CN103697707A - 烧结矿用竖式冷却及余热回收炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了烧结矿用竖式冷却及余热回收炉，包括分别与冷却室顶部和底部连通的加料斗和出料斗，所述冷却室内依次套置有第一、第二风管，所述第一、第二风管壁上分别设有多个出风孔；所述第一风管的顶部设有锥形布料器，第二风管底部连通冷风进风管；所述冷却室设有内套，所述内套的壁上分布有多个通风孔，内套与冷却室的外壳之间形成热风汇集腔，所述热风汇集腔上部与热废气排出管连通，底部与出料斗连通。本发明为烧结矿冷却和一密闭热烟气回收余热利用为一体的冷却系统，冷却过程均为负压运行，可大幅减少污染物排放，改善现场环境，提高热回收率。

Description

烧结矿用竖式冷却及余热回收炉

技术领域

本发明涉及烧结矿冷却和余热回收领域，具体涉及一种烧结矿用竖式冷却及余热回收炉。

背景技术

据统计烧结矿冷却废气显热约占烧结工序总能耗的19％～35％,国内烧结矿冷却废气余热回收利用主要有三种方式：一是直接将废烟气经过净化后作为烧结机点火炉的助燃空气或用于预热混合料，以降低燃料消耗．这种方式较为简单，但余热利用量有限，一般不超过烟气量的10％；二是将废烟气通过热管装置或余热锅炉产生蒸汽，并入蒸汽管网，替代部分燃煤锅炉；三是将余热锅炉产生蒸汽用于驱动汽轮机组发电。目前国内烧结矿的余热利用越来越受到重视，主流技术为通过利用环冷机高温段烟气的显热进行回收产生蒸汽或发电。无论哪种方法，首先要解决在冷却烧结矿的同时如何高效回收余热。烧结矿冷却的工艺主要有机上冷却和机外冷却两大类。机上冷却目前主要应用于带式烧结机上，具有一次投资相对较省的特点，但由于带式烧结机的结构形式决定了冷却和余热回收效率较低；机外冷却主要有带式冷却、环式冷却等。

机外冷却较其它方法相比具有：

①料层厚度约1.4m，阻力小，冷却风机的风压低，有利于节省电耗。

 ②热烧结饼经破碎、筛分后，粒度较均匀，粒径较小，有利于烧结矿的冷却。

③采用鼓风冷却，有利于余热回收利用，不需采用价格昂贵的高温风机。

④冷却使用介质为常温空气，风机转子寿命长，便于维修，运行费用低。

⑤鼓风冷却具有热交换充分、冷却效果满足胶带运输设备条件、维修简单、废气余热可回收利用。

鉴于上述优点，烧结主流冷却方法采用环式冷却。

但是环冷机的结构形式决定了余热利用系统存在较多的问题，主要有：

①  换热不均匀，烧结矿与冷却空气交流换热，换热效果较差；烧结矿料层堆积高度一般为1.0m～1.8m，受此限制，热烧结矿与冷却空气交流换热时间短，换热不充分。若增加料层厚度，不仅会增加冷却电耗，而且会导致烧结矿无法充分冷却。

② 密封效果差，漏风率高，烧结矿冷却过程中主要漏风点：台车与风箱之间；台车与烟罩之间；烟罩尾部敞开段与密封段之间及中间挡板；落矿端烟罩；落矿端风箱端头；台车与车轮之间。密封效果的好坏直接影响到余热回收的效率，由于环冷机结构形式的缺陷，不可避免的在使用过程中产生漏风，平均漏风率达30%以上，不但影响了余热回收率，而且导致含铁粉尘外溢，环境污染严重。

③ 余热利用效率低，现有烧结机余热发电系统中，一般通过从环冷机中抽取温度比较高的前2段抽取热烟气余热利用，第一段烟温约400℃，第二段烟温约300℃，其他段的较低温热废气绝大部分外排，而烧结后的热烧结矿温度高达750℃，烧结矿与冷却空气交换热端差大，做功能力损失较大，余热利用效率低。

