CN102748955A - 高温物料热能回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高温物料热能回收系统，其包括：筒体，该筒体内设有轴向贯穿该筒体的用于将所述高温物料从该筒体的入料口送至出料口的炉排；所述筒体顶部的开口上设有换热器；所述筒体的入料口设有一对用于进料并冷却凝固所述高温物料的碎料辊，该对碎料辊下方设有相邻平行设置的布料板和布料辊，用于将落入该布料板和布料辊之间的所述高温物料进一步冷却凝固后粉碎成颗粒状，并将该颗粒物料送至所述炉排上。本系统能有效利用各类高温物料的余热，能大幅降耗能，节约能源并相应减少温室气体的排放；此外，将黄磷炉炉渣等高温物料生成建筑用颗粒料，实现了变废为宝的目的，避免了固体垃圾的产生，其具有很好的经济效益和社会效益。

Description

高温物料热能回收系统
技术领域
 本发明涉及高温物料余热回收利用的技术领域，具体是一种高温物料热能回收系统及其工作方法。
背景技术
黄磷生产是高耗能行业，每生产1吨黄磷至少要消耗1.4万千瓦时电和1.6吨碳，中国现有的年产能为80万吨。黄磷生产过程中将产生大量高温炉渣。同样，炼钢、炼铝、炼铜等行业，也存在大量高温炉渣。
因此，如何回收利用高温炉渣的热能，以降低黄磷等资源生产和冶金行业等的耗能，以相应大幅降低温室气体排放，是我国急需解决的问题。
此外，黄磷矿渣是黄磷生产过程中排出的废渣。其主要组成为CasiO3。磷渣是由磷灰石、石英、焦碳在电弧炉中,以1600℃左右的高温熔炼,发生反应而排出的废渣；磷渣在空气中逐渐冷却结晶呈体积较大的块状物，该块状物整体硬度接近花岗岩，不利于回收利用。
如何提供一种既能较充分地利用磷渣等高温物料在冷却过程中的热能，又能防止高温物料在冷却时结块，并生成颗粒料，以便于作为建筑等领域用的颗粒料，是本领域要解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、高温物料余热回收率较高且能防止高温物料在冷却时结块的高温物料热能回收系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的高温物料热能回收系统包括：筒体，该筒体内设有轴向贯穿该筒体的用于将所述高温物料从该筒体的入料口送至出料口的炉排；所述筒体顶部的开口上设有换热器；所述筒体的入料口设有一对用于进料并冷却凝固所述高温物料的碎料辊，该对碎料辊下方设有相邻平行设置的布料板和布料辊，用于将落入该布料板和布料辊之间的所述高温物料进一步冷却凝固后粉碎成颗粒状，并将该颗粒物料送至所述炉排上。其中，换热器用于高温物料余热回收；所述的碎料辊、布料板和布料辊构成一冷却碎料装置，用于冷却凝固高温物料并生成颗粒料，防止物料在冷却时结块，同时生成颗粒料后物料的散热面积大幅增加，利于物料的余热充分、快速释放，利于提高热能的回收率。
所述布料板适于透风，布料板的背面分布有多个用于向布料板上的所述高温物料鼓风的鼓风嘴。
所述布料板倾斜分布且其上端面为锯齿面；或该布料板为弧度为45-90°、纵向设置的弧形板，且其用于承载所述高温物料热的凹面上分布有锯齿，弧形板的底部边缘邻近所述布料辊的底部；所述布料辊的柱面上分布有锥形凸起，用于将该布料板上的物料粉碎并送至所述炉排上。
所述布料板上设有锯齿面，利于增大所述高温物料的散热面积，利于其进一步快速冷却、凝固；锥形凸起，可防止所述高温物料粘结在该凸起上。布料辊与布料板的配合使用，利于进一步碎化物料，进一步增加散热面积，利于物料的余热充分、快速释放，利于提高热能的回收率。
