CN104713373B - 一种高温物料热能回收系统的工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温物料热能回收系统的工作方法，其系统包括：筒体，该筒体内设有轴向贯穿该筒体的用于将所述高温物料从该筒体的入料口送至出料口的传输带；所述筒体顶部的开口上设有换热器；邻近所述筒体的入料口设有用于将所述高温物料冷却凝固呈颗粒后送至传输带上的冷却碎料装置。冷却碎料装置用于粉碎物料，防止物料在冷却时结块，同时冷却碎料装置粉碎物料后，利于物料的余热充分、快速释放，利于提高热能的回收率。本系统有效利用了黄磷炉渣、炼钢炉渣等物料的余热，能大幅降耗能，节约能源并相应减少温室气体的排放；此外，将黄磷炉炉渣等高温物料生成建筑用颗粒料，实现了变废为宝的目的，避免了固体垃圾的产生。

Description

一种高温物料热能回收系统的工作方法

本申请是分案申请，原申请的发明创造名称：高温物料热能回收系统 ，申请号： 201210158386.X，申请日：2012-5-21。

技术领域

本发明涉及高温物料余热回收利用的技术领域，具体是一种高温物料热能回收系统。

背景技术

黄磷生产是高耗能行业，每生产1吨黄磷至少要消耗1.4万千瓦时电和1.6吨碳，中国现有的年产能为80万吨。黄磷生产过程中将产生大量高温炉渣。同样，炼钢、炼铝、炼铜等行业，也存在大量高温炉渣。

因此，如何回收利用高温炉渣的热能，以降低黄磷等资源生产和冶金行业等的耗能，以相应大幅降低温室气体排放，是我国急需解决的问题。

此外，黄磷矿渣是黄磷生产过程中排出的废渣。其主要组成为CasiO₃。磷渣是由磷灰石、石英、焦碳在电弧炉中,以1600℃左右的高温熔炼,发生反应而排出的废渣；磷渣在空气中逐渐冷却结晶呈体积较大的块状物，该块状物整体硬度接近花岗岩，不利于回收利用。

如何提供一种既能较充分地利用磷渣等高温物料在冷却过程中的热能，又能防止高温物料在冷却时结块，并生成颗粒料，以便于作为建筑用颗粒料，是本领域要解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、高温物料余热回收率较高且能防止高温物料在冷却时结块的高温物料热能回收系统。

为解决上述技术问题，本发明提供的高温物料热能回收系统包括：筒体，该筒体内设有轴向贯穿该筒体的用于将所述高温物料从该筒体的入料口送至出料口的传输带；所述筒体顶部的开口上设有换热器；邻近所述筒体的入料口设有用于将所述高温物料冷却凝固呈颗粒后送至传输带上的冷却碎料装置。其中，换热器用于高温物料余热回收；冷却碎料装置用于冷却凝固高温物料并生成颗粒料，防止物料在冷却时结块，同时生成颗粒料后物料的散热面积大幅增加，利于物料的余热充分、快速释放，利于提高热能的回收率。

作为优化的方案，所述筒体内并于所述传输带上方设有刮料板，以使所述传输带上的物料分布均匀，利于物料的余热充分、快速释放，利于提高热能的回收率。

作为进一步优化的方案，所述筒体顶部的开口分布有多个，各开口上的换热器中的用于输送换热介质的换热管依次串联，低温态的换热介质从邻近所述筒体的出料口的换热器的换热介质入口输入，由于在所述换热介质的流动方向上的各换热器中的换热管温度逐级升高，从而适于使所述换热介质被逐级加热，并达到较高的温度；换热器的换热介质出口用于连接其他换热设备，用于生产热水、热空气或过热蒸汽等。

作为优化的方案，各换热器顶部的用于排出换热空气的排气口分别连接有循环气管，各循环气管穿过所述筒体的侧壁并延伸至所述筒体内且于所述传输带的上、下层之间，以在筒体内形成适于向上穿透所述上层带并作用于所述换热器的循环热气流；各循环气管的底部出气口邻近所述上层带的底面并朝上设置。采用循环热气流作用于相应的换热器，避免了热空气的流失，同时补入外部冷空气加热，进一步提高了热能的回收率。

