CN109612283A - 一种硅铁矿热炉余热交换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅铁矿热炉余热交换系统，包括依次连通的进口烟箱、鳍片管组和出口烟箱；进口烟箱一端与硅铁矿热炉烟气出口连通，其另一端与烟道连接段的烟道进口连通；鳍片管组设于框架内，鳍片管组包括若干平行设置的鳍片管；鳍片管包括水管和设于水管上的鳍片；水管的弯头位于框架外，弯头与框架之间通过密封罩密封；框架内的若干水管平行设置，水管的两侧均焊设有若干鳍片；水管两侧上的鳍片位于同一水平面上，水管同一侧上的若干鳍片之间相互平行且等间距分布；若干水管的一端均与进口集箱连通，其另一端与出口集箱连通；进口集箱上开设进水口，出口集箱上开设出水口；进口集箱和出口集箱的集箱管上均开设有温度计接管和压力表接管。

Description

一种硅铁矿热炉余热交换系统

技术领域

本发明属预热锅炉的技术领域，具体涉及一种硅铁矿热炉余热交换系统。

背景技术

硅铁炉在冶炼生产过程中，产生大量夹带微细尘粒的高温烟气。生产1吨75％硅铁，理论上大约产生1500～2000Nm³炉气，烟气中主要成分是N₂、O₂、CO₂、H₂O，由于空气过剩系数很大，因此基本接近空气成分。

烟气中SO₂含量依据原料中带入的硫量而定，主要决定于还原剂的含硫量。1吨75％硅铁原料带入的硫量一般在5-10kg左右，其中90％燃烧成SO₂后进入烟气，在半封闭电炉中烟气含硫量一般在0.1～lg/Nm³左右。

烟气中的烟尘主要由两部分组成，一部分是炉料的机械吹出物，主要是焦粉和煤粉；另一部分是硅石中的SiO₂被还原形成的气态SiO，这些SiO本应继续被还原成硅，形成硅铁，但实际上总有一部分逸出料面，被空气中氧再氧化成SiO，形成无晶形的极细颗粒，被烟气带出炉外，这两部分烟尘前者约占10％～20％，后者约占80％-90％，硅铁的烟尘量取决于冶炼过程中硅的回收率，在正常情况下，硅回收率为85％-90％时，l吨硅铁约产生200～300kg粉尘，当电炉刺火时Si回收率下降，粉尘量就会急剧增加。粉尘平均粒径为0.1μm，都是无晶硅的氧化物。真比重仅为2.23g/cm3，比表面积达20m2/g，比电阻为1.3×1013Ω·cm。

烟气热含量大，1吨75％硅铁烟气中含热量相当于输入的电量，因此回收余热的潜在能量很大，而现有的余热交换装置的交换效率低，不能最大程度的将热能转换，造成热量的浪费。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种硅铁矿热炉余热交换系统，以解决现有余热交换装置热交换效率低的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种硅铁矿热炉余热交换系统，其包括依次连通的进口烟箱、鳍片管组和出口烟箱；

进口烟箱一端与硅铁矿热炉烟气出口连通，其另一端与烟道连接段的烟道进口连通；鳍片管组设于框架内，鳍片管组包括若干平行设置的鳍片管；鳍片管包括水管和设于水管上的鳍片；水管的弯头位于框架外，弯头与框架之间通过密封罩密封；框架内的若干水管平行设置，水管的两侧均焊设有若干鳍片；水管两侧上的鳍片位于同一水平面上，水管同一侧上的若干鳍片之间相互平行且等间距分布；若干水管的一端均与进口集箱连通，其另一端与出口集箱连通；水管外表面均匀涂抹有若干层耐高温导热自洁涂料；进口集箱上开设进水口，出口集箱上开设出水口；进口集箱和出口集箱的集箱管上均开设有温度计接管和压力表接管。

