CN104215081B - 一种高温含尘烟气的冷却设备及其方法 - Google Patents

Abstract

一种高温含尘烟气的冷却设备，包括依次连接的熔渣沉降室、一级烟气冷却室、过渡烟气室、二级烟气冷却室和三级烟气冷却室，分别吊挂在一级、三级烟气冷却室内的水冷却器和振打器，吊挂在二级烟气冷却室内的空气冷却器和振打器。冷却方法为：在一级和二级水冷却器内灌流自来水，在空气冷却器内压入空气备用，将1000～1300℃含尘烟气先充入熔渣沉降室，然后依次流过一级水冷却器、过渡烟气室、空气冷却器和二级水冷却器，使高温烟气在逐级降温同时振动除尘，排出200～300℃的烟气再由除尘器除尘排放。在降温除熔尘的同时回收热水和热空气，采用逐级快速降温冷却减少二恶因的生成，利于卫生环保。

Description

一种高温含尘烟气的冷却设备及其方法

技术领域

本发明涉及高温含尘烟气的冷却设备及其方法，特别是用于废旧金属冶炼产生的高温高粘度烟气降温、除灰和热回收的设备及冷却方法。

背景技术

废旧金属冶炼过程中产生的含尘烟气，需经过除尘才能排放。但冶炼烟气温度往往高达1000℃以上，并且含有熔融性渣尘，除尘之前需对烟气进行冷却并除去熔渣。由于熔融渣尘的成份异常复杂，在快速冷却过程中容易粘附在冷却器外围，严重影响热交换效果，对设备腐蚀破坏严重，清理疏通困难，维修成本昂贵。再是通常使用水或空气冷却，这些冷却介质被利用后，直接排放未作再生资源和余热利用，既造成水资源浪费，又产生二次环境污染。

CN203090706U提出一种高温烟气除尘系统，采用在冷却管外部通常温空气与冷却管内的高温烟气进行换热，使烟气温度降低，降温后的烟气再通过布袋除尘器进行除尘。其冷却器只适用于350℃以下烟气冷却。

CN202909591U提出一种复合式高温烟气冷却及净化装置，直接采用空气和水混合喷雾方式降温和除尘，它仅适用炼钢炼铁的高温烟气除尘，对于废旧金属冶炼产生熔融渣尘在急速降温产生的粘结腐蚀问题仍然无法解决，而且还产生污水污气造成二次环境污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述技术现状，提供一种能够用于金属冶炼产生的1000℃以上高温高粘烟气的降温，除去粘性渣尘，并产生300℃以上的热风供给冶炼炉助燃；能够自动清除换热面积灰，检查维修方便，造价较低的设备及方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种高温含尘烟气的冷却设备，包括连接冶炼炉的熔渣沉降室，连接所述熔渣沉降室的一级烟气冷却室，连接所述一级烟气冷却室的过渡烟气室，连接所述过渡烟气室的二级烟气冷却室，连接所述二级烟气冷却室的三级烟气冷却室和连接所述三级烟气冷却室的烟气出口；

