摇摆型冷渣机 【技术领域】
本发明属于一种连续传输高温固态粉料或混有块状高温物料的专用装置。特别是适应在输送同时完成高效热交换的专门装置。背景技术
循环硫化床与锅炉已经广泛地应用于冶金和电力行业。流态化煤粉充分的燃烧已获得极好的经济效益。随之而来的问题是，燃烧后形成高达850℃以上的残渣如何连续的排出，并充分回收热渣中所蕴含的大量热能。为适应以上处理工艺而设计配套的装置称其为冷渣机。目前冷渣机可分为两大类型：一种称为旋转滚筒式冷渣机，一种称其为震动箱体式冷渣机。旋转滚筒式冷渣机的结构中包括一个倾斜安装的滚筒，滚筒设有夹套水冷腔结构，并附加有用于热交换的管路，吸热型腔壁，滚筒上设有热渣、冷水进口和冷渣、热水出口。结构中还包括使滚筒转动驱动机构，机架和为了提高热交换效率而设计在滚筒中的各种吸热装置。其中包括采取蜂窝式多腔结构，加设螺旋导向水冷管路等。但这类结构有其很难克服的缺点，一是其导入滚筒内的渣不可能充满冷却腔，直接形成的吸热接触面积小。二是其借助重力和导向接触面磨擦力阻尼下滑移动，这就对接触面产生的磨擦损耗较大，设备失效快。三是热渣进入滚筒后层面翻滚过程几乎没有，热接触不均匀，四是冷却水旋转接口技术复杂，设备造价过高。进入90年以后冷渣机又出现了振动箱体型设计。该类设计借助了振动输送机的原理，在倾斜设置的热交换箱体上设置有震动电机，使箱体产生一个与热渣前进方向呈一定夹角的震动，从而导致热渣产生跳跃式的位移，在实现定向传输地同时通过箱体内壁、底面以及设在箱体内的冷却吸热机构完成热交换。有的设计为了提高冷却效率，采取风水共循环，而且采取了沸腾流化床结构，在箱体的底部设有高压流气孔。这种类型冷渣机的设计所存在的问题是，箱体要设置在弹性机架上，结构比较复杂，虽然省去了旋转水管接口的装置和传输磨损消耗较小，但高温物料容易形成层流，大大消弱热交换的效率，再有就是噪音大，机构震幅大造成的损坏力也大，制作成本高，仍然不是一种理想的设计方案。发明内容
本发明目的是提供一种新型传输热渣的结构设计，使其不但具备转动型冷渣机的优点，而且具备震动型冷渣机磨损小，传输量大的优点，还要具备高换热率和低成本的优势。
本发明的关键构思在于采取既不转动，也不是震动的驱动模式，而是采取摇摆驱动的方式。在本发明设计结构中仍包括机架在内的支撑机构、倾斜设置的热交换输送热渣的箱体，使箱体产生运动的驱动机构。所不同的是所采用的驱动机构是使箱体产生围绕确定的平衡轴线做往复运动的摇摆机构。摇摆机构所提供的往复力矩作用于箱体上，使箱体产生绕定轴做有限角度(10°～30°)摆动。箱体的结构中包括采取夹层水套式结构和箱体内设置吸热水管，导向吸热板等技术措施。箱体倾斜设置的结构使进入箱体内的热渣本身就具有一个向下滑动的驱动力，这个驱动力与箱体设置的水平倾角角度有关。我们称其为轴向倾角。倾角太大会使热渣迅速下滑位移出箱体，从而来不及进行充分热交换。角度太小则下滑力克服不了静磨擦力，会造成热渣阻塞。通常采取的轴向倾角使热渣在箱体产生的下滑力应小于热渣与箱体内壁及导向水管、导向吸热板间的静磨擦力。这样才能使热渣在驱动机构提供的辅助下滑力作用下，克服静磨擦力。有控制的驱动使由进渣口向出渣口的移动缓慢有序地进行，使热渣与导热介质(水或空气)有充分时间产生热交换，使热渣到达出渣口之前冷却下来，使内蕴含的热能得以利用。本发明中正是充分利用了以上的传输与热交换机理，采用了扁平状截面的箱体结构，使进入箱体内的热渣进入箱体后首先获得一个轴向倾斜下滑力，由于轴向倾角控制在10°～25°之间(要根据热渣的性质和箱体内的阻尼机构不同而现场调节安装)，热渣并不能迅速下滑至出渣口，在摇摆机构的驱动下，箱体产生倾斜，此时热渣所获得的下滑力就决定于轴向倾角和径向倾角的合成角度。换句话说就是摇摆使下滑驱动力加大，此时热渣与箱体间的静磨擦力已远小于下滑力，使热渣沿着导向换热管设计的方向或导向吸热片的设计方向产生有序位移，这个移动本身会受到导向换热管或吸热导向板的阻尼而仅产生有限的下滑位移。此外，热渣的大部分会因为径向倾斜角加大而产生滑坡似的翻滚，从而使热渣在箱体内产生径向的翻转移动，这种移动与箱体内壁并不会产生磨擦。所以摆动过程不但热渣产生受控的下滑位移，而且大大减少了位移换位产生的平均磨损损耗。特别是摆动过程可以很方便地实现调节摆动频率则可以有效地控制热渣在箱内滞留的时间和翻滚的次数。这就大大地提高冷渣机的适应性，使其产生与出渣量与速度的最佳配合。实现高热导换效率的效果。
