CN104374213B - 对固体热料进行换热的换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对固体热料进行换热的换热装置，包括：热料缓冲罐，储存热料；至少两个换热罐，通过进料管道与热料缓冲罐连接以便热料缓冲罐对其装料，并利用冷气对热料进行热交换；进料阀门，安装在进料管道上以控制进料；排料管道，用于排放换热罐中的热料；排料阀门，安装在排料管道上以控制排料；冷气管道，向换热罐输送冷气；冷气阀门，安装在冷气管道上以控制进气；热气管道，将换热罐中进行热交换后得到的热气排放出；热气阀门，安装在热气管道上以控制排气，其中，所述至少两个换热罐中始终有至少一个换热罐处于装料状态。通过本发明所提供的换热装置，显著提高了余热利用效率。

Description

对固体热料进行换热的换热装置

技术领域

本发明涉及冶金工业环保技术领域，具体地说，本发明涉及一种针对固体热料进行换热的换热装置。

背景技术

冶金工业是一个高温高耗能生产行业，在对固体原料进行初期的处理或固体废弃物进行高温资源化利用时，其产品都是固体高温料，固体热料的温度在200℃—1400℃之间，具有很高的热能利用价值，这些固体高温热料的排料方式有连续的也有间歇的，对于连续式热料排出方式，其热料的换热方式有连续式也有间歇式换热。

目前，成熟的固体热料连续式的换热装置，如烧结矿环形冷却机，是烧结机生产的高温烧结矿连续进入环形冷却机进行冷却，同时，环形冷却机也是连续进行鼓风换热，通过向环形冷却机中通入冷风，冷风沿着环形冷却机转动的反方向从低温段向高温段流动，冷风与热烧结矿进行换热；尽管环形冷却机可以连续进行换热，但其在使用过程中会出现漏风等问题，并且换热效率低，设备占地面积大，投资也很高。

固体热料生产系统很多，其中，转底炉是一种生产直接还原铁的高温环形炉，转底炉排料方式是连续式排料，转底炉排出的高温金属化球团温度在800℃-1350℃之间，目前还是采用高温下直接排出的形式排料，这种排料方式不仅浪费了高温金属化球团的热量，而且球团和空气直接接触容易引起金属化球团的再氧化，其余热利用效率很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对固体热料进行换热的换热装置，针对连续式排料系统排出的固体热料进行热交换，提高余热利用效率。

为了实现上述目的，本发明提供了一种对固体热料进行换热的换热装置，包括：热料缓冲罐，储存热料；至少两个换热罐，通过进料管道与热料缓冲罐连接以便热料缓冲罐对其装料，并利用冷气对热料进行热交换；进料阀门，安装在进料管道上以控制进料；排料管道，用于排放换热罐中的热料；排料阀门，安装在排料管道上以控制排料；冷气管道，向换热罐输送冷气；冷气阀门，安装在冷气管道上以控制进气；热气管道，将换热罐中进行热交换后得到的热气排放出；热气阀门，安装在热气管道上以控制排气，其中，所述至少两个换热罐中始终有至少一个换热罐处于装料状态。

优选地，在进料管道上还设置有进料锁气阀门，以防止换热罐中的气体进入热料缓冲罐。

优选地，进料管道连接在换热罐的顶端，排料管道连接在换热罐的底端。

优选地，冷气管道连接在换热罐的下部，热气管道连接在换热罐的上部。

优选地，冷气管道包括总冷气管道和与总冷气管道连接的分支冷气管道，每个换热罐与一个分支冷气管道连接。

优选地，在总冷气管道上设置有冷气总阀门，冷气阀门设置在分支冷气管道上。

优选地，热气管道包括总热气管道和与总热气管道连接的分支热气管道，每个换热罐与一个分支热气管道连接。

优选地，在总热气管道上设置有热气总阀门，热气阀门设置在分支热气管道上。

优选地，换热罐上开设有冷气进口和热气出口，所述冷气进口和所述热气出口由网状板形成，以防止热料进入冷气管道和热气管道。

优选地，换热罐的外壳由钢板形成，在钢板内砌有两层耐火层，内层耐火层采用莫来石材料形成，外层耐火层采用硅藻土保温材料形成。

优选地，冷气管道和热气管道外部均包裹有保温材料，从而能够避免热气泄露。

优选地，所述换热装置包括两个换热罐，其中一个换热罐处于装料状态，另一个换热罐在所述其中一个换热罐进行装料期间进行换热和排料。该另一换热罐应该在所述其中一个换热罐完成装料时完成排料，然后在所述其中一个换热罐进行换热时进行装料。

