CN103424001B - 一种高温物料竖式冷却机及余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温物料竖式冷却机及余热利用系统，包括由支架支撑的圆筒状机体，在机体的下部为冷风输入段，中部为冷却段，上部为物料输入段。在冷却段内，通过抽风和鼓风相结合的方式冷却物料，冷却风和冷却管通过导热和对流两种方式获取高温物料的热量，并通过水冷壁对循环水预热；高温冷却风用于过热竖式冷却机产生的蒸汽，冷却风温度下降后通入烧结机预热烧结原料；经凝汽器加热后的空气与冷空气混合之后通入中央风帽；竖式冷却机产生的蒸汽经蒸汽过热器后连接至汽轮机带动发电机发电；凝汽器和汽包输出的水连至除氧器除氧，然后通至水冷壁完成循环。本发明结构紧凑，能较大地减少系统漏风，在保证物料质量的同时高效梯级回收高温物料余热。

Description

一种高温物料竖式冷却机及余热利用系统

技术领域

本发明属于热能利用技术领域，涉及一种竖式冷却机及余热利用系统，尤其是一种高温物料竖式冷却机及余热利用系统。

背景技术

钢铁企业是一个高能耗、高污染的产业。2010年，烧结/球团工序的能耗约占钢铁企业总能耗的18%，是仅次于炼铁的第二大能耗工序。在烧结工序中，有50%左右的热能被烧结烟气和冷却废气带走。其中烧结过程烟气余热占烧结工序能耗的13%-23%，冷却过程废气余热占烧结工序能耗的19%-35%。因此合理利用冷却过程废气余热对整个钢铁生产过程来说都至关重要。不合理的余热利用方式不仅会造成余热资源的巨大浪费，高温冷却风和粉尘的排放还会对钢铁企业周边生态环境构成严重威胁。

目前，国内外主要采取风冷的方式冷却烧结矿及球团矿。单筒式冷却机曾被广泛使用，它是安装在托轮支承之上的回转筒体，筒体与地面呈3°～5°的倾角。为了改善冷却效果，设计安装内部扬料装置或加长筒体或扩径。筒体内安装有各式扬料叶片，扬料叶片将高温物料扬起与冷却风接触，较大地增加了物料与冷却风的换热面积。而加长筒体或扩径会造成冷却设备体积庞大，占地面积增加。总体上说，单筒式冷却机出料温度高，冷却效率低，同时由于物料间有剧烈的相对运动，易造成物料破碎，返矿率增大，基本上属于被淘汰技术。针对单筒式冷却机存在的以上问题，国内外钢铁企业广泛采用了篦式冷却机。现有的篦式冷却机大致可分为两类：一类是带式冷却机，一类是环式冷却机，相关内容详见国内外专利（公开号为：CN202470781，CN2415330Y，US7968044B2）。其主体部分是篦板和支架组成的呈矩形或者环形排布的水平篦床。高温物料被卸落到篦床上之后，篦床和高温物料会被驱动装置逐渐移向出料端。同时，冷却风从篦床下由冷却风机鼓入，高温物料携带的显热被冷却风带走。废气余热主要有两种回收方式：动力回收以及直接热回收。在实际生产中可对高温段废气首选动力回收，即通入余热锅炉生产高品质蒸汽带动发电机发电；对中低温段废气可进行直接热回收，即用于预热或干燥原料和作为点火炉助燃空气等；而对于温度过低而不能回收的废气，则经过除尘等处理之后直接排空。相比单筒式冷却机，篦式冷却机具有对原料适用性强、单机产能大、生产适应性好及物料无相对运动、破碎少等优点。但由于其结构以及冷却机制的限制，篦式冷却机造价较高、占地面积较大、维修量大、漏风率高、耗电量大，而且由于低温段余热较难利用，大部分情况下，温度较低的冷却风（一般在300℃以下）经除尘处理后直接被排空，因此对物料的显热资源造成了较大的浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高温物料竖式冷却机及余热利用系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明首先提出一种高温物料竖式冷却机，包括由支架支撑的圆筒状机体，在机体的下部为冷风输入段，中部为冷却段，上部为物料输入段；在所述冷风输入段的底部设置有用以接物料的上锥斗，在上锥斗的上方锥口中央设置有风帽，所述风帽连接有伸出至机体外的风道，所述冷风输入段的下端壁面上设置有百叶窗进风口；所述冷却段的壁面上设置有水冷壁，冷却段的中部设置有冷却管，所述冷却管的进出水管引出至机体外，在冷却段的上部壁面上设置有百叶窗收风口；所述物料输入段内设置有料斗，在料斗的下方设置料钟。

