CN103411424A

CN103411424A - 一种粉状物料加热装置及方法

Info

Publication number: CN103411424A
Application number: CN2013103228443A
Authority: CN
Inventors: 苗庆东; 李开华; 叶恩东; 程晓哲; 张继东
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2013-11-27

Abstract

本发明提供了一种粉状物料加热装置及方法。所述粉状物料加热装置包括原料输送系统和流态化加热系统，其中，流态化加热系统包括通过第一管道连接的n级旋风加热器，n≥1且为正整数，在所述n级旋风加热器中，按照粉状物料的流动方向位于下一级旋风加热器进风口与上一级旋风加热器的排料口连通，位于下一级的旋风加热器出风口与上一级旋风加热器的进风口连通，并且第一管道位于第n级旋风加热器进风口与第n-1级旋风加热器排料口之间的部分设置有高温气体入口；原料输送系统与第一管道的位于第一级旋风加热器进风口和第二级旋风加热器出风口之间的部分连接。本发明利用工业尾气余热实现对粉状物料快速加热，具有传热效率高、物料处理量大等特点。

Description

一种粉状物料加热装置及方法

技术领域

本发明涉及物料加热技术领域，更具体地讲，涉及一种采用气固流态化直接接触式传热方式对粉状物料进行加热的装置和方法。

背景技术

在工业生产中，由于工艺条件的要求，通常需要对固体粉状物料（简称为粉状物料）进行加热。目前，工业生产中粉状物料多采用回转窑或流化床的方式加热，物料在筒体内由抄板输送或螺旋输送，筒体外采用电、煤气燃烧等加热方式，达到加热粉状物料的目的。但是这种加热方式，物料与筒体接触面积小，只有筒体下部接触物料，传热面积为筒体的内表面积的一半，传热效率低、处理量小、保温差、能耗高。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。

本发明的目的之一在于提供一种采用气固流态化直接接触式传热方式对粉状物料进行加热的装置和方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种粉状物料加热装置。所述粉状物料加热装置包括原料输送系统和流态化加热系统，其中，所述流态化加热系统包括通过第一管道连接的n级旋风加热器，n≥1且为正整数，所述旋风加热器包括密封的壳体和与设置在所述壳体上的进风口、出风口和排料口，载有粉状物料的气流通过所述旋风加热器后能够实现气固分离，当n=1时，所述第一管道的一端与第一级旋风加热器的进风口连接，所述第一管道的另一端为高温气体入口，所述原料输送系统与所述第一管道连接以输送待加热的粉状物料；当n≥2时，在所述n级旋风加热器中，按照粉状物料的流动方向位于下一级的旋风加热器的进风口与上一级旋风加热器的排料口连通，位于下一级的旋风加热器的出风口与上一级旋风加热器的进风口连通，并且第一管道位于第n级旋风加热器进风口与第n-1级旋风加热器排料口之间的部分设置有高温气体入口；所述原料输送系统与第一管道的位于第一级旋风加热器进风口和第二级旋风加热器出风口之间的部分连接。

根据本发明的粉状物料加热装置的一个实施例，在所述流态化加热系统中的粉状物料与气流汇合处，粉状物料的流动方向与气流的流动方向之间的夹角为50～80°。

根据本发明的粉状物料加热装置的一个实施例，所述流态化加热系统还包括设置在所述n级旋风加热器中的每个排料口处的热电偶、压力测试设备和阀门，并且所述阀门能够根据所述热电偶测得的温度数据和压力测试设备测得的压力数据进行开合。

根据本发明的粉状物料加热装置的一个实施例，所述原料输送系统包括按照粉状物料流动方向顺次连接的料仓、螺旋加料机和第二管道，以及设置在所述料仓底部的振动电机和分格轮下料器，其中，当n=1时，所述第二管道与所述第一管道的位于第一级旋风加热器进风口和高温气体入口之间的部分连接；当n≥2时，所述第二管道与所述第一管道的位于第一级旋风加热器进风口和第二级旋风加热器出风口之间的部分连接。

根据本发明的粉状物料加热装置的一个实施例，所述原料输送系统还可以包括沿着料仓的横截面设置在料仓顶部的格栅。

根据本发明的粉状物料加热装置的一个实施例，所述粉状物料加热装置还可以包括回收处理系统，所述回收处理系统包括旋风分离器，所述旋风分离器的进风口通过第三管道与所述第一级旋风加热器的出风口连通，所述旋风分离器的排料口与位于原料输送系统和第一级旋风加热器之间的管道连通，并且在所述旋风分离器的排料口处设置有高温双层锁风阀。

