CN102345981A

CN102345981A - 一种烧结矿冷却装置及其余热回收系统

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Publication number: CN102345981A
Application number: CN2010102433606A
Authority: CN
Inventors: 刘柏谦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2012-02-08

Abstract

本发明涉及固体高温物料物理热回收领域。可用于高温烧结矿等超大高温颗粒的余热回收：烧结机出来的高温烧结矿经给料系统落入冷矿炉中，随着排矿进行高温烧结矿逐渐下降，进入到冷却段中放出热量。冷却后的烧结矿经下料斗和调节闸门进到振动给料机排出系统。此过程将700～800℃左右的烧结矿冷却至100℃左右。鼓风机提供的冷空气经进风口和风帽进入冷矿炉，在冷却段吸收热量后进入环形通道，环形通道出来的高温气体经除尘器进入余热锅炉，将热量传给工质后经除尘器被引风机抽走，经达标除尘排入烟囱。吸收热量的工质(通常是水)在余热锅炉中成为具有一定参数的过热蒸汽，在汽轮机中做功带动发电机发电。做功后的乏汽进入凝汽器由循环水泵送回余热锅炉，完成热力循环。

Description

一种烧结矿冷却装置及其余热回收系统

技术领域

本发明涉及一种高温烧结矿冷却设备及余热回收系统。冷却过程和余热回收系统简单，造价低廉，可以替代环冷机、带冷机等传统设备。

背景技术

预计2010年中国钢铁产量将达到6.3亿吨。钢铁冶金生产过程的直接原料是铁矿石，铁矿石加工是钢铁生产的上游过程。事实上，在钢铁冶金过程中，铁矿石烧结过程是钢铁生产的主要耗能过程之一。Z.C.Guo et al(2009，Energy(2009)，doi:10.1016/j.energy.2009.04.008)、包炜军等(第二届全国循环经济与生态工业学术研讨会)，蔡九菊等(蔡九菊等，钢铁，第42卷第6期2007年6月)、郭汉杰等(郭汉杰等，钢铁，第42卷第2期2007年2月)等从不同角度对此有过描述。

实际上，烧结矿从烧结机出来可以采用环冷机、带冷机和振冷机等装置回收烧结矿余热资源(见《烧结矿生产》冶金出版社，1981.1)，但由于设备复杂、投资量大等原因，中小冶炼企业宁可将烧结矿余热散失也不愿意上烧结矿冷却装置。即使是在大型的钢铁企业，中国烧结矿能耗也比国外先进水平高出8kg标煤/t烧结矿(蔡九菊等2007，王建军等2007)。同时，环冷机和带冷机还存在占地面积大、金属消耗量大、机械复杂并存在比较严重的故障隐患、风机动力消耗大和造价高等缺点。

烧结矿的出炉温度在700℃以上，余热品质好，极具利用价值。蔡九菊等(2007)列举了钢铁企业余热利用，高于500℃的高温余热利用率只有44.35％，国内外大型钢铁企业都采用了余热回收装置回收烧结矿的物理显热。

上世纪80年代中期，日本烧结厂已经广泛使用了余热回收技术，其冷却机废气余热利用的普及率达到了57％。最早利用冷却机废气余热发电的是日本的扇岛钢厂和福山钢厂，采用部分废气循环系统回收余热。和歌山4号烧结机(189m²)采用机上冷却方式，烟气分两段收集，通过布置余热锅炉，产生中压过热蒸汽用于发电，投入运行效果非常好(文献出处！)。

中国宝钢二期设有一台450m²烧结机，配备一台460m²鼓风环式冷却机，年产烧结矿4.975Mt。为利用烧结余热，设置了冷却机废气及主排气余热回收装置产生蒸汽。中国济钢在现有生产条件下回收烧结矿冷却余热使烧结工序能耗由改造前的49.5kgce/t降低到45kgce/t，固体燃料消耗降低了近5kg/t，同时提高了产品质量，降低了生产成本，获得了显著的经济效益和社会效益。

中国专利《烧结机余热回收蒸汽发生装置》(专利号ZL99249516.4)，采用了可沸腾式软水换热器以吸收冷却机系统和烧结机烟道余热。中国专利《冶金烧结机余热产汽节能装置》(专利号200520069009.4)，设计了一种利用烧结矿料冷却机风罩内冷却风来加热软化水，产生中低压饱和蒸汽，进行与热利用的装置。

中国专利《烧结环冷机余热发电循环烟气优化调节系统》(专利号200920128200.X)，将环冷机风室分为高温风室和低温风室，高温风室和低温风室通过进气烟道分别连接双压无补燃余热锅炉，双压无补燃余热锅炉的蒸汽输出口连接到双压补汽凝汽式汽轮机，双压补汽凝汽式汽轮机连接发电机。

