CN102433400B - 高温冶金渣粒余热回收装置 - Google Patents

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Abstract

一种高温冶金渣粒余热回收装置，包括中间料斗、锅炉炉体、汽包、过热器、蒸发器、省煤器和出料机，中间料斗设置在锅炉炉体进料口上方，锅炉炉体内置耐火材料形成矩形腔体，锅炉炉体由上至下分为储存段和工作段，过热器、蒸发器、省煤器由上至下依次布置在工作段内，均由单个或多个换热管组组成，换热管的两端分别连接在换热管组的进水联箱、出水联箱上，进水联箱通过分配管与分配联箱连接，出水联箱通过汇集管与汇集联箱连接，汽包与汇集联箱相连，过热器的出口端连接蒸汽管网或蒸汽轮机；锅炉出口处安装出料机。该余热回收装置可实现均匀换热，提高蒸汽的产量与品质，且余热回收效率高。

Description

高温冶金渣粒余热回收装置
技术领域
本发明属于冶金行业余热回收技术领域，具体涉及一种高温冶金渣粒余热回收装置。
背景技术
冶金渣（如高炉渣、镍渣、铜渣、合金渣）是金属冶炼过程中排出的副产品，其排出温度较高，蕴含大量的余热余能。冶金渣干法粒化余热回收工艺是在不消耗新水的情况下，冶金渣与传热介质直接或间接接触进行粒化和余热回收的工艺，该工艺不仅能够高品质地回收冶金渣的余热，而且不消耗冲渣水，几乎没有有害气体排出，减少了处理冶金渣对环境造成的污染，属于环境友好型冶金渣处理工艺。
现有冶金渣余热回收方法主要有：a.干法粒化余热回收技术，利用转盘或转鼓等粒化装置，在机械力的作用下将熔态冶金渣破碎成细小的冶金渣粒，空气与高温渣粒在流化床（或固定床、移动床）中进行热交换，被加热的空气带动余热锅炉产生蒸汽用于发电；b.风洞风淬法，利用高压空气直接冲击冶金渣流股，将其破碎，同时空气与破碎的渣粒进行热交换。两种工艺方法均未得到推广应用，由于存在如下弊端：（1）冶金渣排出时的温度较高，其蕴含能量巨大，空气的比热较低，约为Cg=1.0kJ/（kg·℃），以空气为换热介质回收冶金渣的热量势必会造成风渣比较大，这就需要大风量的风机与之匹配；（2）干法粒化余热回收得到的冶金渣颗粒较小，渣粒在固定床、移动床和流化床中空隙率较低，导致鼓风空气压力很高，增加了余热回收系统的动力消耗；（3）细小的冶金渣粒被吹起，夹携在热空气中，需要增设除尘设备，提高了系统的成本；（4）高温空气带动余热锅炉生产蒸汽导致能量的二次损失，再考虑电力消耗，最后可能造成回收热量价值不抵投入成本的结果。
发明内容
针对冶金渣干法粒化余热回收工艺中，风渣比大、动力消耗高、能量二次损失、投资成本高等缺点，本发明提供一种高温冶金渣粒余热回收装置，包括中间料斗、锅炉炉体、汽包、过热器、蒸发器、省煤器和出料机，中间料斗设置在锅炉炉体进料口上方，锅炉炉体为焊接而成的矩形炉壳，内置耐火材料形成矩形腔体，固定在锅炉支架上，锅炉炉体由上至下分为储存段和工作段，储存段的高度为工作段高度的1/4~1/2，过热器、蒸发器、省煤器由上至下依次布置在工作段内，均由单个或多个换热管组组成，每个换热管组由单根或多根锅炉换热管组成，换热管的两端分别连接在换热管组的进水联箱、出水联箱上，进水联箱通过分配管与分配联箱连接，出水联箱通过汇集管与汇集联箱连接，省煤器入口端连接有水泵，出口端连接汽包，汽包又与过热器的入口端相连，并通过循环水泵连接分配联箱，汇集联箱连接汽包，过热器的出口端连接蒸汽管网或蒸汽轮机；锅炉出口处安装出料机。
所述锅炉炉体为为炉体模块拼接的形式，相邻炉体模块端部采用法兰固定连接，炉体模块的个数根据换热管组的组数确定，换热管组的进水联箱、出水联箱中心线设置在上、下炉体模块的交界面上，两联箱分别固定在由锅炉炉体构成的半圆腔内。
所述换热管沿渣粒流动方向以叉排的排列方式布置在锅炉工作段内，形成冶金渣粒的流通通道，换热管垂直间距L=(2~4)·D，换热管水平间距S=(2~5)·D，D为换热管直径。
所述锅炉换热管下端与出料机之间的位置设置有漏斗形的导流器，导流器通过支撑柱与锅炉底部相连，使冶金渣粒以柱塞流的方式向下流动。
本发明装置的余热回收过程如下：
高温冶金渣粒通过输送装置送入中间料斗，再进入余热锅炉的储存段，在储存段内，冶金渣粒的温度变得更加均匀，而且消除了前一工序粒化装置产量波动对工作段换热过程的影响；冶金渣粒继续向下流动，先后经过余热锅炉的过热器、蒸发器、省煤器，经导流器由出料机排出，渣粒的排出温度可低于100℃；渣粒循环过程中，工质水经水泵进入省煤器，被加热后产生的汽水混合物进入汽包，在循环水泵的作用下，工质水进入分配联箱，再经分配管进入蒸发器，在蒸发器内加热气化，汽水混合物经汇集管进入汇集联箱，最后进入汽包，形成饱和蒸汽；饱和蒸汽进入过热器被加热形成过热蒸汽，过热蒸汽最后进入蒸汽管网或蒸汽轮机用于发电；漏斗形的导流器限制了余热锅炉中心区域冶金渣粒的流速，使渣粒在水平界面上流动更加均匀；出料机安装在余热锅炉出口处，通过变频调速器控制出料机的转速，进而改变余热锅炉冶金渣粒的流量，冷却的冶金渣粒通过传送装置被运往料场。