作为优化的方案，所述筒体内、在所述布料辊的下游并于所述炉排上方设有刮料板，以使所述炉排上的物料分布均匀，利于物料的余热均匀、充分、快速释放，利于提高热能的回收率。所述刮料板适于透风，依次穿过所述布料板上的高温物料的热风适于通过该刮料板并进入与该刮料板相邻的所述换热器中；该换热器的用于排出换热空气的排气口经风机与所述的各鼓风嘴相连，以形成换热空气的闭路循环，避免热能逃逸至空气中。
作为进一步优化的方案，所述筒体顶部的开口分布有多个，各开口上的换热器中的用于输送换热介质的换热管依次串联，低温态的换热介质从邻近所述筒体的出料口的换热器的换热介质入口输入，由于在所述换热介质的流动方向上的各换热器中的换热管温度逐级升高，从而适于使所述换热介质被逐级加热，并达到较高的温度；换热器的换热介质出口用于连接其他换热设备，用于生产热水、热空气或过热蒸汽等。
作为优化的方案，各换热器顶部的用于排出换热空气的排气口分别连接有循环气管，各循环气管穿过所述筒体的侧壁并延伸至所述筒体内、各循环气管的出气口处于所述炉排的上、下层带之间且各出气口邻近所述上层带的底面并朝上设置，以在筒体内形成适于向上穿透所述上层带并作用于所述换热器的循环热气流。采用循环热气流作用于相应的换热器，避免了热空气的流失，同时补入外部冷空气加热，进一步提高了热能的回收率。
所述碎料辊和布料辊为夹套式冷却辊；该碎料辊和布料辊中的夹套部串联在与所述筒体的出料口邻近的一对换热器中的换热管之间；或，所述碎料辊（6）和布料辊（4）的夹套部与邻近所述筒体（1）的出料口的一个或多个换热器中的换热管的底部盘管并联，以将通过碎料辊预热的换热介质送入邻近所述筒体的出料口的一个或多个换热器，进而提高该一个或多个换热器中的水温，利于在邻近所述筒体的入料口的一个或多个换热器中生成饱和蒸气。
所述碎料辊的内壁设有沿该碎料辊的轴向分布的、用于加热所述换热介质的螺旋式换热管，该螺旋式换热管为开口焊接在所述碎料辊内壁上的半圆管；螺旋式换热管采用半圆管制成，使换热管内的换热介质直接与碎料辊的内壁接触，利于进一步提高热能的转换效率和热能回收率。
进一步，所述的碎料辊两端中央分别设有入液、出液空心转轴；该对空心转轴分别轴承配合于一对轴承座上，且所述的碎料辊中的螺旋式换热管通过该对空心转轴串联在与所述筒体的出料口邻近的一对换热器中的换热管之间；或，所述螺旋式换热管与邻近所述筒体的出料口的一个或多个换热器中的换热管的底部盘管并联，以将通过碎料辊预热的换热介质送入邻近所述筒体的出料口的一个或多个换热器，进而提高该一个或多个换热器中的水温，利于在邻近所述筒体的入料口的一个或多个换热器中生成饱和蒸气。
所述螺旋式换热管的入液、出液端分别与所述入液、出液空心转轴的内端口相连；或，所述螺旋式换热管的出液端与所述空心转轴的内端口相连，所述螺旋式换热管的入液端在该碎料辊内并延伸至邻近所述出液空心转轴，以使新进入该碎料辊内的换热介质在该碎料辊内预热后进入所述螺旋式换热管，进行进一步加热，进而延长换热介质的换热行程，提高换热效率；或，所述碎料辊和布料辊的夹套部与一换热器中的换热管的底部盘管并联。
为进一步提高热能的回收率，所述筒体内且于所述上层带下方设有多个相间分布的隔舱板，相邻的一对隔舱板之间构成的腔体与一所述换热器上下相对分布；所述的一换热器顶部的排气口输出的空气适于通过所述循环气管送至该换热器正下方的所述腔体中。
进一步，为防止热气流和物料外溢，所述筒体的入料口处于所述筒体端部内侧的顶面上，邻近该筒体的入料口的端部封闭。
