CN109750127A - 一种双辊筒法高温余热回收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双辊筒法高温余热回收系统。该系统由冷却凝固单元、剥离与破碎单元、移动床余热回收利用单元和气体净化单元组成。本发明的作用在于：高效利用工业高温余热，在保证高的余热回收效率、系统灵活性和较快的冷却速度的同时实现产物的成型；本发明将双辊筒法与移动床余热回收利用装置结合，相比于传统双辊筒法余热回收技术，能够明显降低最终产物的温度，提高对热能的利用效率；增加破碎机在保证移动床换热效率的前提下，实现了对产物的破碎成型；增添气体净化单元，实现对尾气中颗粒物的脱除。
Description
技术领域
本发明属于高温工业余热干法回收技术领域，具体涉及一种双辊筒法高温余热回收系统。
背景技术
目前，在一些高耗能的工业领域仍存在大量的高品位余热未被合理的利用，如钢铁行业的高炉渣、钢渣，电石生产过程中的熔融态电石等。其中，高温熔渣的温度多在1500℃左右，刚出炉的电石温度甚至可以高达2000℃。采用自然冷却耗时较长、占地面积大且造成了热能的大量浪费，普遍采用的水淬技术虽然可以实现快速冷却，但产生的低品位热量无法回收利用。
为避免上述问题，以空气为冷却介质的各种干法余热回收技术相继出现，主要包括：风淬法、离心粒化法和双辊筒法等。其中，风淬法在粒化过程中动力消耗很大，与水淬相比冷却速度很慢，为了防止颗粒在凝固之前粘结到设备表面上，需要很大的设备尺寸。离心粒化法可使颗粒粒度达2mm左右，但在高粘度情况下粒化效果较差，很难在撞击外壁前实现颗粒的充分凝固，具有与风淬法相似的问题。
双辊筒法中，熔融物黏附在辊筒表面形成很薄的液膜，通过向冷却辊的导热和膜式壁的辐射，实现温度的快速降低、凝固和热量的回收，其处理量远大于风淬法和离心粒化法，且系统工作状况受熔融物物性影响较小，但在实际应用过程中，存在热能回收率低，运行成本高等弊端。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双辊筒法高温余热回收系统，用于实现高温工业余热干法回收与利用。本发明针对目前研究较少的双辊筒法高温余热回收技术，综合考虑实际应用过程中热能的梯级利用，以及不同熔融物存在的特殊处理要求，通过多个单元的有机组合，优化已有双辊筒法余热回收装置结构和流程，增添移动床余热回收利用单元，实现双辊筒法高温余热回收系统的高效改进和完善。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种双辊筒法高温余热回收系统，包括冷却凝固单元、剥离与破碎单元、移动床余热回收利用单元和气体净化单元；其中，
冷却凝固单元使用换热介质实现高温熔融态物质凝固成型和热量回收；剥离与破碎单元用于将冷却凝固单元凝固成型的固体物剥离并进一步破碎成较小的固体颗粒；移动床余热回收利用单元用于输送破碎后的固体颗粒，在此过程中不断通入空气，最终将固体颗粒冷却到200℃以下，并在上部气体通道设置有多级换热器用于回收气体余热；气体净化单元与移动床余热回收利用单元的多级换热器相连，用于将尾气中的固体颗粒捕集回收。
本发明进一步的改进在于，冷却凝固单元包括具有中空腔体的膜式壁，该膜式壁的顶部开设有入口，底部开设有出口，膜式壁内设置有外啮合的两个冷却辊，每个冷却辊内均设置有若干雾化喷嘴和汽液分离器，冷却凝固单元用于通过换热介质与冷却辊的导热，以及向外部膜式壁的辐射换热，实现高温熔融物质凝固成型和热量回收。
本发明进一步的改进在于，剥离与破碎单元包括刮板和破碎机，刮板用于将凝固在冷却辊上的固体物刮下，并利用破碎机进一步破碎成较小的颗粒。
本发明进一步的改进在于，移动床余热回收利用单元包括壳体，以及设置在壳体内的传输带和在上部气体通道内的多级换热器，且多级换热器位于传输带的上方。
本发明进一步的改进在于，移动床余热回收利用单元中传输带为多孔结构，即可作为颗粒物的支撑结构，同时冷却风能够通过多孔结构实现对传送带和颗粒物的冷却，最终将固体颗粒物冷却到200℃以下。
本发明进一步的改进在于，换热器包括高温换热器和低温换热器。