④电耗高，环冷冷却空气与烧结矿之间换热时间短、换热效果差，密闭效果差，冷却风的漏风率约30%以上，增加环冷机的鼓风量使冷却单位重量烧结矿所需冷却风量大，增加了烧结矿冷却电耗。

⑤环冷机台车运行周期冷热温差变化大，造成台车热变形和运转部件易损而频繁停产修理，造成已经在环冷机后配置余热发电的系统频繁停运和启动，减少了发电量和影响热力设备的寿命。

⑥环冷机冷却风的漏风率约30%以上，造成粉尘随漏风无组织外溢，不但造成环冷机区域环境温度增加，而且漏风导致含铁粉尘污染环境，降低含铁原料的收得率。

环冷机结构形式的缺陷影响余热回收率，目前国内环冷机余热发电指标最好的约为20度电/t烧结矿（净发电量）；即使使用新型高效环冷机，最多达到25度电/t烧结矿（净发电量）。

鉴于环冷机的上述缺点，改进烧结矿冷却和余热回收方式已成为烧结行业技术进步的必然之路。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种烧结矿用竖式冷却及余热回收炉，克服现有技术冷却烧结矿漏风率高、能耗高热损失大，烧结矿急冷粉碎率和返矿率高，余热回收率低，热回收成本高，以及废热、粉尘外逸，污染环境等问题。

本发明通过以下技术方案实现：

烧结矿用竖式冷却及余热回收炉，包括分别与冷却室顶部和底部连通的加料斗和出料斗，所述冷却室内依次套置有第一、第二风管，所述第一、第二风管壁上分别设有多个出风孔；包括圆形、椭圆形和立缝结构形式。

所述第一风管的顶部设有锥形布料器，第二风管底部连通冷风进风管；

所述冷却室设有内套，所述内套的壁上分布有多个通风孔，内套与冷却室的外壳之间形成热风汇集腔，所述热风汇集腔上部与热废气排出管连通，底部与出料斗连通。

本发明进一步改进方案是，所述第一风管、内套的底部固定于镂空支撑架上，所述镂空支撑架固联于冷却室的壳体内壁。所述支撑架为金属杆或为金属管构成，当为金属管构成时，金属管内置有冷却水。

本发明进一步改进方案是，第一风管内至少间隔有上、中、下互不相通的三个腔，第二风管穿过下、中两个腔伸至上腔内，位于上、中、下三个腔内的第二风管的出风孔的出风量，分别为总出风量的1/10-1/5、1/5-3/5、1/5-2/5。

第二风管的出风孔分别设置于上、中、下三个腔中部位置处的第二风管上，并围绕第二风管的管壁一周均匀分布，或出风孔分别均匀分布于上、中、下三个腔中的第二风管管壁上。

本发明进一步改进方案是，第一风管的高度是冷却室内腔高度的4/5-1/2。

本发明进一步改进方案是，所述冷风进风管的两端伸出冷却室，分别与鼓风机连通，或冷风进风管的一端伸出冷却室，与鼓风机连通。本发明所述热废气排出管与引风机连通，冷却器内部形成负压运行，负压可以调节。

本发明进一步改进方案是，加料斗的上方设有破碎机，破碎机通过排料通道与加料斗连通。通道包括溜槽结构或金属结构形式的烧结矿输送设备。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

一、本发明的竖式冷却及余热回收炉与干熄焦炉的热交换原理类似，采用对流热交换原理，物料利用重力自由下落，与管内的冷却风进行逆流热交换，与干熄焦工艺有所不同的是：1、具有结构简单、可靠，不需要使用耐火材料，气流走向更为优化；2、干熄焦炉是间隙作业制度，而本发明是连续作业制度，热交换更充分，料层阻力更小，节省风机电耗；3、干熄焦炉是采用氮气作为热交换介质，本发明采用空气作为热交换介质更为环保和运行成本更低等优点。

二、本发明的竖式冷却及余热回收炉，由于配有破碎机，热烧结矿从破碎机的排料通道直接进入回收炉的加料斗（不需采用链板机等拖料设备），不仅具有生产可靠性高，热损失小的优点，而且更为突出的是：

