CN109269308B - 一种利用烧结烟气与烧结矿换热的竖式冷却器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用烧结烟气与烧结矿换热的竖式冷却器及方法，属于烟气净化和余热回收技术领域。该密闭式竖式冷却器包括烧结烟气单元、冷空气单元及热烟气处理单元等；烧结烟气单元包括烧结烟气中心主管道、烧结烟气中心上气帽、下气帽、烧结烟气分区管道、烧结烟气分区气帽；烧结烟气通过烧结烟气中心上气帽、下气帽及烧结烟气分区气帽出口与烧结矿进行两次气‑固两相逆向换热；冷空气通过在烧结矿分区上料斗和环缝冷却室对烧结矿进行两次冷却，冷却后的烧结矿温度小于150℃，热烟气经通过引风系统引出；本发明通过烧结烟气和冷空气对红热烧结矿进行换热，实现烧结矿显热和烧结烟气余热的高效回收，回收率达80～85％，为后续烧结烟气脱硝提供了条件。

Description

一种利用烧结烟气与烧结矿换热的竖式冷却器及方法

技术领域

本发明属于冶金制造节能减排技术领域，尤其涉及利用烧结烟气与烧结矿换热的竖冷器及方法，属于烟气净化和余热回收技术领域。

背景技术

烧结过程中的余热利用可分为两个阶段：烧结和冷却。在烧结阶段，燃料燃烧释放大量的热能；在冷却阶段，烧结矿显热在被冷却的过程中释放大量的中低温热能。在传统的烧结工艺中这两部分余热资源都以废气的形式排入大气中，造成了环境污染和资源浪费。

我国烧结工序能耗占钢铁工业总能耗的12％，蕴含着巨大的余热回收潜力。目前，大、中型烧结机采用带式冷却机或环形冷却机冷却。在显热回收与利用上存在漏风率高(30％以上)，风量大，热废气品质低等弊端。回收热量约占烧结矿显热的23％，国内余热发电6～18kWh/t-烧结矿。

在烧结矿冷却过程中，高温烧结矿显热的高效回收与利用是降低烧结工序能耗的有效途径，而冷却工艺或装置的选择又是决定余热回收效率的关键。目前，鼓风环式冷却机是国内外采用最为广泛的一种烧结矿冷却设备，其本质是气-固传热的固定床。这种冷却回收方式存在着漏风严重、回收余热品位和效率偏低等问题。

烧结余热的高效回收及利用是降低烧结生产能耗的重要措施。对比而言，烧结矿显热基数较大，可被空气为载体所高效携带。而烧结烟气显热数量较少，品质低(烧结烟气的平均温度只为150～200℃)，且其中成分复杂多样，尤其是多种污染气体及粉尘等沿着烧结机长度发生改变。有鉴于此，烧结矿显热部分的高效收集和利用是整个烧结减能增效的中心。

目前国内冷却烧结矿主要采用鼓风式环冷或带冷工艺，存在故障率高、维修频繁且难度大、运行电耗高、漏风点多、漏风量大(超过30％)、热参数波动大、冷却效果差、返矿率高等弊端。烧结矿在冷却的过程中，热能变为废气显热，废气温度在100～360℃之间，具有余热总量大、含尘量高、污染严重等特点，一直是钢铁生产余热利用和环境治理的难点。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种利用烧结烟气与烧结矿换热的竖式冷却器及方法，用以解决现有技术中：(1)烧结机红热球团(即红热烧结矿)机上冷却显热无法充分利用；(2)环冷机漏风量大，显热回收效率低，换热后热烟气温度低，烟气热品质低；(3)烧结烟气余热未能得到回收利用，大量热能浪费未得到利用；(4)烧结烟气单独脱硝需要外供煤气补燃加热，能耗增加，成本高的技术问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种密闭式竖式冷却器，包括烧结烟气单元、冷空气单元及热烟气处理单元；烧结烟气单元包括烧结烟气中心主管道、烧结烟气中心上气帽、下气帽、烧结烟气分区管道、烧结烟气分区气帽；烧结烟气分区管道与烧结烟气中心主管道连通，烧结烟气中心上气帽、下气帽与烧结烟气中心主管道连通，烧结烟气分区气帽与烧结烟气分区管道连通；烧结烟气分区根据竖式冷却器的炉型大小可分多个分区(至少1个以上分区和1个以上分区气帽)，例如分区气帽为四分区气帽、六分区气帽或八分区气帽；所述冷空气单元用于冷却烧结矿；烧结烟气处理单元出口设有烟气引风系统，所述烟气引风系统用于引出热烟气。

优选地，冷空气单元包括冷空气鼓风入口管道、冷空气下气箱、环缝冷却室、竖冷装置上横梁和上料斗边缝冷空气出气口；冷空气下气箱与冷空气鼓风入口管道相连，所述冷空气下气箱与环缝冷室、竖冷装置上横梁及上料斗边缝冷空气出气口连通；所述环缝冷却室由烧结矿分区上料斗和烧结分区下料斗之间的空腔部分构成。

