CN106595322B - 冷却塔及余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷却塔，包括塔体，该塔体包括有至少一段倾斜布置的炉料冷却段。还涉及一种余热利用系统，包括余热锅炉及如上所述的冷却塔，该冷却塔包括高温冷却段和中低温冷却段，中低温冷却段倾斜布置，位于塔体顶部的烟气出口与余热锅炉的烟气入口连通。通过将塔体的至少部分冷却段倾斜布置，可减轻下部料层的压力，防止料层卡死；同时一定程度上减缓冷却烟气的上升速度，可增加冷却烟气与料层的接触时间，提高冷却效果。本冷却塔及余热利用系统应用于烧结矿/金属化球团的冷却，可解决现有技术中竖罐冷却下层冷却矿/球团容易卡死的问题；便于余热回收及余热利用，可有效回收烧结矿/金属化球团的余热。

Description

冷却塔及余热利用系统

技术领域

本发明属于节能环保技术领域，涉及一种冷却塔及采用该冷却塔进行余热回收的余热利用系统，可用于烧结矿/金属化球团余热的高效利用。

背景技术

目前，烧结冷却机的余热回收主要是回收高于200℃以上的烟气余热，用于产生蒸汽进行发电；由于烧结冷却机高温段的烟气温度只有300～400℃，余热发电机组产生的蒸汽品质低，导致发电效率不高，烧结冷却机烟气余热利用率较低。有学者提出竖罐冷却，能够大幅度提高冷却烟气温度，但由于竖罐中的下层烧结矿承受着很高的上层烧结矿压力，竖罐冷却容易出现烧结矿卡死现象。

金属化球团又称预还原球团，在直接还原过程中，球团以固态完全还原成海绵铁，即铁氧化物在不熔化、不造渣且固态直接还原而生成的金属铁产品。2012年直接还原铁产量约为80万t，主要来自于转底炉，成品的金属化球团矿出炉温度在1100℃左右，如果下一工序不是热装电炉，必须进行冷却至300℃以下。目前其冷却方式主要有回转筒冷却、震动冷却器冷却、直接打水冷却；上述冷却方式存在冷却效果差、金属化球团显热没有得到有效回收、余热利用效率低、余热利用品位低等问题，现有的金属化球团冷却技术不成熟，成为制约金属化球团炼铁技术发展的瓶颈问题。

发明内容

本发明实施例涉及一种冷却塔及采用该冷却塔进行余热回收的余热利用系统，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及一种冷却塔，包括塔体，所述塔体顶部设有入料口及第一烟气出口，所述塔体底部设有出料口及冷却气体入口，其特征在于：所述塔体包括有至少一段倾斜布置的炉料冷却段。

作为实施例之一，所述塔体包括自上而下依次连接的高温冷却段和中低温冷却段，其中，所述中低温冷却段倾斜布置，所述入料口及所述第一烟气出口均设于所述高温冷却段顶部，所述出料口及所述冷却气体入口均设于所述中低温冷却段底部。

作为实施例之一，所述中低温冷却段顶部设有第二烟气出口。

作为实施例之一，所述中低温冷却段与所述高温冷却段连接处呈喉口式结构。

作为实施例之一，所述高温冷却段与所述中低温冷却段的长度之比在1:1～1:7范围内。

作为实施例之一，于所述高温冷却段顶部连接有预存段。

本发明实施例涉及一种余热利用系统，包括余热锅炉及如上所述的冷却塔，所述第一烟气出口与所述余热锅炉的烟气入口连通。

作为实施例之一，所述中低温冷却段顶部设有第二烟气出口；所述余热锅炉具有高温段烟气入口和低温段烟气入口，所述第一烟气出口通过第一烟气管路与所述高温段烟气入口连通，所述第二烟气出口通过第二烟气管路与所述低温段烟气入口连通；所述第一烟气管路与所述第二烟气管路上均设有控制阀。

作为实施例之一，该余热利用系统还包括调节旁路，所述调节旁路两端分别连接于所述第一烟气管路与所述第二烟气管路上，其中，在所述第一烟气管路上的旁接点位于所述第一烟气管路上的控制阀与所述高温段烟气入口之间。

