CN103206866B - 一种闪速熔炼炉体冷却余热回收的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种闪速熔炼炉体冷却余热回收的方法及其装置，对闪速炉进行分区冷却，沉淀池采用强制循环冷却、反应塔采用膜式自然循环水冷汽化，保持反应塔的水冷壁壁温小于280℃，回收闪速熔炼炉体冷却的余热，产生出压力小于1.5Mpa的低压蒸汽，同时满足反应塔负荷变化对冷却的需求。反应塔(14)的外壳(4)的内侧壁设有保温材料层(3)，所述的保温材料层(3)的内侧设有膜式水冷壁(2)，所述的膜式水冷壁(2)的内侧敷设有捣打耐火材料层(1)。本发明是一种节约冷却水量，同时满足反应塔负荷变化对冷却的需求的闪速熔炼炉体冷却余热回收的方法及其装置。

Description

一种闪速熔炼炉体冷却余热回收的方法及其装置
技术领域
本发明涉及闪速熔炼炉炉体冷却余热回收的方法和装置，特别涉及一种自然循环与强制循环相结合的水冷炉体的方法
背景技术
闪速熔炼方式具有生产规模大、劳动条件好和自动化水平高等优点，被应用于铜、铅、镍等有色金属的提取中，且发展迅速。上世纪末全球仅有15座闪速炉，其中我国3座，而今我国已经拥有近20座闪速炉，其产能也由上世纪的10万吨/座发展到今天的35万吨/座。
闪速熔炼为火法高温熔炼过程，其设备的内衬耐火材料受到高温熔体或烟气的冲刷、侵蚀及热应力的作用极易损坏，严重影响着设备的寿命。为了提高高温熔炼设备的寿命，水冷技术应运而生，冷却水套成为“最好的耐火材料”。闪速炉的各个部分（包括反应塔、沉淀池）中采用了大量的冷却水套，带走大量的热量。如一座φ6.8m×7m、产能约10万吨的铜闪速炉，冷却水量为570吨/h，随着产能的扩大，冷却水的耗量将更大。镍闪速熔炼炉所需冷却水量较铜闪速熔炼炉更高。一般来说，对于反应塔直径5～6m的铜闪速炉，其冷却水带走热量为16000～20000MJ/h，折合标准煤500～680kg/h，冷却水的进出口温差为3.7～14.3℃，大部分冷却水的温差为6～10℃[2]。这些冷却水由于与环境温差小，带走的热量品位低，无法使用；同时，输送冷却水需要耗费大量的动力。
澳大利亚BHP公司的San Manuel冶炼厂使用了无砖反应塔，即塔体由钢板外壳构成，钢壳内壁焊接钢钉，用于支撑内壁挂渣层，防止渣层脱落。塔外采用喷淋或其它水冷方式进行冷却，使整个塔体由内壁形成挂渣[3]。这种无砖反应塔闪速炉同样存在冷却水耗量大、冷却水带走的余热无法利用的问题。
此外，冷却水套的位置是基于设计产能情况下反应塔内温度分布态势来确定的。因此，当闪速炉产量变化时，反应塔内的高温区域也会随之变化，原有的冷却水套不能满足生产负荷发生变化的冷却需求。
如果对闪速炉采用复合冷却技术，即沉淀池采用强制循环、反应塔采用膜式水冷汽化技术，可以实现冷却水的气化，产生低压蒸汽，节约冷却水量，同时可以满足反应塔负荷变化对冷却的需求。
[1]张文海.闪速熔炼在中国的进展与研究冷风技术及非接触冶金[J].中国有色金属学报,2004,14(专辑):63～71。
[2]梅炽.有色金属炉设计手册[M].北京：冶金工业出版社，2000年。
[3]梁礼渭.闪速炉无砖反应塔内壁挂渣物化性能研究[D].2011年。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种节约冷却水量，同时满足反应塔负荷变化对冷却的需求的闪速熔炼炉体冷却余热回收的方法。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种实现闪速熔炼炉体冷却余热回收的方法的装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供的闪速熔炼炉体冷却余热回收的方法，对闪速炉进行分区冷却，沉淀池采用强制循环冷却、反应塔采用膜式自然循环水冷汽化，保持反应塔的水冷壁壁温小于280℃，产生压力<1.5Mpa的低压蒸汽，回收闪速熔炼炉体冷却的余热，同时满足反应塔负荷变化对冷却的需求。