优选地，竖式冷却器自上而下依次包括红热烧矿入料区、烧结矿蓄料区、烧结矿中心换热区、烧结矿分区换热区、烧结矿冷却区和烧结矿出料区。

优选地，热烟气处理单元包括热烟气透气环圈耐材结构、热烟气气室、热烟气气室支撑墙、热烟气输出管道；热烟气气室为环形并通过热烟气透气环圈耐材结构的气道与竖冷装置炉内烧结矿换热区相通；环形热烟气气室为负压运行，竖冷装置炉内换热后热烟气通过透气环圈耐材结构的气道进入环形热烟气气室，并通过烟气引风系统引出竖式冷却器；热烟气气室支撑墙用于防止烧结矿蓄料区墙体耐材结构塌腰。

优选地，炉体结构单元包括竖冷炉体环形钢结构、换热后热烟气气室人孔、竖冷中心分料抗磨横梁、竖冷装置横梁、竖冷装置横梁抗磨护罩、烧结矿分区上料斗、分区上料斗边部抗磨护罩、分区上料斗抗磨结构、烧结矿分区下料斗、分区下料斗抗磨结构、烧结矿分区出料锥管、分区出料直管、分区振动出料机和竖冷装置底座；

竖冷炉体钢结构通过竖冷装置横梁及竖冷钢支座安装于竖冷装置底座上；所述竖冷中心分料抗磨横梁用于烧结矿分区拨料。

优选地，竖式冷却器处理的烧结矿毛矿量为50t/h～750t/h，所述竖式冷却器有效内径为4m～17.5m，所述竖式冷却器有效换热段高度为2m～8m。

一种利用烧结烟气与烧结矿换热的方法，包括以下步骤：

S1.将红热烧结矿从竖式冷却器顶部的烧结矿入料区下料，并经烧结矿蓄料区进入烧结矿换热区；

S2.将烧结烟气经烧结烟气中心主管道依次鼓入烧结烟气中心下气帽和烧结烟气中心上气帽，烧结烟气与烧结矿进行一次换热；

S3.烧结烟气经烧结烟气中心主管道和烧结烟气分区管道进入烧结烟气分区气帽，烧结烟气与烧结矿进行二次换热；

S4.经过换热后的烧结矿进入烧结矿冷却区，冷空气在各个烧结矿分区上横梁和上料斗边缝冷空气出气口对烧结矿进行一次冷却，并在各个环缝冷却室对烧结矿进行二次冷却；

S5.二次冷却后的烧结矿经烧结矿出料单元排出竖式冷却器；热交换后的烧结烟气和冷空气混合形成热烟气，所述热烟气通过烟气引风系统引出竖式冷却器。

优选地，S2步骤中，将温度为105～180℃的烧结烟气鼓入到烧结烟气中心主管道内，并沿烧结烟气中心主管道进入到烧结烟气中心上气帽和烧结烟气中心下气帽内；同时通过烧结烟气中心上气帽和烧结烟气中心下气帽进入竖式冷却器炉体内，对烧结矿进行气-固逆相换热。

优选地，S3步骤中，换热后的烧结矿经竖冷中心分料抗磨横梁进行分区拨料，将烧结矿分拨到各个烧结烟气分区气帽侧，从各个烧结烟气分区气帽出来的烧结烟气对烧结矿进行二次气-固逆相热交换。

优选地，S4步骤中，将温度为0～20℃的冷空气经冷空气下气箱内鼓入各个烧结矿分区上横梁及上料斗边缝冷空气出气口和各个环缝冷却室，分别对烧结矿进行冷却，冷却后的烧结矿出料温度小于小于150℃。

与现有就相比，本发明具有以下有益效果：

(1)竖式冷却器漏风率大大降低：竖式冷却采用密闭的腔室对烧结矿进行冷却，良好的气密性使其漏风率接近于零。竖式冷却全过程负压运行，无粉尘排放。

(2)冷却设备气固换热效率提髙：竖式冷却器采用逆向换热，烧结矿从换热器的顶部进入，底部排出；冷却介质从冷却器的下部鼓风送入，上部抽出，这样就实现了逆向换热，使换热装置效率得到较大提高，热烧结矿显热的利用率超过80％。

(3)采用烧结烟气作为冷却介质，回收了烧结烟气的余热，提高了换热后烟气的温度为烧结烟气后续脱硝创造了有利条件，无需后续补燃脱硝。

(4)热废气品位提髙：竖式冷却器的逆向换热方式使得热废气温度趋于稳定，全面提高了回收烧结矿显热的质量，同时使得所有冷却机出口热废气温度保持在320～550℃这样一个较高的水平上，比常规冷却机出口热废气温度高出150℃以上。