1、经过碎料后的烧结矿的粒度较小，有利于烧结矿的充分冷却，提高余热的回收率；

2、延缓了烧结矿的下落速度，有利于烧结矿中未充分燃烧的物质继续燃烧，有利于碳酸盐分解，提高了烧结矿的强度和粒度均匀。

三、本发明有利于改善烧结矿质量，促进高炉增产。冷却风由下往上行走，而热烧结矿由上往下行走，风管上的通风孔在冷却室的不同高度处分配出不同的冷却风量，加之锥形布料器与冷却室内顶部有一定的设计距离（保证上部烧结矿的堆积厚度），因此在烧结矿逐步下行过程中不会出现急冷等现象，有利于提高烧结矿质量、粒度组成及强度，有利于高炉增产。

四、本发明将第一、第二风管与冷却室同圆心设置，第一风管的高度是冷却室高度的4/5-1/2，具有冷却面积大的优点，同时，设于冷却风管顶部的锥形布料器将热烧结矿向360度范围进行均匀布料（锥形布料器上设有上下直通的过风孔），冷却风管向外围送出的冷风，在冷却室热风汇集腔的负压作用下，冷风向四周、向上穿过烧结矿，和烧结矿进行充分接触，具有热交换充分、换热效率高的优点。

五、本发明为回收炉冷却室设计了带有通风孔的内套，内套与冷却室的外壳之间形成热风汇集腔，该热风汇集腔的顶部通过出风管与引风机连通，下部与出料斗连通，因此，不仅使冷却室上部始终处于负压状态，可有效防止热废气或粉尘从加料斗溢出，减少对环境的污染和热损失，而且在生产中即使有小颗粒进入热风汇集腔，也会直接掉到出料斗内，不会造成热风汇集腔堵塞。

由于本发明的冷却室由外壳和内套构成，内套与外壳之间形成热风汇集腔，吸收烧结矿热量后的热风，冷却室外需设置保温层，以减少热烟气热量损失，提高余热回收率。

六、经过冷却室热交换后的烧结矿温度降至180℃以下，进入回收炉底部的锥形出料斗（斗内堆积有足够厚度的料层），利用料层产生的阻力防止冷却室内热风逃逸，减少热污染和热损失。

综上，本发明的竖式冷却及余热回收炉，为一烧结矿冷却和废热密闭回收系统为一体的节能减排装置，冷却过程均为负压运行，可大幅减少污染物排放，改善现场环境，提高热回收率。本发明与环冷机相比，在日产量相同情况下（9600 t），产生蒸汽量分别为40～45 t/h，21～25t/h；蒸汽参数分别为2.4MPa，300 ℃，1.9MPa，300 ℃；配套发电机组装机容量分别为12～15 MW，4.5MW；吨矿净发电量分别为40～45 KWh，14～20 KWh。

附图说明

图1为本发明主视剖视示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括分别与冷却室1顶部和底部连通的加料斗2和出料斗3（出料斗和加料斗均为漏斗形）。所述冷却室1内同圆心依次套置有第一、第二风管4、4′，所述第一、第二风管4、4′壁上分别设有多个出风孔8、8′。仍如图1所示，所述第一风管4的顶部设有锥形布料器7，第二风管4′底部连通冷风进风管5。仍如图1所示，第一风管4内由隔板15间隔出上、中、下互不相通的三个腔，第二风管4′穿过下、中两个腔后伸至上腔内，位于上、中、下三个腔内的第二风管4′的出风孔8′的出风量，分别为总出风量的1/5、3/5、1/5。在本实施例中，所述出风孔8′分别设置于上中下三个腔中部位置处的第二风管4′上，并围绕第二风管4′的管壁一周均匀分布。

仍如图1所示，所述冷却室1设有内套9，所述内套9的壁上（包括顶部和四周壁）分布有多个通风孔11，内套9与冷却室1的外壳之间形成热风汇集腔10，所述热风汇集腔10上部与热废气排出管6连通，底部与出料斗3连通。第一风管4、内套9的底部固定于镂空支撑架14上，所述镂空支撑架固联于冷却室1的壳体内壁。在本实施例中，镂空支撑架14为金属管构成，金属管内置有冷却水，金属管与回收炉外的水管连通（未提供图示）。