所述冷却碎料装置为对辊破碎机，包括一对相邻平行设置的碎料辊，该碎料辊的内壁设有沿该碎料辊的轴向分布的、用于加热所述换热介质的螺旋式换热管，该螺旋式换热管为开口焊接在所述碎料辊内壁上的半圆管；螺旋式换热管采用半圆管制成，使换热管内的换热介质直接与碎料辊的内壁接触，利于进一步提高热能的转换效率和热能回收率。

进一步，所述的碎料辊两端中央分别设有入液、出液空心转轴；该对空心转轴分别轴承配合于一对轴承座上，且所述的一对空心转轴的外端口分别设有转动接头，分别用于连接输入、输出所述换热介质的管体；所述螺旋式换热管的出液端与所述空心转轴的内端口相连，所述螺旋式换热管的入液端在该碎料辊内并延伸至邻近所述出液空心转轴，以使新进入该碎料辊内的换热介质在该碎料辊内预热后进入所述螺旋式换热管，进行进一步加热，进而延长换热介质的换热行程，提高换热效率。

所述的一对碎料辊的一侧相邻的所述转动接头的外端口相连，以使所述换热介质在该对碎料辊中串联换热，以进一步加热所述换热介质，形成温度更高的换热介质。

进一步，所述的一对碎料辊的另一侧的入液空心转轴经所述转动接头与邻近所述筒体的入料口的换热器的换热介质出口相连。由于碎料辊表面的温度较高，适于进一步加热从所述换热器输出的换热介质，形成温度更高的换热介质。

为进一步提高热能的回收率，所述筒体内且于所述上层带下方设有多个相间分布的隔舱板，相邻的一对隔舱板之间构成的腔体与一所述换热器上下相对分布；所述的一换热器顶部的排气口输出的空气适于通过所述循环气管送至该换热器正下方的所述腔体中。

进一步，为防止热气流和物料外溢，所述筒体的入料口且于所述冷却碎料装置的外侧设有向入料口内侧倾斜的挡料板。

所述高温物料为黄磷炉渣；由于传统的黄磷炉渣堆在冷却结晶后呈体积较大的块状物，该块状物整体硬度接近花岗岩，采用所述冷却碎料装置将高温态的黄磷炉渣冷却凝固、碎料后生成颗粒料（颗粒料的粒径，由选用的对辊破碎机的辊面凸起的形状、密度等决定），以便于作为建筑用颗粒料，实现了其回收利用。

冷却碎料装置的出料口与所述传输带的垂直距离为0.3-1m，以在落料过程中实现空气冷却，以生成颗粒料，防止黄磷炉渣重新凝结成块。

所述高温物料热能回收系统的工作方法，包括：将所述高温物料送入所述冷却碎料装置，使所述高温物料冷却凝固呈颗粒，然后落至所述传输带上；该传输带将所述颗粒状态的物料送入所述筒体中；筒体内的热空气向上穿过各换热器后，从各换热器的顶部排出，经所述循环气管送至所述筒体内且于所述传输带的上、下层带之间，从而在筒体内形成适于向上穿透所述上层带并作用于所述换热器的循环热气流；低温态的换热介质从邻近所述筒体的出料口的换热器的换热介质入口输入；所述换热介质在其流动方向上的各换热器5中依次逐级换热，且换热介质的温度逐级升高；所述传输带将冷却的所述颗粒状态的物料从所述筒体的出料口输出。

作为进一步优选的方案，所述换热器为立管式换热器，该换热器内设有上下分布的螺旋式导风板，换热器内的立式换热管穿插在所述螺旋式导风板上。螺旋式导风板适于加长热风在该换热器内的行程，增加热风与换热管的接触时间，进而进一步提高热能的回收率。