所述高温物料为黄磷炉渣；由于传统的黄磷炉渣堆在冷却结晶后呈体积较大的块状物，该块状物整体硬度接近花岗岩，采用所述冷却碎料装置将高温态的黄磷炉渣冷却凝固、碎料后生成颗粒料（颗粒料的粒径，由选用的对辊破碎机的辊面凸起的形状、密度等决定），以便于作为建筑用颗粒料，实现了其回收利用。
冷却碎料装置的出料口与所述炉排的垂直距离为0.5-1m，以在落料过程中实现空气冷却，以生成颗粒料，防止黄磷炉渣重新凝结成块。
作为进一步优选的方案，所述换热器为立管式换热器，该换热器内设有上下分布的螺旋式导风板，换热器内的立式换热管穿插在所述螺旋式导风板上。螺旋式导风板适于加长热风在该换热器内的行程，增加热风与换热管的接触时间，进而进一步提高热能的回收率。
上述高温物料热能回收系统的工作方法，包括：所述高温物料经所述筒体的入料口上的一对碎料辊冷却凝固后进入所述筒体，并落至所述的布料板和布料辊之间，该布料辊将所述高温物料进一步冷却凝固后粉碎成颗粒物料，并送至所述炉排上；该炉排上的颗粒物料加热所述筒体内的空气并产生热空气，该热空气上升进入各换热器，各换热器顶部排出的换热空气经循环气管进入所述筒体内并送入所述炉排的上、下层带之间，然后向上穿透所述上层带和该上层带上的颗粒物料，以形成空气换热循环。
本发明相对于现有技术具有积极的效果：本发明的高温物料热能回收系统，一方面有效利用了黄磷炉渣的余热，能大幅降耗能，节约能源并相应减少大量温室气体的排放；另一方面，将黄磷炉炉渣生成建筑用颗粒料，实现了变废为宝的目的，避免了固体垃圾的产生，其具有很好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为实施例1中高温物料热能回收系统的结构示意图；
图2为实施例2中的高温物料热能回收系统的另一结构示意图；
图3为所述对辊破碎机的辊面结构示意图；
图4为所述对辊破碎机中的碎料辊的剖面结构示意图；
图5为实施例2中的碎料辊的剖面结构示意图。
具体实施方式
实施例1
见图1至4，本实施例的高温物料热能回收系统，包括：筒体1，该筒体1内设有轴向贯穿该筒体1的用于将所述高温物料从该筒体1的入料口送至出料口的炉排2，邻近所述筒体1的端部分别设有与所述炉排2传动配合的传动轮3，所述筒体1内的炉排2的上层带底面下方分布有多个托辊。
所述筒体1的顶部分布有多个开口，各开口上设有的换热器5，各换热器5中的换热管依次串联，低温换热介质从邻近所述筒体1的出料口的换热器5的换热介质入口输入，由于在所述换热介质的流动方向上的各换热器5中的换热管温度逐级升高，从而适于使所述换热介质被逐级加热，并达到较高的温度；所述换热介质为导热油或水（优选软水）。
作为一种可选的方案，换热器5的换热介质出口用于连接其他换热设备，用于生产热水、热空气或过热蒸汽等。
邻近所述筒体1的入料口设有一对用于进料并冷却凝固所述高温物料的碎料辊6，该对碎料辊6下方设有相邻平行设置的布料板18和布料辊4，用于将落入该布料板18和布料辊4之间的所述高温物料进一步冷却凝固后粉碎成颗粒状，并将该颗粒物料送至所述炉排2上。
换热器5用于高温物料余热回收；所述的碎料辊6、布料板18和布料辊4构成的冷却碎料装置用于冷却凝固高温物料并生成颗粒料，防止物料在冷却时结块，同时生成颗粒料后物料的散热面积大幅增加，利于物料的余热充分、快速释放，利于提高热能的回收率。
