CN103131853B - 一种焙烧系统的冷却器及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焙烧系统的冷却器，包括冷却塔、热交换器、储汽罐和锁风装置，储汽罐上设有出气口，所述冷却塔上设置带有锁风装置的进料口和出料口，在冷却塔内部进料口处设置布料锥和还原气出口，出料口处设置透气板和还原气进口，布料锥与透气板之间平行设置多级热交换器，冷却塔上还设有补水口和蒸汽出口，最末一级热交换器的进口连接补水口，第一级热交换器的进口连接储汽罐上的出气口，出口连接蒸汽出口，中间各级热交换器的进口和出口均连接冷却塔外的储汽罐。本发明还公开了一种利用上述冷却器对热容量大的物料进行冷却的方法。本发明利用吸热反应，可以快速冷却热容量很大的高温细粒氧化铁矿及铁粉块，处理量大，节能环保。

Description

一种焙烧系统的冷却器及冷却方法

技术领域

本发明涉及一种将细粒的弱磁性氧化铁矿（赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等）焙烧成强磁性磁铁矿后的冷却器，还涉及还原铁粉生产过程中的炉后的冷却器，并且涉及利用该冷却器对物料进行冷却的方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，对铁矿需求量大量增加，但受资源条件的限制，人们除了利用贫磁矿外，对弱磁性氧化铁矿（赤铁矿（Fe₂O₃）、褐铁矿（2 Fe₂O₃·3H₂O）、菱铁矿（FeCO₃）等）的选矿也越来越引起重视。只有对弱磁性氧化铁矿加以利用，扩大工业资源储量，才能满足这种不断增长的需求。随着辊压机应用于铁矿粉磨，铁矿破碎成细粉的效率得以大幅提高，但对这种弱磁性铁矿细粉的磁选仍需采用还原焙烧，将细粒的弱磁性氧化铁矿（比磁化率11×10^-8m³/kg≤χ_S≤4×10^-5m³/kg）焙烧成强磁性磁铁矿（Fe₃O₄）（比磁化率χ_S>4×10^-5m³/kg），然后磁选以提高选别率和利用率。焙烧的温度须大于570℃，温度愈高，时间愈短，通常为800℃。细粒铁矿焙烧后需要在无氧气氛中迅速冷却才能保持已提高的磁性。对于在400℃以上焙烧的细粒铁矿，如果在空气中冷却，会被氧化成弱磁性的α-Fe₂O₃，而达不到焙烧增磁效果。同样在还原铁粉生产过程中的一次还原炉出来的海绵铁和二次还原炉出来的铁粉块也需进行气氛保护下的冷却。

高温铁矿粉体的热容量相当大，现常用的流化态冷却器，要么处理量不够大，要么冷却速度不够，不能满足现在的大工业生产的需求。如公开日为2009年3月18，公开号为CN 101386908A，名称为“对难选铁矿石粉体进行磁化焙烧的工艺系统及焙烧的工艺”的中国发明专利中所介绍的流态化冷却器，其结构是反应后的高温焙烧矿由循环流化床反应器料腿排入流态化冷却器中，流态化冷却器中设有换热水管，焙烧矿与冷却水进行换热，焙烧矿被冷却至200℃以下从流态化冷却器溢流口排出；在流态化冷却器下部通入煤气，使焙烧矿处于流化状态以增加传热系数；冷却水以逆流方式进入流态化冷却器的换热水管内，被逐步加热，汽化成为300～450℃的蒸汽，蒸汽在换热器实现热量利用。该冷却器处理量小，冷却速度慢，排气口和溢流口的物料不能区分开。

而其它行业用的高温细粉冷却装置主要采用水冷夹套或风冷旋转转筒或螺旋水冷夹套，同样存在冷却速度不够或处理量不够的问题，有的还存在不能保证无氧气氛的要求、或有机械传动机构、或有磨损问题、或冷却系统存在热应力后泄漏和过冷粉体堵塞的问题，且占地面积大，功耗高。