本发明相对于现有技术具有积极的效果：本发明的高温物料热能回收系统，一方面有效利用了黄磷炉渣的余热，能大幅降耗能，节约能源并相应减少大量温室气体的排放；另一方面，将黄磷炉炉渣生成建筑用颗粒料，实现了变废为宝的目的，避免了固体垃圾的产生，其具有很好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为实施例1中高温物料热能回收系统的结构示意图；

图2为图1中的对辊破碎机的另一端面结构示意图；

图3为所述对辊破碎机的辊面结构示意图；

图4为所述对辊破碎机中的碎料辊的剖面结构示意图；

图5为实施例2中的碎料辊的剖面结构示意图。

具体实施方式

实施例1

见图1至4，本实施例的高温物料热能回收系统，包括：筒体1，该筒体1内设有轴向贯穿该筒体1的用于将所述高温物料从该筒体1的入料口送至出料口的传输带2，邻近所述筒体1的端部分别设有与所述传输带2传动配合的传动轮3，所述筒体1内的传输带2的上层带底面下方分布有多个托辊17。

所述筒体1的顶部分布有多个开口，各开口上设有的换热器5，各换热器5中的换热介质输送管依次串联，低温换热介质从邻近所述筒体1的出料口的换热器5的换热介质入口输入，由于在所述换热介质的流动方向上的各换热器5中的换热管温度逐级升高，从而适于使所述换热介质被逐级加热，并达到较高的温度；所述换热介质为导热油或水（优选软水）。

换热器5的换热介质出口用于连接其他换热设备，用于生产热水、热空气或过热蒸汽等。邻近所述筒体1的入料口设有用于将所述高温物料冷却凝固呈颗粒后送至传输带2上的冷却碎料装置。

换热器5用于高温物料余热回收；冷却碎料装置用于冷却凝固高温物料并生成颗粒料，防止物料在冷却时结块，同时生成颗粒料后物料的散热面积大幅增加，利于物料的余热充分、快速释放，利于提高热能的回收率。

所述筒体1内并于传输带2上方设有刮料板7，以使所述传输带2上的物料分布均匀，利于物料的余热充分、快速释放，利于提高热能的回收率。

各换热器5顶部的用于排出换热空气的排气口分别连接有循环气管8，各循环气管8穿过所述筒体1的壁体并延伸至所述筒体1内的所述传输带2的上、下层带之间，以在筒体1内形成适于向上穿透所述传输带2的上层带并作用于所述换热器5的循环热气流；各循环气管8的底部出气口邻近所述传输带2的上层带的底面并朝上设置。采用循环热气流作用于相应的换热器5，避免了热空气的流失，同时无需补入外部冷空气，进一步提高了热能的回收率。

所述冷却碎料装置为对辊破碎机，包括一对相邻平行设置的碎料辊6，该碎料辊6的内壁设有沿该碎料辊的轴向分布的、用于加热所述换热介质的螺旋式换热管11，该螺旋式换热管11为开口焊接在所述碎料辊内壁上的半圆管；螺旋式换热管11采用半圆管制成，使螺旋式换热管11内的换热介质直接与碎料辊6的内壁接触，利于进一步提高热能的转换效率和热能回收率。

送入该对碎料辊6的所述换热介质可以是新的冷换热介质，也可以是从邻近所述筒体1的入料口的换热器5输出的热换热介质；可根据外部所需的所述换热介质的温度要求进行相应选择。

作为一种实施方式，一碎料辊6内的螺旋式换热管的换热介质入口与邻近所述筒体1的入料口的换热器5的换热介质出口相连，由于碎料辊6上的温度较高，适于进一步加热从所述换热器5输出的换热介质，形成温度更高的换热介质。

螺旋式换热管11的两端分别与固定于该碎料辊两端中央的空心转轴15的内端口相连，该对空心转轴15分别轴承配合于一对轴承座12上，且所述的一对空心转轴的外端口分别设有转动接头13，分别用于输入、输出所述换热介质。