所述筒体1内、在所述布料辊4的下游并于炉排2上方设有刮料板7，以使所述炉排2上的物料分布均匀，利于物料的余热充分、快速释放，利于提高热能的回收率。所述刮料板7适于透风，依次穿过所述布料板18上的高温物料的热风适于通过该刮料板7并进入与该刮料板7相邻的所述换热器5中；该换热器5的用于排出换热空气的排气口经鼓风机17与所述的各鼓风嘴相连。
各换热器5顶部的用于排出换热空气的排气口分别连接有循环气管8，各循环气管8穿过所述筒体1的壁体并延伸至所述筒体1内，各循环气管8的出气口处于所述炉排2的上、下层带之间，以在筒体1内形成适于向上穿透所述炉排2的上层带并作用于所述换热器5的循环热气流；各循环气管8的出气口邻近所述炉排2的上层带的底面并朝上设置。采用循环热气流作用于相应的换热器5，避免了热空气的流失，同时无需补入外部冷空气，进一步提高了热能的回收率。
所述碎料辊6和布料辊4为夹套式冷却辊，该碎料辊6和布料辊4中的夹套部串联在与所述筒体1的出料口邻近的一对换热器5中的换热管之间。或，所述碎料辊6和布料辊4的夹套部与一换热器5中的底部盘管并联（换热器5内的换热管为立式换热管，其包括顶部盘管、底部盘管、连通于该对盘管之间的多个立管）；该碎料辊6两端中央设有空心转轴15，该对空心转轴15分别轴承配合于一对轴承座12上，且所述的一对空心转轴的外端口分别设有转动接头13，该碎料辊6通过所述的一对转动接头13串联一对换热器5中的换热管之间。
作为另一种实施方式，该碎料辊6的内壁设有沿该碎料辊的轴向分布的、用于加热所述换热介质的螺旋式换热管11，该螺旋式换热管11为开口焊接在所述碎料辊内壁上的半圆管；螺旋式换热管11采用半圆管制成，使螺旋式换热管11内的换热介质直接与碎料辊6的内壁接触，利于进一步提高热能的转换效率和热能回收率。
送入该对碎料辊6的所述换热介质可以是新的冷换热介质，也可以是从邻近所述筒体1的入料口的换热器5输出的热换热介质；可根据外部所需的所述换热介质的温度要求进行相应选择。
螺旋式换热管11的两端分别与固定于该碎料辊两端中央的空心转轴15的内端口相连，该对空心转轴15分别轴承配合于一对轴承座12上，且所述的一对空心转轴的外端口分别设有转动接头13，分别用于输入、输出所述换热介质。该碎料辊6通过所述的一对转动接头13串联一对换热器5中的换热管之间。
作为第三种优先的方案，所述的一对碎料辊6的一侧相邻端的所述转动接头13的外端口相连，以使该对碎料辊6中的螺旋式换热管11串联后与邻近所述筒体1的入料口的换热器5的换热介质出口相连，以进一步加热所述换热介质，形成温度更高的换热介质。
由于在加热过程中，所述换热介质部分汽化（尤其是换热介质为软水时），在邻近所述筒体1的入料口的换热器5顶部的换热介质出口适于输出蒸汽，该蒸汽经止回阀与一汽包9相连。汽包9用于存储热蒸汽或热水或热油，用于向其他设备供热。用于输送所述蒸汽的管路适于进入所述汽包9并延伸至邻近该汽包9的顶部。
当所述换热介质为水时，汽包9用于收集热蒸汽，汽包9底部的液态水出口经单向阀与所述换热器5底部的换热介质入口相连。汽包9的一端设有液位计19，用于指示汽包9中的液态水位。
所述筒体1内且于所述炉排2的上层带下方设有多个相间分布的隔舱板10，各隔舱板10上设有适于使所述下层带穿行的矩形通孔，相邻的一对隔舱板10之间构成的腔体与一所述换热器5上下相对分布；所述的一换热器5的顶部排气口输出的热空气适于通过所述循环气管8送至该换热器5下方的所述腔体中。
作为优选的方案，所述高温物料为黄磷炉渣；由于传统的黄磷炉渣堆在冷却结晶后呈体积较大的块状物，该块状物整体硬度接近花岗岩，采用所述冷却碎料装置粉碎后，适于生成颗粒料，以便于作为建筑用颗粒料，实现了其回收利用。（所述高温物料也可以是炼钢、炼铝、炼铜等产生的炉渣。）