根据本发明的粉状物料加热装置的一个实施例，所述回收处理系统还可以包括与所述旋风分离器的出风口连接的布袋除尘设备、设置在所述旋风分离器的出风口和布袋除尘设备之间的冷却构件、以及设置在所述旋风分离器出风口处的热电偶和设置在所述冷却构件之后、布袋除尘设备之前的热电偶。

根据本发明的粉状物料加热装置的一个实施例，所述流态化加热系统包括通过第一管道连接的三级旋风加热器。

本发明另一方面提供了一种粉状物料加热方法。所述加热方法包括将待加热的粉状物料和高温气体混合并使其换热，然后进行气固分离，并将分离后的高温气体返回换热工序进行循环利用。

根据本发明的粉状物料加热方法的一个实施例，所述加热方法采用如上所述的粉状物料加热装置对待加热的粉状物料进行加热。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

⑴采用气固流态化直接接触式传热方式，传热效率高，可以达到快速加热粉状物料的目的。

⑵利用工业余热尾气作为热源，节能环保。

⑶采用多级加热体系，并且每级加热体系产生的废气返回上一级加热体系进行循环利用，实现了待加热粉状物料的逐步加热，提高了热能利用率及减少环境污染。

⑷物料的物料处理量大且能够实现加热设备的连续稳定长期运转。

⑸可以根据工艺需要，通过增减设备调整出料温度，适用范围广。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是本发明示例性实施例的粉状物料加热装置的结构示意图。

附图标记说明：

10-原料输送系统 20-流态化加热系统 30-回收处理系统 11-料仓12-螺旋加料机 13-第二管道 14-振动电机 15-分格轮下料器 21-第一管道 21a-高温气体入口 22-第一级旋风加热器 23-第二级旋风加热器24-第三级旋风加热器 25a、25b、25c、35a、35b-热电偶 26a、26b、26c-翻板阀 31-旋风分离器 31a-高温双层锁风阀 32-第三管道 33-布袋除尘设备 33a-布袋除尘器 33b-引风机 34-冷却构件。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的粉状物料加热装置及方法。

图1是本发明示例性实施例的粉状物料加热装置的结构示意图。如图1所示，在本发明的一个示例性实施例中，所述粉状物料加热装置包括原料输送系统10和流态化加热系统20。

在本示例性实施例中，流态化加热系统20包括通过第一管道21连接的第一级旋风加热器22、第二级旋风加热器23、第三级旋风加热器24。每级旋风加热器22、23、24包括密封的壳体和与设置在所述壳体上的进风口、出风口和排料口，载有粉状物料的气流通过旋风加热器后能够实现气固分离。在本示例性实施例中，旋风加热器的结构与现有技术中的旋风分离器结构类似，其中，进风口位于壳体的上部，载有粉状物料的高温气体从进风口进入旋风加热器；出风口位于壳体的顶部，用于排出气体；排料口位于壳体的底部，用于排出加热后的粉状物料。优选地，各级旋风分离器与第一管道接口处选用法兰连接。

在上述三级旋风加热器中，按照粉状物料的流动方向位于下一级的旋风加热器的进风口与上一级旋风加热器的排料口连通，位于下一级的旋风加热器的出风口与上一级旋风加热器的进风口连通，并且第一管道21的位于第三级旋风加热器24进风口与第二级旋风加热器23排料口之间的部分设置有高温气体入口21a。

进一步地，上述三级旋风加热器排料口处分别设置有热电偶25a、25b、25c、压力测试设备（未示出）和翻板阀26a、26b、26c，在本实施例中，热电偶、压力测试设备和翻板阀实行联动，根据热电偶测得的温度数据、压力测试设备测得的压力数据调整各级阀门的开合，进而调整物料流动速度，实现各级物料的温度控制。优选地，翻板阀通过法兰连接于旋风加热器的排料口处。

进一步地，在流态化加热系统20中的各粉状物料与气流汇合处，粉状物料的流动方向与气流的流动方向之间的夹角（图1中的θ₁、θ₂、θ₃角）为50～80°，以保证物料的顺利输送，同时可以避免高速气体对物料的反吹。

在本示例性实施例中，原料输送系统10包括按照粉状物料流动方向顺次连接的料仓11、螺旋加料机12和第二管道13，以及设置在料仓底部的振动电机14和分格轮下料器15，其中，第二管道13与第一管道21的位于第一级旋风加热器22进风口和第二级旋风加热器23出风口之间的部分连接。螺旋加料机12用于连续稳定地将粉状物料送入第二管道13中，并通过电机和减速机控制加料速度。振动电机14通过基座焊接或通过螺栓连接于料仓底部，振动电机14的频率可调，以防止物料在料仓中因结块、架桥而堵塞下料口。此外还可以在料仓11的底部基座处设置感应测重装置，以动态显示料仓11中的物料量。

