CN103194552B - 利用炉渣余热的回转式气固换热装置及换热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用炉渣余热的回转式气固换热装置及换热方法,所述装置包括换热筒体、旋转控制电机、冷却风机和螺旋风发生器,所述换热筒体前后端密封,所述换热筒体设有进料口、出风口、出料口、进风口以及螺旋轨道,冷却风机的进风方向与进料方向相反;回转式气固换热器还设有温度、压力控制器和转速变频器。冷却风沿螺旋通道推进;与炉渣颗粒呈逆向形式进行直接接触换热;本发明可以更好的控制冷却风机的进风量及回转换热器热风出口的出风量和渣料的进出料量,最大限度的增加换热介质的接触面积,最大程度的节约能量成本。解决了现有高炉渣热交换耗水量大且易产生污染环境的有害气体,资源浪费、成本高、效果差的问题。

Description

利用炉渣余热的回转式气固换热装置及换热方法
技术领域
[0001] 本发明属于高炉渣换热技术领域,尤其涉及一种利用炉渣余热的回转式气固换热 装置及换热方法。
背景技术
[0002] 炼铁生产过程中,焦炭在高炉内部燃烧,将铁矿石融化并产生还原反应,产生 1450°C左右的铁水和高炉渣。高炉渣和铁水经分离后,铁水进入炼钢等下一个生产流程;高 炉渣是主要的副产品,需要从高炉流出,其包含的能量相当大。目前,高炉每炼出It生铁约 产生300kg炉渣,排出的温度在1450°C左右。It高炉渣约含1700MJ的热量,相当于0. 058t 标准煤的发热值。以2008年的生铁产量计算,高炉渣产生的热量约为4. 7067亿MJ,所含热 量折合2729万吨标准煤的发热值。这些高炉渣如果不加以资源化处理,不但是可利用资源 的极大浪费,而且日积月累,势必造成占地侵田、污染环境等一系列严重问题。因此,高炉渣 资源化既可以变废为宝、又可以减少环境的污染、土地的侵占等。从而达到经济效益和社会 效益双赢的局面。
[0003] 目前,高炉渣处理工艺一般有湿法和干法两种,湿法处理工艺又称水淬工艺。其主 要处理工艺有:底虑法、因巴法、拉萨法等。其缺点是消耗的水量大,产生&3、30 !£等有害气 体污染环境。干法处理工艺主要包括风淬法工艺、双冷却转筒粒化工艺、机械粒化法工艺 等。此类方法在高炉渣的粒化及热能的回收技术要求合理的控制冷却条件及机械装置的结 构形式和合理的尺寸。此种方法从根本上改变了高炉渣的粒化处理以及换热的传统的处理 方法,也是对炼铁生产技术的一项重点革新,可显著提高社会效益、经济效益和环境效益, 且具有极为广阔的市场前景。
发明内容
[0004] 本发明提供了一种利用炉渣余热的回转式气固换热装置及换热方法,所述换热装 置针对高温炉渣颗粒利用其余热进行回转式气固换热,采用本发明所述技术方案可以避免 水淬法产生的大量废水及产生污染环境的有害气体,高炉渣颗粒与空气充分接触换热可以 大大提高高炉渣的换热率,充分利用其内含的巨大能量。
[0005] 为达到上述技术目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
[0006] 利用炉渣余热的回转式气固换热装置,它包括可旋转的换热筒体、旋转控制电机 和冷却风机,所述换热筒体内设有螺旋叶片组成的螺旋轨道,所述换热筒体中心轴处设有 二次物料抛散器,所述换热器筒体前后端分别设有前端密封部件和后端密封部件,所述换 热筒体前端还设有进料口和出风口,所述换热筒体后端还设有出料口和进风口,换热筒体 进风管道处设有与冷却风机连接的螺旋风发生器;
[0007] 所述换热装置还设有控制器和转速变频器,所述出风口处设有出风检测器,所述 出料口处设有出料检测器,所述进风口处设有压力传感器,所述出风检测器、出料检测器、 压力传感器、转速变频器均与控制器连接。
[0008] 对上述技术方案的进一步改进:所述冷却风机的出风管道与换热筒体的进风管道 呈垂直分布。