为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的实现闪速熔炼炉体冷却余热回收的方法的装置，包括反应塔、沉淀池、沉淀池冷却水套和汽包，所述的反应塔的外壳的内侧壁设有保温材料层，所述的保温材料层的外侧设有膜式水冷壁，所述的膜式水冷壁的外侧敷设有捣打耐火材料层，所述的膜式水冷壁的上端与上集箱相连，所述的膜式水冷壁的下端与下集箱相连，所述的上联箱与所述的汽包相连，所述的汽包通过下降管与所述的下集箱相连，所述的沉淀池冷却水套的进口端与水泵连接，所述的水泵的进口连接有进水口，所述的沉淀池冷却水套的一个出水口与所述的汽包连接，所述的沉淀池冷却水套的另一个出水口与冷却塔连接。
所述的沉淀池冷却水套倾斜布置在所述的沉淀池内。
所述的沉淀池冷却水套按照不小于15°、不大于30°的向上倾斜角度倾斜布置。
采用上述技术方案的闪速熔炼炉体冷却余热回收的方法及其装置，对闪速炉进行分区冷却，沉淀池采用强制循环冷却、反应塔采用膜式自然循环水冷汽化，产生低压蒸汽（<1.5MPa），以回收闪速熔炼炉体冷却的余热，同时可以满足反应塔负荷变化对冷却的需求，提高冷却介质热量的品位，可供用户使用，在反应塔侧壁构建一层膜式水冷壁，可以适应不同负荷生产对冷却的要求。沉淀池冷却水套采用强制循环冷却，部分水用作汽包进水，其出水口与汽包相连，提高汽包的进水温度；另外的冷却水送至冷却塔。反应塔水冷壁壁温小于280℃，确保反应物熔渣（凝固点为1080℃）在反应塔的水冷壁上能形成挂渣。
本发明的优点和积极效果是：
1）本发明能够在冷却闪速炉炉体的同时，产生低压蒸汽，从而可以回收冷却介质余热；
2）整个反应塔体采用膜式水冷壁，在任何高温区域均可形成挂渣，解决了传统冷却水套因位置固定不能满足生产负荷变化对冷却位置需求变化的问题；
3）反应塔体采用自然循环水冷方式，可以减少冷却水套所需的动力能耗；
4）采用这种复合水冷模式，可显著减少冷却水用量，减少冷却塔体积，降低系统对环境造成的热污染。
综上所述，本发明是一种节约冷却水量，同时满足反应塔负荷变化对冷却的需求的闪速熔炼炉体冷却余热回收的方法及其装置。
附图说明
图1是炉体的剖面图。
图2是冷却循环回路示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
本发明提供的闪速熔炼炉体冷却余热回收的方法，对闪速炉进行分区冷却，沉淀池采用强制循环冷却、反应塔采用膜式自然循环水冷汽化，保持反应塔的水冷壁壁温小于280℃，产生压力<1.5Mpa的低压蒸汽，回收闪速熔炼炉体冷却的余热，同时满足反应塔负荷变化对冷却的需求。
参见图1和图2，本发明提供的实现闪速熔炼炉体冷却余热回收的方法的装置，沉淀池15一端连接有反应塔14，另一端连接有上升烟道16，反应塔14的外壳4的内侧壁设有保温材料层3，保温材料层3的内侧设有膜式水冷壁2，膜式水冷壁2的内侧敷设有捣打耐火材料层1，膜式水冷壁2的上端与上集箱13相连，膜式水冷壁2的下端与下集箱11相连，上联箱13与汽包9相连，汽包9通过下降管10与下集箱11相连，沉淀池冷却水套7的进口端与水泵5连接，水泵5的进口连接有进水口6，沉淀池冷却水套7的一个出水口通过竖直管道8与汽包9连接，沉淀池冷却水套7的另一个出水口与冷却塔连接，沉淀池冷却水套7倾斜布置在所述的沉淀池15内。