发明内容

本发明的一个目的就是针对上述现有技术的问题，提供一种冷却速度快、处理量大的焙烧系统的冷却器。

本发明的另一个目的就是提供一种冷却方法，利用上述冷却器对热容量大的物料进行快速、批量冷却。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种焙烧系统的冷却器，包括冷却塔、热交换器、储汽罐和锁风装置，储汽罐上设有出气口，所述冷却塔上设置带有锁风装置的进料口和出料口，在冷却塔内部进料口处设置布料锥和还原气出口，出料口处设置透气板和还原气进口，布料锥与透气板之间平行设置多级热交换器，冷却塔上还设有补水口和蒸汽出口，最末一级热交换器的进口连接补水口，第一级热交换器的进口连接储汽罐上的出气口，出口连接蒸汽出口，中间各级热交换器的进口和出口均连接冷却塔外的储汽罐。

进一步，所述热交换器通过振动器固定在冷却塔内壁，振动器振动热交换器避免物料附着在热交换器上。

进一步，所述振动器为机械振打器或超声波振动器。

进一步，所述锁风装置为锁风阀。

进一步，所述热交换器为铜管或铝管制成的盘管，且在盘管表面设有耐磨材料层。

进一步，在还原气出口安装氧含量及压力检测仪，在还原气进口安装调压调速阀。

进一步，冷却塔内的多级热交换器从上至下温度由高至低呈阶梯分布。

进一步，所述冷却塔为圆柱筒状，顶部设置进料口和还原气出口，底部对应设置出料口和还原气进口，冷却塔内部从上至下依次设置第一级至第四级热交换器，且各级热交换器上设有振动器，冷却塔外配置第一储汽罐和第二储汽罐，第一和第二储汽罐上设有出气口，第四级热交换器的进口连接补水口，出口连接第二储汽罐，第三级热交换器的进口连接第二储汽罐，出口连接第一储汽罐，第二级热交换器的进口和出口均连接第一储汽罐，第一级热交换器的进口与第一和第二储汽罐上的出气口连通，出口连接蒸汽出口。

一种冷却方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）补水口通入软化洁净水进入最末一级热交换器，并通过储汽罐向中间各级热交换器通水，第一级热交换器通入蒸汽，蒸汽从蒸汽出口排出；

（2）从还原气进口向冷却塔中通入还原性气体或惰性气体，气体穿过透气板充满冷却塔内部，从还原气出口排出；

（3）将高温物料从进料口输入冷却塔中，高温物料下落至布料锥后在冷却塔内均匀分布，高温物料继续下落与还原性气体或惰性气体接触防止被氧化并被分散，高温物料依次通过各级热交换器被快速冷却，最后从出料口排出。

作为优选，所述物料为焙烧后的高温细粒氧化铁矿，或者为还原铁粉生产中还原炉出来的高温还原铁粉块。

本发明的有益效果在于：

利用吸热反应，可以快速冷却热容量很大的高温细粒氧化铁矿及铁粉块，处理量大，不仅能保证细粒氧化铁矿焙烧后的磁性不发生变化，也能保证还原炉后的铁粉块在冷却过程中不被氧化；工业废气可以余热再利用，或者经过处理后排向大气，环保节能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种焙烧系统的冷却器，包括冷却塔16、热交换器、储汽罐和锁风阀20，冷却塔16为直径2米的圆柱筒状，容积12.5立方米，冷却塔16的尺寸可根据实际生产需要制造或选用，储汽罐上设有出气口作为汽化了的蒸汽输出口，所述冷却塔16顶部设置进料口19和还原气出口17，底部对应设置出料口28和还原气进口8，在冷却塔16内部进料口19处设置布料锥21，出料口28处设置透气板10，布料锥21与透气板10之间从上至下依次设置第一级至第四级热交换器14、13、12、11，且各级热交换器上设有振动器15，并通过振动器15固定在冷却塔16内壁，冷却塔16上还设有补水口25和蒸汽出口22，冷却塔16外配置第一储汽罐23和第二储汽罐24，第四级热交换器11的进口连接补水口25，出口连接第二储汽罐24，第三级热交换器12的进口连接第二储汽罐24，出口连接第一储汽罐23，第二级热交换器13的进口和出口均连接第一储汽罐23，第一级热交换器14的进口与第一和第二储汽罐23、24上的出气口连通，出口连接蒸汽出口22。第一级至第四级热交换器14、13、12、11的温度由高至低呈阶梯分布。