下面结合给出的实施例设计方案示意图进一步说明本发明的目的是如何实现的。
【附图说明】
图1为本发明结构示意图。
图2为箱体采取矩形截面时的A-A向视图。；
图3为箱体采取双层矩形截面时的A-A向视图。
图4为箱体采取扁圆形截面时图1的A-A向视图。
图5为箱体采取截面为椭圆形时图1的A-A向视图。
图6为箱体采取圆形截面时图1的A-A向视图。
图7为采取三排波浪状导向换热管结构时图1箱体的俯视(局剖)图。
图8为采取迷宫式导向吸热板结构时图1箱体的俯视(半剖)图。
图9为采取箱体内壁折面加吸热片和两排蛇形吸热导向管组合设计时图1的俯视(半剖)图。
图10是本发明采取摇摆平衡轴设置在箱体下方位时的支撑机构示意图。
图11为采摇摆平衡轴设置在箱体上位时的支撑机构示意图。
图12为采取无实轴轻轨式摇摆支撑机构的示意图。
图13采取轻轨摇摆支撑机构和机架倾斜调整结构示意图。
其中1代表设有进渣口、出渣口、冷水进口、热水出口的热交换箱体，1A入渣口、1B出渣口、1C冷水进水口、1D为热水出口，2为机架，2A为定位在机架上的支撑机构，3为箱体的摇摆平衡轴，4为摇摆驱动机构，1-1代表单腔矩形箱体，1-2代表双层矩形箱体，1-3代表扁圆形箱体，1-4代表椭圆形箱体，1-5代表圆形箱体，1E代表夹层水腔，1F代表导向吸热管，1G代表吸热导向片，1H表示热渣通道，1I表示阻尼滞留吸热筋板，5为物料，6为带阻尼吸热筋板的箱体内壁。7为摇摆平衡轴设计在箱体下方的轴，7A为支撑轴承座。8为摇摆平衡轴设计在箱体上方时的平衡轴，8A为轴8的支撑结构，8B为摆动限位滑轮组，9为摇摆轻轨轨道，9A为定位在箱体上的限位摆动滑轮组。10为驱动摇摆的曲柄连杆机构，11代表设在机架与基础混凝土之间的调整箱体水平倾角的楔铁，12为机架与基础平台之间的绞链连接装置，13为本机安装时的基础平台。
其中曲柄连杆机构10还可以由凸轮顶杆机构实现摆动驱动。另外双头楔铁11可采取更加随机性强的丝槓螺母组件来替代实现随机水平倾角的适应性调整。可所采取机架上单边与地基平台面13的绞链式连接12。从而只要对一边进行调整就可以按设计设置好箱体轴向倾斜角，只要在结构中考虑到倾斜安装造成的轴向下滑力而采用这适当的加强筋和推力轴承结构就可以大大降低整机设计与制造难度，大大降低制造成本。具体实施方式
由于采取了摇摆驱动方式，使箱体1在驱动过程中产生径向倾角，这个倾角一般可以控制在10°～30°之间，这样箱体对于水平面而言就会产生一个轴向夹角与径向夹角的合成倾角，从而在往复式的摇摆过程中箱体内的高温物料就会按箱体内设置的吸热导向片1G或排管1F给定的方位角产生变向移动，同时也会因箱体内腔面倾斜而造成高温物料的翻滚、移动，形成高温物料在均匀运动翻滚中的混合与交换位置，使吸热面积和接触时间形成人为的控制和增强，克服了层流，热传导阻滞等一系列现有技术难以克服的问题。由于驱动方式和摆动的幅度、频率都能有机地影响热交换效率和机械磨损程度，所以在具体的机构设计中，根据不同处理流量，场地空间，煤渣物化性能的不同而可以采取不同的结构设计，以实现最少的成本换取最理想的冷渣处理效果。从所给出的附图中可以看出，箱体1的结构设计方案是多种多样的，箱体1的横截面积形状可以为单层矩形1-1，也可设计为双腔矩形1-2，也可是圆形1-5，也可以是扁圆形1-3，还可是椭圆形1-4。箱体的壳均采取夹层水腔式结构1E。冷却水从夹套水腔1E中通过做为热交换介质，在箱体轴向空间为了加大热交换面积至少设计为两层双腔热渣通道1H。