所述一级烟气冷却室包括一级烟气室，吊挂在一级烟气室内的一级水冷却器和一级振打器，以及设在一级烟气室上方的一级吊挂横梁和一级弹性挂件；

所述过渡烟气室包括连接一级烟气冷却室和二级烟气冷却室之间的过渡烟道和设在过渡烟道上方的集热水箱；

所述二级烟气冷却室包括二级烟气室，吊挂在二级烟气室内的空气冷却器和二级振打器，以及设在二级烟气室上方的二级吊挂横梁和二级弹性挂件；

所述三级冷却室包括三级烟气室，吊挂在三级烟气室内二级水冷却器和二级振打器，以及设在三级烟气室上方的三级吊挂横梁和三级弹性挂件。

所述一级或二级水冷却器包括上蓄水罐、下蓄水罐、连接在上、下蓄水罐之间的若干平行的水冷却管，连接上蓄水罐的上出水管、上出气管和连接下蓄水罐的下进水管。

所述空气冷却器包括上空气箱、下空气箱、连接在上、下空气箱之间的若干平行的空气冷却管，连接上空气箱的上出气口和连接下空气箱的下进气管，连接下进气管的鼓风机。

所述熔渣沉降室由耐火材料构筑成的倒U形烟气通道。

所述一、二和三级烟气室由密封墙体、可拆卸挡板和可开启清灰门构成，可拆卸挡板由呈凸型密封的耐高温材料板组成。

所述各级振打器包括驱动器、主轴、固接在主轴上的摇柄、与摇柄活接的锤头，嵌入烟气室壁的振打导棒。

一种高温含尘烟气的冷却方法，包括以下步骤：

1）冶炼炉准备点火时先打开第一、二级水冷却器进水阀门，冶炼炉点火后根据一级水冷却器上蓄水罐出水温度调节出水温度在85℃－95℃；

2）启动空气冷却器鼓风机，将空气风压控制在10～12kPa鼓入空气冷却器；

3）冶炼炉点火后将1000～1300℃含尘烟气引入熔渣沉降室，部份熔融渣附着在沉降室的底部，烟气进入一级烟气冷却室后与一级水冷却器接触，使烟气快速降至600～700℃，同时用振打器振打一级水冷却器，使粘附在一级水冷管壁外的灰渣振动脱落；

4）经过一级冷却的烟气进入过渡烟气室，与设在过渡烟气室上部的集热水箱再进行热交换，烟气温度降至500～600℃；

5）经过过渡烟气室降温后的烟气进入二级烟气冷却室，与空气冷却器进行热交换，使烟气温度降至300～400℃，而空气冷却管内空气温度被加热至200～300℃，由热风管引入冶炼炉燃烧器助燃，同时用二级振打器振打空气冷却器，使粘附在空气冷却管壁外的灰渣振动脱落；

6）经过空气冷却器冷却后的烟气进入三级烟气冷却室内，烟气被二级水冷却器进一步冷却到200℃～300℃，从第三烟气冷却室排出的烟气由除尘器除尘后达到排放标准，同时用二级振打器振打二级水冷却器，使粘附在二级水冷管壁外的灰渣振动脱落。

本发明与现有技术相比有益效果在于：1）烟气流过熔渣沉降室使烟气在进入一级烟气冷却室之前，大颗粒的熔渣得以脱除，避免了粘性渣在一级水冷却管间形成结块，阻塞烟气通道。2）空气冷却器布置在一级水冷却器之后，避免了空气冷却器壁温过高被损坏，用空气冷却器可以回收部分热能。3）水冷却器和空气冷却器采用弹性吊挂式，并安装机械振打器振动清灰，保持换热器壁面清洁，减少人工清理工作量。4）水冷却器和空气冷却器烟气室的一个面可拆卸，发生故障和损坏时方便维修。5）采用两级水冷却和一级空气冷却的分级冷却结构，使得高温烟气快速冷却到200℃左右，可以减少二恶因的生成。

附图说明

图1为本发明设备组成和冷却方法流程图。

图2为设备横断面示意图，即图2中B-B剖面图。

图3为设备纵剖面图，即图1中A-A剖面图。

图4为熔渣沉降室和一级冷却器纵剖面图，即图2中C-C剖面图。

图5为空气预热器纵剖面图，即图2中D-D剖面图。

图6为二级冷却器纵剖面图，即图2中E-E剖面图。

图7为振打器结构示意图，即图4中I放大图。

图8为弹性吊挂结构示意图，即图5中Ⅱ放大图。

图中：冶炼炉1、一级烟气冷却室2、一级振打器3、过渡烟气室4、二级烟气冷却室5、三级烟气冷却室6、二级振打器7、烟气出口8、弹性挂件9、熔渣沉降室10、一级烟气室21、一级水冷却器20、一级吊挂横梁22、一级水冷却管23、一级上蓄水罐24、一级下蓄水罐25、一级下进水管26、一级上出水管27、一级上出气管28、过渡烟道40、集热水箱41、空气冷却器50、二级烟气室51、二级吊挂横梁52、空气冷却管53、上空气箱54、上出气口55、下空气箱56、下进气管57、鼓风机58、二级水冷却器60、三级烟气室61、三级吊挂横梁62、二级水冷却管63、二级上蓄水罐64、二级上出水管65、二级上出气管66、二级下蓄水罐67、二级下进水管68、密封墙体11、可拆卸挡板12、清灰门13、密封材料板14、集热水箱出水口42、集热水箱出气口43、驱动器31、主轴32、摇柄33、锤头34、导棒35、导棒套筒351、导棒套环352、吊杆91、弹簧92、螺母93、垫片94。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