进一步地，为了防止大块物料或者异物进入料仓11，所述原料输送系统10还可以在料仓顶部沿着料仓11的横截面设置格栅（未示出），格栅可以为普通钢丝网格的形式，网格可以为3～5mm方孔。

此外，本发明的粉状物料加热装置还可以包括回收处理系统30，以对流态化加热系统20排出的尾气进行回收。回收处理系统30包括旋风分离器31，旋风分离器为现有技术中的常用设备，是利用旋转的含尘烟气所产生的离心力将固体颗粒从气流中分离出来的气固分离装置，通常包括壳体、设置在壳体顶部的出风口、设置在壳体底部的排料口以及设置在壳体上部的进风口。旋风分离器31的进风口通过第三管道32与第一级旋风加热器22的出风口连通，旋风分离器31的排料口与位于原料输送系统10和第一级旋风加热器22之间的管道连通，并且在旋风分离器31的排料口处设置有高温双层锁风阀31a，以防止外界空气进入流态化加热系统20。优选地，旋风分离器31与第三管道32的接口处选用法兰连接。

进一步地，所述回收处理系统还包括与旋风分离器31的出风口连接的布袋除尘设备33，设置在旋风分离器31的出风口和布袋除尘设备33之间的冷却构件34，以及设置在旋风分离器31的出风口处的热电偶35a和设置在所述冷却构件34之后、布袋除尘设备33之前的热电偶35b。在本实施例中，布袋除尘设备33包括布袋除尘器33a和引风机33b；冷却构件34为水冷夹套，根据热电偶35a和35b的显示值，调整冷却水流量以控制尾气温度（小于150℃），防止尾气温度过高烧坏布袋除尘器33a。

上述旋风加热器、旋风分离器的壳体由10mm～12mm厚的耐磨耐高温的不锈钢制成，为了保温，流态化加热系统中的各设备（例如旋风加热器、管道）以及旋风分离器的外壁均敷设100mm～150mm厚度的保温层，保温层内层为耐材浇注料，外层包裹保温棉，保温层外部包裹6～12mm的钢板。

根据本发明的另一方面的粉状物料加热方法包括以下步骤：将待加热的粉状物料和高温气体混合并使其换热，然后进行气固分离，并将分离后的高温气体返回换热工序进行循环利用。在一个示例性实施例中，所述加热方法采用如上所述的粉状物料加热装置对待加热的粉状物料进行加热。

在一个示例性实施例中，如图1所示，采用煤气燃烧室余热尾气（温度为800℃～1000℃）作为热源，待加热的粉状物料粒度为40目～120目。料仓11中的待加热粉状物料经分格轮下料器15进入螺旋加料机12，并通过第二管道13进入第一管道21的位于第一级旋风加热器22进风口和第二级旋风加热器23出风口之间的部分。粉状物料在第二级旋风加热器23出风口送入的高温流化风带动下进入第一级旋风加热器22中，并且在运动过程中与高温流化风完成热交换。加热后的物料在第一级旋风加热器22中实现气固分离，其中，气体从第一级旋风加热器22的出风口排出并进入回收处理系统30中，经除尘-冷却-除尘后排空，即经过旋风分离器31除去其中少量固体颗粒，除尘后的气体经水冷夹套34冷却后进入布袋除尘设备33中进一步除去微细尘粒后排空，经过旋风分离器31除尘得到的固体物料返回流态化加热系统中，在本实施例中，固体物料通过旋风分离器31的排料口进入第一管道21的位于第一管道21与第二管道13汇合处和第一级旋风加热器22进风口之间；加热后的固体物料被第一级旋风加热器22捕集，贮存于第一级旋风加热器22底部，根据热电偶25a显示温度值调整翻板阀26a的开合，进入第一管道21的位于第二级旋风加热器23进风口和第三级旋风加热器24出风口之间的部分，粉状物料被第三级旋风加热器24中排出的高温流态风吹入第二级旋风加热器23中，载有粉状物料的气流在第一管道和第二级旋风加热器23中换热，完成热交换后的气体从第二级旋风加热器23的出风口排出；固体物料经由翻版阀26b进入第一管道21的位于第三级旋风加热器24进风口和第二级旋风加热器23排料口之间的部分，并被从高温气体入口21a吹入的煤气燃烧室余热尾气吹入第三级旋风加热器24中，粉状物料与煤气燃烧室余热尾气混合后在流动的过程中进行换热，完成热交换后的气体从第三级旋风加热器24的出风口排出，固体物料从第三级旋风加热器24的排料口排出进入临时储仓或反应器。经测量，经过本示例性实施例的粉状物料加热装置加热后的物料温度可达600℃左右，同时，从第一级旋风加热器22出风口排出的气体温度在200℃以下。