本发明的有益效果是：
⑴ 冶金渣粒与换热管直接接触换热，由于渣粒流速较慢，当渣粒掠过换热管时，锅炉换热管不会产生磨损和腐蚀，其表面的污垢厚度会相应变薄，起到了自清洁的作用，有益于锅炉的换热；
⑵ 余热锅炉炉体部分设置储存段，消除了冶金渣粒粒化装置产量波动对工作段换热过程的影响，使冶金渣粒的温度变得更加均匀，保证了汽包内蒸汽压力的稳定性；
⑶ 锅炉换热管的叉排布置方式及导流器的设置，加强了渣粒的横向掺混换热，保证了同一截面上渣粒流动的均匀性和温度的均匀性，从而实现了换热管的均匀换热，提高蒸汽的产量与品质；
⑷ 采用余热锅炉直接回收固态冶金渣粒的余热生产蒸汽，克服了以往采用空气冷却冶金渣，然后用高温空气带动余热锅炉生产蒸汽带来的空气鼓风的动力消耗及能量的二次损失，切实提高系统的余热回收效率。
附图说明
图1是本发明实施例的装置整体结构示意图；
图2为本发明实施例的冶金渣粒的流通通道示意图；
图3为本发明实施例的换热管组布置主视图；
图4是图3的A-A剖视图；       
图中：Ⅰ储存段，Ⅱ工作段；1输送装置，2中间料斗，3锅炉支架，4炉壳，5耐火材料，6过热器，7汽包，8蒸发器，9分配联箱，10循环水泵，11分配管，12汇集管，13汇集联箱，14水泵，15省煤器，16导流器，17出料机，18换热管，19-1进水联箱，19-2出水联箱，20法兰，21蒸汽轮机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
高温冶金渣粒余热回收装置，包括中间料斗2、锅炉炉体、汽包7、过热器6、蒸发器8、省煤器15和出料机17，中间料斗2设置在锅炉炉体进料口上方，锅炉炉体为不锈钢板焊接而成的矩形炉壳4，内置耐火材料5形成矩形腔体，固定在锅炉支架3上，锅炉炉体由上至下分为储存段Ⅰ和工作段Ⅱ，储存段Ⅰ的高度为工作段Ⅱ高度的1/4~1/2，过热器6、蒸发器8、省煤器15由上至下依次布置在工作段Ⅱ内，本实施例设置一个过热器6、三个蒸发器8、一个省煤器15，均由单个或多个换热管组组成，每个换热管组由单根或多根锅炉换热管18组成，换热管18的两端分别焊接在换热管组的进水联箱19-1、出水联箱19-2上，进水联箱19-1通过分配管11与分配联箱9连接，出水联箱19-2通过汇集管12与汇集联箱13连接，省煤器15入口端连接有水泵14，出口端连接汽包7，汽包7又与过热器6的入口端相连，并通过循环水泵10连接分配联箱9，汇集联箱13连接汽包7，过热器6的出口端连接蒸汽轮机21；锅炉出口处安装有出料机17。
所述锅炉炉体为炉体模块拼接的形式，相邻炉体模块端部采用法兰20及螺栓固定连接，炉体模块的个数根据换热管组的组数确定，换热管组的进水联箱19-1、出水联箱19-2中心线设置在上、下炉体模块的交界面上，两联箱分别固定在由锅炉炉体构成的半圆腔内，这种安装方式有利于锅炉换热管18的安装与维修。
本实施例的换热管18材质为20G，沿渣粒流动方向以叉排的排列方式布置在锅炉工作段Ⅱ内，形成冶金渣粒的流通通道，使冶金渣粒既能向下流动，又能进行横向掺混，换热管18垂直间距L=3D，水平间距S=2D，D为换热管18的直径。
所述锅炉换热管18下端与出料机17之间的位置设置有漏斗形的导流器16，导流器16通过四根支撑柱与锅炉底部相连，使冶金渣粒以柱塞流的方式向下流动。
本发明装置的余热回收过程如下：
高温冶金渣粒通过输送装置1送入中间料斗2，再进入余热锅炉的储存段Ⅰ，在储存段Ⅰ内，冶金渣粒的温度变得更加均匀，而且消除了前一工序粒化装置产量波动对工作段Ⅱ换热过程的影响；冶金渣粒继续向下流动，先后经过余热锅炉的过热器6、蒸发器8、省煤器15，经导流器16由出料机17排出，渣粒的排出温度可低于100℃；渣粒循环过程中，工质水经水泵14进入省煤器15，被加热后产生的汽水混合物进入汽包7，在循环水泵10的作用下，工质水进入分配联箱9，再经分配管11进入蒸发器8，在蒸发器8内加热气化，汽水混合物经汇集管12进入汇集联箱13，最后进入汽包7，形成饱和蒸汽；饱和蒸汽进入过热器6被加热形成过热蒸汽，过热蒸汽最后进入蒸汽管网或蒸汽轮机用于发电；漏斗形的导流器16限制了余热锅炉中心区域冶金渣粒的流速，使渣粒在水平界面上流动更加均匀；出料机17安装在余热锅炉出口处，通过变频调速器控制出料机17的转速，进而改变余热锅炉冶金渣粒的流量，冷却的冶金渣粒通过传送装置被运往料场。 