上述冷却管为一组盘管，冷却管的进口布置在冷却段下部，冷却管的出口布置在冷却段上部；水冷壁的进口布置在冷却段下部，水冷壁的出口布置在冷却段上部；所述水冷壁的出口与冷却管的进口连接。

上述上锥斗下部通过旋转密封阀连接有下锥斗，所述下锥斗的下端连接有电磁振动给料器。

本发明还提出一种余热利用系统，包括高温物料竖式冷却机、高温除尘器、汽包、蒸汽过热器、除氧器、水泵、汽轮机、发电机、凝汽器、中央风帽风机、主风机、烧结机、烧结机风机和烟囱；所述高温物料竖式冷却机的百叶窗收风口通过风管以及高温除尘器连接至蒸汽过热器的烟气进口端，所述蒸汽过热器的烟气出口端连接至主风机的进气端，主风机的出气端连接至烧结机，所述烧结机的出气口通过气管和烧结机风机连接至烟囱；所述冷却段的冷却管出口通过单向阀连接至汽包，所述汽包的蒸汽出口连接至蒸汽过热器的蒸汽进口端，所述蒸汽过热器的过热蒸汽出口端连接至汽轮机的进气端，所述汽轮机的出气端连接至冷凝器的乏汽进口端，所述冷凝器的出水端连接至水箱；所述汽包的水出口连接至水箱；所述水箱的出水端通过管道以及设置在管道上的除氧器和水泵连接至高温物料竖式冷却机的冷却段的水冷壁进口；所述高温物料竖式冷却机的风帽连接的风道进风口连接有中央风帽风机。

上述冷凝器的热风出口端连接至中央风帽风机的进风端。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）与单筒式冷却机相比，本发明高温物料竖式冷却机减少了冷却过程中物料的破碎，提高了物料的成品率和冷却效率，减少了占地面积，提高了设备的紧凑程度。

（2）与篦式冷却机相比，本发明的高温物料竖式冷却机较大程度地解决了漏风问题，可有效减轻粉尘污染；结构紧凑，占地面积小，密封程度高，而且易于维护；实现了高温物料显热几乎全部回收，克服了篦式冷却机只回收高温段余热的不足；采用本系统之后，竖式冷却机产生的蒸汽用来发电，可减轻钢铁企业自身用电负担，显著降低烧结/球团工序能耗。

（3）本发明高温物料竖式冷却机的冷却段采取多种方式回收余热，在满足对高温物料冷却的条件下实现了余热的高效回收。采用抽风和鼓风相结合的方式冷却高温物料，冷却效率高。利用冷却风与冷却管之间的对流和高温物料与冷却管之间的导热回收高温物料携带的余热，同时采用了冷却风与高温物料直接气-固换热的方式回收余热，冷却风在获取高温物料热量的同时，还能增加扰动，增强换热，流动的冷却风还能将部分热量传递给冷却管。

（4）本发明的余热利用系统实现了余热资源分级回收与梯级利用。高温冷却风用于给蒸汽过热器提供热量，产生过热蒸汽；凝汽器在完成对汽轮机输出的乏汽进行冷凝的同时也加热了鼓入的冷空气，被加热后的热空气通入到中央风帽作为冷却风；从蒸汽过热器输出的冷却风温度还较高，因此根据梯级利用的原则通入烧结机机头给烧结原料预热。这种利用方式使得高温物料携带的能量得到了充分的利用。

附图说明

图1为本发明高温物料竖式冷却机及余热利用系统示意图；

图2为本发明百叶窗进风口处横截面示意图；

图3为本发明百叶窗收风口处横截面示意图；

图4为本发明百叶窗进风口和收风口处纵截面示意图。

其中：1-顶盖，2-料斗，3-料钟，4-冷却段，5-冷却风出口，6-百叶窗收风口，7-冷却管出口，8-水冷壁出口，9-冷却管，10-水冷壁，11-冷却管进口，12-水冷壁进口，13-百叶窗进风口，14-中央风帽，15-上锥斗，16-旋转密封阀，17-下锥斗，18-电磁振动给料器，19-支架，20-高温除尘器，21-蒸汽过热器，22-单向阀，23-汽包，24-水箱，25-冷空气进口，26-发电机，27-汽轮机，28-凝汽器，29-中央风帽风机，30-水泵，31-除氧器，32-主风机，33-烧结机，34-烧结机风机，35-烟囱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参照图1所示，本发明首先提出一种高温物料竖式冷却机，其包括由支架19支撑的圆筒状机体，在机体的下部为冷风输入段，中部为冷却段4，上部为物料输入段；在所述冷风输入段的底部设置有用以接物料的上锥斗15，在上锥斗15的上方锥口中央设置有风帽14，风帽14连接有伸出至机体外的风道，所述冷风输入段的下端壁面上设置有百叶窗进风口13；冷却段4的壁面上设置有水冷壁10，冷却段4的中部设置有冷却管9，冷却管9的进出水管引出至机体外，在冷却段4的上部壁面上设置有百叶窗收风口6；物料输入段内设置有料斗2，在料斗2的下方设置料钟3。所述冷却管9为一组盘管，冷却管9的进口11布置在冷却段4下部，冷却管9的出口7布置在冷却段4上部；水冷壁10的进口12布置在冷却段4下部，水冷壁10的出口8布置在冷却段4上部；所述水冷壁10的出口8与冷却管9的进口11连接。上锥斗15下部通过旋转密封阀16连接有下锥斗17，所述下锥斗17的下端连接有电磁振动给料器18。