优选地，鳍片管中的水管盘旋设于框架的左墙板和右墙板之间；位于烟道进口的水管上加装防磨瓦。

优选地，进口集箱和出口集箱顶部的排水接口与排水法兰连接；进口集箱上的进口接管与进口法兰连接，出水集箱上的出口接管与出口法兰连接。

优选地，位于框架上开设有两个吹灰口，吹灰口上安装吹灰器。

优选地，进口烟箱中烟气进入方向与鳍片管组所在平面垂直。

优选地，进口集箱和出口集箱平行设置与框架外部。

优选地，鳍片通过电阻焊固定于水管上；水管同一侧上的相邻两个鳍片的间隔为35mm。

优选地，水管通过焊接分别与进口集箱和出口集箱连通。

一种硅铁矿热炉余热交换系统的耐高温导热自洁涂料，包括：基础液、填料和助剂；

基础液包括以下重量的各组分：活性硅氧烷20～30份、水溶性改性特种树脂10～40份、纳米二氧化硅10～40份、纳米氮化铝5～30份、纳米碳化硅5～30份、石墨烯1～10份、石墨10～20份、纳米氧化钇0～10份、纳米氧化铈2～20份、去离子水10～30份；

填料为粒纳米二氧化硅、纳米碳化硅、石墨烯、氧化铈、氧化钇中的至少一种；

助剂包括以下重量的各组分：稀释剂1～20份、润湿剂0.5～5份、流平剂0.5～2份、消泡剂0.5～1份、增稠剂5～20份。

一种耐高温导热自洁涂料的制备方法，包括：

将固含量在30％以上的硅溶胶与硅烷偶联剂在室温下进行水解反应；

纳米二氧化硅加入到去离子水中，在700～1000rpm的转速下超声均匀分散20～30分钟，得到硅溶胶溶液；

石墨烯、基础液加入到稀释剂中，在1000～2000rpm的转速下超声均匀分散90～180分钟，得到石墨烯分散液；

纳米氮化铝、基础液加入到稀释剂中，在1000～1500rpm的转速下超声均匀分散90～150分钟，得到纳米氮化铝分散液；

纳米碳化硅、基础液加入到稀释剂中，超声，在1000～1500rpm的转速下超声均匀分散90～150分钟，得到纳米碳化硅分散液；

将纳米氧化钇和纳米氧化铈分别分散后按配比改性成钇铈复合陶瓷纳米液；

在一个分散釜中依次加入石墨烯分散液、纳米氮化铝分散液、纳米碳化硅分散液、钇铈复合陶瓷纳米液、剩余去离子水和增稠剂，以及1/3异丙醇、1/3～2/3量的消泡剂、2/3量的流平剂通过高速研磨机进行研磨分散，研磨0.5～4小时，得到A组份；

在另一反应釜中加入全部的活性硅氧烷和润湿剂，以及余量的异丙醇、流平剂和消泡剂，在800～1500rpm转速下搅拌1～1.5小时，使物料混合均匀，得到B组份；

将所得A组份和B组份在800～1500rpm转速下搅拌，混合均匀，得到耐高温导热自洁涂料。

本发明提供的硅铁矿热炉余热交换系统，具有以下有益效果：

受热均匀：鳍片均匀、等间距的分布于水管两侧，在烟气气流进入时，将杂乱的烟气流道分割成若干细小的通道流入，从而防止烟气扰流，使得水管能够均匀受热，并进行热交换。

增大受热面：鳍片与水管构成的若干烟气流道，由于鳍片的存在，增大了与烟气接触的面积，相比于传统的单一水管受热，本发明受热面积可增大至2-3倍，进而极大的提高了烟气热交换的效率。

防粘灰：每个鳍片均做镍基钎焊处理，其电阻低，热传导率高，耐冲刷、磨损、不易结垢；配合吹灰器可有效地降低水管的粘灰，进而增大水管的热传导。

耐高温导热自洁涂料，涂料附着力强，耐高温、耐腐蚀性优异，具有高导热性，涂层极高的硬度耐磨性对保持涂层完整有重要作用，可长期高温下使用，表面能低，具有高疏水角，空气中各种尘埃难粘附，使涂层易清洁，光泽及颜色稳定；附着力、致密性、强韧性好，抗渗性强，适应于金属、非金属、塑料、陶瓷材料的涂装。