Claims (2)

1.一种高温冶金渣粒余热回收装置，包括中间料斗、锅炉炉体、汽包、过热器、蒸发器、省煤器和出料机，中间料斗设置在锅炉炉体进料口上方，锅炉出口处安装出料机，其特征在于：锅炉炉体为焊接而成的矩形炉壳，内置耐火材料形成矩形腔体，固定在锅炉支架上，锅炉炉体由上至下分为储存段和工作段，储存段的高度为工作段高度的1/4~1/2，过热器、蒸发器、省煤器由上至下依次布置在工作段内，均由单个或多个换热管组组成，每个换热管组由单根或多根锅炉换热管组成，所述换热管沿渣粒流动方向以叉排的排列方式布置在锅炉工作段内，形成冶金渣粒的流通通道，换热管垂直间距L=(2~4)·D，换热管水平间距S=(2~5)·D，D为换热管直径；换热管的两端分别连接在换热管组的进水联箱、出水联箱上，进水联箱通过分配管与分配联箱连接，出水联箱通过汇集管与汇集联箱连接，省煤器入口端连接有水泵，出口端连接汽包，汽包又与过热器的入口端相连，并通过循环水泵连接分配联箱，汇集联箱连接汽包，过热器的出口端连接蒸汽管网或蒸汽轮机；在所述锅炉换热管下端与出料机之间的位置设置有漏斗形的导流器，导流器通过支撑柱与锅炉底部相连，使冶金渣粒以柱塞流的方式向下流动。
2.根据权利要求1所述的高温冶金渣粒余热回收装置，其特征在于所述锅炉炉体为炉体模块拼接的形式，相邻炉体模块端部采用法兰固定连接，炉体模块的个数根据换热管组的组数确定，换热管组的进水联箱、出水联箱中心线设置在上、下炉体模块的交界面上，两联箱分别固定在由锅炉炉体构成的半圆腔内。
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