基于以上的高温物料竖式冷却机，本发明还提出一种余热利用系统，该系统包括高温物料竖式冷却机、高温除尘器20、汽包23、蒸汽过热器21、除氧器31、水泵30、汽轮机27、发电机26、凝汽器28、中央风帽风机29、主风机32、烧结机33、烧结机风机34和烟囱35。其中高温物料竖式冷却机的百叶窗收风口6通过风管以及高温除尘器20连接至蒸汽过热器21的烟气进口端，蒸汽过热器21的烟气出口端连接至主风机32的进气端，主风机32的出气端连接至烧结机33，烧结机33的出气口通过气管和烧结机风机34连接至烟囱35；冷却段4的冷却管出口7通过单向阀22连接至汽包23，汽包23的蒸汽出口连接至蒸汽过热器21的蒸汽进口端，蒸汽过热器21的过热蒸汽出口端连接至汽轮机27的进气端，汽轮机27的出气端连接至冷凝器28的乏汽进口端，所述冷凝器28的出水端连接至水箱24；汽包23的水出口连接至水箱24；水箱24的出水端通过管道以及设置在管道上的除氧器31和水泵30连接至高温物料竖式冷却机的冷却段4的水冷壁进口12；高温物料竖式冷却机的风帽14连接的风道进风口连接有中央风帽风机29。冷凝器28的冷空气进口25被送入冷空气，经过换热之后，冷凝器28的热风出口端连接至中央风帽风机29的进风端。

本发明在工作时，将烧结机上卸落下来的高温烧结矿或者经过回转窑焙烧的球团矿从装料系统（即高温物料竖式冷却机的物料输入段）载入到冷却段4，在冷却段4内，高温物料与冷却管9相互接触，通过导热传递热量，其中冷却管9可以是一组直径和螺距不相同的盘管。冷却风从冷却段4的底部的冷却风输入系统进入，与高温物料进行直接气-固换热获取热量，冷却风经过加热，变成了高温冷却风，最终排出竖式冷却机。不断上升的冷却风也与冷却管9接触，通过对流换热将热量传递给冷却管9内的水。通过水冷壁10对进入冷却管9的水进行预热，并且水冷壁10可对冷却段4的壁面有保护作用，避免冷却段4壁面局部温度过高而减少使用寿命。经过冷却段4内的换热，冷却管9内的水变成了水和水蒸汽，冷却风温度变高，通入余热利用系统进行余热的梯级利用，高温物料温度下降，满足冷却要求的物料经卸料系统排出竖式冷却机。

具体为：在冷却段4内，经过与高温物料以及高温冷却风换热，冷却管9内的冷却水变成蒸汽和水，蒸汽和水在汽包23内实现分离之后，蒸汽经过蒸汽过热器21实现过热之后连接至汽轮机27带动发电机26发电；冷却风经过冷却段4内高温物料的加热后变成高温冷却风，经百叶窗收风口6和冷却风出口5从高温物料竖式冷却机输出，通至高温除尘器20除尘之后连至蒸汽过热器21，将竖式冷却机产生的蒸汽过热到可通入汽轮机27带动发电机26发电；蒸汽过热器21输出的冷却风温度下降，通至烧结机33机头，为烧结机上原料预热，从烧结机底部输出的冷却风温度较低，可直接经烟囱35排入大气；汽包23输出的水和凝汽器28冷凝产生的水在水箱24混合后连至除氧器31除氧之后，经水泵30通入到水冷壁进口12回到循环。

本发明中高温物料竖式冷却机的装料系统（即物料输入段）用于把高温物料导入到高温物料竖式冷却机中，由顶盖1，料斗2和料钟3组成；卸料系统（在冷风输入段）用于将冷却到规定温度以下的物料排出高温物料竖式冷却机，由上锥斗15、下锥斗17、旋转密封阀16和电磁振动给料器18组成。装料系统和卸料系统均由外加动力带动。竖式冷却机通过电磁振动给料器18可连续不断的排出物料。而旋转密封阀16在运转时，可以密封住冷却段4内高温气体和粉尘不向外泄露。

