CN104197365B - 高温渣余热梯级回收预热助燃空气装置 - Google Patents

高温渣余热梯级回收预热助燃空气装置 Download PDF

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Abstract

高温渣余热梯级回收预热助燃空气装置，包括链条炉排(1)，炉排工作区等分为三个冷却区，与常温风机(10)连通的常温均压室(2)、与低温风机(9)连通的低温集气罩(3)位于低温冷却区炉排下、上，和低温风机(9)连通的低温均压室(5)、和中温风机(8)连通的中温集气罩(4)位于中温冷却区炉排下、上，和中温风机(8)连通的中温均压室(6)、高温集气罩(7)位于高温冷却区炉排下、上，三个集气罩底面处于同一水平面且高出炉排距离和渣层厚度相等。锅炉冶金化工领域粒块状高温渣余热回收预热助燃用高温空气场所可使用本发明。应用表明：空气预热温度高达850℃～900℃，渣温<100℃，配风<0.6Nm3/kg渣，电耗<5kWh/t渣，渣热回收率>70％。

Description

高温渣余热梯级回收预热助燃空气装置
技术领域发明涉及一种具有“高温渣降温至100℃及以下，预热助燃空气温度到低于渣进口温度100℃～150℃温度水平”等技术优势的高温渣余热梯级回收预热助燃空气装置，适用于循环流化床锅炉渣、混燃炉渣、电站煤粉锅炉渣及链条锅炉渣等高温锅炉渣，高炉渣、转炉渣及铜铅锌渣等高温冶金渣，硫酸渣等高温化工渣，烧结矿、钛白粉、活性炭、纯碱和水泥熟料等高温物料余热回收预热助燃空气等场所使用。
背景技术锅炉渣温高达700℃～1000℃，统计表明：50％老循环流化床锅炉渣和混燃炉渣、90％老电站煤粉锅炉渣、100％新老液态排渣锅炉渣和链条炉渣余热没有回收；冶金渣温高达1200℃～1600℃，统计表明：高炉渣、转炉渣及铜铅锌渣等冶金渣，除极少数企业回收冲渣水余热进行采暖外其它渣余热几乎全部浪费；化工渣温高达600℃～1200℃，统计表明：99％硫酸渣余热没有回收。高温渣量大面广，蕴含热能价值可观，渣余热回收在节能减排形势下已经成为企业的必须。
循环流化床锅炉渣通过滚筒冷渣机加热锅炉给水，电站煤粉锅炉渣利用干排渣机加热锅炉一次风，高炉渣通过干熄渣余热锅炉生产蒸汽用于生产或发电。这些设备基于固定床换热原理，高温渣自然堆积于立/卧式固定床内，要么床层内/外布置水/风冷管，气粒换热系数小且换热面积小，渣热回收率低，要么空气均匀随机穿过渣层而被加热，气粒换热系数小但换热面积大，渣热回收率高，缺点是空气需高压才能克服渣层阻力，需克服边壁、温度场和漏斗三效应。移动床换热是另一种高温渣余热回收装置，如篦冷机、回转圆筒、流化床换热装置等。篦冷机属于整体移动式固定床换热器，床料沿垂直方向无明显位移，熟料降温至100℃以下，热回收率超过75％。窑头落下的水泥熟料随篦板向前推动铺满整个篦床，冷风通过篦床下多个稳压室均匀穿过床料而得到加热。常温空气均匀分散同时穿过不同区段篦板，同时冷却篦床上不同温度熟料，篦床进口段生产助燃用高温空气，中间段生产发电用中温空气，出口段低温空气因使用经济性差而被废弃。篦冷机结构复杂，适用于大量高温渣余热回收场合使用。市场上流化床换热产品不多。
开发结构简单，调控性好，能高效回收高温渣余热和高效预热助燃空气的高温渣余热梯级回收预热助燃空气技术装置，具有良好的节能环保效益。
发明内容为了克服传统固定床换热器热回收率低，空气预热温度不高，要么气粒换热面积小且换热不均匀，要么需高压空气且存在边壁温度场漏斗效应，移动床换热器多个流化床并联冷却高温渣、空气预热温度不高等缺点，发明公布一种基于多个鼓泡流化床冷却器串联冷却高温渣，高温渣余热梯级回收热利用原理的高温渣余热梯级回收预热助燃空气装置。
高温渣余热梯级回收预热助燃空气装置，主要包括链条炉排，链条炉排水平匀速行进向前推动高温渣均匀铺满整个炉排，炉排有效工作区等分为并列布置且呈方形的三个冷却区，三个冷却区长度相等且面积相等，粒块状高温渣首先掉入高温冷却区，然后被移至中温冷却区，最后被移至低温冷却区，低温冷却区炉排底面为呈倒置正四棱锥台状的常温均压室顶面，常温均压室进气口和常温风机排气口用管道相连通，低温冷却区渣层顶面为呈正四棱锥台状的低温集气罩底面，低温集气罩顶面排气口和低温风机进气口用保温管道相连通，低温风机排气口和呈倒置正四棱锥台状的低温均压室进气口用管道相连通，低温均压室顶面为中温冷却区炉排底面，中温冷却区渣层顶面为呈正四棱锥台状的中温集气罩底面，中温集气罩顶面排气口和中温风机进气口用保温管道相连通，中温风机排气口和呈倒置正四棱锥台状的中温均压室进气口用管道相连通，中温均压室顶面为高温冷却区炉排底面，高温冷却区渣层顶面为呈正四棱锥台状的高温集气罩底面，高温集气罩顶面设置高温渣掉入口兼高温空气排出口，除高温集气罩与排渣侧壁平行侧壁底边外相邻两集气罩侧壁相交边及低温集气罩排渣侧壁底边在同一水平面上且高出炉排顶面距离和炉排上的渣层厚度相等。