进料口19和出料口28均安装锁风阀20，在还原气出口17安装氧含量及压力检测仪18，在还原气进口8安装调压调速阀9，第一、第二储汽罐23、24与第一、第二、第三级热交换器14、13、12的进口连接的管道上安装有温度检测器27。

所述热交换器为铜管或铝管制成的盘管，在盘管外表面喷涂一层耐磨材料层。

所述振动器15可以为机械振打器，也可以为超声波振动器，本实施例优选超声波振动器，频率为10KHz-60KHz,振幅为1μm～100μm。

该冷却器的工作过程如下：

焙烧后的高温（温度在450℃-950℃）细粒氧化铁矿，或还原铁粉生产中还原炉出来的高温物料通过管道进入本冷却器的进料口，通过布料锥在冷却塔内均匀分布；再经过各级热交换器冷却后成为低温（温度在200℃以下）的细粒氧化铁矿（或还原铁粉块）从本冷却器输出，再通过其它输送设备送走。还原性气体（如C、CO、H2）或惰性气体（如Ar、He）经过调压调速阀对流量和压力调节后进入冷却塔底部还原气进口，穿过透气板与物料接触，防止物料被氧化和起着分散物料的作用，这些气体的流量和压力根据物料的分散程度进行调节，必须能保证物料的分散；这些气体从冷却塔上部的还原气出口溢出后经除尘冷却后可循环使用，也可以部分经除尘冷却后，或者部分经除尘后作为工业热气使用。各级热交换器上的振动器可以是机械振打器或超声波振动器，起着振动物料使其不附着在热交换器上的作用。冷却塔上部的还原气出口设置有氧含量及压力检测仪，保持冷却塔内部正压和氧含量小于 0.8%。各级热交换器通过储汽罐相串联，保证从上至下高温到低温的阶梯分布，使物料能快速冷却。进料口和出料口的锁风阀可以协同动作，以保证物料有充裕的时间冷却，并且还能锁住还原汽体不外泄。各储汽罐的出气口相串联并与蒸汽出口相通，以及第一级热交换器的出口输出的汽化了的蒸汽可以排向大气，也可以作为工业热气使用。

该冷却器利用吸热反应，可以快速冷却热容量很大的高温细粒氧化铁矿及铁粉块，处理量大，不仅能保证细粒氧化铁矿焙烧后的磁性不发生变化，也能保证还原炉后的铁粉块在冷却过程中不被氧化；工业废气可以余热再利用，或者经过处理后排向大气，保护环境。

实施例一：将粒度<1mm的赤铁矿（Fe₂O₃）焙烧后送入本冷却器冷却，入口处物料温度为600℃，出口处物料温度为150℃，出口处物料的比磁化率χ_S=1×10^-2m³/kg，达到强磁性物料的要求，本冷却器的计算产量为30t/h，能够与中小型焙烧系统配套。

实施例二：将粒度<1mm的菱铁矿（FeCO₃）焙烧后送入本冷却器冷却，入口处物料温度为650℃，出口处物料温度为150℃，出口处物料的比磁化率χ_S=1.5×10^-2m³/kg，达到强磁性物料的要求，本冷却器的计算产量为30t/h，能够与中小型焙烧系统配套。

实施例三：将粒度为80目的还原铁粉从还原炉出炉后直接送入本冷却器冷却，入口处物料温度为700℃，出口处物料温度为40℃，待密封冷却到10℃后，放入透气布袋中，1小时后布袋表面温度升高到60℃,说明还原铁在本冷却器冷却的过程中未被氧化，保持了活性。