附图说明

图1为硅铁矿热炉余热交换系统的结构图。

图2为硅铁矿热炉余热交换系统的俯视图。

图3为硅铁矿热炉余热交换系统鳍片管组的侧视图。

图4为硅铁矿热炉余热交换系统鳍片管组的部分侧视图。

图5为硅铁矿热炉余热交换系统鳍片管组的正视图。

图6为硅铁矿热炉余热交换系统鳍片管的结构图。

图7为硅铁矿热炉余热交换系统鳍片管的纵剖图。

图8为硅铁矿热炉余热交换系统鳍片管组的内部结构图。

图9为硅铁矿热炉余热交换系统集箱结构图。

其中，1、烟道连接段；2、封板；3、管板；4、集箱；5、弯头；6、观察吹灰口；7、鳍片管；8、密封罩；9、吹灰口；10、吹灰器；11、鳍片；12、水管；13、烟道进口；14、鳍片管组；15、进口烟箱；16、出口集箱；17、框架；18、进口集箱；19、出口烟箱；20、出水口；21、进水口；22、左墙板；23、右墙板；24、防磨瓦；25、排水法兰；26、排水接口；27、进口法兰；28、进口接管；29、集箱管；30、温度计接管；31、压力表接管。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，参考图1和图2，本方案的硅铁矿热炉余热交换系统，包括依次连通的进口烟箱15、鳍片管组14和出口烟箱19。进口烟箱15一端与硅铁矿热炉烟气出口连通，其另一端与烟道连接段1的烟道进口13连通；鳍片管组14与进口烟箱15连通，进口烟箱15的顶部开设有烟气出口。

参考图3和图4，鳍片管组14设于框架17内，鳍片管组14包括若干平行设置的鳍片管7，鳍片管7包括水管12和设于水管12上的鳍片11，水管12的弯头5位于框架17外，弯头5与框架17之间通过密封罩8密封，防止烟气泄漏。框架17的外侧焊接有封板2，同样用于避免气体泄漏。封板2上开设有两个吹灰口9，在水管12上积灰较多时，可打开吹灰口9，利用吹灰器10将水管12上的积灰吹除，避免水管12积灰过多，影响传热。

参考图6和图7，框架17内的若干水管12平行设置，水管12的两侧均焊设有若干鳍片11，水管12两侧上的鳍片11位于同一水平面上，水管12同一侧上的若干鳍片11之间相互平行且等间距分布。相邻两根水管12的间距为80mm-100mm，优选为90mm，其间距可根据实际需求而定。

烟气从进口烟箱15进入，垂直流向水管12上，水管12与若干鳍片11组成多个烟气流道，在烟气气流进入时，将杂乱的烟气流道分割成若干细小的通道流入，使得杂乱的烟道气流均匀流入，从而防止烟气扰流，使得水管12能够均匀受热，并进行热交换。

若干水管12的一端均与进口集箱18连通，其另一端与出口集箱16连通；进口集箱18上开设进水口21，出口集箱16上开设出水口20；进口集箱18和出口集箱16的集箱4管29上均开设有温度计接管30和压力表接管31。

参考图5，进口烟箱15中烟气进入方向与鳍片管组14所在平面垂直，鳍片11与水管12构成的若干烟气流道，由于鳍片11的存在，增大了与烟气接触的面积，相比于传统的单一水管12受热，本发明受热面积可增大至2-3倍，进而极大的提高了烟气热交换的效率。

除此，将鳍片11通过电阻焊固定于水管12上，相邻两个鳍片11的间隔为35mm，可根据实际需要进行间隔设置。每个鳍片11和水管12均做镍基钎焊处理，其电阻低，热传导率高，耐冲刷、磨损、不易结垢。配合吹灰器10可有效地降低水管12的粘灰，进而增大水管12的热传导。