作为实施例之一，在所述高温冷却段内还设有高温过热器，所述余热锅炉的蒸汽出口与所述高温过热器连通。

本发明实施例至少具有如下有益效果：通过将塔体的至少部分冷却段倾斜布置，可减轻下部料层的压力，防止料层卡死；同时一定程度上减缓冷却烟气的上升速度，可增加冷却烟气与料层的接触时间，提高冷却效果。将本冷却塔及采用该冷却塔的余热利用系统应用于烧结矿/金属化球团的冷却，可解决现有技术中竖罐冷却下层冷却矿/球团容易卡死的问题；通过冷却气体与烧结矿/金属化球团直接接触换热，便于余热回收及余热利用，可有效回收烧结矿/金属化球团的余热。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的余热利用系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1，本发明实施例提供一种冷却塔，包括塔体，所述塔体顶部设有入料口及第一烟气出口，所述塔体底部设有出料口及冷却气体入口，所述塔体包括有至少一段倾斜布置的炉料冷却段。通过将塔体的至少部分冷却段倾斜布置，可减轻下部料层的压力，防止料层卡死；同时一定程度上减缓冷却烟气的上升速度，可增加冷却烟气与料层的接触时间，提高冷却效果。将本冷却塔应用于烧结矿/金属化球团的冷却，可解决现有技术中竖罐冷却下层冷却矿/球团容易卡死的问题；通过冷却气体与烧结矿/金属化球团直接接触换热，便于余热回收及余热利用，可有效回收烧结矿/金属化球团的余热。

其中，塔体可为整体倾斜式结构，也可其中部分冷却段为倾斜布置结构；对于部分倾斜布置的结构，所述的炉料冷却段可以位于塔体上部、中部或下部，根据实际情况(如布置空间限制，冷却料的密度、料层压力等特性)进行选择。本实施例中，采取如下的优选结构：

如图1，所述塔体包括自上而下依次连接的高温冷却段2和中低温冷却段1，其中，所述中低温冷却段1倾斜布置，所述入料口及所述第一烟气出口均设于所述高温冷却段2顶部，所述出料口及所述冷却气体入口均设于所述中低温冷却段1底部。上述高温冷却段2竖直布置，方便布料，保证布料效率，提供一定的料层压力以保证料层下行速度等。如图1，作为一种本实施例的一种优选结构，中低温冷却段1包括冷却部分和出料部分，冷却部分的塔体呈倾斜布置的直筒状，冷却部分顶部连接高温冷却段2，底部连接出料部分；出料部分的塔体包括第一塔壁和第二塔壁，第一塔壁与水平方向的夹角在80°～90°范围内，第二塔壁与水平方向的夹角小于冷却部分塔体与水平方向的夹角，第一塔壁与第二塔壁拼接形成一上宽下窄的渐缩状塔体，且上述第一塔壁与第二塔壁均在冷却部分的塔体的延长线范围内。对于冷却部分，其包括第三塔壁和第四塔壁，其中轴线下方侧的塔体为第三塔壁，该第三塔壁可承受料层的部分压力，从而减轻出料部分内的料层所受到的压力，该第三塔壁即与上述的第二塔壁连接，且第二塔壁的倾斜度小于第三塔壁的倾斜度，第二塔壁一方面仍可承受料层的部分压力，从而减轻出料口处的料层所受到的压力，另一方面，其可对第三塔壁起到一定的支撑作用，而且，第二塔壁与第三塔壁之间构成一缓冲的下降坡度(二者相对于水平面的夹角之差优选为在15°～40°范围内)，使得料层之间的压力呈缓慢变化的过程，进一步改善出料的顺畅性；冷却部分的中轴线上方侧的塔体即为第四塔壁，其与上述第一塔壁连接，第一塔壁竖直或接近竖直设置，一方面，对第四塔壁起到支撑作用，另一方面，其附近的冷却料呈竖直或接近竖直堆积，从而对出料口处的料层施加一定的压力，保证出料效率。上述结构可保证卸料速度及卸料的顺畅性，进一步可在上述出料口处设置卸料机6，保证冷却料的顺利排出。当然，并不限于上述的结构，如可在呈倾斜布置的直筒状的低温冷却段的底部连接一竖直布置的出料段。另外，一般地，上述的冷却气体入口位于出料口上方；对于上述的中低温冷却段1包括冷却部分和出料部分的结构，冷却气体入口可位于冷却部分与出料部分的连接处。进一步地，该冷却气体入口连接有冷却气体入口管，该冷却气体入口管的出口端优选为位于中低温冷却段1的塔腔内，进一步优选为位于中低温冷却塔的中轴线上，可在该冷却气体入口管的出口端设置一风帽5，避免冷却料进入管内。该风帽5可采用伞形风帽，优选为与中低温冷却段1同轴设置，可提高冷却气体在塔内弥散的均匀性。

