷却介质，例如冷却水从入口管嘴通入，冷却水在第二流道空间16中流通换热，后从出口管嘴流出。安装时，固定法兰垂直安装，第一流道14与水平面成α夹角朝下。预装填熔点在300℃～500℃的相变熔盐，相变熔盐的成分可在以下组合物方案中选择：方案一、熔盐由KI、KOH组成，质量占比为1：1，熔点为342℃；方案二、熔盐由K2CO3、Li2CO3、Na2CO3组成，质量占比为3：2：5，熔点为397℃；方案三、熔盐由NaNO3、Na2SO4组成，质量占比为1：3，熔点为510℃。相变熔盐融化的膨胀系数为1.2～1.4，优选1.3；第一流道14的长度为800mm～1200mm，优选1000mm；相变熔盐预装填深度为第一流道14长度的50%～70%，预装填深度为500mm～700mm的相变熔盐，优选600mm；冷却水采用33℃的脱盐水。
当焚烧炉高负荷排渣时，液态熔渣通过槽面和加强肋板将热量传导给相变熔盐，同时冷却水带走相变熔盐多余的热量。相变熔盐吸收热量融化膨胀，同时通过传动部带动刮刀组件做往复式刮渣运动。此过程中，液态熔渣与相变熔盐的温度几乎维持在其熔点，冷却水也以稳定的流量流动，夹层空间的温度波动很小；相变熔盐吸收了液态熔渣的部分热量；相变熔盐融化过程带动刮刀运动，实现自动刮渣的功能。当焚烧炉低负荷排渣或短暂无渣时，液态的相变熔盐结晶释放热量，同时体积减小，传动部的预紧装置带动活塞板移动，同时带动刮刀组件做往复式刮渣运动。此过程中，低负荷排渣时液态熔渣与相变熔盐的温度几乎维持在其熔点，冷却水也以稳定的流量流动，夹层空间的的温度波动很小，即使短暂无渣时，相变熔盐释放之前吸收的部分热量,槽面的温度也能保持在一定范围。相变熔盐结晶过程，传动部带动刮刀运动，实现自动刮渣的功能。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制。在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请范围内。
Claims (8)
1.一种利用相变储能的熔融物溜槽装置，包括与PTA废弃物焚烧炉底部连接的嵌套溜槽（1），其特征在于：嵌套溜槽（1）包括槽底（11）、槽面（12）以及槽间隔板（13），嵌套溜槽（1）表面为承接焚烧炉流出熔融盐的第一流道（14），槽面（12）和槽间隔板（13）之间为夹层空间（15），槽底（11）和槽间隔板（13）之间为冷却介质流动的第二流道空间（16）；槽面（12）和槽间隔板（13）的顶端由第一封板（17）封闭，夹层空间（15）远离碱焚烧炉一端由第二封板（18）封闭，夹层空间（15）中设有活塞板（19）以封闭其另一端，槽面（12）、槽间隔板（13）、第一封板（17）、第二封板（18）和活塞板（19）间的夹层空间（15）为密闭腔室；密闭腔室中装填有相变熔盐，相变熔盐比第一流道（14）中熔融盐的熔点低200℃～400℃；嵌套溜槽（1）上固设有传动部（4），传动部（4）分别与传动接入杆（8）和传动接出杆（7）连接，传动接入杆（8）与活塞板（19）连接，传动接出杆（7）与刮刀组件（5）连接，传动接入杆（8）将活塞板（19）的位移传入传动部（4），传动部（4）通过传动接出杆（7）控制刮刀组件（5）沿第一流道（14）做往复运动；所述第一封板（17）近活塞板（19）处开设有槽并由滑动密封板（171）密封，所述传动接入杆（8）包括与传动部（4）连接的传动直杆（81），传动直杆（81）端部与传动曲杆（82）连接，传动曲杆（82）贯穿滑动密封板（171）并与活塞板（19）连接；所述槽底（11）外表面固设有第一导向挡块（111），第一导向挡块（111）与传动直杆（81）滑动连接并使其沿着第一流道（14）方向运动；第一封板（17）上表面设有第二导向挡块（172），第二导向挡块（172）与传动接出杆（7）滑动连接并使其沿着第一流道（14）方向运动。
2.根据权利要求1所述的一种利用相变储能的熔融物溜槽装置，其特征在于：所述相变熔盐选自以下组合方案，方案一，熔盐由KI、KOH组成，质量占比为1：1，熔点为342℃；方案二，熔盐由K2CO3、Li2CO3、Na2CO3组成，质量占比为3：2：5，熔点为397℃；或方案三，熔盐由NaNO3、Na2SO4组成，质量占比为1：3，熔点为510℃。
3.根据权利要求1所述的一种利用相变储能的熔融物溜槽装置，其特征在于：所述相变熔盐融化的膨胀系数为1.2～1.4，相变熔盐预装填深度为第一流道（14）长度的50%～70%。
4.根据权利要求1所述的一种利用相变储能的熔融物溜槽装置，其特征在于：所述槽面（12）、槽间隔板（13）、第一封板（17）、第二封板（18）为铸造或一次成型压制。
5.根据权利要求1所述的一种利用相变储能的熔融物溜槽装置，其特征在于：所述槽面（12）向夹层空间（15）一侧布设有加强肋板（121）。
6.根据权利要求1所述的一种利用相变储能的熔融物溜槽装置，其特征在于：所述传动部（4）包括与传动接入杆（8）连接的平板齿轮（4011），平板齿轮（4011）通过齿轮配合与传动齿轮（4012）连接，传动齿轮（4012）转动以带动双摇杆机构，双摇杆机构与传动接出杆（7）连接并控制其做往复运动。
7.根据权利要求6所述的一种利用相变储能的熔融物溜槽装置，其特征在于：所述双摇杆机构包括水平滑杆（4014）、第一连杆（4015）、第二连杆（4016）、滑块（4017）；传动部（4）的水平滑杆（4014）与传动部（4）的壳体连接，滑块（4017）沿着水平滑杆（4014）水平滑动；第一连杆（4015）一端连接在传动齿轮（4012）轴上，另一端与第二连杆（4016）连接，第二连杆（4016）的另一端与滑块（4017）连接；连接块（4018）一端连接滑块（4017），另一端连接传动接出杆（7）；第一连杆（4015）上有开孔，通过固定销钉（4013）与平板齿轮（4011）连接。
8.根据权利要求1所述的一种利用相变储能的熔融物溜槽装置，其特征在于：所述刮刀组件（5）包括连接板（501）、加强杆（503）、刮刀（502），两侧的连接板（501）上端与传动接出杆（7）固定连接，下端与刮刀（502）固定连接，加强杆（503）连接在两块连接板（501）下端的内侧，刮刀（502）为半圆形，其与第一流道（14）形状契合并且两者间存在间隙。
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