[0009] 对上述技术方案的进一步改进:所述换热筒体与水平面呈0-10度倾角。
[0010] 对上述技术方案的进一步改进:所述螺旋风发生器包括6-8片沿圆周方向呈等角 度分布的倾斜叶片和中心轴,倾斜叶片固定在中心轴上。
[0011] 对上述技术方案的进一步改进:所述螺旋叶片通过螺旋叶片固定支架固定,所述 二次物料抛散器通过支架与螺旋叶片支架相连接,所述换热筒体内设有凹槽用于固定回转 筒体内螺旋轨道的螺旋叶片固定支架。
[0012] 对上述技术方案的进一步改进:所述进料口、出料口、进风口、出风口和冷却风机 均设有电动电磁阀,
[0013] 对上述技术方案的进一步改进:所述出风检测器和出料检测器为实时检测温度的 热电偶检测器。
[0014] 本发明还提供了利用炉渣余热的回转式气固换热装置的换热方法,所述方法包括 以下内容:
[0015] (1)螺旋风的形成:依据出风口风温及进风口风压控制冷却风机的冷却风风量在 80-130m 3/min,冷却风经螺旋风发生器转变为螺旋风;
[0016] (2)炉渣颗粒与气体换热:炉渣颗粒由进料口进入换热筒体,螺旋轨道和二次物料 抛散器推动炉渣颗粒沿径向和轴向向前运动,同时生成的螺旋风由进风口沿筒壁切向方向 进入换热筒体内且沿筒壁呈螺旋方式前进,螺旋风与炉渣颗粒的运动方向相反;
[0017] (3)换热介质参数的控制:控制器根据出风检测器、出料检测器、压力传感器检测 到的风压、风温、炉渣颗粒流量、炉渣颗粒温度,控制进出口的开启与闭合,控制出风口温度 为440-460°C,出料口的温度为20-35°C,进风口的压力为40-50MPa。
[0018] 对上述技术方案的进一步改进:所述螺旋轨道的半径R和螺距B的关系为0. 45B S R S 0. 65B,换热筒体的转速范围为4-4. 5r/min。
[0019] 对上述技术方案的进一步改进:所述二次物料抛散器包括螺旋叶片,其螺旋叶片 的半径R和螺距B的关系为0.1 B ώ R S 0. 25B。
[0020] 与现有技术相比,本发明的优点和积极效果是:
[0021] 1、本发明通过热电偶检测器检测温度后,传递给控制器信号来实时控制电磁阀的 开启,以控制冷风换热后的温度、渣料的换热后温度和渣料的进出口渣料速度,更好的控制 冷却风机的进风量及回转换热器热风出口的出风量和渣料的进出料量,达到渣料和冷风的 充分进行换热并能最大程度的节约能量成本。
[0022] 2、在回转式气固换热器的冷却风进口增设一个压力传感器,以检测冷却风机进口 的风压,其达到一定值时控制器发出指令控制冷却风机运行的转速和启停。
[0023] 3、所述回转式气固换热器转动采用变频控制,来控制回转窑的转速,从而调整换 热料在筒内停留时间,来控制与冷空气的接触换热时间,增加换热效果。冷却风机也采用变 频控制,热电偶的信号传递给控制器,控制器经过处理控制转速变频器来控制冷却风机的 转速以实时控制送风量。
[0024] 4、本发明针对高炉渣颗粒和气体的特性,采用内设螺旋轨道的回转筒体式换热装 置,利用控制器和整个检测仪器的协同控制,实现高效的换热,最大限度的节约能源成本。
[0025] 5、本发明所述换热介质在螺旋轨道内进行换热,炉渣颗粒在轨道叶片摩擦力和回 转体的离心力以及特殊设计的叶片形式二次物料的抛散器的相互作用下使颗粒一直处于 离散状态,与冷却风充分接触进行换热。
[0026] 6、本发明的冷却风经过螺旋风发生器制造螺旋风,在螺旋轨道内前进,由于回转 筒体内设置的螺旋轨道,无论回转筒体多长,冷却风总是以螺旋形式前进将炉渣颗粒吹向 空中,成离散状态,增加颗粒的换热机会。避免了普通回转窑的前端物料多,后端物料少的 情况。
[0027] 7、本发明不产生污染环境的气体等其他的副效应,具有环保性,解决现有高炉渣 热交换耗水量大且易产生污染环境的有害气体,效果差的问题。