循环流化床锅炉渣、混燃炉渣、电站煤粉锅炉渣及链条锅炉渣等高温锅炉渣，高炉渣、转炉渣及铜铅锌渣等高温冶金渣，硫酸渣等高温化工渣，烧结矿、钛白粉、活性炭、纯碱和水泥熟料等高温物料余热回收预热助燃空气等领域，可以使用本发明。
发明节能环保效益显著。应用表明：可回收粒块状高温渣余热生产助燃用高温空气，高温渣无需预处理工作。高温渣由1000℃冷却降温到100℃以下，预热空气到850℃～900℃，配风低于0.6Nm3/kg渣，电耗低于5kWh/t渣，高温渣热回收率超过70％。
附图说明
图1为高温渣余热梯级回收预热助燃空气装置原理图。1为链条炉排，2为常温均压室，3为低温集气罩，4为中温集气罩，5为低温均压室，6为中温均压室，7为高温集气罩，8为中温风机，9为低温风机，10为常温风机。H为高温冷却区，M为中温冷却区，L为低温冷却区。
具体实施方式：
下面结合附图对发明作进一步的说明。
如附图1所示，高温渣余热梯级回收预热助燃空气装置，主要包括链条炉排1、常温均压室2、低温集气罩3、中温集气罩4、低温均压室5、中温均压室6、高温集气罩7、中温风机8、低温风机9和常温风机10。在减速电机驱动作用下，链条炉排1水平慢速匀速行进，向前推动高温渣均匀等厚度铺满整个炉排。炉排有效工作区等分为并列布置且呈方形的三个冷却区，三个冷却区长度相等、宽度相等且面积相等。粒块状高温渣首先掉入高温冷却区H，然后被移至中温冷却区M，最后被移至低温冷却区L。低温冷却区L炉排底面为呈倒置正四棱锥台状的常温均压室2顶面，常温均压室2进气口和常温风机10排气口用管道相连通，低温冷却区L炉排上渣层顶面为呈正四棱锥台状的低温集气罩3底面，低温集气罩3顶面排气口和低温风机9进气口用保温管道相连通，低温风机9排气口和呈倒置正四棱锥台状的低温均压室5进气口用管道相连通，低温均压室5顶面为中温冷却区M炉排底面，中温冷却区M炉排上渣层顶面为呈正四棱锥台状的中温集气罩4底面，中温集气罩4顶面排气口和中温风机8进气口用耐腐蚀保温管道相连通，中温风机8排气口和呈倒置正四棱锥台状的中温均压室6进气口用管道相连通，中温均压室6顶面为高温冷却区H炉排底面，高温冷却区H炉排上渣层顶面为呈正四棱锥台状的高温集气罩7底面，高温集气罩7顶面设置高温渣掉入口兼高温空气排出口。除高温集气罩7与排渣侧壁平行侧壁底边外，相邻两集气罩侧壁相交边及低温集气罩3排渣侧壁底边在同一水平面上且高出炉排顶面距离和炉排上的渣层厚度相等。相邻两集气罩侧壁相交边及低温集气罩3排渣侧壁底边处于同一高度，可以限制局部过厚渣层进入下一个冷却区，从而使得渣在炉排有效工作区域均匀等厚分布。
高温集气罩7底面和中温集气罩4底面有一公共边，中温集气罩4底面和低温集气罩3底面有一公共边。中温均压室6顶面和低温均压室5顶面有一公共边，低温均压室5顶面和常温均压室2顶面有一公共边。高温集气罩7与排渣侧壁平行侧壁底边高出炉排顶面距离为炉排上渣层厚度的一半以阻止高温冷却区H内高温渣移出高温冷却区H，平行于炉排行进方向三个集气罩外侧壁底边和炉排下三个均压室外侧壁顶边满焊连结以阻止外部常温空气渗入。
1000℃以上高温渣自高温集气罩7高温渣掉入口落入高温冷却区H炉排上，冷却用650℃～750℃中温空气离开中温均压室6顶面，均匀穿过高温冷却区H炉排及高温渣层。在炉排均匀布风作用下，炉排上高温渣处于鼓泡流化状态，高温渣和中温空气进行充分热交换，生成850℃～900℃高温空气和750℃～850℃中温渣。高温空气在外界负压作用下自高温集气罩7高温渣掉入口排出进入外界，中温渣随炉排慢速向前行进进入中温冷却区M。冷却用200℃～300℃低温空气离开低温均压室5顶面，均匀穿过中温冷却区M炉排及中温渣层。在炉排均匀布风作用下，炉排上中温渣处于鼓泡流化状态，中温渣和低温空气进行充分热交换，生成650℃～750℃中温空气和300℃～400℃低温渣。中温空气在中温风机8抽吸作用下自中温集气罩4顶面排气口进入中温风机8吸气口，低温渣随炉排慢速向前行进进入低温冷却区L。冷却用常温空气离开常温均压室2顶面，均匀穿过低温冷却区L炉排及低温渣层。在炉排均匀布风作用下，炉排上低温渣处于鼓泡流化状态，低温渣和常温空气进行充分热交换，生成200℃～300℃低温空气和100℃及以下常温渣。低温空气在低温风机9抽吸作用下自低温集气罩3顶面排气口进入低温风机9吸气口，常温渣随炉排慢速向前行进排出进入外界。三个冷却区炉排上渣量多少和炉排行进速度快慢等因素，决定离开低温冷却区L时的渣温、高温空气温度和渣余热回收效率。