(5)改善产品质量：竖式冷却由于冷却风由下往上流动，而热烧结矿由上往下运动，同时冷却时间长2～3.5h，料层厚度一般4～6m，烧结矿冷速慢，烧结矿粉化率降低～10％，有利于提高烧结矿强度和产量，有利于高炉提高产量。

(6)运行费用低：竖式冷却的关键部位采用耐热耐磨合金材料，结构形式充分考虑到在高温条件下热应力对其产生的影响，因此使用寿命较长，不易变形，使用周期内免维护。一次寿命超过3年。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明提供的利用烧结烟气与烧结矿换热的竖冷装置结构正视图；

图2a为本发明提供的利用烧结烟气与烧结矿换热的竖冷装置俯视图(烧结烟气四分区气帽)；

图2b为本发明提供的利用烧结烟气与烧结矿换热的竖冷装置俯视图(烧结烟气六分区气帽)；

图2c为本发明提供的利用烧结烟气与烧结矿换热的竖冷装置俯视图(烧结烟气八分区气帽)；

附图标记：

1-烧结烟气中心主管道；2-烧结烟气中心上气帽；3-烧结烟气中心下气帽；4-烧结烟气分区气帽；5-烧结烟气进入管道；6-烧结矿分区上料斗；7-烧结矿分区下料斗；8-竖冷横梁框架；9-竖冷横梁抗磨护罩；10-竖冷中心分料抗磨横梁；11-上料斗边部耐磨护罩；12-分区气帽管道耐磨护罩；13-分区下料斗抗磨结构；14-分区上料斗抗磨结构；15-烧结矿入料区；16-烧结矿蓄料区；17-烧结矿换热区；18-烧结矿冷却区；19-烧结矿出料区；20-竖冷炉体；21-上锥段耐材结构；22-烟气室耐材结构；23-热烟气气室；24-墙体耐材结构；25-热烟气透气环圈耐材结构；26-热烟气气室支撑墙；27-热烟气输出管道；28-烟气引风系统；29-烧结矿出料锥管；30-烧结矿出料直管；31-冷空气下气箱；32-冷却后烧结矿出料皮带；33-竖冷装置底座；34-振动出料机；35-出料皮带罩；36-竖冷钢支座；37-冷空气鼓风入口管道、38-竖冷装置下横梁。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供了一种密闭式竖式冷却器，包括烧结烟气单元、冷空气单元及热烟气处理单元；烧结烟气单元包括烧结烟气进入管道5、烧结烟气中心主管道1、烧结烟气中心上气帽2、下气帽3、烧结烟气分区管道和烧结烟气分区气帽4；烧结烟气中心主管道1与鼓风入口管道连通，烧结烟气分区管道与烧结烟气中心主管道1连通，烧结烟气中心上气帽2、下气帽3串列一起与烧结烟气中心主管道1的上端连通，烧结烟气分区气帽4与烧结烟气分区管道连通。烧结烟气分区风帽4根据竖式冷却器的炉型大小分为四分区气帽、六分区气帽或者八分区气帽(至少1个以上分区的多个分区)；四分区、六分区或者八分区气帽均匀分布在所述烧结烟气中心上、下气帽的周向上；冷空气单元用于冷却烧结矿；烧结烟气处理单元出口设有烟气引风系统，烟气引风系统用于引出热烟气。

具体地，如图1所示，从烧结机中烟气管道抽出的烧结烟气温度为105～180℃，烧结烟气经电除尘后，由鼓风机将烧结烟气经过烧结烟气进入管道5鼓入烧结烟气中心主管道1，烧结烟气中心主管道1上端设有烧结烟气中心上气帽2，接连设有烧结烟气中心下气帽3，烧结烟气中心上、下气帽均为锥形结构，锥形结构气帽设有烧结烟气出口；烧结烟气中心主管道1为竖向设置，在烧结烟气中心下气帽3底下设有烧结烟气分区管道，烧结烟气分区管道的两端分别设有烧结烟气分区气帽4，两个烧结烟气分区气帽4均为锥形结构且设有烧结烟气放射状出口；经电除尘后的烧结烟气经烧结烟气中心主管道1并通过烧结烟气中心上气帽2和烧结烟气中心下气帽3进入竖冷装置炉体内，对烧结矿进行第一次换热；烧结烟气分区管道内的烧结烟气进入烧结烟气分区气帽4，对经第一次换热后的烧结矿进行二次分区换热。需要说明的是，为了充分对烧结矿进行换热，并保证烧结烟气分布均匀性，如图2a、图2b和图2c所示，烧结烟气分区风帽4根据竖冷竖式冷却器的炉型大小可以分为四分区气帽、六分区气帽或者八分区气帽；其中四分区、六分区或者八分区气帽均匀分布在烧结烟气中心上、下气帽的周向上；为了形成密闭式的竖式冷却器，烧结烟气处理单元出口设有烟气引风系统，使换热后热烟气气室23内压力为负压，负压运行用于保证竖式冷却器内换热后的热烟气通过热烟气透气环圈耐材结构25的气道进入环形热烟气气室23，并通过后续引风系统将热烟气从竖式冷却器内抽出，最终输出的热烟气温度320～550℃，热烟气经热烟气输出管道27，进入后续脱硝、余热锅炉、脱硫和除尘系统。