[0028] 结合附图阅读本发明的具体实施方式后,本发明的其他特点和优点将变得更加清 楚。
附图说明
[0029] 图1为本发明回转式换热装置的主视结构示意图。
[0030]图2为本发明回转式换热装置的横截面结构示意图。
[0031] 图3为本发明回转式换热装置的俯视结构示意图。
[0032] 图4为本发明回转式换热装置的右视结构示意图。
[0033] 其中:1、出风口;2、进料口;3、前端密封部件支架;4、螺旋叶片固定支架;5、螺旋 叶片;6、旋转控制电机;7、筒体支架;8、旋转导轮;9、旋转导轮支座;10、出料口;11、螺旋 风发生器罩;12、进风口;13、后端密封部件支架;14、换热筒体密封圈;15、换热筒体旋转托 圈;16、换热筒体旋转齿轮;17、换热筒体;18、换热筒体旋转导圈;19、支架固定螺栓;20、密 封圈压紧圆盘;21、电磁阀;22、螺旋叶片固定螺栓;23二次物料抛散器固定支架;24、二次 物料抛散器;25、冷风导管;26、冷却风机叶片;27、冷却风机;28、冷却风机支架;29、导管接 口; 30、螺旋风发生器。
具体实施方式
[0034] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例 中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0035] 实施例1
[0036] 参照图1-4所示,本实施例所述回转式换热装置是利用高温高炉渣颗粒与气体进 行热交换,所述回转式换热装置包括由筒体支架7固定支撑的换热筒体17、用于控制换热 筒体旋转的旋转控制电机6和冷却风机27,所述换热筒体17内设有由螺旋叶片5组成的螺 旋轨道和螺旋叶片固定支架4,所述换热筒体17内设有四个凹槽用于固定螺旋叶片固定支 架4,螺旋叶片固定支架4上焊接有螺旋叶片5用于控制换热料的运行方式及方向,螺旋叶 片固定支架4和换热筒体17设有螺栓孔,每根三个共有十二个孔以拧上螺旋叶片固定螺栓 22固定螺旋叶片5。
[0037] 所述螺旋轨道的半径R和螺距B的关系为0. 45B S R S 0. 65B,回转筒体的转速范 围为4-4. 5r/min。所述特殊设置的螺旋轨道使固体颗粒在螺旋轨道内沿径向抛散与螺旋气 体接触进行传热传质反应,且在回转筒体内停留时间最长,从而进行充分的换热。
[0038] 所述换热筒体中心轴处还设有二次物料抛散器24,所述二次物料抛散器通过其固 定支架23与螺旋叶片固定支架4相连接,二次物料抛散器的螺旋叶片的半径R和螺距B的 关系为0.1 B S RS 0. 25B,可将筒体中心处的颗粒抛向筒体内壁,使内壁处的物料和中心处 的物料处于动态交换状态。本发明依据固体颗粒在螺旋轨道的运动学及动力学分析,设计 的螺旋轨道和二次物料抛散器使炉渣颗粒一直处于抛散状态,从而使炉渣颗粒与螺旋风直 接接触进行传热传质反应。
[0039] 所述换热筒体与水平面呈0-10度倾角。
[0040] 所述换热筒体17前端设有前端密封部件和前端密封部件支架3,所述前端密封部 件包括与前端密封部件支架3实现密封连接的换热筒体密封圈14、密封圈压紧圆盘20和支 架固定螺栓19,所述换热筒体17后端设有后端密封部件和后端密封部件支架13,所述后端 密封部件包括与后端密封部件支架13实现密封连接的换热筒体密封圈14、密封圈压紧圆 盘20和支架固定螺栓19,所述前端密封部件和后端密封部件相同。
[0041] 所述换热筒体17前端设有换热筒体旋转导圈18,后端设有换热筒体旋转托圈15, 所述换热筒体17中间部位设有与旋转控制电机6相啮合的换热筒体旋转托圈15和换热筒 体旋转齿轮16。换热筒体旋转托圈15和换热筒体旋转齿轮16与旋转控制电机6相啮合以 控制换热筒体17的旋转。