其中，水管12的管材规格材质20GB3087-2008，鳍片11，材质15CrMo。

参考图8，鳍片管7中的水管12盘旋设于框架17的左墙板22和右墙板23之间，位于烟道进口13的水管12上加装防磨瓦24，可增大水管12的抗冲刷性能。

参考图9，进口集箱18和出口集箱16顶部的排水接口26与排水法兰25连接，进口集箱18上的进口接管28与进口法兰27连接，出水集箱4上的出口接管与出口法兰连接。

进口集箱18和出口集箱16的集箱管29上均开设有温度计接管30和压力表接管31，温度计接管30上可接温度计，用于检测集箱管29能的温度；压力表接管31上可接压力表，用于检测集箱管29内的压力。

本发明从高温烟道排出的烟气中吸收余热，产生热水。热水循环泵将热水输送至余热热水锅炉，经余热热水锅炉内鳍片管7换热面吸收热量，变成热水输送到用户供暖，降温后的水再被循环泵送到余热热水锅炉，继续在系统内循环。

本发明构思巧妙，采用H型鳍片管7作为换热元件，传热效率高，余热回收效果好，结构紧凑，积灰少，防磨性能好，可有效防止高温烟气的不稳定性及进入烟道前产生的扰流；且进烟均匀，能有效减少烟气对设备的冲刷磨损；增大了换热面积，减小了占用空间，减少积灰，增强抗冲刷能力，有效地解决了现有余热交换装置热交换效率低的问题。

根据本申请的一个实施例，根据水管不同的防腐工况，选择性的在水管上涂刷一层、两层或者更多层的耐高温导热自洁涂料。

耐高温导热自洁涂料，包括基础液、填料和助剂。

基础液包括以下重量的各组分：活性硅氧烷20～30份、水溶性改性特种树脂10～40份、纳米二氧化硅10～40份、纳米氮化铝5～30份、纳米碳化硅5～30份、石墨烯1～10份、石墨10～20份、纳米氧化钇0～10份、纳米氧化铈2～20份、去离子水10～30份。

其中，活性硅氧烷为四甲氧基硅氧烷、甲基三甲氧基硅氧烷、甲基三乙氧基硅氧烷、氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；水溶性改性特种树脂为水溶性有机硅树脂和水溶性氟树脂中的至少一种。

填料为粒纳米二氧化硅、纳米碳化硅、石墨烯、氧化铈、氧化钇中的至少一种；其中，纳米二氧化硅的粒径在5～22nm之间。

助剂包括以下重量的各组分：稀释剂1～20份、润湿剂0.5～5份、流平剂0.5～2份、消泡剂0.5～1份、增稠剂5～20份。

其中，润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类润湿剂，能有效降低物质间的界面张力，能够显著改善流动特性，使界面产生光滑、平整的外观效果；消泡剂为聚醚改性聚硅氧烷溶液；所述增稠剂为纤维素、气相二氧化硅和有机膨润土中的一种或多种。

根据本申请的一个实施例，一种用于耐高温导热自洁涂料的制备方法，包括：

将固含量在30％以上的硅溶胶与硅烷偶联剂在室温下进行水解反应；

纳米二氧化硅加入到去离子水中，在700～1000rpm的转速下超声均匀分散20～30分钟，得到硅溶胶溶液；

石墨烯、基础液加入到稀释剂中，在1000～2000rpm的转速下超声均匀分散90～180分钟，得到石墨烯分散液；

纳米氮化铝、基础液加入到稀释剂中，在1000～1500rpm的转速下超声均匀分散90～150分钟，得到纳米氮化铝分散液；

纳米碳化硅、基础液加入到稀释剂中，超声，在1000～1500rpm的转速下超声均匀分散90～150分钟，得到纳米碳化硅分散液；

将纳米氧化钇和纳米氧化铈分别分散后按配比改性成钇铈复合陶瓷纳米液；

在一个分散釜中依次加入石墨烯分散液、纳米氮化铝分散液、纳米碳化硅分散液、钇铈复合陶瓷纳米液、剩余去离子水和增稠剂，以及1/3异丙醇、1/3～2/3量的消泡剂、2/3量的流平剂通过高速研磨机进行研磨分散，研磨0.5～4小时，得到A组份；