优化上述冷却塔的结构，如图1，所述中低温冷却段1顶部设有第二烟气出口，即上述冷却塔通过第一烟气出口和第二烟气出口分别输出两种烟气，对应于高温冷却段2和中低温冷却段1，第一烟气出口输出的烟气为高温烟气，第二烟气出口输出的烟气为中温烟气，通过将上述高温烟气与上述中温烟气分别进行利用，可实现烟气余热的梯级利用，也即实现炉料(烧结矿/金属化球团)余热的梯级利用，从而提高炉料余热的利用率。上述第二烟气出口布置于中低温冷却段1顶部的塔体上，第二烟气出口的数量可为1个或多个，具有多个第二烟气出口时，各第二烟气出口优选为沿中低温冷却段1塔体周缘均匀环形布置。

接续上述冷却塔的结构，通过改变高温冷却段2与中低温冷却段1的长度比值，可调节下层炉料尤其是出料口处的料层所受到的压力；以上述高温冷却段2与中低温冷却段1的长度比值为T，一般地，T值越大，则出料口处的料层所受到的压力越小。相应地，对于上述设置第二烟气出口的结构，通过改变上述的T值，可以调节上述高温烟气与上述中温烟气的温度高低；在相同冷却塔塔体高度的情况下，上述的T值越大，则高温烟气的温度越高，对炉料的冷却效果相对越弱，上述的T值越小，则中温烟气的温度越高。实际设置上述冷却塔时，应根据实际情况进行选择，如塔体的安装空间、待冷却炉料的温度及传热等特性以及烟气余热利用设备的特性等；作为本实施例的一种优选结构，所述高温冷却段2与所述中低温冷却段1的长度之比在1:1～1:7范围内，可获得较好的下部料层压力缓解效果，以及较为合适的高温烟气及中温烟气温度参数(适用于余热锅炉利用)。进一步优选地，高温冷却段2与中低温冷却段1的长度之比在1:2～1:3范围内，可较好的适用于烧结矿/金属化球团的余热回收利用。具体的实施例可以为：中低温冷却段1的长度约为5～15m，高温冷却段2长度约为2～5m，两冷却段的具体长度可依据烧结矿/金属化球团的温度、传热特性等因素具体进行选择。

进一步优化上述冷却塔的结构，如图1，所述中低温冷却段1与所述高温冷却段2连接处呈喉口式结构。具体地，该喉口式结构可采取如下的结构：该喉口式结构包括上部变径炉段和下部匀径炉段，其中，上部变径炉段为高温冷却段2底部的塔体且为自上而下呈渐缩式结构，上述下部匀径炉段为中低温冷却段1顶部的塔体，二者之间连通构成炉料下降通道，连通处的塔体尺寸即为上述上部变径炉段的底端塔体尺寸。当然，上述的喉口式结构也可包括上部变径炉段和下部变径炉段，自上而下方向，上述上部变径炉段呈渐缩式结构，上述下部变径炉段呈渐扩式结构。通过上述喉口式结构，一方面可起到导流作用，可控制炉料的下降速度，引导炉料均匀地自高温冷却段2进入中低温冷却段1内，同时，还可增加烟气与高温冷却段2内炉料接触的时间，提高冷却效果及余热回收效果；另一方面，考虑到在中低温冷却段1有部分烟气经第二烟气出口被引出至塔体外，余留在塔体内的烟气的压降较大，通过上述的喉口式结构，可增大进入高温冷却段2的烟气的速度及弥散效果，从而提高与高温冷却段2内的炉料的换热效果。