优选地，所述换热装置包括三个换热罐，其中一个换热罐处于装料状态，另外两个换热罐在所述其中一个换热罐进行装料期间分别进行换热和排料。当所述其中一个换热罐完成装料而开始进行换热时，先前在进行排料的那个换热罐应完成排料而开始进行装料。

优选地，所述换热装置包括四个换热罐，其中一个换热罐处于装料状态，另外两个换热罐在所述其中一个换热罐进行装料期间分别进行换热和排料，最后一个换热罐作为备用的换热罐。或者，该最后一个换热罐也可以用作在线使用的换热罐，那么在同一时间段内，会有两个换热罐进行装料、换热或者排料作业。

通过本发明所提供的换热装置，能够针对连续式排料系统排出的固体热料进行连续地装料作业，并执行高效地间歇式换热，且在换热时实现密封，避免热气泄露，显著提高了余热利用效率。另外，通过设置多个换热罐，能够显著提升换热装置的承载能力和换热效率，进而固体热料的余热回收效率，降低相关冶金生产的工艺能耗。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的换热装置的结构示意图；

图2是根据本发明的另一实施例的换热装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更好地理解本发明，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1是根据本发明的实施例的换热装置的结构示意图。

参照图1，根据本发明的一个实施例，所提供的换热装置包括：热料缓冲罐1-1，用于从上级工艺装置接收固体热料，并储存热料；两个换热罐2-4和3-4，分别通过进料管道2-2和3-2与热料缓冲罐1-1连接，以便热料缓冲罐1-1对这两个换热罐进行装料，并在换热罐内部利用冷气对热料进行热交换。在换热罐2-4和3-4上还分别连接有排料管道2-5和3-5，以在换热之后将冷却后的热料排放出去，而进行下一步处理。换热罐2-4和3-4还分别连接有冷气管道2-11和3-11，以及热气管道2-10和3-10，冷气经冷气管道进入各个换热罐，在换热罐内与热料进行换热之后升温而变成热气，然后经热气管道排出。在该换热装置进行余热回收利用的过程中，始终有一个换热罐处于装料状态，而另一个换热罐此时可进行换热和排料。

在进料管道2-2和3-2上还分别设置有进料阀门2-1和3-1，以对各个换热罐的装料进行控制。应注意的是，进料阀门2-1和3-1最好能够靠近热料缓冲罐1-1设置，以避免在装料结束后进料管道内残留过多的热料而导致一部分热量损失。此外，在进料管道2-2和3-2上还可分别设置有进料锁气阀门2-3和3-3，这两个进料锁气阀门2-3和3-3最好靠近换热罐设置，以防止在换热时热气经进料管道泄露而造成热量损失。

同样，在排料管道2-12和3-12上还分别设置有排料阀门2-5和3-5，以对各个换热罐的排料进行控制。排料阀门的具体形式可以为排料锁气阀门，一方面能够控制排料，另一方面能够执行锁气的功能，避免在换热时热气经排料管道泄露而造成热量损失。

在本实施例中，冷气管道可包括总冷气管道1-4以及从总冷气管道1-4分支的两个分支冷气管道2-11和3-11，这两个分支冷气管道2-11和3-11分别连接到两个换热罐2-4和3-4。类似地，热气管道可包括总热气管道1-2以及从总热气管道1-2分支的两个分支热气管道2-10和3-10，这两个分支热气管道2-10和3-10分别连接到两个换热罐2-4和3-4。除此以外，本发明所提供的换热装置并不限于此，还可具有其他形式，例如，每个换热罐可单独配置各自的冷气管道和热气管道。

在冷气管道和热气管道上还分别设置有冷气阀门和热气阀门。具体地，可在分支冷气管道2-11和3-11上设置冷气阀门2-7和3-7，以控制冷气的输送；可在分支热气管道2-10和3-10上设置热气阀门2-9和3-9，以控制热气的排放。此外，还可以在总冷气管道1-4上设置冷气总阀门1-5，在总热气管道1-2上设置热气总阀门1-3，以分别控制冷气和热气的输送。这样，在分支管道和总管道上分别设置了开启阀门，能够分别控制各分支管道上气体的输送，并且能够在检修等情况下通过关闭总管道上的阀门而整体地切断气体。