在另一反应釜中加入全部的活性硅氧烷和润湿剂，以及余量的异丙醇、流平剂和消泡剂，在800～1500rpm转速下搅拌1～1.5小时，使物料混合均匀，得到B组份；

将所得A组份和B组份在800～1500rpm转速下搅拌，混合均匀，得到耐高温导热自洁涂料。

本耐高温导热自洁涂料采用无机改性溶液和纳米无机陶瓷填料改性聚合处理研制的耐高温、高导热、自洁的金属用工业节能涂料。溶液是特制的耐高温无机—有机改性杂化成膜溶液，以无机硅氧基—Si—O—Si—键为基础，采用先进的纳米材料和溶胶-凝胶技术，开发出无机—有机聚合的防腐成膜物，添加纳米陶瓷材料、石墨烯和多种共混聚合技术制成，利用荷叶疏水原理模拟，有效地排出粉尘及油污的侵入，在风力催动或振动，污染物轻松带走，使水管表面保持清洁状态。耐高温导热自洁涂层更致密，附着力强，高温下热化学和热物理学更稳定。

涂料涂层能与物体表面材料原子或是离子快速反应结合，生成具有物理、化学、电子三重保护防护作用，通过化学键、离子键与基体表面牢固结合，对于基材有很好的保护作用。耐高温导热自洁涂层具有高导热系数、耐腐蚀、耐磨、易清洁耐、耐温达800℃等特性。

涂料附着力强，耐高温、耐腐蚀性优异，具有高导热性，涂层极高的硬度耐磨性对保持涂层完整有重要作用，可长期高温下使用，表面能低，具有高疏水角，空气中各种尘埃难粘附，使涂层易清洁，光泽及颜色稳定；附着力、致密性、强韧性好，抗渗性强，适应于金属、非金属、塑料、陶瓷材料的涂装。

涂料具有良好自润滑条件和相应机械作用力的材料，具有良好的润滑减磨作用，它能减少接触面由于摩擦而造成的磨损缺陷，提高基体材料的使用性能，节省能源，提高金属基体的使用寿命2-3倍以上。

采用的基料为纳米二氧化硅、纳米陶瓷和水溶性改性特种树脂，与活性硅氧烷混合反应后，生成混合无机—有机溶胶预聚体。施工后预聚体进一步进行脱水缩合反应，可生成无机有机杂化的三维立体网状结构涂膜。

耐高温导热自洁涂料是经过高度分散活化的纳米稀、石墨鳞片、纳米金属两性氧化物、超细稀土超微粉体等组成。经过活化的这些防腐颜料，在防腐是能够起到抗腐蚀增强极化的作用，耐酸耐碱，抗腐蚀性高，防止高温湿热气体、高温电解质液体和高温下氧化介质侵扰扩散，防积灰、阻垢，屏蔽性强，电导静电率平衡稳定，起到了很好的中和和防止基材电位升高的作用，也能避免涂层针孔的存在，涂层硬度高，耐磨抗冲击，耐酸碱老化时间长。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种硅铁矿热炉余热交换系统，其特征在于：包括依次连通的进口烟箱、鳍片管组和出口烟箱；

所述进口烟箱一端与硅铁矿热炉烟气出口连通，其另一端与烟道连接段的烟道进口连通；所述鳍片管组设于框架内，鳍片管组包括若干平行设置的鳍片管；所述鳍片管包括水管和设于水管上的鳍片；所述水管的弯头位于框架外，弯头与框架之间通过密封罩密封；所述框架内的若干水管平行设置，水管的两侧均焊设有若干鳍片；所述水管两侧上的鳍片位于同一水平面上，水管同一侧上的若干鳍片之间相互平行且等间距分布；若干所述水管的一端均与进口集箱连通，其另一端与出口集箱连通；所述水管外表面均匀涂抹有若干层耐高温导热自洁涂料；所述进口集箱上开设进水口，出口集箱上开设出水口；所述进口集箱和出口集箱的集箱管上均开设有温度计接管和压力表接管。