进一步优化上述冷却塔的结构，如图1，上述的第一烟气出口连接有第一烟气管路8，上述的第二烟气出口连接有第二烟气管路9，在第一烟气管路8与第二烟气管路9上均设有控制阀。通过调节第一烟气管路8与第二烟气管路9上的控制阀的开度，可以调节进入高温冷却段2内的烟气量，起到调节高温冷却段2内的冷却能力及高温烟气的温度的作用。

进一步优化上述冷却塔的结构，如图1，于所述高温冷却段2顶部连接有预存段3，可以起到预存炉料的作用，可协调待冷却物料供应速度与冷却塔冷却速度之间的差异，避免因生产节奏的变化引起冷却塔工作节奏的较大的变化，保证冷却塔工作的稳定性。以将本冷却塔应用于烧结矿/金属化球团的冷却，并将上述的高温烟气和/或中温烟气进行余热利用发电的方式为例，通过上述的预存段3，可保证主工艺短时间停机时汽轮机不停机。

本实施例中，本冷却塔采用的冷却气体可以为空气或惰性气体。

实施例二

如图1，本发明实施例涉及一种余热利用系统，包括余热锅炉7及上述实施例一所提供的冷却塔，所述第一烟气出口与所述余热锅炉7的烟气入口连通。

作为本实施例的优选结构之一，上述冷却塔采用包括有第二烟气出口的结构，即在中低温冷却段1顶部设有第二烟气出口；对应地，所述余热锅炉7具有高温段烟气入口和低温段烟气入口，所述第一烟气出口通过第一烟气管路8与所述高温段烟气入口连通，所述第二烟气出口通过第二烟气管路9与所述低温段烟气入口连通；所述第一烟气管路8与所述第二烟气管路9上均设有控制阀。通过调节第一烟气管路8与第二烟气管路9上的控制阀的开度，控制进入高温冷却段2的烟气量，从而控制进入余热锅炉7中的烟气温度，实现对蒸汽温度的调节，保证蒸汽温度较稳定，尽量减少蒸汽喷水减温，减少换热温差损失。

进一步地，如图1，该余热利用系统还包括调节旁路10，所述调节旁路10两端分别连接于所述第一烟气管路8与所述第二烟气管路9上，其中，在所述第一烟气管路8上的旁接点位于所述第一烟气管路8上的控制阀与所述高温段烟气入口之间。进一步在该调节旁路10上设置调节阀，该调节阀可以为流量调节阀等，本实施例中，该调节阀优选为采用单向阀，流通方向为自第二烟气管路9流向第一烟气管路8。通过上述调节旁路10，可将部分的中温烟气送入余热锅炉7的高温段烟气入口进行余热利用，可以调节进入余热锅炉7的高温换热段的烟气温度，使得输入余热锅炉7的烟气热量保持相对稳定，避免蒸汽温度发生较大的波动。

进一步优选地，如图1，在所述高温冷却段2内还设有高温过热器4，所述余热锅炉7的蒸汽出口与所述高温过热器4连通，余热锅炉7产生的高温蒸汽送入该高温过热器4中进一步提高蒸汽的温度，从而提高炉料(烧结矿/金属化球团)的余热利用率。

如图1，在上述第一烟气管路8和第二烟气管路9上均设有除尘器11和引风机，每一管路上的除尘器11和引风机沿烟气流通方向依次布置。上述除尘器11可采用旋风除尘器等常用的除尘器。