一种冷却方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）补水口25通入软化洁净水进入第四级热交换器11，并通过第一储汽罐23向第二级热交换器13通水，第二储汽罐24向第三级热交换器12通水，第一储汽罐23和第二储汽罐24内产生的蒸汽通入第一级热交换器14，蒸汽从蒸汽出口22排出；

（2）从还原气进口8向冷却塔16中通入还原性气体或惰性气体，气体穿过透气板10充满冷却塔16内部，从还原气出口17排出；

（3）将高温物料从进料口19输入冷却塔16中，高温物料下落至布料锥21后在冷却塔16内均匀分布，高温物料继续下落与还原性气体或惰性气体接触防止被氧化并被分散，高温物料依次通过各级热交换器被快速冷却，最后从出料口28排出。

所述物料为焙烧后的高温细粒氧化铁矿，或者为还原铁粉生产中还原炉出来的高温还原铁粉块。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种焙烧系统的冷却器，包括冷却塔、热交换器、储汽罐和锁风装置，储汽罐上设有出气口，所述冷却塔上设置带有锁风装置的进料口和出料口，在冷却塔内部进料口处设置布料锥和还原气出口，出料口处设置透气板和还原气进口，布料锥与透气板之间平行设置多级热交换器，冷却塔上还设有补水口和蒸汽出口，最末一级热交换器的进口连接补水口，第一级热交换器的进口连接储汽罐上的出气口，出口连接蒸汽出口，中间各级热交换器的进口和出口均连接冷却塔外的储汽罐，其特征在于：所述热交换器通过振动器固定在冷却塔内壁。

2.根据权利要求1所述的焙烧系统的冷却器，其特征在于：所述振动器为机械振打器或超声波振动器。

3.根据权利要求1所述的焙烧系统的冷却器，其特征在于：所述锁风装置为锁风阀。

4.根据权利要求1所述的焙烧系统的冷却器，其特征在于：所述热交换器为铜管或铝管制成的盘管，且在盘管表面设有耐磨材料层。

5.根据权利要求1所述的焙烧系统的冷却器，其特征在于：在还原气出口安装氧含量及压力检测仪，在还原气进口安装调压调速阀。

6.根据权利要求1所述的焙烧系统的冷却器，其特征在于：冷却塔内的多级热交换器从上至下温度由高至低呈阶梯分布。

7.根据权利要求1至6任一项所述的焙烧系统的冷却器，其特征在于：所述冷却塔为圆柱筒状，顶部设置进料口和还原气出口，底部对应设置出料口和还原气进口，冷却塔内部从上至下依次设置第一级至第四级热交换器，且各级热交换器上设有振动器，冷却塔外配置第一储汽罐和第二储汽罐，第一和第二储汽罐上设有出气口，第四级热交换器的进口连接补水口，出口连接第二储汽罐，第三级热交换器的进口连接第二储汽罐，出口连接第一储汽罐，第二级热交换器的进口和出口均连接第一储汽罐，第一级热交换器的进口与第一和第二储汽罐上的出气口连通，出口连接蒸汽出口。

8.一种冷却方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）补水口通入软化洁净水进入最末一级热交换器，并通过储汽罐向中间各级热交换器通水，第一级热交换器通入蒸汽，蒸汽从蒸汽出口排出；

（2）从还原气进口向冷却塔中通入还原性气体或惰性气体，气体穿过透气板充满冷却塔内部，从还原气出口排出；

（3）将高温物料从进料口输入冷却塔中，高温物料下落至布料锥后在冷却塔内均匀分布，高温物料继续下落与还原性气体或惰性气体接触防止被氧化并被分散，高温物料依次通过各级热交换器被快速冷却，最后从出料口排出。

9.根据权利要求8所述的冷却方法，其特征在于：所述高温物料为焙烧后的高温细粒氧化铁矿，或者为还原铁粉生产中还原炉出来的高温还原铁粉块。