如图1～3所示，一种高温烟气冷却设备，包括熔渣沉降室10、一级烟气冷却室2、过渡烟道4、二级烟气冷却室5、三级烟气冷却室6和烟气出口8。熔渣沉降室10由耐火材料构筑成倒U形的烟气通道，熔渣沉降室10中的下端进烟道与所述一级烟气冷却室2下端相连通，过渡烟气室4两端分别连接一级烟气冷却室2上端和三级烟气冷却室6上端，二级烟气冷却室5下端与三级烟气冷却室6下端相连通，冷却后的烟气最终由三级烟气冷却室6上端的烟气出口8排出。一级振打器3与一级下蓄水罐25相对应，对一级水冷却管22进行振动除灰。二级振打器7与下空气联箱56下蓄水罐67相对应，对空气冷却管53和二级水冷却管63进行振动除灰。

如图3、4所示，所述一级烟气冷却室2包括一级烟气室21，吊挂在一级烟气室21内的一级水冷却器20和振打器3，以及设在一级烟气室21上方一级吊挂横梁23和一级弹性挂件9。一级吊挂横梁23架于一级烟气室21上方。一级水冷却器20包括一级上蓄水罐24、一级下蓄水罐25，连接在一级上、下蓄水罐之间若干平行的一级水冷却管23，连接一级上蓄水罐24的一级上出水管27和一级上出气管28，连接一级下蓄水罐25的一级下进水管26。冷却水从一级下进水管26注入到一级下蓄水罐25，再由一级水冷却管23向上注入到一级上蓄水罐24，一级上蓄水罐24与集热水箱41通过一级出水管27相连通，冷却水最终经集热水箱出水口42流出一级水冷却器20。一级水冷却器20通过一级出气管28与外部空气相通，用于稳定一级水冷却器内的压强。

如图1、图3和图5所示，所述二级烟气冷却室5包括二级烟气室51，架于二级烟气室51上方的二级吊挂横梁52和悬挂于二级烟气室51内空气冷却器50和振打器7。所述空气冷却器50包括上空气箱54、下空气箱56、连接上、下空气箱的若干平行的空气冷却管53，连接上空气箱54的上出气口55和连接下空气箱的下进气管57，连接下进气管57的鼓风机58。

如图1、图3和图6所示，所述三级烟气冷却室6包括悬挂于三级烟气冷却室6内的二级水冷却器60和振打器7，以及二级吊挂横梁62及其二级弹性挂件9。所述二级水冷却器60包括二级上蓄水罐64、二级下蓄水罐67，连接二级上、下蓄水罐之间若干平行的二级冷却水管63、连接二级上蓄水罐64的二级上出水管65和二级上出气管66，连接下蓄水罐67的二级下进水管68。冷却水从二级进水管68注入到二级下蓄水罐67，再由二级下蓄水罐67向上经过二级冷却水管63注入到二级上蓄水罐64，二级上蓄水罐64通过二级出水管65与集热水箱41相连通，冷却水最终经集热水箱出水口42流出二级水冷却器60。二级水冷却器60通过二级出气管66与外部空气相通，用于稳定二级水冷却器内的压强。一、二级水冷却器的上蓄水罐还设温度检测传感器，下蓄水罐的下进水管还安装流量调节阀。

如图2、图3和图7所示，所述一级振打器3和二、三级振打器7的结构相同，包括驱动器31，与驱动器31相连的主轴32，固接在主轴32上的摇柄33、与摇柄33活动联接的锤头34和导棒35。所述导棒35包括套于导棒外部的套筒351和套于导棒另一端的套环352，所述导棒套筒351穿过各级烟气室壁与所述各级吊挂着的冷却管活动相接触。驱动器31控制主轴32转动，摇柄33与锤头34形成曲柄摇杆机构，摇柄33转动，带动锤头34沿着摇柄33的小端做圆周运动，锤头34下落与套环352相撞击，导棒套筒351与一级水冷却器主体24、空气冷却器主体53和二级水冷却器主体63相撞击，实现振打落灰作用。