中国专利《烧结矿冷却机废热气再循环热能回收利用系统》(专利号200920085634.6)，在高温段风道设置一体化烟气降尘蒸汽过热装置，充分利用高温段风道的热能，加热饱和蒸汽锅炉的中压饱和蒸汽、低压过热蒸汽或低压饱和蒸汽。

以上烧结矿余热回收专利及技术均建立在采用带冷机、环冷机和机上冷却三种冷却方式基础上。而采用以上三种冷却方式，不仅占地面积大和一次投资大，运行维护成本也很高，中小钢铁企业只能望而却步。本发明针对以上缺点，采用新型冷却处理方式，在满足冷却条件下，对余热进行了较好的回收。

发明内容

本发明的目的是提供一种烧结矿冷却设备及其余热回收方法，可实现烧结矿物理显热的回收和利用。

本发明的系统包括给料装置、冷矿机本体、一次除尘器、余热锅炉、汽轮机、发电机、冷凝器、循环水泵、冷却风机和引风机。其特征在于：通过冷矿机本体对烧结矿进行冷却换热以达到显热回收的目的。经余热锅炉、汽轮机、发电机将高温蒸汽的热能转化为可直接利用的电能。

本发明的工艺是：烧结矿经给料系统进入料钟；烧结矿经预存段、冷却段进入下料口，期间与冷却气体进行热交换而冷却；冷却后的烧结矿经调节闸门、振动给料机排出；由进风口进入的空气，在冷却段与热烧结矿换热后，进入冷矿机环形气体通道进入一次除尘器；经除尘的热空气进入余热锅炉换热，放出热量产生蒸汽，直接供热或发电。放热后的乏气经过二次除尘器由引风机抽走送到烟囱排入大气。

本发明有以下主要特点：

1、可实现对烧结矿的有效冷却。

2、烧结矿放出的热量通过冷却介质传递给发电循环的工质，可以直接供热或发电。

3、给料系统设计可以保证烧结机安全连续生产。

4、排料系统由调节闸门和振动排料机等构成。保证冷却后的烧结矿连续排出。

5、冷矿炉是气固换热装置，除炉体散热外没有其他热损失。具有较高的换热效率。

附图说明

图1为本发明的系统示意图。其中1是冷矿炉预存段，2是环形通道，3是冷矿炉冷却段，4是出料斗，5是排料调节阀，6是振动给料机，7是去除尘器管道，8是一次除尘器，9是余热锅炉，10是汽轮机，11是发电机，12是凝汽器，13是循环水泵，14是烟囱，15是引风机，16是二次除尘器，17是鼓风机，18是鼓风进口。

图2为冷矿机本体示意图。其中，料钟1、水封槽2、冷矿炉主体3、环形通道4、烧结矿冷却段5、风帽6、上锥斗7、十字风道8、下锥斗9、去除尘器管道10、调节阀11、旁通管12、热风出口13、检查口14、鼓风进口15；

高温烧结矿经过料钟1和水封槽2进入冷矿炉，依次经过预存段3、冷却段5、风帽6、下锥斗7排入振动排料机(图1中6)。冷却气体由进风口(图1中18)进入冷矿炉，经过十字通道8和风帽6后开始与烧结矿换热，吸收热量的热风经过环形通道4从出风口13排出，经除尘器进入余热锅炉。根据气体自适应特性，一旦出现部分气体不经过环形通道而上行，可通过旁通管道10及其调节阀11调整流量，出去气体进入的除尘器不在本申请中。

图3是排料系统。冷矿机下料口1出来的冷矿经过调节阀门2(可采用平板闸门)控制冷却温度和烧结矿冷却量。经过调节闸门后的烧结矿经过振动排料机3排除冷矿炉系统。

图4冷矿炉环形通道结构图。可以设计成方形截面，也可以设计成圆形截面。高温烧结矿和冷却气体在冷矿炉冷却段5中冷却换热后穿过垛砖3之间的缝隙通道4进入环形通道2，在冷矿炉炉墙1的限制下从出口6离开。

具体实施方式

图1为本发明的一种具体实施方式。

烧结机出来的高温烧结矿经给料系统落入冷矿炉1中。随着排矿进行，高温烧结矿逐渐下降，进入到冷却段3中放出热量。冷却后的烧结矿经下料斗4和调节闸门5进到振动给料机6排出系统。此过程将700～800℃左右的烧结矿冷却至100℃左右。鼓风机17提供的冷空气经进风口18和风帽(见图2)进入冷矿炉，在冷却段3吸收热量后进入环形通道2，环形通道出来的高温气体经除尘器8进入余热锅炉9将热量传给工质后经除尘器16被引风机15抽走，经达标除尘排入烟囱14。吸收热量的工质(通常是水)在余热锅炉中成为具有一定参数的过热蒸汽，在汽轮机10中做功带动发电机11发电。做功后的乏汽进入凝汽器12由循环水泵13送回余热锅炉，完成热力循环。