2.根据权利要求1所述的硅铁矿热炉余热交换系统，其特征在于：所述鳍片管中的水管盘旋设于框架的左墙板和右墙板之间；位于烟道进口的水管上加装防磨瓦。

3.根据权利要求1所述的硅铁矿热炉余热交换系统，其特征在于：所述进口集箱和出口集箱顶部的排水接口与排水法兰连接；所述进口集箱上的进口接管与进口法兰连接，出水集箱上的出口接管与出口法兰连接。

4.根据权利要求1所述的硅铁矿热炉余热交换系统，其特征在于：位于所述框架上开设有两个吹灰口，吹灰口上安装吹灰器。

5.根据权利要求1所述的硅铁矿热炉余热交换系统，其特征在于：所述进口烟箱中烟气进入方向与鳍片管组所在平面垂直。

6.根据权利要求1所述的硅铁矿热炉余热交换系统，其特征在于：所述进口集箱和出口集箱平行设置与框架外部。

7.根据权利要求1所述的硅铁矿热炉余热交换系统，其特征在于：所述鳍片通过电阻焊固定于水管上；水管同一侧上的相邻两个鳍片的间隔为35mm。

8.根据权利要求1所述的硅铁矿热炉余热交换系统，其特征在于：所述水管通过焊接分别与进口集箱和出口集箱连通。

9.根据权利要求1所述的硅铁矿热炉余热交换系统的耐高温导热自洁涂料，其特征在于，包括：基础液、填料和助剂；

所述基础液包括以下重量的各组分：活性硅氧烷20～30份、水溶性改性特种树脂10～40份、纳米二氧化硅10～40份、纳米氮化铝5～30份、纳米碳化硅5～30份、石墨烯1～10份、石墨10～20份、纳米氧化钇0～10份、纳米氧化铈2～20份、去离子水10～30份；

所述填料为粒纳米二氧化硅、纳米碳化硅、石墨烯、氧化铈、氧化钇中的至少一种；

所述助剂包括以下重量的各组分：稀释剂1～20份、润湿剂0.5～5份、流平剂0.5～2份、消泡剂0.5～1份、增稠剂5～20份。

10.根据权利要求9所述的耐高温导热自洁涂料的制备方法，其特征在于，包括：

将固含量在30％以上的硅溶胶与硅烷偶联剂在室温下进行水解反应；

纳米二氧化硅加入到去离子水中，在700～1000rpm的转速下超声均匀分散20～30分钟，得到硅溶胶溶液；

石墨烯、基础液加入到稀释剂中，在1000～2000rpm的转速下超声均匀分散90～180分钟，得到石墨烯分散液；

纳米氮化铝、基础液加入到稀释剂中，在1000～1500rpm的转速下超声均匀分散90～150分钟，得到纳米氮化铝分散液；

纳米碳化硅、基础液加入到稀释剂中，超声，在1000～1500rpm的转速下超声均匀分散90～150分钟，得到纳米碳化硅分散液；

将纳米氧化钇和纳米氧化铈分别分散后按配比改性成钇铈复合陶瓷纳米液；

在一个分散釜中依次加入石墨烯分散液、纳米氮化铝分散液、纳米碳化硅分散液、钇铈复合陶瓷纳米液、剩余去离子水和增稠剂，以及1/3异丙醇、1/3～2/3量的消泡剂、2/3量的流平剂通过高速研磨机进行研磨分散，研磨0.5～4小时，得到A组份；

在另一反应釜中加入全部的活性硅氧烷和润湿剂，以及余量的异丙醇、流平剂和消泡剂，在800～1500rpm转速下搅拌1～1.5小时，使物料混合均匀，得到B组份；

将所得A组份和B组份在800～1500rpm转速下搅拌，混合均匀，得到耐高温导热自洁涂料。