如图3～6所示，所述一级烟气室21、二级烟气室51和三级烟气室61由密封墙体11、可拆卸挡板12和可开启清灰门13组成，可拆卸挡板12由呈凸型密封结构耐高温密封材料板14构成。

如图2和图8所示，所述一级弹性挂件9，二级弹性挂件9和三级弹性挂件9的结构相同，由吊杆91、弹簧92、螺母93和垫片94组成，吊杆91通过弹簧92、螺母93与垫片94的弹性悬挂在相应各级吊挂横梁上，振打过程中一级水冷却器20、空气冷却器50和二级水冷却器60被碰撞摆动，除尘并能防止开裂。

参看1～8所示，一种高温含尘烟气冷却的方法：冶炼炉准备点火时先打开一级水冷却器进水阀门，冷却水流速控制在5～10米/秒从一级进水管26注入到一级下蓄水罐25，再由一级水冷却管23向上注入到一级上蓄水罐24，再经集热水箱41流出一级水冷却器20，冷却水从二级进水管68注入到二级下蓄水罐67，再由二级水冷却管63向上注入到二级上蓄水罐64，再经集热水箱41流出二级水冷却器60，冶炼炉点火后根据一级水冷却器上蓄水罐出水温度调节水温在85～95℃；常温空气由鼓风机58压入风压在10～12kPa，从空气冷却器50下进管57依次进入下空气箱56经空气冷却管53到上空气箱54，最终经过上出口55引进需要加热的设备上；将冶炼炉排出的1000～1300℃高温烟气由引风机抽吸到熔渣沉降室10，流速8～10米/秒，进入熔渣沉降室10后段底端时部份熔融渣附着在沉降室下段底部，烟尘进入一级烟气冷却室2，与一级水冷却器20接触进行热交换，烟气温度降至600～700℃，同时开启一级振打器3对一级水冷却器20进行振打，使粘附在一级水冷却器2外壁的尘渣颗粒振动脱落；烟气从一级烟气冷却室2进入过渡烟气室4与设在过渡烟气室上的集热水箱41再进行热交换，烟气温度降至500～600℃；经过过渡烟气室4降温后的烟气进入到二级烟气冷却室5与空气冷却器50进行热交换，使烟气温度降至300～400℃，而空气冷却管内空气被加热200～300℃，由热风管引入冶炼炉助燃；烟气从二级烟气冷却室5下方的开口进入三级烟气冷却室6的烟气室61，与二级水冷却器60中的冷却水进一步冷却，烟气温度降至200～300℃。同时，由二级振打器7对空气冷却器50和二级水冷却器60进行振打，去除吸附在空气冷却器50和二级水冷却器60外壁的灰尘。降温完成后，烟气由二级烟气冷却室6的烟气出口8排出，由除尘器进行除尘后达到排放标准。

高温含尘烟气从冶炼炉流向最后除尘器是依靠安装在除尘器后的鼓风机（图中省略）驱动，在额定的烟气量情况下，烟气流过一级水冷却器20、空气冷却器50、二级水冷却器60的风压损失700～800Pa。

在用于废旧金属冶炼炉配套使用时，烟气从1300℃分阶段迅速下降至200～300℃时，可以大大降低二恶因的生成，对于防止致癌物质二恶因污染有重要作用。

Claims (10)

1.一种高温含尘烟气的冷却设备，其特征包括连接冶炼炉的熔渣沉降室，连接所述熔渣沉降室的一级烟气冷却室，连接所述一级烟气冷却室的过渡烟气室，连接所述过渡烟气室的二级烟气冷却室，连接所述二级烟气冷却室的三级烟气冷却室和连接所述三级烟气冷却室的烟气出口；

所述一级烟气冷却室包括一级烟气室，吊挂在一级烟气室内的一级水冷却器和一级振打器，以及设在一级烟气室上方的一级吊挂横梁和一级弹性挂件；

所述过渡烟气室包括连接一级烟气冷却室和二级烟气冷却室之间的过渡烟道和设在过渡烟道上方的集热水箱；

所述二级烟气冷却室包括二级烟气室，吊挂在二级烟气室内的空气冷却器和二级振打器，以及设在二级烟气室上方的二级吊挂横梁和二级弹性挂件；

所述三级冷却室包括三级烟气室，吊挂在三级烟气室内二级水冷却器和二级振打器，以及设在三级烟气室上方的三级吊挂横梁和三级弹性挂件。

2.根据权利要求1所述的一种高温含尘烟气的冷却设备，其特征在于所述一级水冷却器（20）包括一级上蓄水罐（24）、一级下蓄水罐（25），连接在一级上、下蓄水罐之间若干平行的一级水冷却管（23），连接一级上蓄水罐（24）的一级上出水管（27）和一级上出气管（28），连接一级下蓄水罐（25）的一级下进水管（26）。