所述碎料辊6的辊壁上分布有凸起14；一对碎料辊6工作时适于相向转动。
所述换热器5的底部呈喇叭状，各循环气管8上串设有处于所述筒体1外侧的高压送气风机16。
所述换热器5为立管式换热器，该换热器5内设有上下分布的螺旋式导风板，换热器5内的立式换热管轴向穿插在所述螺旋式导风板上。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例具有如下变型：
所述的碎料辊6两端中央分别设有入液、出液空心转轴；该对空心转轴分别轴承配合于一对轴承座12上，且所述的一对空心转轴的外端口分别设有转动接头13，分别用于连接输入、输出所述换热介质的管体；所述螺旋式换热管11的出液端与所述空心转轴的内端口相连，所述螺旋式换热管11的入液端在该碎料辊6内并延伸至邻近所述出液空心转轴，以使新进入该碎料辊6内的换热介质在该碎料辊6内预热后进入所述螺旋式换热管11，进行进一步加热，进而延长换热介质的换热行程，提高换热效率。
作为一种优选的方案，所述的一对碎料辊6的一侧相邻的所述转动接头的外端口相连，以使所述换热介质在该对碎料辊中串联换热，以进一步加热所述换热介质，形成温度更高的换热介质。
实施例3
在实施例1和2的基础上，本实施例具有如下变型：
所述的一对碎料辊6分别采用实施例1和2中的碎料辊6，且所述换热介质从实施例1所述的碎料辊6中的所述螺旋式换热管11输出后进入实施例2所述的碎料辊6。
实施例4
上述实施例1中的高温物料热能回收系统的工作方法，包括：所述高温物料经所述筒体1的入料口上的一对碎料辊冷却凝固后进入所述筒体1，并落至所述的布料板18和布料辊6之间，该布料辊6将所述高温物料进一步冷却凝固后粉碎成颗粒物料，并送至所述炉排2上。
该炉排2上的颗粒物料加热所述筒体1内的空气并产生热空气，该热空气上升进入各换热器5，各换热器5顶部排出的换热空气经循环气管8进入所述筒体1内并送入所述炉排2的上、下层带之间，然后向上穿透所述上层带和该上层带上的颗粒物料，以形成空气换热循环。

Claims (10)

1.一种高温物料热能回收系统，其特征在于包括：筒体（1），该筒体（1）内设有轴向贯穿该筒体（1）的用于将所述高温物料从该筒体（1）的入料口送至出料口的炉排（2）；
所述筒体（1）顶部的开口上设有换热器（5）；
所述筒体（1）的入料口设有一对用于进料并冷却凝固所述高温物料的碎料辊（6），该对碎料辊（6）下方设有相邻平行设置的布料板（18）和布料辊（4），用于将落入该布料板（18）和布料辊（4）之间的所述高温物料进一步冷却凝固后粉碎成颗粒状，并将该颗粒物料送至所述炉排（2）上。
2.根据权利要求1所述的高温物料热能回收系统，其特征在于：所述布料板（18）适于透风，布料板（18）的背面分布有多个用于向布料板（18）上的所述高温物料鼓风的鼓风嘴。
3.根据权利要求2所述的高温物料热能回收系统，其特征在于：所述布料板（18）倾斜分布且其上端面为锯齿面；或该布料板（18）为弧度为45-90°、纵向设置的弧形板，且其用于承载所述高温物料热的凹面上分布有锯齿，弧形板的底部边缘邻近所述布料辊（4）的底部；
所述布料辊（4）的柱面上分布有锥形凸起，用于将该布料板上的物料粉碎并送至所述炉排（2）上。
4.根据权利要求3所述的高温物料热能回收系统，其特征在于：所述筒体（1）内、在所述布料辊（4）的下游并于所述炉排（2）上方设有刮料板（7），以使所述炉排（2）上的物料分布均匀；