热料缓冲罐1-1的底端可开设有与换热罐的数量相同的出料口，以向各个换热罐输送热料。进料管道2-2和3-2分别连接在换热罐2-4和3-4的顶端，而排料管道2-12和3-12则分别连接在换热罐2-4和3-4的底端。分支冷气管道2-11和3-11分别连接在换热罐2-4和3-4的下部，而分支热气管道2-10和3-10分别连接在换热罐2-4和3-4的上部，换句话说，各个换热罐上开设的用于连接分支冷气管道的冷气进口2-6和3-6的高度要稍高于排料管道的连接位置，而用于连接分支热气管道的热气出口2-8和3-8的高度要稍低于进料管道的连接位置。这时，在装料完成时，各个换热罐内热料的料位高度应低于热气出口的高度，以防止热料进入热气管道。

在利用根据本实施例的换热装置对固体热料进行余热回收利用时，热料经热料缓冲罐1-1进入到其中一个换热罐，如图1中所示的换热罐3-4。此时，进料管道3-2的进料阀门3-1和进料锁气阀门3-3均打开，而排料锁气阀门3-5、冷气阀门3-7和热气阀门3-9均关闭，确保在该换热罐3-4仅进行装料作业。在此期间，另一个换热罐2-4进行换热和排料作业，图1中仅示出了换热作业，在这种情况下，进料管道2-2的进料阀门2-1和进料锁气阀门2-3以及排料锁气阀门2-5均关闭，使得该换热罐2-4仅进行换热作业。在将热料降低至预定温度之后，换热罐2-4接着进行排料作业，这时应该打开排料锁气阀门2-5，并关闭进料阀门2-1、进料锁气阀门2-3、冷气阀门2-7和热气阀门2-9。

需要说明的是，在热料缓冲罐1-1中料位一定的情况下，在换热罐3-4完成装料时，换热罐2-4必须完成了换热和排料，此后，换热罐3-4进行换热和排料，而换热罐2-4进行装料作业，从而满足热料缓冲罐1-1连续排料的要求。此外，只要有冷气阀门打开，则冷气总阀门1-5也应该打开，同样，只要有热气阀门打开，则热气总阀门1-3也应打开。在冷气阀门均关闭或者热气阀门均关闭的情况下，例如，在两个换热罐分别进行装料和排料作业期间，冷气总阀门1-5和热气总阀门1-3可打开也可关闭。

在本发明的另一实施例，所提供的换热装置包括热料缓冲罐4-1和三个换热罐5-4、6-4和7-4，如图2所示。每个换热罐上均连接有进料管道、排料管道、冷气管道和热气管道，其具体结构与上一实施例中的结构类似，在此不再赘述。

不同的是，总热气管道4-2具有三个分支热气管道5-10、6-10和7-10，总冷气管道4-4具有三个分支冷气管道5-11、6-11和7-11，以分别连接到三个换热罐。也就是说，在本发明的换热装置中，分支冷气管道和分支热气管道的数量与换热罐的数量相对应。

在该换热装置中，例如，换热罐6-4正在进行装料，其进料管道6-2上的进料阀门6-1、进料锁气阀门6-3打开，而排料管道6-12上的排料锁气阀门6-5、冷气阀门6-7和热气阀门6-9关闭；换热罐5-4正进行换热，其冷气阀门5-7和热气阀门5-9打开，而进料管道5-2上的进料阀门5-1、进料锁气阀门5-3和排料管道5-12上的排料锁气阀门5-5关闭；换热罐7-4正进行排料，其排料管道7-12上的排料锁气阀门7-5打开，而进料管道7-2上的进料阀门7-1、进料锁气阀门7-3、冷气阀门7-7和热气阀门7-9关闭。即，三个换热罐分别进行装料、换热、排料作业。

在保证热料缓冲罐4-1中料位一定的情况下，在换热罐6-4完成装料时，换热罐7-4应完成排料以接着进行装料。然后，在换热罐7-4完成装料时，换热罐5-4应完成排料以接着进行装料。即，进行装料作业的顺序为：6-4→7-4→5-4→6-4…，而进行换热作业的顺序为5-4→6-4→7-4→5-4…，进行排料作业的顺序为7-4→5-4→6-4→7-4…，并确保在余热回收过程中，始终有一个换热罐进行装料作业。并且，单独一个换热罐不能同时进行两种作业，即，不能同时进行装料和换热、换热和排料、或者排料和装料作业。

另外，在本发明所提供的换热装置中，热料缓冲保温罐和/或换热罐的外壳可采用诸如Q235的普通钢板形成，内部可以采用两层耐火材料砌成，内层耐火材料采用莫来石耐材，外层采用硅藻土型的保温耐材，以尽可能地降低热量损失。