与现有技术相比，本发明通过在烧结烟气中心主管道1上设置烧结烟气中心上气帽2和烧结烟气中心下气帽3，在各个烧结矿分区管道上设烧结矿分区气帽，从而对烧结矿进行两次逆相气-固换热，充分回收了烧结矿的显热，提高了烧结矿显热的回收效率，换热后的热烟气用于后续脱硝工艺，达到了节能减排的目的。

为了对烧结矿进行充分的冷却，竖式冷却器还包括冷空气单元；冷空气单元包括冷空气鼓风入口管道37、冷空气下气箱31、竖冷装置分区上横梁和上料斗边缝冷空气出气口、环缝冷却室；冷空气下气箱31与冷空气鼓风入口管道相连，冷空气下气箱31与竖冷装置分区上横梁及上料斗边缝冷空气出气口、环缝冷却室连通；冷空气经冷空气鼓风入口管道进入冷空气下气箱31，冷空气下气箱31中的少部分冷空气经分区竖冷装置上横梁和上料斗边缝冷空气出口进入炉体内；冷空气下气箱31中的大部分冷空气进入环缝冷却室；环缝冷却室由烧结矿分区上料斗6和烧结分区下料斗之间的空腔部分构成；

具体地，冷空气鼓风入口管道37一端与冷冷空气鼓风机连通，另一端与冷空气下气箱31连通，冷空气(温度为0℃～20℃)通过鼓风机由冷空气鼓风入口管道37鼓入，并经过通过冷空气下气箱31进入环缝冷却室，环缝冷却室是由烧结矿分区上料斗6和烧结矿分区下料斗7形成的环形空腔结构；大部分的冷空气通过各个分区环缝冷却室冷却烧结矿，小部分冷空气由竖冷装置各分区上横梁及上料斗边缝冷空气出气口进入竖式冷却器炉体内，冷空气在烧结矿分区上料斗6上部周边内对烧结矿进行第三次换热(即第一次冷却)，并在各分区环缝冷却室内对经第三次换热的烧结矿进行第四次换热(即第二次冷却)，经过四次换热后的烧结矿的温度小于150℃，不仅高效回收了烧结矿的显热，并且确保了烧结矿不会烧坏出料皮带32。

为了防止竖冷装置漏风，提高烧结矿显热回收率，本发明采用竖冷装置为密闭式竖式冷却器，竖式冷却器炉内按自上而下依次包括红热烧矿入料区15、烧结矿蓄料区16、烧结矿换热区17、烧结矿冷却区18和烧结矿出料区19；烧结矿换热区17包括烧结矿中心换热区和多个烧结矿分区换热区。示例性地，首先，红热烧结矿从烧结机台车上倾倒入单齿破碎机破碎后，进入中间料仓，通过斜桥上料车提升至竖冷装置顶部，此时，红热烧结矿温度为550℃～800℃，从顶部料斗进入竖冷装置内，如图1所示。红热烧结矿自上而下依次进过烧结矿入料区15、烧结矿蓄料区16、烧结矿中心换热区、烧结矿分区换热区、烧结矿冷却区18和烧结矿出料区19，烧结矿在烧结矿换热区首先与烧结烟气进行逆向气-固换热，然后与冷空气进行换热并冷却，烧结矿的显热被回收，经烧结矿冷却区18后，最终排出竖式冷却器。

与现有冷却设备相比，首先，密闭式竖式冷却器的漏风率大大降低：竖式冷却采用密闭的腔室对烧结矿进行冷却，良好的气密性使其漏风率接近于零；竖式冷却全过程负压运行，无粉尘排放。其次，竖式冷却器气固换热效率提髙：竖式冷器却采用逆向换热，烧结矿从竖式冷却器的顶部进入，底部排出；冷却介质从冷却器的下部鼓风送入，上部抽出，这样就实现了逆向换热，使换热装置效率得到较大提高，热烧结矿显热的利用率超过80％。再次，竖式冷却器热废气品位提高：竖式冷却器的逆向换热方式使得热废气温度趋于稳定，全面提高了回收烧结矿显热的质量，同时使得所有冷却机出口热废气温度保持在320～550℃这样一个较高的水平上，比常规冷却机出口热废气温度高出150℃以上。