另外，如图1，优选地，冷却塔的冷却气体入口与上述余热锅炉7的烟气出口连通，可实现烟气的循环利用，在高效利用炉料(烧结矿/金属化球团)余热的同时，实现废气零排放，具有良好的环保性能。上述的冷却气体入口与上述的余热锅炉7的烟气出口通过第三烟气管路12连通，在该第三烟气管路12上可设置引风机及控制阀。进一步地，可在该第三烟气管路12上连接放散管路13，在该放散管路13上设置放散控制阀，其中，该放散管路13与第三烟气管路12的连接点应位于余热锅炉7的烟气出口与该第三烟气管路12上的控制阀之间。在紧急工况下或其他必要工况下，可打开上述放散控制阀，保证系统安全。

以烧结矿/金属化球团的冷却为例，上述余热利用系统的具体工作过程大致包括：

(1)正常运行时关闭放散控制阀，打开第三烟气管路12上的控制阀，余热锅炉7排放的烟气送入风帽中，进入中低温冷却段1中冷却烧结矿/金属化球团。部分中温烟气经过中低温冷却段1上的第二烟气出口排出塔体外进行余热利用；剩余部分的中温烟气进入高温冷却段2冷却烧结矿/金属化球团，而后经过高温冷却段2上的第一烟气出口排出塔体外进行余热利用。

(2)第一烟气出口排出的高温烟气送入余热锅炉7的高温换热段进行余热利用。第二烟气出口排出的中温烟气，部分或全部送入余热锅炉7的低温换热段进行余热利用，其中，送入余热锅炉7的低温换热段的中温烟气量依据第一烟气管路8上的控制阀的开度及第二烟气管路9上的控制阀的开度确定，可视实际情况将部分中温烟气经调节旁路10送入余热锅炉7的高温换热段进行余热利用。

(3)余热锅炉7产生的高温蒸汽送入高温过热器4中进一步提升蒸汽的温度，从而提升余热利用率。

(4)冷却后的烧结矿/金属化球团经冷却塔底部的出料口排出塔体外，供其他工艺使用。

(5)余热锅炉7的出口烟气正常运行时全部经过第三烟气管路12送入风帽中冷却烧结矿/金属化球团。事故时或必要工况下，余热锅炉7的出口烟气经过放散管路13排入大气。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种冷却塔，包括塔体，所述塔体顶部设有入料口及第一烟气出口，所述塔体底部设有出料口及冷却气体入口，所述塔体包括有至少一段倾斜布置的炉料冷却段；所述塔体包括自上而下依次连接的高温冷却段和中低温冷却段，其中，所述中低温冷却段倾斜布置，所述入料口及所述第一烟气出口均设于所述高温冷却段顶部，其特征在于：所述出料口及所述冷却气体入口均设于所述中低温冷却段底部；

所述中低温冷却段顶部设有第二烟气出口，且所述第二烟气出口靠近所述高温冷却段；所述中低温冷却段与所述高温冷却段连接处呈喉口式结构。

2.如权利要求1所述的冷却塔，其特征在于：所述高温冷却段与所述中低温冷却段的长度之比在1:1～1:7范围内。

3.如权利要求1所述的冷却塔，其特征在于：于所述高温冷却段顶部连接有预存段。

4.一种余热利用系统，其特征在于：包括余热锅炉及如权利要求1所述的冷却塔，所述第一烟气出口与所述余热锅炉的烟气入口连通。

5.如权利要求4所述的余热利用系统，其特征在于：所述中低温冷却段顶部设有第二烟气出口；

所述余热锅炉具有高温段烟气入口和低温段烟气入口，所述第一烟气出口通过第一烟气管路与所述高温段烟气入口连通，所述第二烟气出口通过第二烟气管路与所述低温段烟气入口连通；所述第一烟气管路与所述第二烟气管路上均设有控制阀。

6.如权利要求5所述的余热利用系统，其特征在于：还包括调节旁路，所述调节旁路两端分别连接于所述第一烟气管路与所述第二烟气管路上，其中，所述第一烟气管路上的旁接点位于所述第一烟气管路上的控制阀与所述高温段烟气入口之间。

7.如权利要求4至6中任一项所述的余热利用系统，其特征在于：在所述高温冷却段内还设有高温过热器，所述余热锅炉的蒸汽出口与所述高温过热器连通。