3.根据权利要求1所述的一种高温含尘烟气的冷却设备，其特征在于所述空气冷却器（50）包括上空气箱（54）、下空气箱（56）、连接上、下空气箱的若干平行的空气冷却管（53），连接上空气箱（54）的上出气口（55）和连接下空气箱的下进气管（57），连接下进气管（57）的鼓风机（58）。

4.根据权利要求1所述的一种高温含尘烟气的冷却设备，其特征在于所述二级水冷却器（60）包括二级上蓄水罐（64）、二级下蓄水罐（67），连接二级上、下蓄水罐之间若干平行的二级冷却水管（63）、连接二级上蓄水罐（64）的二级上出水管（65）和二级上出气管（66），连接下蓄水罐（67）的二级下进水管（68）。

5.根据权利要求1所述的一种高温含尘烟气的冷却设备，其特征在于所述一级振打器（3）和二级振打器（7）的结构相同，包括驱动器（31），与驱动器（31）相连的主轴（32），固接在主轴（32）上的摇柄（33）、与摇柄（33）活动联接的锤头（34）和导棒（35）。

6.根据权利要求1所述的一种高温含尘烟气的冷却设备，其特征在于所述熔渣沉降室（10）由耐火材料构筑成倒U形的烟气通道。

7.根据权利要求1所述的一种高温含尘烟气的冷却设备，其特征在于所述一级烟气室（21）、二级烟气室（51）和三级烟气室（61）由密封墙体（11）、可拆卸挡板（12）和可开启清灰门（13）组成，可拆卸挡板（12）由呈凸型密封结构耐高温密封材料板（14）构成。

8.根据权利要求1所述的一种高温含尘烟气的冷却设备，其特征在于所述一级弹性挂件（9），二级弹性挂件（9）和三级弹性挂件（9）的结构相同，由吊杆（91）、弹簧（92）、螺母（93）和垫片（94）组成。

9.一种高温含尘烟气的冷却方法，其特征在于包括以下步骤：

1）冶炼炉准备点火时先打开第一、二级水冷却器进水阀门，冶炼炉点火后根据一级水冷却器上蓄水罐出水温度调节出水温度在85℃－95℃；

2）启动空气冷却器鼓风机，将空气风压控制在10～12kPa鼓入空气冷却器；

3）冶炼炉点火后将1000～1300℃含尘烟气引入熔渣沉降室，部份熔融渣附着在沉降室的底部，烟气进入一级烟气冷却室后与一级水冷却器接触，使烟气快速降至600～700℃，同时用振打器振打一级水冷却器，使粘附在一级水冷管壁外的灰渣振动脱落；

4）经过一级冷却的烟气进入过渡烟气室，与设在过渡烟气室上部的集热水箱再进行热交换，烟气温度降至500～600℃；

5）经过过渡烟气室降温后的烟气进入二级烟气冷却室，与空气冷却器进行热交换，使烟气温度降至300～400℃，而空气冷却管内空气温度被加热至200～300℃，由热风管引入冶炼炉燃烧器助燃，同时用二级振打器振打空气冷却器，使粘附在空气冷却管壁外的灰渣振动脱落；

6）经过空气冷却器冷却后的烟气进入三级烟气冷却室内，烟气被二级水冷却器进一步冷却到200℃～300℃，从第三烟气冷却室排出的烟气由除尘器除尘后达到排放标准，同时用二级振打器振打二级水冷却器，使粘附在二级水冷管壁外的灰渣振动脱落。

10.根据权利要求9所述的一种高温含尘烟气的冷却方法，其特征在于所述高温烟气流过一级水冷却器（20）、空气冷却器（50）、二级水冷却器（60）的风压损失700～800Pa。