为了将换热后的热烟气排出竖式冷却器，如图1所示，热烟气处理单元包括热烟气透气环圈耐材结构25、换热后热烟气气室23、热烟气气室支撑墙26、热烟气输出管道27；环形热烟气气室23通过热烟气透气环圈耐材结构25的气道与竖冷装置炉内烧结矿换热区17相通；热烟气输出管道27与环形热烟气气室23相通；热烟气气室支撑墙26用于防止烧结矿蓄料区16墙体耐材结构24塌腰。具体地，如图1所示，由于换热后热烟气输出管道27与烟气引风系统28连通，换热后的热烟气(包括换热后的烧结烟气和冷空气)不会进入烧结矿储料区，而是通过热烟气透气环圈耐材结构气道直接进入换热后热烟气气室23内，换热后热烟气气室23为环形结构，并与换热后热烟气输出管道27连通；因此，与烧结矿进行了四次换热后的热烟气，通过热烟气透气环圈耐材结构25的环形分布气道由烟气引风系统28产生的负压抽入环形的换热后热烟气气室23，热烟气的温度分为320～550℃，该热烟气再由热烟气输出管道27引出，进入后续的脱硝塔、余热锅炉、脱硫系统及除尘系统，需要说明的是，由于后续脱硝塔、余热锅炉、脱硫系统及除尘系统不涉及本发明的创造性内容，这里不再赘述其具体工艺过程。通过以上烧结烟气及冷空气与红热烧结矿进行四次换热，实现了烧结矿显热和烧结烟气余热的高效回收，回收率达80～85％，为后续烧结烟气脱硝提供了条件。

为了最大程度的减小烧结矿对竖式冷却器的磨损破坏，提高竖式冷却器的使用寿命，炉体结构单元包括竖冷炉体20环形钢结构、换热后热烟气气室人孔、竖冷中心分料抗磨横梁10、竖冷装置横梁、竖冷装置横梁抗磨护罩、烧结矿分区上料斗6、分区上料斗边部抗磨护罩、分区上料斗抗磨结构14、烧结矿分区下料斗7、分区下料斗抗磨结构13、及烧结矿分区下料斗7；烧结矿分区下料斗7与烧结矿出料单元连通；竖冷炉体环形钢结构通过竖冷钢支座36和竖冷横梁框架8安装于竖冷装置底座33上；竖冷中心分料抗磨横梁10用于烧结矿分区拨料；竖冷装置上横梁和竖冷装置下横梁均与炉体环形钢结构及烧结烟气中心主管道1相连，烧结矿分区上料斗6固定于竖冷装置相邻上横梁的两侧，烧结矿分区下料斗7固定于竖冷装置相邻下横梁36的两侧，烧结烟气中心主管道1与竖冷装置上横梁和竖冷装置下横梁固定连接，烧结矿出料单元与烧结矿分区下料斗7固定连接。

示例性地，竖冷装置底座33固定于水平地面基础上，竖冷钢支座36设于竖冷装置底座33上方，竖冷炉体钢结构通过竖冷钢支座36和竖冷横梁框架8安装于竖冷装置底座33上，在上、下气帽下部中心主管道1上设有竖冷中心分料抗磨横梁10，竖冷中心分料抗磨横梁10用于将从烧结烟气中心上气帽、下气帽换热后的烧结矿进行分区拨料，将烧结矿拨到各个烧结矿分区气帽上，进行第二次换热；各个烧结分区气帽底下分别设有烧结分区上料斗和烧结分区下料斗，烧结分区上料斗和烧结分区下料斗之间的空腔结构构成环缝冷却室，大量的冷空气处于环缝冷却室内并对烧结矿进行第四次换热(即第二次冷却)；烧结分区上料斗和烧结分区下料斗的均为锥形状，并且烧结分区上料斗的出料口直径小于烧结分区下料斗的进料口直径，冷空气通过冷空气下气箱31与左右烧结分区下料斗之间的缝隙进入到烧结分区下料斗中；竖冷炉体20钢结构通过竖冷横梁框架8和竖冷钢支座36安装于竖冷装置底座33上；竖冷装置上横梁和竖冷装置下横梁组成竖冷横梁框架结构8，均与炉体环形钢结构和烧结烟气中心主管道1轴线方向垂直连接，烧结矿分区上料斗6固定于竖冷装置相邻上横梁的两侧，烧结矿分区下料斗7固定于竖冷装置相邻下横梁的两侧，烧结烟气中心主管道1的上端与下端分别与竖冷装置上横梁和竖冷装置下横梁固定连接。烧结矿分区上料斗6和烧结矿分区下料斗7内部分别设置有分区上料斗抗磨结构14和分区下料斗抗磨结构13，其目的是为了减少烧结矿对其磨损，提高烧结矿分区上料斗6和烧结矿分区下料斗7的使用寿命；炉体结构单元内其它与烧结矿接触部位均设置抗磨护罩，例如竖冷装置上横梁设有竖冷装置上横梁抗磨护罩9，烧结分区上料斗6边部设有上料斗边部耐磨护罩11，烧结烟气分区管道设有分区气帽管道耐磨护罩12；烧结矿出料单元与烧结矿分区下料斗7固定连接；需要说明的是，设置换热后热烟气气室人孔的目的是，当热烟气气室23内的结构或者管道出现意外或者突发状况时，维修人员可以通过人孔进入到热烟气气室23内并对其进行维修。