实施例一：

烧结矿离开烧结机的温度按700～750℃。设计参数取烧结矿50t/h，700℃。冷矿炉炉体散热按4％考虑，冷却介质可以获得热量7520kW。7520kW可将20℃冷风37054m³/h加热到550℃。550℃热风将废热锅炉来的蒸汽加热到设计蒸汽参数消耗773kW。降温后的空气为500℃，作为废热锅炉热源。来自废热锅炉过热器的500℃空气与烧结机235℃空气77111m³/h混合后进入余热锅炉蒸发部分，将20℃水加热成2.5MPa的饱和蒸汽223.9℃。放热后的150℃介质排入大气。流过换热器的总风量114165m³/h。

烧结机和冷矿炉的运行时间按7680小时(320天24小时运行)，生产的蒸汽可带动1500kW发电机。用电价按0.5元/度计算，总收益为1500×7680×0.5＝5760000元＝576万元/年。

运行成本主要体现在风机水泵电耗上。若仅考虑电耗为运行成本(小于450kW)，投资回收期不大于2年。

实施例二：

烧结矿离开烧结机的温度按500～600℃考虑。设计参数取烧结矿50t/h，550℃。冷矿炉炉体散热按4％考虑，烧结矿可以回收的热量4472kW。利用300℃烧结废气将冷空气从20℃提高到150℃后送到冷矿炉中回收烧结矿热量。需要的空气量为4.5万立米/小时。余热锅炉受热面分为三部分。第一部分将冷水从20℃提升到150℃成为热水；第二部分将150℃热水加热到2.5MPa压力下的饱和蒸汽温度224℃；第三部分实现蒸汽过热。由于烧结矿具有的热量不足以实现上述过程，需要补充热量3278kW，需要3500kJ/Nm3的高炉煤气3380Nm3/h。

冷风和冷水预热需要300℃气体热源6.5万立米。占烧结机废气的54％。

设备运行时间和收益与实施例一同，为576万元/年。

运行成本体现在电耗和高炉煤气消耗上。

总电耗～300kW；

高炉煤气消耗上：消耗量3380Nm3/h高炉煤气9.08544×10¹⁰kJ/年，折合标准煤3099t，以标准煤价格1000元/t标煤计，市场价值～300万。但由于高炉煤气是企业自身副产品，以100万/年考虑。发电收益1500-289＝1211kW折合460.8万元/年；煤气成本：100万元/年；投资回收期：＜4年。

Claims

1.一种烧结矿冷却设备-冷矿炉及其余热利用系统，其特征在于，由给料系统、冷矿炉、排料系统构成烧结矿运动通道；由鼓风机、冷矿炉、一次除尘器、余热锅炉、二次除尘器、引风机和烟囱构成冷却气体通道；由循环水泵、余热锅炉、汽轮机和凝汽器构成热力循环系统，汽轮机带动发电机发电。

2.根据权利要求1所述的冷矿炉，其特征在于冷矿炉本体由料钟(1)、水封槽(2)、空气导入及调节阀(3)、调节板(4)、风帽(5)、上锥斗(6)、十字风道(7)、下锥斗(8)、去除尘器管道(9)、手动蝶阀(10)、旁通管流量调节阀(11)、热风出口(12)、人孔(13)、进风口(14)组成。

3.根据权利要求1所述的冷矿炉，其特征在于，给料系统由排矿溜槽和切换阀组成，便于对给料进行调节，并保证设备正常运转。

4.根据权利要求2所述的冷矿炉，其特征在于，水封的主要任务是密封、安全和冷矿炉起停时防止过高的热应力破坏。

5.根据权利要求2所述的冷矿炉，其特征在于，吸收烧结矿热量的热风穿过热风道支柱砖之间的缝隙进入环形通道，完成烧结矿的冷却过程。

6.根据权利要求1所述的冷矿炉，其特征在于，排料系统由下料口、调节闸门、振动给料机组成，保证循环气体在不外泄的情况下，将烧结矿连续排出。

7.根据权利要求1或2所述的冷矿炉及余热利用系统，其特征包括如下过程：

(1)烧结机出来的高温烧结矿经给料系统落入冷矿炉。高温烧结矿随排矿逐渐下降，进入冷却段放出热量。冷却后的烧结矿经下料斗和调节闸门进到振动给料机排出系统。

(2)鼓风机提供的冷空气经进风口和风帽进入冷矿炉，在冷却段吸收热量后进入环形通道。环形通道出来的高温气体经一级除尘器进入余热锅炉将热量传给工质后经二级除尘器被引风机抽走排入烟囱。

(3)吸收热量的工质(通常是水)在余热锅炉中成为具有一定参数的过热蒸汽，在汽轮机中做功带动发电机发电。做功后的乏汽进入凝汽器由循环水泵送回余热锅炉，完成热力循环。