可以看出，本发明采用气固流态化直接接触式传热方式，传热效率高，可以达到快速加热粉状物料的目的；并且每一级加热设备产生的废气返回上一级加热工序并与粉状物料混合换热，即高温气体得到循环利用，提高了热能利用率及减少环境污染；另外该方法和装置可以很好的利用煤气燃烧室余热尾气，可达到利废降本的目的。但本发明不限于此，本发明还可以采用各种高温烟气或余热尾气作为热源。并且根据不同工艺要求，在上述体系基础上，可以通过增减加热设备（旋风加热器、管道、翻板阀、压力测试设备、热电偶等），调整出料温度。当只需要一级旋风加热器就能达到加热温度要求时，第一管道21的一端与第一级旋风加热器22的进风口连接，第一管道的另一端作为高温气体入口21a，原料输送系统10与第一管道21连接以输送待加热的粉状物料。

综上所述，本发明的粉状物料加热装置及方法可以广泛应用于冶金、化工等行业对粉状物料进行加热，具有传热效率高、保温效果好、能耗低、物料处理量大，能够很好的利用工业尾气余热的特点，且能够实现加热设备的连续稳定长期运转，加热效果较好。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims

1.一种粉状物料加热装置，其特征在于，所述粉状物料加热装置包括原料输送系统和流态化加热系统，其中，

所述流态化加热系统包括通过第一管道连接的n级旋风加热器，n≥1且为正整数，所述旋风加热器包括密封的壳体和与设置在所述壳体上的进风口、出风口和排料口，载有粉状物料的气流通过所述旋风加热器后能够实现气固分离，

当n=1时，所述第一管道的一端与第一级旋风加热器的进风口连接，所述第一管道的另一端为高温气体入口，所述原料输送系统与所述第一管道连接以输送待加热的粉状物料；

当n≥2时，在所述n级旋风加热器中，按照粉状物料的流动方向位于下一级的旋风加热器的进风口与上一级旋风加热器的排料口连通，位于下一级的旋风加热器的出风口与上一级旋风加热器的进风口连通，并且第一管道位于第n级旋风加热器进风口与第n-1级旋风加热器排料口之间的部分设置有高温气体入口；所述原料输送系统与第一管道的位于第一级旋风加热器进风口和第二级旋风加热器出风口之间的部分连接。

2.根据权利要求1所述的粉状物料加热装置，其特征在于，在所述流态化加热系统中的粉状物料与气流汇合处，粉状物料的流动方向与气流的流动方向之间的夹角为50～80°。

3.根据权利要求1所述的粉状物料加热装置，其特征在于，所述流态化加热系统还包括设置在所述n级旋风加热器中的每个的排料口处的热电偶、压力测试设备和阀门，并且所述阀门能够根据所述热电偶测得的温度数据和压力测试设备测得的压力数据进行开合。

4.根据权利要求1所述的粉状物料加热装置，其特征在于，所述原料输送系统包括按照粉状物料流动方向顺次连接的料仓、螺旋加料机和第二管道，以及设置在所述料仓底部的振动电机和分格轮下料器，其中，

当n=1时，所述第二管道与所述第一管道的位于第一级旋风加热器进风口和高温气体入口之间的部分连接；

当n≥2时，所述第二管道与所述第一管道的位于第一级旋风加热器进风口和第二级旋风加热器出风口之间的部分连接。

5.根据权利要求4所述的粉状物料加热装置，其特征在于，所述原料输送系统还包括沿着料仓的横截面设置在料仓顶部的格栅。

6.根据权利要求1所述的粉状物料加热装置，其特征在于，所述粉状物料加热装置还包括回收处理系统，所述回收处理系统包括旋风分离器，所述旋风分离器的进风口通过第三管道与所述第一级旋风加热器的出风口连通，所述旋风分离器的排料口与位于原料输送系统和第一级旋风加热器之间的管道连通，并且在所述旋风分离器的排料口处设置有高温双层锁风阀。

7.根据权利要求6所述的粉状物料加热装置，其特征在于，所述回收处理系统还包括与所述旋风分离器的出风口连接的布袋除尘设备、设置在所述旋风分离器的出风口和布袋除尘设备之间的冷却构件、以及设置在所述旋风分离器出风口处的热电偶和设置在所述冷却构件之后、布袋除尘设备之前的热电偶。

8.根据权利要求1所述的粉状物料加热装置，其特征在于，所述流态化加热系统包括通过第一管道连接的三级旋风加热器。

9.一种粉状物料加热方法，其特征在于，所述加热方法包括将待加热的粉状物料和高温气体混合并使其换热，然后进行气固分离，并将分离后的高温气体返回换热工序进行循环利用。

10.根据权利要求9所述的粉状物料加热方法，其特征在于，所述加热方法采用权利要求1至8中任意一项所述的粉状物料加热装置对待加热的粉状物料进行加热。