为了输出冷却后的烧结矿，烧结矿出料单元包括烧结矿出料锥管29、烧结矿出料直管30、烧结矿振动出料机34构成冷却后烧结矿下料系统；烧结矿出料锥管29的上端与烧结矿分区下料斗7连通，烧结矿出料锥管29的下端与烧结矿出料直管30连通，烧结矿出料直管30端口设有振动出料机，振动出料机底部设有出料皮带罩35，出料皮带罩35底部设有烧结矿出料皮带32。

出料皮带罩35用于确保烧结矿落料点粉尘不逸散，冷却后烧结矿出料温度小于150℃，避免烧坏出料皮带32。

为了减少竖式冷却器的热量散失，炉体耐材结构单元包括上锥段耐材结构21、烧结矿蓄料区16墙体耐材结构24、热烟气气室耐材结构22、透气环圈耐材结构25、烧结矿换热区17耐材结构、换热后热烟气输出管道27耐材结构组成；上锥段耐材结构21和烧结矿换热区17耐材结构从炉内向外分为三层，依次为耐热重质抗磨耐火砖或浇注料层、隔热砖层及保温棉或保温毡层；热烟气气室耐材结构22和热烟气输出管道27耐材结构采用耐火砖、浇注料、轻质隔热砖、轻质浇注料、保温棉或保温毡中的一种；烧结矿蓄料区16墙体耐材结构24采用重质抗磨耐火砖；热烟气透气环圈耐材结构25采用重质抗磨耐火浇注料预制件堆砌而成。

为了随时检测竖式冷却器的运行状况，烧结烟气和冷空气的进气管道及热烟气的出口管道上均设有在线检测装置，用于检测烧结烟气、冷空气及热烟气的温度、压力和流量；烧结矿出料直管30处设有温度检测仪，并通过振动出料机34变频控制烧结矿下料量。具体地，为了更充分的回收红热烧结矿的显热，烧结烟气和冷空气的流量、温度和压力均设置在线检测仪，其目的是为了随时获取竖式冷却器内烧结矿与烧结烟气和冷空气的换热情况；换热后的烧结烟气与冷空气混合形成热烟气，该热烟气通过热烟气输出管道27引出竖式冷却器，输出的热烟气的温度和压力直接影响了后续的脱硝、余热回收和脱硫工艺，所以需要检测输出热烟气的温度和压力；为了实现连续的对烧结矿进行显热回收，烧结矿在竖式冷却器内的烧结矿蓄料高度、烧结矿温度及竖式冷却器顶部的同样设有在线检测装置；为了避免冷却后的烧结矿温度过高烧坏出料皮带32，冷却后烧结矿下料温度设有在线检测仪，并通过分区振动出料机34变频控制烧结矿下料量。

本发明提供的竖式冷却器处理的烧结矿毛矿量为50t/h～750t/h，竖式冷却器根据处理烧结矿毛矿量的不同，竖式冷却器有效内径为4m～17.5m，竖式冷却器有效换热段高度在2m～8m。竖式冷却器的有效内径是指竖式冷却器炉体的烧结矿换热区17的空腔内径，有效内径一方面保证竖冷器处理烧结矿能力，另一方面确定烧结矿换热空塔速度，即换热介质(烧结烟气和冷空气)的流速；有效换热段高度是指竖式冷却器的烧结矿换热区17的高度，确定了烧结矿在换热区内有足够的换热时间，保证烧结矿能够冷却到一定温度进入分区冷却；本发明提供的竖式冷却器能够同时处理的烧结矿毛矿量高达750t/h，烧结矿换热区17高度达～7.5m。