作为优先的方案，所述的一对碎料辊6的一侧相邻端的所述转动接头13的外端口相连，以使该对碎料辊6中的螺旋式换热管11串联后与邻近所述筒体1的入料口的换热器5的换热介质出口相连，以进一步加热所述换热介质，形成温度更高的换热介质。

由于在加热过程中，所述换热介质部分汽化（尤其是换热介质为软水时），在邻近所述筒体1的入料口的换热器5顶部的换热介质出口适于输出蒸汽，该蒸汽经第一止回阀与一汽包9相连，该换热器5底部的液态换热介质出口与所述串联的螺旋式换热管的一端相连，所述串联的螺旋式换热管的另一端经第二止回阀与所述汽包9相连。汽包9用于存储热蒸汽或热水或热油，用于向其他设备供热。

所述筒体1内且于所述传输带2的上层带下方设有多个相间分布的隔舱板10，各隔舱板10上设有适于使所述下层带穿行的矩形通孔，相邻的一对隔舱板10之间构成的腔体与一所述换热器5上下相对分布；所述的一换热器5的顶部排气口输出的空气适于通过所述循环气管8送至该换热器5下方的所述腔体中。

为防止热气流和物料外溢，所述筒体1的入料口且于所述冷却碎料装置的外侧设有向入料口内侧倾斜的挡料板4。

所述高温物料为黄磷炉渣；由于传统的黄磷炉渣堆在冷却结晶后呈体积较大的块状物，该块状物整体硬度接近花岗岩，采用所述冷却碎料装置粉碎后，适于生成颗粒料，以便于作为建筑用颗粒料，实现了其回收利用。

冷却碎料装置的出料口与所述传输带2的垂直距离为0.3-1m，以在落料过程中实现空气冷却，以生成颗粒料，防止黄磷炉渣重新凝结成块。

所述冷却碎料装置为对辊破碎机，包括一对相邻平行设置的碎料辊6，各碎料辊6的辊壁上分布有凸起14；一对碎料辊6工作时适于相向转动。

作为冷却碎料装置的另一种实施方案，所述冷却碎料装置为对辊破碎机，其包括一对相邻平行设置的碎料辊，该碎料辊为夹套式辊体，该夹套式辊体的换热介质入口与邻近所述筒体1的入料口的换热器5的换热介质出口相连。作为冷却碎料装置的第三种实施方案，冷却碎料装置还可采用转筒式搅拌器，该转筒式搅拌器的转筒为夹套式，用于对所述换热介质加热。

所述换热器5的底部呈喇叭状，各循环气管8上串设有处于所述筒体1外侧的高压送气风机16。

所述换热器5为立管式换热器，该换热器5内设有上下分布的螺旋式导风板，换热器5内的立式换热管穿插在所述螺旋式导风板上。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例具有如下变型：

所述的碎料辊6两端中央分别设有入液、出液空心转轴；该对空心转轴分别轴承配合于一对轴承座12上，且所述的一对空心转轴的外端口分别设有转动接头13，分别用于连接输入、输出所述换热介质的管体；所述螺旋式换热管11的出液端与所述空心转轴的内端口相连，所述螺旋式换热管11的入液端在该碎料辊6内并延伸至邻近所述出液空心转轴，以使新进入该碎料辊6内的换热介质在该碎料辊6内预热后进入所述螺旋式换热管11，进行进一步加热，进而延长换热介质的换热行程，提高换热效率。

所述的一对碎料辊6的一侧相邻的所述转动接头的外端口相连，以使所述换热介质在该对碎料辊中串联换热，以进一步加热所述换热介质，形成温度更高的换热介质。

所述的一对碎料辊的另一侧的入液空心转轴经所述转动接头与邻近所述筒体1的入料口的换热器5的换热介质出口相连。由于碎料辊表面的温度较高，适于进一步加热从所述换热器输出的换热介质，形成温度更高的换热介质。