现以φ6.8×7m、年产15万吨，冷却水流量为570t/h，进出口温差为3～10℃，带走热量约17GJ/h的铜闪速炉炉体冷却余热回收系统为例予以说明。采用本技术对现有铜闪速炉生产系统实施改造时，厂房布置、燃料供给系统、加料系统及排烟系统等均可维持不变，但需对炉体以及水冷系统进行改造。
反应塔14的炉壁如图1所示，主要由捣打耐火材料层1、膜式水冷壁2、保温材料3、外壳4组成，反应塔14的外壳4的内侧壁设有保温材料3，保温材料3的内侧设有膜式水冷壁2，膜式水冷壁2的内侧敷设有捣打耐火材料层1。捣打耐火材料层1能避免高温气流直接冲蚀膜式水冷壁2，而当捣打耐火材料层1被冲蚀后，高温熔体（凝固点为1080℃）遇到温度较低的膜式水冷壁2（管外侧温度约280℃）将形成挂渣层，有效保护着膜式水冷壁。
考虑到沉淀池15的高度的限制以及运行安全的考虑，将侧壁原有水平布置的沉淀池冷却水套7按照不小于15°、不大于30°的向上倾斜角度布置，并采用强制循环冷却方式；反应塔侧壁的膜式水冷壁2则可用自然循环冷却方式。
冷却系统组成如图2所示，其工作过程为：水泵5将处于室温的冷却水由进水口6泵入沉淀池15的沉淀池冷却水套7中，被加热的冷却水通过竖直管8输送至汽包9内，即沉淀池冷却水套7的出水作为汽包9的进水，属于强制对流冷却方式。汽包9中的水通过下降管10进入位于反应塔14的底部的下联箱11，然后流经膜式水冷壁2中的上升管12，吸热变成汽水混合物进入位于反应塔14的上部的上联箱13，上联箱13与汽包9相联接，形成一个自然循环。
沉淀池冷却水套7中冷却水流量约为35t/h，进水温度为15℃左右，沉淀池冷却水套7冷却强度为300～380MJ/m2·h，冷却水所带走沉淀池15余热量约为4500～4800MJ/h，其运行压力为1.5MPa冷却水在沉淀池冷却水套7中温度升高但不会汽化，进出水温差约为30～33℃。冷却水流出沉淀池冷却水套7后一部分进入汽包9，满足汽包9的补水要求，另一部分引入冷却塔17。
反应塔14的膜式水冷壁2运行压力为冷却过程，膜式水冷壁2壁温始终控制在280℃以内，膜式水冷壁2换热强度约600MJ/m2·h，塔壁冷却件热负荷为11000MJ/h，循环倍率在90左右，产生3.8t/h，压力1.5MPa，温度200℃左右的低压蒸汽。
整个冷却过程冷却水共带走热量约15.5GJ，折合标准煤530～540kg/h左右。

Claims (3)

1.一种闪速熔炼炉体冷却余热回收的装置，对闪速炉进行分区冷却，沉淀池采用强制循环冷却、反应塔采用膜式自然循环水冷汽化，保持反应塔的水冷壁壁温小于280℃，产生压力<1.5Mpa的低压蒸汽，回收闪速熔炼炉体冷却的余热，同时满足反应塔负荷变化对冷却的需求，包括反应塔(14)、沉淀池(15)、沉淀池冷却水套(7)和汽包(9)，其特征是：所述的反应塔(14)的外壳(4)的内侧壁设有保温材料层(3)，所述的保温材料层(3)的内侧设有膜式水冷壁(2)，所述的膜式水冷壁(2)的内侧敷设有捣打耐火材料层(1)，所述的膜式水冷壁(2)的上端与上集箱(13)相连，所述的膜式水冷壁(2)的下端与下集箱(11)相连，所述的上联箱(13)与所述的汽包(9)相连，所述的汽包(9)通过下降管(10)与所述的下集箱(11)相连，所述的沉淀池冷却水套(7)的进口端与水泵(5)连接，所述的水泵(5)的进口连接有进水口(6)，所述的沉淀池冷却水套(7)的一个出水口与所述的汽包(9)连接，所述的沉淀池冷却水套(7)的另一个出水口与冷却塔连接。
2.根据权利要求1所述的闪速熔炼炉体冷却余热回收的装置，其特征是：所述的沉淀池冷却水套(7)倾斜布置在所述的沉淀池(15)内。
3.根据权利要求2所述的闪速熔炼炉体冷却余热回收的装置，其特征是：所述的沉淀池冷却水套(7)按照不小于15°、不大于30°的向上倾斜角度倾斜布置。
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