[0042] 所述换热筒体外设有螺旋风发生器30,螺旋风发生器由6-8片沿圆周方向呈等角 度分布的倾斜叶片,倾斜叶片固定在中心轴上,在风的压力作用下叶片和轴一同转动,在叶 片的转动过程中形成螺旋风吹入换热筒体内。螺旋发生器无需提供外加驱动力,依靠冷却 风机的冷却风吹动螺旋风发生器转动从而形成螺旋风,并在筒体内的螺旋轨道内推进,避 免出现因为换热筒体过长使形成的螺旋风在远处变成层流风的情况。
[0043] 所述换热筒体17前端设有进料口 2和出风口 1,所述换热筒体17后端设有出料 口 10和进风口 12,所述回转式气固换热器还设有控制器和转速变频器,在所述出料口处设 有热电偶检测器作为出料检测器,以实时检测换热后的炉渣颗粒的温度,用以控制换热料 出料口电磁阀的开启与关闭。在所述出风口处设有热电偶检测器作为出风检测器,用以实 时检测出风的温度。所述进风口处设有压力传感器以检测风压,所述出风检测器、出料检测 器、压力传感器和转速变频器均与控制器连接。所述进料口、出料口、进风口、出风口和冷却 风机均设有电动电磁阀21用以控制其打开和关闭。
[0044] 在控制器中输入控制程序和出风口的温度设定值、进风口的压力设定值和出料口 的温度设定值,所述压力传感器和热电偶检测器将检测到的压力、温度信号传送至控制器 以实时处理,控制各个进出口的开启关闭和冷却风机的转速,实现高炉渣颗粒的热交换并 控制热交换效果。
[0045] 所述进风口 12和螺旋风发生器30通过螺旋风发生器罩11相连,导管接口 29将 螺旋风发生器罩11和冷风导管25相连,冷却风机支架28支撑着冷却风机27和冷风机叶 片26。
[0046] 利用所述回转式换热装置的换热方法的具体工作过程如下:
[0047] 在换热过程中,高炉渣颗粒由前端密封部件支架3的进料口 2进入换热筒体17,由 螺旋轨道的螺旋叶片5转动推动炉渣颗粒沿径向和轴向运动,同时二次物料抛散器24将颗 粒抛向筒体内壁,使筒体中心处和内壁处的颗粒处于动态的交换状态,从而颗粒处于离散 状态。同时,冷却风机27加压产生的冷却风通过螺旋风发生器30形成螺旋风,所述螺旋风 沿筒壁切向方向进入换热筒体内且沿筒壁呈螺旋方式前进,与高炉渣颗粒的运动方向相反 的方向向前推进,高炉渣颗粒与螺旋风相遇,在螺旋风的作用下高炉渣颗粒被吹散,已达到 换热的效果。
[0048] 通过调节换热筒体17的转速和冷却风机27的进风量的大小以提高换热效率达到 更好的换热。出风口 1温度达到设定值为450°C,当出风口 1的热电偶检测器检测到温度达 到设定值时将信号传送给控制器,控制器发出指令使出风口 1的电磁阀打开以释放换热后 的热风。进风口 12处设有压力传感器,其压力设定值为40-50MPa。当压力传感器检测到 压力达到设定值时将信号传给控制器,控制器发出指令控制冷却风机27的转速以控制进 风量,已到达提高换热效率,减少成本的目的。出料口 10的温度设定值为20°C,换热料出 口 10的热电偶检测到换热料的温度达到此温度设定值便打开电磁阀以释放换热后的高炉 渣颗粒。
[0049] 各热电偶及检测信号传输给控制器,由其进行集中处理,并对各电机的转速变频 器以及电磁阀发出指令。使各行部件和检测装置实现协同控制。以应对离心粒化器出渣温 度时高时低的不稳定性。如当炉渣温度增高时,控制器检测到渣温过高信号并分析处理,同 时发出指令:若炉渣温度增高8-15°C,可控制冷却风机的转速变频器,增加的转速提高相 应的送风量,以控制热风温度在440°C _450°C范围内;若渣温增高15-28°C,可同时增加送 风量以及回转筒体的转速以保证出风温度的范围和提高产能;若增加28°C以上,可同时增 加送风量、回转筒体的转速和降低送料器的转速减少送料量以保证热风温度、提高产能的 同时保证出渣温度为20-35Ό,从而使炉渣余热充分的回收。最大限度的节约能量成本。