参照图2所示，本发明中高温物料竖式冷却机的冷却风输入由百叶窗进风口13、中央风帽14以及连接风道完成。冷却风被分成了两路对高温物料进行冷却：一路为抽风冷却，冷却风经过百叶窗进风口13进入冷却段4冷却物料；一路为鼓风冷却，冷却风经中央风帽14锥面之间的环形缝隙吹出穿过物料。在竖式冷却机周围均匀对称布置有4个或者4个以上百叶窗进风口13，主风机32将冷却风经百叶窗进风口13抽入到冷却段4，冷却风沿着横截面的法向进入冷却段冷却物料，而物料则停留在冷却段4内。经中央风帽14吹出的冷却风是经中央风帽风机29鼓入的热空气。这种冷却风输入布局方式能使冷却段内物料温度分布均匀合理，同时中央风帽风机29鼓入的热空气能避免高温物料被骤冷，减少粉化和提高物料质量。

参照图3所示，本发明中高温物料竖式冷却机的冷却风输出由冷却段出口5和百叶窗收风口6完成，周向均匀对称布置3个或3个以上的百叶窗收风口6，百叶窗收风口6可实现冷却风与高温物料分离，高温冷却风经百叶窗收风口6和冷却段出口5排出高温物料竖式冷却机。

参照图4所示，本发明中高温物料竖式冷却机的冷却风输入的各部件位于冷却段4下部，输出系统位于冷却段4上部。百叶窗进风口13位于冷却段4的下部，百叶窗收风口位于冷却段4的上部。支架19用于支撑整个竖式冷却机和保证冷却段4结构的稳定。

Claims (4)

1.一种高温物料竖式冷却机，其特征在于，包括由支架(19)支撑的圆筒状机体，在机体的下部为冷风输入段，中部为冷却段(4)，上部为物料输入段；在所述冷风输入段的底部设置有用以接物料的上锥斗(15)，在上锥斗(15)的上方锥口中央设置有风帽(14)，所述风帽(14)连接有伸出至机体外的风道，所述冷风输入段的下端壁面上设置有百叶窗进风口(13)；所述冷却段(4)的壁面上设置有水冷壁(10)，冷却段(4)的中部设置有冷却管(9)，所述冷却管(9)的进出水管引出至机体外，在冷却段(4)的上部壁面上设置有百叶窗收风口(6)；所述物料输入段内设置有料斗(2)，在料斗(2)的下方设置料钟(3)；所述冷却管(9)为一组盘管，冷却管(9)的进口(11)布置在冷却段(4)下部，冷却管(9)的出口(7)布置在冷却段(4)上部；水冷壁(10)的进口(12)布置在冷却段(4)下部，水冷壁(10)的出口(8)布置在冷却段(4)上部；所述水冷壁(10)的出口(8)与冷却管(9)的进口(11)连接。

2.根据权利要求1所述的高温物料竖式冷却机，其特征在于，所述上锥斗(15)下部通过旋转密封阀(16)连接有下锥斗(17)，所述下锥斗(17)的下端连接有电磁振动给料器(18)。

3.一种余热利用系统，其特征在于，包括高温物料竖式冷却机、高温除尘器(20)、汽包(23)、蒸汽过热器(21)、除氧器(31)、水泵(30)、汽轮机(27)、发电机(26)、冷凝器(28)、中央风帽风机(29)、主风机(32)、烧结机(33)、烧结机风机(34)和烟囱(35)；所述高温物料竖式冷却机的百叶窗收风口(6)通过风管以及高温除尘器(20)连接至蒸汽过热器(21)的烟气进口端，所述蒸汽过热器(21)的烟气出口端连接至主风机(32)的进气端，主风机(32)的出气端连接至烧结机(33)， 所述烧结机(33)的出气口通过气管和烧结机风机(34)连接至烟囱(35)；高温物料竖式冷却机的冷却段(4)的冷却管出口(7)通过单向阀(22)连接至汽包(23)，所述汽包(23)的蒸汽出口连接至蒸汽过热器(21)的蒸汽进口端，所述蒸汽过热器(21)的过热蒸汽出口端连接至汽轮机(27)的进气端，所述汽轮机(27)的出气端连接至冷凝器(28)的乏汽进口端，所述冷凝器(28)的出水端连接至水箱(24)；所述汽包(23)的水出口连接至水箱(24)；所述水箱(24)的出水端通过管道以及设置在管道上的除氧器(31)和水泵(30)连接至高温物料竖式冷却机的冷却段(4)的水冷壁进口(12)；所述高温物料竖式冷却机的风帽(14)连接的风道进风口连接有中央风帽风机(29)。

4.根据权利要求3所述的余热利用系统，其特征在于，所述冷凝器(28)的热风出口端连接至中央风帽风机(29)的进风端。