常温空气由常温风机10鼓入常温均压室2，穿过低温冷却区L炉排和炉排上渣层后变成低温空气，并全部被低温集气罩3导流至低温风机9吸入口。低温空气由低温风机9鼓入低温均压室5，穿过中温冷却区M炉排和炉排上渣层后变成中温空气，并全部被中温集气罩4导流至中温风机8吸入口。中温空气由中温风机8鼓入中温均压室6，穿过高温冷却区H炉排和炉排上渣层后变成高温空气，并在高温空气排出口外界负压作用下全部被高温集气罩7导流至高温空气排出口，最后排出高温集气罩7作为燃烧所需助燃空气作用。常温风机10和常温均压室2没有耐温要求，低温集气罩3、低温风机9、低温均压室5及连接管道要承受200℃～300℃温度作用，中温集气罩4、中温风机8、中温均压室6及连接管道要承受650℃～750℃温度作用。高温集气罩7内壁敷设耐火保温层以延长使用寿命。
发明结构特征、技术特征及带来的技术效果详细描述如下：
发明具有“多个鼓泡流化床冷却器串联冷却高温渣”的结构特征。发明包括链条炉排1，炉排有效工作区等分为并列布置且呈方形、长宽尺寸相等的三个冷却区。低温冷却区L炉排下为常温均压室2，常温均压室2进气口和常温风机10排气口相连通，低温冷却区L炉排上为低温集气罩3，低温集气罩3排气口和低温风机9进气口相连通，低温风机9排气口和低温均压室5进气口用管道相连通，低温均压室5在中温冷却区M炉排下，中温冷却区M炉排上为中温集气罩4，中温集气罩4排气口和中温风机8进气口相连通，中温风机8排气口和中温均压室6进气口相连通，中温均压室6在高温冷却区H炉排下，高温冷却区H炉排上为高温集气罩7，高温集气罩7顶面设置高温渣掉入口兼高温空气排出口。渣从高温冷却区H→中温冷却区M→低温冷却区L移动依靠炉排向前水平移动来实现。空气只有一股，经常温风机10加压后先鼓泡流化冷却低温渣，经低温风机9加压后再鼓泡流化冷却中温渣,经中温风机8加压后最后鼓泡流化冷却高温渣。根据冷却效果的需要，炉排有效工作面可以等分为三个以上冷却区。发明和传统固定床换热器结构完全不同。发明和篦冷机结构不同。发明移动渣使用的链条炉排1结构及维护简单，而篦冷机移动熟料使用的篦板结构及维护复杂。篦冷机常温空气分成三股，同时从不同位置穿过篦床，高温段空气回窑内助燃，中温段空气用于发电，低温段空气进行纯低温发电。发明实质为三个不同床温的鼓泡流化床冷却器串联连接，窑渣冷却和空气加热过程是串联加热过程，而篦冷机实质为三个不同床温的固定床冷却器并联连接，空气加热过程是并联加热过程。
发明技术特征之一是高温渣余热梯级回收。发明粒块状渣依次穿过高温冷却区H、中温冷却区M和低温冷却区L，空气依次穿过常温风机10、常温均压室2、低温冷却区L炉排、低温集气罩3、低温风机9、低温均压室5、中温冷却区M炉排、中温集气罩4、中温风机8、中温均压室6、高温冷却区H炉排、高温集气罩7。常温风机10鼓入的常温空气、低温风机9鼓入的低温空气、中温风机8鼓入的中温空气标态体积流量相等，三台风机依次补充空气穿过三个冷却区炉排渣层时的阻力损失。发明空气只有一股，在不同时间里依次穿过低温渣、中温渣和高温渣，预热空气只有一个用途，即生成供工业炉窑内助燃使用的850℃～900℃高温空气。发明空气预热时间长，特别适用于渣量不大的高温渣余热回收热利用场所使用。篦冷机空气分成三股，同时分别穿过高温熟料、中温熟料和低温熟料，特别适用于熟料量大的余热回收场所使用。篦冷机生产不同温度的空气，现场用作不同用途，高温段空气返回窑内助燃，中间段空气用于发电，低温段空气则因技术不成熟和使用不经济而被废弃，很大程度上限制了运行经济性指标的提高。篦冷机三股空气再汇合后的理论温度不会超过350℃～550℃。
发明技术特征之二是鼓泡流化床冷却换热。发明渣在空气作用下不发生明显上下运动，属于鼓泡流化床换热范畴，渣放热冷却效果好，空气穿过渣层阻力损失小，日常运行费用低。传统固定床换热器和篦冷机，渣放热冷却效果不佳，属于固定床换热范畴，空气穿过渣层阻力损失大，日常运行费用高。
上述结构特征和技术特征带来的技术效果是：一是空气温度可以提高到低于高温渣进口温度低100℃～150℃水平，能满足渣量不大条件下高温渣余热回收热利用和工业炉窑内高温助燃等场所需要。二是提高了运行经济效益，提高了高温渣余热回收效率，能将高温渣冷却到100℃及以下，预热空气到850℃～900℃温度水平。
循环流化床锅炉渣、混燃炉渣、电站煤粉锅炉渣及链条锅炉渣等高温锅炉渣，高炉渣、转炉渣及铜铅锌渣等高温冶金渣，硫酸渣等高温化工渣，烧结矿、钛白粉、活性炭、纯碱和水泥熟料等高温物料余热回收预热助燃空气等场所，可使用本发明。
工业应用表明：高温渣无需预处理，可直接处理粒块状高温渣而生成助燃用高温空气。高温渣由1000℃冷却降温到100℃以下，预热空气到850℃～900℃，配风<0.6Nm3/kg渣，电耗<5kWh/t渣，高温渣热回收率>70％。