另一方面，本发明还提供了一种利用烧结烟气与烧结矿换热的方法，包括以下步骤：

S1.将红热烧结矿从竖式冷却器顶部的烧结矿入料区15进行下料，并经烧结矿蓄料区16进入烧结矿换热区17；

S2.将烧结烟气经烧结烟气中心主管道1依次鼓入烧结烟气中心下气帽3和烧结烟气中心上气帽2，烧结烟气与烧结矿进行一次换热；

S3.烧结烟气经烧结烟气中心主管道1和烧结烟气分区管道5进入烧结烟气分区气帽4，烧结烟气与烧结矿进行二次分区换热；

S4.经过换热后的烧结矿进入烧结矿冷却区18，冷空气在烧结矿各分区上料斗上部周边对烧结矿进行一次冷却，并在环缝冷却室对烧结矿进行二次冷却；

S5.二次冷却后的烧结矿经烧结矿出料单元排出竖式冷却器；热交换后的烧结烟气和冷空气混合形成热烟气，所述热烟气通过烟气引风系统引出竖式冷却器；

具体地，首先，红热烧结矿从烧结机台车上倾倒入单齿破碎机破碎后，进入中间料仓，通过斜桥上料车提升至竖式冷却器顶部，此时，红热烧结矿温度为550℃～800℃，从顶部料斗进入竖式冷却器内，如图1所示。红热烧结矿自上而下依次进过烧结矿入料区15、烧结矿蓄料区16进入到烧结矿中心换热区和各个烧结矿分区换热区；此时，将温度为105～180℃的烧结烟气鼓入到烧结烟气中心主管道1内，并沿烧结烟气中心主管道1进入到烧结烟气中心上气帽2和烧结烟气中心下气帽3内；同时，并通过烧结烟气中心上气帽2和烧结烟气中心下气帽3放射状进入竖式冷却器炉体内，对烧结矿进行气-固逆相一次换热，换热后烧结矿温度降低；换热后的烧结矿经竖冷中心分料抗磨横梁10进行分区拨料，将烧结矿分拨到各个烧结烟气分区气帽4，从各个烧结烟气分区气帽4出来的烧结烟气对烧结矿进行二次气-固逆相热交换。烧结矿经烧结烟气换热后，烧结矿温度仍然高于150℃，为了避免烧坏出料皮带，将温度为0～20℃的冷空气经冷空气下气箱内鼓入竖冷装置各分区上横梁及上料斗边缝冷空气出气口和各分区环缝冷却室内，分别对烧结矿进行冷却，冷却后的烧结矿出料温度小于150℃。

实施例1

就某钢厂400m²带式烧结机，将环冷改造为竖式冷却器，通过鼓入烧结烟气将烧结矿从600-750℃冷却至150℃以内，对烧结矿显热进行回收并对烧结烟气脱硫脱硝，余热产生蒸汽并网或发电。

处理烧结矿612.5t/h(折成品矿450t/h)；

该带式烧结机东、西侧主烟道烟气量、烟气温度和主要烟气成分实测见表1所示。

表1 400m²带烧机主烟道烟气量及成分

本实施例将东侧主烟道编为第一路主烟道(与东侧23个风箱相连)，西侧主烟道编为第二路主烟道(与西侧23个风箱相连)。第一路主烟道烟气145.6℃经原有第一电除尘器后从Ⅰ^#主抽风机后引出由鼓风机鼓入竖式冷却装置与600-750℃烧结矿进行逆向换热后，换热后的热烟气温度5℃(见表2)，经旋风除尘后，与第二路主烟道经原有第二电除尘器后从Ⅱ^#主抽风机后引出的温度150.3℃烟气进行混合，混合后烟气温度为355.6℃。混合后烟气通过中温SCR脱硝(为启停炉时，设置补燃烧嘴)，NOx浓度降到35.25mg/Nm³。

表2 400m²带烧机第一路主烟道烟气竖冷换热后参数

序号	第一路主烟道	单位	参数
				1	烟气量	Nm<sup>3</sup>/h	564587.9
2	烟气温度	℃	5
				3	NOx浓度	mg/Nm<sup>3</sup>	8.37
4	SO<sub>2</sub>浓度	mg/Nm<sup>3</sup>	1008.01
				5	CO浓度	mg/Nm<sup>3</sup>	6336.34

实施例2

就某钢厂182m²步进式烧结机，将原机上冷却改造，采用竖式冷却方式，处理烧结矿343.5t/h(折成品矿274.8t/h)

根据烧结烟气的组分、含量及烧结烟气温度，将烧结机分为烧结机前段和烧结机后段，将烧结机前段温度低、NOx浓度高的烟气鼓入竖式冷却器内，如表3所示，通过与高温烧结矿进行气、固相热交换，冷却后烧结矿温度在150℃以下，通过皮带输出；回收烧结矿显热，获得320～420℃的热烟气，如表4所示，与烧结机后段SO₂浓度高烟气混合后，烟气温度280～300℃满足S-SCR脱硝脱二噁英的要求，脱硝后的烟气通过余热锅炉回收热量，经布袋除尘后，进行脱硫达标排放。

表3 182m²烧结机前/后段热交换后烟气温度

表4 182m²烧结机竖冷换热后参数

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用烧结烟气与烧结矿换热的竖式冷却器，其特征在于，包括烧结烟气单元、冷空气单元、热烟气处理单元及炉体结构单元；

所述烧结烟气单元包括烧结烟气中心主管道、烧结烟气中心上气帽、下气帽、烧结烟气分区管道、烧结烟气分区气帽；所述烧结烟气分区管道与烧结烟气中心主管道连通，烧结烟气中心上气帽、下气帽与烧结烟气中心主管道连通，烧结烟气分区气帽与烧结烟气分区管道连通；所述烧结烟气分区气帽根据竖式冷却器的炉型大小分为四分区气帽、六分区气帽或八分区气帽；所述冷空气单元用于冷却烧结矿；所述烧结烟气处理单元出口设有用于引出热烟气的引风系统；