所述冷风进风管5的两端伸出冷却室1，分别与鼓风机连通（未提供图示），所述热废气排出管6伸出炉体外向下倾斜（便于灰尘和粒料下落），并与引风机连通（未提供图示）。

仍如图1所示，第一风管4的高度是冷却室1内腔高度的4/5，亦即：锥形布料器7的底部至冷却室1顶部的距离为冷却室1内腔高度的1/5，使锥形布料器7的上方的烧结矿有一定的堆积厚度。锥形布料器7上设有过风孔。

仍如图1所示，加料斗2的上方设有破碎机13，破碎机13通过排料通道与加料斗2连通。破碎机13设有碎料辊12，所述碎料辊12为一根，活动连接于破碎机13，并有配有驱动动力。

在本实施例中，所述内套、第一、第二风管等均采用耐热耐磨合金材料，能满足高温条件下热应力对其产生的影响，使用寿命较长，不易变形。

Claims (10)

1. 烧结矿用竖式冷却及余热回收炉，其特征在于：包括分别与冷却室（1）顶部和底部连通的加料斗（2）和出料斗（3），所述冷却室（1）内依次套置有第一、第二风管（4、4′），所述第一、第二风管（4、4′）壁上分别设有多个出风孔（8、8′）； 

所述第一风管（4）的顶部设有锥形布料器（7），第二风管（4′）底部连通冷风进风管（5）；

所述冷却室（1）设有内套（9），所述内套（9）的壁上分布有多个通风孔（11），内套（9）与冷却室（1）的外壳之间形成热风汇集腔（10），所述热风汇集腔（10）上部与热废气排出管（6）连通，底部与出料斗（3）连通。

2. 如权利要求1所述的烧结矿用竖式冷却及余热回收炉，其特征在于：所述第一风管（4）、内套（9）的底部固定于镂空支撑架（14）上，所述镂空支撑架固联于冷却室（1）的壳体内壁。

3.3．如权利要求2所述的烧结矿用竖式冷却及余热回收炉，其特征在于：所述支撑架（14）为金属杆或为金属管构成，当为金属管构成时，金属管内置有冷却水。

4.如权利要求1或2 所述的烧结矿用竖式冷却及余热回收炉，其特征在于：第一风管（4）内至少间隔有上、中、下互不相通的三个腔，第二风管（4′）穿过下、中两个腔伸至上腔内，位于上、中、下三个腔内的第二风管（4′）的出风孔（8′）的出风量，分别为总出风量的1/10-1/5、1/5-3/5、1/5-2/5。

5.如权利要求4所述的烧结矿用竖式冷却及余热回收炉，其特征在于：所述出风孔（8′）分别设置于上、中、下三个腔中部位置处的第二风管（4′）上，并围绕第二风管（4′）的管壁一周均匀分布，或出风孔（8′）分别均匀分布于上、中、下三个腔中的第二风管（4′）管壁上。

6.6．如权利要求1所述的烧结矿用竖式冷却及余热回收炉，其特征在于：第一、第二风管（4、4′）与冷却室（1）同圆心设置。

7.如权利要求1或6所述的烧结矿用竖式冷却及余热回收炉，其特征在于：第一风管（4）的高度是冷却室（1）内腔高度的4/5-1/2。

8.如权利要求1所述的烧结矿用竖式冷却及余热回收炉，其特征在于：所述冷风进风管（5）的两端伸出冷却室（1），分别与鼓风机连通，或冷风进风管（5）的一端伸出冷却室（1）与鼓风机连通。

9. 如权利要求1所述的烧结矿用竖式冷却及余热回收炉，其特征在于：所述热废气排出管（6）与引风机连通。

10. 如权利要求1所述的烧结矿用竖式冷却及余热回收炉，其特征在于：加料斗（2）的上方设有破碎机（13），破碎机（13）通过排料通道与加料斗（2）连通。