在箱体内空腔1H中设计有导向吸热水管1F和导向吸热片1G，这样就大大加大了热渣与吸热中间介质的交换接触面积和均匀接触机会。同时由于导向结构的设计，使热渣沿曲线轨迹滑动并与翻滚相结合，延长了交换滞留时间，为提高热效率打下了基础条件。在热渣通过1H中所设置的导向吸热片1G，不但可直接增加热交换接触面积、提高热交换效率，而且借助导向板1G的位移导向，使热渣形成按折线即混合倾角方向产生偏移下滑，大大延长了热渣5在箱体内的滞留时间，所以设在每层的吸热导向排管1F均是成波浪形或折弯形设计的。它可以同时起到吸热的挚向双重作用，图8中所给出是设在箱体空腔1H内的迷宫式排布的导向吸热片1G，吸热导流片1G的作用可以将中间部位的物流导向两侧，再通过摇摆将边侧的物料翻倾向另一侧，从而使热渣在导向空间中充分的翻搅，使高温热渣有均等机会与吸热面或水管接触，这就大大有利于热交换效率的进一步提高。导向吸热片1G与箱体1轴向的夹角α为10°～25°。
按图7、图9中所表示蛇形排管1F，能够很有效地实现吸热降温作用。因为二至三排管在热渣传输过程中大部分时间全部管壁在高温灰渣中掩埋，并且随着箱体不断的摇摆，接触水管壁的热渣搅动翻滚交换位置就可扩大物料与热交换介质的均匀接触机会，从而其热交换效率比常规冷渣机的热交换面积大，均匀接触机会相同。为了进一步提高热交换效率，蛇形排管1F和导向吸热片1G可以混合设置，从而加大中心向两侧面的分流，并且在箱体内侧壁上附设加热阻尼滞留筋板1I，这些筋板可以在摆动达最低点位时截留保存翻滚入住的物料，暂时形成滞留。直到又摆到最高点过程中翻倾下去，这样不但可以扩大吸热积，加长热交换时间，而且促成了高效率物料翻动换位，这对提高散吸热率显然是十分有利的措施。摇动驱动机构4具体可以采取液压油缸、气缸、加活塞杆组件，配套液压栈或空压机即可以实现对箱体1的驱动。具体将油压(或气压)缸活塞杆与箱体形成绞接或“十字轴”连接，缸座与机架形成活动绞接，这就组成对箱体1的转动式力矩往复驱动，即可在动力源驱动下实现对箱体1绕支撑平衡轴做摆动。以上的摇摆驱动机构可以采取电机，减速机构和曲柄连杆组成，连杆的驱动臂一端与箱体绞接组成绕支撑平衡轴线产生自由摆动的驱动机构。以上所说的摇摆式驱动机构还可以采取和减速机相连动的凸轮轴，凸轮及凸输顶杆机构组成，顶杆与摇摆换热箱体采取灵巧的万向节连接或十字轴连接，从而形成又一种定轨自由摇摆驱动机构。
总而言之，实现摇摆有多种驱动方式，主要根据其处理热渣的流量和箱体的支撑结构模式而采取不同的驱动结构相配套，以获取最佳机械效率。
所说的冷渣机支撑机构，包括机架2和平衡摆轴的支撑机构2A。换热传输箱1的摇摆平衡轴旋转时可以直接将轴定位在箱体上，也可以由定位在机架上的圆弧轻轨与设置在箱体1上的按圆弧形轻轨限位滑轮组9A结合形成隐形摇摆平衡轴支撑结构9。箱体1在轻轨上做往复滚动摇摆，形成热渣在箱体内的按定向曲线缓缓下滑，最终实现冷渣换热的目的。
除此之外支撑摆轴可以定位在箱体两端，也可以定位在箱体的上方或下方形成实形摆轴支撑机构。实轴设计水平倾角为10°～20°，这个倾角可以在机架上直接设定倾斜支撑的机构。但比较理想的方案是将摇摆平衡轴线与机架按平行设计。然后机架2与机架基础平台13设计成为可调倾角或结构。例如图13所示。机架2一端与机架安装的基础平台13呈绞链式连接结构12。机架另一端用楔铁代表与基础平台13的可调节装置。设计单端高度可调整的结构，在安装调试时来完成水平轴向倾角设定。在应用过程中还可根据工况和冷却效果随时调整倾角。这样就大大提高了本发明的现场适应性和更容易控制生产中工况条件的变化造成冷却吸热质量的高效和稳定工作质量。
本发明所提出的摇摆冷渣机不但使产品结构大为简化，而且使工作过程中磨损现象得到极大的改善，而且可以随机调控热渣5进入箱体后的滞留时间和搅翻接触均匀之性，从而可以在各种工况下实现冷渣机的高热交换效率和出渣量的广泛适应性，出渣顺畅、可调，是目前最为理想的一次重大改进。