所述冷空气单元包括冷空气鼓风入口管道、冷空气下气箱、环缝冷却室、竖冷装置横梁和上料斗边缝冷空气出气口；所述冷空气下气箱与冷空气鼓风入口管道相连，所述冷空气下气箱与环缝冷室、竖冷装置上横梁及上料斗边缝冷空气出气口连通；所述环缝冷却室由烧结矿分区上料斗和烧结分区下料斗之间的空腔部分构成。

2.根据权利要求1所述的利用烧结烟气与烧结矿换热的竖式冷却器，其特征在于，所述竖式冷却器自上而下依次包括红热烧矿入料区、烧结矿蓄料区、烧结矿中心换热区、烧结矿分区换热区、烧结矿冷却区和烧结矿出料区。

3.根据权利要求2所述的利用烧结烟气与烧结矿换热的竖式冷却器，其特征在于，所述热烟气处理单元包括热烟气透气环圈耐材结构、热烟气气室、热烟气气室支撑墙、热烟气输出管道；所述热烟气气室为环形并通过热烟气透气环圈耐材结构的气道与竖冷装置炉内烧结矿换热区相通；环形热烟气气室为负压运行，竖冷装置炉内换热后热烟气通过透气环圈耐材结构的气道进入环形热烟气气室，并通过烟气引风系统引出竖式冷却器；所述热烟气气室支撑墙用于防止烧结矿蓄料区墙体耐材结构塌腰。

4.根据权利要求1所述的利用烧结烟气与烧结矿换热的竖式冷却器，其特征在于，所述炉体结构单元包括竖冷炉体环形钢结构竖冷中心分料抗磨横梁、竖冷装置横梁、竖冷装置横梁抗磨护罩、烧结矿分区上料斗、分区上料斗边部抗磨护罩、分区上料斗抗磨结构、烧结矿分区下料斗、分区下料斗抗磨结构、烧结矿分区出料锥管、分区出料直管、分区振动出料机和竖冷装置底座；

所述竖冷炉体钢结构通过竖冷装置横梁结构及竖冷钢支座安装于竖冷装置底座上；所述竖冷中心分料抗磨横梁用于烧结矿分区拨料。

5.根据权利要求1-4任一项所述的利用烧结烟气与烧结矿换热的竖式冷却器，其特征在于，所述竖式冷却器处理的烧结矿毛矿量为50t/h～750t/h，所述竖式冷却器有效内径为4m～17.5m，所述竖式冷却器有效换热段高度为2m～8m。

6.一种利用烧结烟气与烧结矿换热的方法，其特征在于，根据权利要求1-5任一项所述的竖式冷却器，包括以下步骤：

S1.将红热烧结矿从竖式冷却器顶部的烧结矿入料区下料，并经烧结矿蓄料区进入烧结矿换热区；

S2.将烧结烟气经烧结烟气中心主管道依次鼓入烧结烟气中心下气帽和烧结烟气中心上气帽，烧结烟气与烧结矿进行一次换热；

S3.烧结烟气经烧结烟气中心主管道和烧结烟气分区管道进入烧结烟气分区气帽，烧结烟气与烧结矿进行二次换热；

S4.经过换热后的烧结矿进入烧结矿冷却区，竖冷装置上横梁及上料斗边缝出口冷空气在烧结矿分区上料斗对烧结矿进行一次冷却，环缝冷却室冷空气对烧结矿进行二次冷却；

S5.二次冷却后的烧结矿经烧结矿出料单元排出竖式冷却器；热交换后的烧结烟气和冷空气混合形成热烟气，所述热烟气通过烟气引风系统引出竖式冷却器。

7.根据权利要求6所述的利用烧结烟气与烧结矿换热的方法，其特征在于，所述S2步骤中，将温度为105～180℃的烧结烟气鼓入到烧结烟气中心主管道内，并沿烧结烟气中心主管道进入到烧结烟气中心上气帽和烧结烟气中心下气帽内；同时通过烧结烟气中心上气帽和烧结烟气中心下气帽进入竖式冷却器炉体内，对烧结矿进行气—固逆相换热。

8.根据权利要求7所述的利用烧结烟气与烧结矿换热的方法，其特征在于，所述S3步骤中，换热后的烧结矿经竖冷中心分料抗磨横梁进行分区拨料，将烧结矿分拨到烧结烟气分区气帽侧，从烧结烟气分区气帽出来的烧结烟气对烧结矿进行二次气—固逆相热交换。

9.根据权利要求6至8任一项所述的利用烧结烟气与烧结矿换热的方法，其特征在于，所述S4步骤中，将温度为0～20℃的冷空气经冷空气下气箱内鼓入竖冷装置上横梁及上料斗边缝冷空气出气口和环缝冷却室内，分别对烧结矿进行冷却，冷却后的烧结矿出料温度小于150℃。