实施例3

在实施例1和2的基础上，本实施例具有如下变型：

所述的一对碎料辊6分别采用实施例1和2中的碎料辊6，且所述换热介质从实施例1所述的碎料辊6中的所述螺旋式换热管11输出后进入实施例2所述的碎料辊6。

实施例4

所述高温物料热能回收系统的工作方法，包括：将所述高温物料送入所述冷却碎料装置，使所述高温物料冷却凝固呈颗粒，然后落至所述传输带2上；该传输带2将所述颗粒状态的物料送入所述筒体1中；筒体1内的热空气向上穿过各换热器5后，从各换热器5的顶部排出，经所述循环气管8送至所述筒体1内且于所述传输带2的上、下层带之间，从而在筒体1内形成适于向上穿透所述上层带并作用于所述换热器5的循环热气流；低温态的换热介质从邻近所述筒体1的出料口的换热器5的换热介质入口输入；所述换热介质在其流动方向上的各换热器5中依次逐级换热，且换热介质的温度逐级升高；所述传输带2将冷却的所述颗粒状态的物料从所述筒体1的出料口输出。

Claims (1)

1.一种高温物料热能回收系统的工作方法，其特征在于该高温物料热能回收系统包括：筒体，该筒体内设有轴向贯穿该筒体的用于将所述高温物料从该筒体的入料口送至出料口的传输带；所述筒体顶部的开口上设有换热器；

邻近所述筒体的入料口设有用于将所述高温物料冷却凝固呈颗粒后送至传输带上的冷却碎料装置；

所述筒体顶部的开口分布有多个，各开口上的换热器中的用于输送换热介质的换热管依次串联，低温态的换热介质从邻近所述筒体的出料口的换热器的换热介质入口输入；

各换热器顶部的用于排出换热空气的排气口分别连接有循环气管，各循环气管穿过所述筒体的侧壁并延伸至所述筒体内且于所述传输带的上、下层带之间，以在筒体内形成适于向上穿透所述上层带并作用于所述换热器的循环热气流；各循环气管的底部出气口邻近所述上层带的底面并朝上设置；所述冷却碎料装置包括一对相邻平行设置的碎料辊，该碎料辊的内壁设有沿该碎料辊的轴向分布的、用于加热换热介质的螺旋式换热管，该螺旋式换热管为开口焊接在所述碎料辊内壁上的半圆管；所述碎料辊两端中央分别设有入液、出液空心转轴；该对空心转轴分别轴承配合于一对轴承座上，且所述的一对空心转轴的外端口分别设有转动接头，分别连接用于输入、输出所述换热介质的管体；

所述螺旋式换热管的出液端与所述出液空心转轴的内端口相连，所述螺旋式换热管的入液端在该碎料辊内并延伸至邻近所述出液空心转轴；所述的一对碎料辊一侧相邻的所述转动接头的外端口相连，以使所述换热介质在该对碎料辊中串联换热；所述的一对碎料辊的另一侧的入液空心转轴经所述转动接头与邻近所述筒体的入料口的换热器的换热介质出口相连；所述换热器为立管式换热器，该换热器内设有上下分布的螺旋式导风板，换热器内的立式换热管穿插在所述螺旋式导风板上；

所述的高温物料热能回收系统的工作方法，包括：将所述高温物料送入所述冷却碎料装置，使所述高温物料冷却凝固呈颗粒，然后落至所述传输带上；

该传输带将所述颗粒状态的物料送入所述筒体中；

筒体内的热空气向上穿过各换热器后，从各换热器的顶部排出，经所述循环气管送至所述筒体内且于所述传输带的上、下层带之间，从而在筒体内形成适于向上穿透所述上层带并作用于所述换热器的循环热气流；

低温态的换热介质从邻近所述筒体的出料口的换热器的换热介质入口输入；所述换热介质在其流动方向上的各换热器中依次逐换热，且换热介质的温度级升高；

所述传输带将冷却的所述颗粒状态的物料从所述筒体的出料口输出。