冷气进口可优选地由网状板形成，例如，网状钢板，其材料可为Q235、Q255、Q275等，网眼直径为2-50mm，优选为8-15mm左右，以防止换热时固体热料进入冷气管道。同样，热气进口也可优选地由网状板形成，例如耐高温的网状钢板，其材料可以为316L、304H、347H、304LN、321H、316Ti、316H、317、317L、321或310S等，网眼直径为2-50mm，优选为5-12mm左右，以防止换热时固定热料进入热气管道。当然，也可以采用其他形式的冷气进口和热气进口。

冷气管道和热气管道可以采用Q235钢制成，其外部可以均包裹保温材料，如保温棉等。

换热装置所采用的热介质气体可以为空气、氮气、氩气、一氧化碳气体、二氧化碳气体、煤气等。

除了以上形式的换热装置之外，本发明的换热装置还可包括更多个换热罐，例如，4个、6个等。

例如，包括4个换热罐的情况，其中三个换热罐可分别进行装料、换热和排料作业，如上述实施例所述。最后一个换热罐可用作备用换热罐，若在作业时其他三个换热罐中一个罐出现故障而需检修时，该备用罐可立即投入作业，从而确保正常的生产。此外，该最后一个换热罐也可作为在线使用罐，即，在回收余热时，存在两个换热罐执行相同的作业。

在包括6个换热罐的情况，可设置两个换热罐为一组，共分成三组换热罐，每组换热罐分别进行装料、换热和排料的作业，如上述实施例所述，也就是说，同时存在两个换热罐进行装料，另两个换热罐进行换热，剩余两个换热罐进行排料，从而能够针对产量大的固定热料生产系统进行热料的余热回收利用。

换热罐的数量和容积以及各个换热罐的作业状态可针对具体生产情况而定。在存在更多个换热罐的情况下，可按照类似地方式处理各个换热罐的作业情况。

通过本发明所提供的换热装置，能够有效地对连续式排料系统排出的固体热料进行连续装入，实现密封储存和间歇式换热，进而提高换热和余热回收效率。例如，在进行换热前，在换热前固体热料的温度在100-1400℃，换热后固体热料温度在40-300℃，换热后的换热气体介质的温度在60-900℃。还可通过设置多个换热罐来提高固体热料的承载能力和换热效率，进一步降低换热后的固体热料的温度，降低冶金生产的工艺消耗。

上面对本发明的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种对固体热料进行换热的换热装置，其特征在于，包括：

热料缓冲罐，储存热料；

至少三个换热罐，通过进料管道与热料缓冲罐连接以便热料缓冲罐对其装料，并利用冷气对热料进行热交换；

排料管道，用于排放换热罐中的热料；

冷气管道，向换热罐输送冷气；

热气管道，将换热罐中进行热交换后得到的热气排放出；

其中，所述至少三个换热罐中始终有至少一个换热罐处于装料状态，其余换热罐在所述至少一个换热罐进行装料期间分别进行换热和排料。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述换热装置还包括：

进料阀门，安装在进料管道上并靠近热料缓冲罐，以控制进料；

排料阀门，安装在排料管道上，以控制排料；

冷气阀门，安装在冷气管道上，以控制进气；

热气阀门，安装在热气管道上，以控制排气。

3.根据权利要求2所述的换热装置，其特征在于，在进料管道上靠近换热罐的位置还设置有进料锁气阀门，以防止热量损失。

4.根据权利要求2所述的换热装置，其特征在于，排料阀门包括锁气阀门。

5.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，进料管道连接在换热罐的顶端，排料管道连接在换热罐的底端。

6.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，冷气管道连接在换热罐的下部，热气管道连接在换热罐的上部。

7.根据权利要求2或6所述的换热装置，其特征在于，冷气管道包括总冷气管道和与总冷气管道连接的分支冷气管道，每个换热罐与一个分支冷气管道连接。

8.根据权利要求7所述的换热装置，其特征在于，在总冷气管道上设置有冷气总阀门，冷气阀门设置在分支冷气管道上。

9.根据权利要求2或6所述的换热装置，其特征在于，热气管道包括总热气管道和与总热气管道连接的分支热气管道，每个换热罐与一个分支热气管道连接。

10.根据权利要求9所述的换热装置，其特征在于，在总热气管道上设置有热气总阀门，热气阀门设置在分支热气管道上。

11.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，换热罐上开设有冷气进口和热气出口以分别连接冷气管道和热气管道，所述冷气进口和所述热气出口由网状板形成，以防止热料进入冷气管道和热气管道。

12.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，换热罐和/或热料缓冲罐的外壳由钢板形成，在钢板内砌有两层耐火层，内层耐火层采用莫来石材料形成，外层耐火层采用硅藻土保温材料形成。

13.根据权利要求1或12所述的换热装置，其特征在于，冷气管道和热气管道外部均包裹有保温材料。