所述刮料板（7）适于透风，依次穿过所述布料板（18）上的高温物料的热风适于通过该刮料板（7）并进入与该刮料板（7）相邻的所述换热器（5）中；该换热器（5）的用于排出换热空气的排气口经鼓风机（17）与所述的各鼓风嘴相连。
5.根据权利要求1所述的高温物料热能回收系统，其特征在于：所述筒体（1）顶部的开口分布有多个，各开口上的换热器（5）中的用于输送换热介质的换热管依次串联，低温态的换热介质从邻近所述筒体（1）的出料口的换热器（5）的换热介质入口输入；
各换热器（5）顶部的用于排出换热空气的排气口分别连接有循环气管（8），各循环气管（8）穿过所述筒体（1）的侧壁并延伸至所述筒体（1）内，各循环气管的出气口处于所述炉排（2）的上、下层带之间且各出气口邻近所述上层带的底面并朝上设置，以在筒体（1）内形成适于向上穿透所述上层带并作用于所述换热器（5）的循环热气流。
6.根据权利要求5所述的高温物料热能回收系统，其特征在于：所述碎料辊（6）和布料辊（4）为夹套式冷却辊；该碎料辊（6）和布料辊（4）中的夹套部串联在与所述筒体（1）的出料口邻近的一对换热器（5）中的换热管之间；或，所述碎料辊（6）和布料辊（4）的夹套部与一换热器（5）中的换热管的底部盘管并联。
7.根据权利要求5所述的高温物料热能回收系统，其特征在于：所述碎料辊（6）的内壁设有沿该碎料辊（6）的轴向分布的、用于加热所述换热介质的螺旋式换热管，该螺旋式换热管为开口焊接在所述碎料辊（6）内壁上的半圆管；
所述碎料辊（6）的两端中央分别设有入液、出液空心转轴；该对空心转轴分别轴承配合于一对轴承座上，且所述的碎料辊（6）中的螺旋式换热管通过该对空心转轴串联在与所述筒体（1）的出料口邻近的一对换热器（5）中的换热管之间；或，所述螺旋式换热管与邻近所述筒体（1）的出料口的一个或多个换热器（5）中的换热管的底部盘管并联；
所述螺旋式换热管的入液、出液端分别与所述入液、出液空心转轴的内端口相连；或，所述螺旋式换热管的出液端与所述出液空心转轴的内端口相连，所述螺旋式换热管的入液端在该碎料辊（6）内并延伸至邻近所述出液空心转轴。
8.根据权利要求5所述的高温物料热能回收系统，其特征在于：所述筒体（1）内且于所述上层带下方设有多个相间分布的隔舱板（10），相邻的一对隔舱板（10）之间构成的腔体与一所述换热器（5）上下相对分布；所述的一换热器（5）顶部的排气口输出的空气适于通过所述循环气管（8）送至该换热器（5）正下方的所述腔体中。
9.根据权利要求1至3之一所述的高温物料热能回收系统，其特征在于：所述换热器（5）为立管式换热器，该换热器（5）内设有上下分布的螺旋式导风板，换热器（5）内的立式换热管穿插在所述螺旋式导风板上。
10.根据权利要求1至8之一所述的高温物料热能回收系统的工作方法，其特征在于包括：所述高温物料经所述筒体（1）的入料口上的一对碎料辊（6）冷却凝固后进入所述筒体（1），并落至所述的布料板（18）和布料辊（6）之间，该布料辊（6）将所述高温物料进一步冷却凝固后粉碎成颗粒物料，并送至所述炉排（2）上；
该炉排（2）上的颗粒物料加热所述筒体（1）内的空气并产生热空气，该热空气上升进入各换热器（5），各换热器（5）顶部排出的换热空气经循环气管（8）进入所述筒体（1）内并送入所述炉排（2）的上、下层带之间，然后向上穿透所述上层带和该上层带上的颗粒物料，以形成空气换热循环。
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