Claims (1)

1.高温渣余热梯级回收预热助燃空气装置，主要包括链条炉排(1)，链条炉排(1)水平匀速行进向前推动高温渣均匀铺满整个炉排，其特征在于：炉排有效工作区等分为并列布置且呈方形的三个冷却区，三个冷却区长度相等且面积相等，粒块状高温渣首先掉入高温冷却区，然后被移至中温冷却区，最后被移至低温冷却区，低温冷却区炉排底面为呈倒置正四棱锥台状的常温均压室(2)顶面，常温均压室(2)进气口和常温风机(10)排气口用管道相连通，低温冷却区渣层顶面为呈正四棱锥台状的低温集气罩(3)底面，低温集气罩(3)顶面排气口和低温风机(9)进气口用保温管道相连通，低温风机(9)排气口和呈倒置正四棱锥台状的低温均压室(5)进气口用管道相连通，低温均压室(5)顶面为中温冷却区炉排底面，中温冷却区渣层顶面为呈正四棱锥台状的中温集气罩(4)底面，中温集气罩(4)顶面排气口和中温风机(8)进气口用保温管道相连通，中温风机(8)排气口和呈倒置正四棱锥台状的中温均压室(6)进气口用管道相连通，中温均压室(6)顶面为高温冷却区炉排底面，高温冷却区渣层顶面为呈正四棱锥台状的高温集气罩(7)底面，高温集气罩(7)顶面设置高温渣掉入口兼高温空气排出口，除高温集气罩(7)与排渣侧壁平行的侧壁底边外相邻两集气罩侧壁相交边及低温集气罩(3)排渣侧壁底边在同一水平面上且高出炉排顶面的距离和炉排上的渣层厚度相等。
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