[0050] 通过对回转筒体的转速、风量以及炉渣流量的控制,对换热介质进出口温度、压力 参数的设定以及开启闭合时间的合理控制,为回转筒体内的换热介质提供最佳的换热条 件,以达到换热后热风最高温度和炉渣颗粒最低温度,提高换热效率。本发明可以更好的控 制冷却风机的进风量及回转换热器热风出口的出风量和渣料的进出料量,最大限度的增加 换热介质的接触面积,提高换热时间,最大程度的节约能量成本。解决了现有高炉渣热交换 耗水量大且易产生污染环境的有害气体,资源浪费、成本高、效果差的问题。
[0051] 以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任 何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等 效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所 作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1. 利用炉渣余热的回转式气固换热装置,其特征在于:它包括可旋转的换热筒体、旋 转控制电机和冷却风机,所述换热筒体内设有螺旋叶片组成的螺旋轨道,所述换热筒体中 心轴处设有二次物料抛散器,所述换热器筒体前后端分别设有前端密封部件和后端密封部 件,所述换热筒体前端还设有进料口和出风ロ,所述换热筒体后端还设有出料口和进风ロ, 换热筒体进风管道处设有与冷却风机连接的螺旋风发生器; 所述换热装置还设有控制器和转速变频器,所述出风ロ处设有出风检测器,所述出料 ロ处设有出料检测器,所述进风ロ处设有压カ传感器,所述出风检测器、出料检测器、压カ 传感器、转速变频器均与控制器连接; 所述冷却风机的出风管道与换热筒体的进风管道呈垂直分布; 所述换热筒体与水平面呈0-10度倾角; 所述螺旋风发生器包括6-8片沿圆周方向呈等角度分布的倾斜叶片和中心轴,傾斜叶 片固定在中心轴上。
2. 根据权利要求1所述的利用炉渣余热的回转式气固换热装置,其特征在子:所述螺 旋叶片通过螺旋叶片固定支架固定,所述二次物料抛散器通过支架与螺旋叶片支架相连 接,所述换热筒体内设有凹槽用于固定回转筒体内螺旋轨道的螺旋叶片固定支架。
3. 根据权利要求1所述的利用炉渣余热的回转式气固换热装置,其特征在子:所述进 料ロ、出料ロ、进风ロ、出风口和冷却风机均设有电动电磁阀。
4. 根据权利要求1所述的利用炉渣余热的回转式气固换热装置,其特征在子:所述出 风检测器和出料检测器为实时检测温度的热电偶检测器。
5. 利用权利要求1-4任一项所述的炉渣余热的回转式气固换热装置的换热方法,其特 征在于:所述方法包括以下内容: (1) 螺旋风的形成:依据出风ロ风温及进风ロ风压控制冷却风机的冷却风风量在 80-130m3/min,冷却风经螺旋风发生器转变为螺旋风; (2) 炉渣颗粒与气体换热:炉渣颗粒由进料ロ进入换热筒体,螺旋轨道和二次物料抛散 器推动炉渣顆粒沿径向和轴向向前运动,同时生成的螺旋风由进风ロ沿筒壁切向方向进入 换热筒体内且沿筒壁呈螺旋方式前进,螺旋风与炉渣颗粒的运动方向相反; (3) 换热介质參数的控制:控制器根据出风检测器、出料检测器、压カ传感器检测到的 风压、风温、炉渣颗粒流量、炉渣颗粒温度,控制进出口的开启与闭合,控制出风ロ温度为 440-460°C,出料ロ的温度为20-35°C,进风ロ的压カ为40-50MPa,直至换热完成。
6. 根据权利要求5所述的炉渣余热的回转式气固换热装置的换热方法,其特征在子: 所述螺旋轨道的半径R和螺距B的关系为0. 45B€RS0. 65B,换热筒体的转速范围为 4-4. 5r/min〇
7. 根据权利要求5所述的炉渣余热的回转式气固换热装置的换热方法,其特征在子: 所述二次物料抛散器包括螺旋叶片,其螺旋叶片的半径R和螺距B的关系为0.IBSRS 0• 25B。
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