本发明进一步的改进在于，高温换热器可包含一级或多级换热器，将蒸汽加热到过热状态；低温换热器包括一级或多级换热器，用于将给水加热到低于沸点温度2～3℃。
本发明进一步的改进在于，气体净化单元为除尘器，除尘器采用旋风除尘器或布袋除尘器。
本发明进一步的改进在于，工作时，冷却凝固单元通过熔融态高温废热载体与冷却辊的导热，以及向外部膜式壁的辐射换热，实现其凝固成型和热量回收，其中通过旋转接头通入低沸点工质，工质在冷却辊内经雾化喷嘴喷至内壁，气化吸热保持冷却辊壁面温度恒定，产生的湿蒸汽流经汽液分离器，分离后的饱和蒸汽通入膜式壁，借助辐射换热进一步升温至过热蒸汽；剥离与破碎单元将凝固在冷却辊上的固体物刮下，并利用破碎机进一步破碎成较小的颗粒；移动床余热回收利用单元输送破碎后的固体颗粒，在此过程中不断通入空气，最终将固体颗粒冷却到200℃以下，并在上部气体通道设置多级换热器回收气体余热；最后，气体净化单元将尾气中的固体颗粒捕集回收。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种双辊筒法高温余热回收系统，针对经过双辊筒冷却凝固后的固体物质仍然具有大量余热未被充分利用的问题，优化了现有双辊筒法干法余热回收技术的不足，增添剥离与破碎单元、移动床余热回收利用单元和气体净化单元，实现了热能的梯级利用，产品的破碎成型和尾气的综合处理。
综上所述，本发明余热回收效率高，利用冷却辊和移动床分阶段回收余热，实现了热能的梯级利用；灵活性强，可以根据实际工作情况灵活调整冷却辊转速和冷却工质流量；此外还具备处理量大、冷却速度快、适用范围广等特点。
附图说明
图1为本发明的系统组成示意图。
图2为冷却辊的俯视图。
附图标记说明：
1-1、冷却辊，1-2、雾化喷嘴，1-3、旋转接头，1-4、汽液分离器，1-5、膜式壁，2-1、刮板，2-2、破碎机，3-1、齿轮，3-2、送风口，3-3、链条，3-4、高温换热器，3-5、低温换热器，4-1、除尘器。
图中雾化喷嘴数量、换热管排数及排布、送风口数目、除尘器型式等并不局限于图中列举的具体数目、位置和组合。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供的一种双辊筒法高温余热回收系统，包括冷却凝固单元、剥离与破碎单元、移动床余热回收利用单元和气体净化单元。
其中，冷却凝固单元使用换热介质实现高温熔融物质凝固成型和热量回收；剥离与破碎单元用于将冷却凝固单元凝固成型固体物刮下，并进一步破碎成较小的固体颗粒；移动床余热回收利用单元用于输送破碎后的固体颗粒，在此过程中不断通入空气，最终将固体颗粒冷却到200℃以下，并在上部气体通道设置有多级换热器用于回收气体余热；气体净化单元与移动床余热回收利用单元的多级换热器相连，用于将尾气中的固体颗粒捕集回收。
所述冷却凝固单元包括具有中空腔体的膜式壁1-5，该膜式壁1-5的顶部开设有入口，底部开设有出口，膜式壁1-5内设置有外啮合的两个冷却辊1-1，每个冷却辊1-1上均设置有若干雾化喷嘴1-2和汽液分离器1-4，冷却凝固单元用于通过熔融态高温废热载体与冷却辊1-1的导热，以及向外部膜式壁1-5的辐射换热，实现其凝固成型和热量回收。所述冷却辊1-1由导热性能良好的材料制成，且冷却辊1-1转速、冷却工质流量可调，可以灵活控制液膜厚度和系统处理量。
所述剥离与破碎单元包括刮板2-1和破碎机2-2，刮板2-1用于将凝固在冷却辊1-1上的固体物刮下，并利用破碎机2-2进一步破碎成较小的颗粒。
所述移动床余热回收利用单元包括壳体，以及设置在壳体内的传输带和在上部气体通道内的多级换热器，且多级换热器位于传输带的上方，传输带上设置有多个送风口3-2，移动床余热回收利用单元利用传输带输送破碎后的固体颗粒，在此过程中不断从送风口3-2通入空气。进一步，传输带包括两个齿轮3-2，以及与两个啮合的链条3-3。多级换热器包括前部过热器3-4和后部换热器3-5，移动床余热回收利用单元采用前部过热器3-4回收高温余热，采用后部换热器3-5将工质加热至略低于沸点温度20～30℃。
所述气体净化单元为除尘器4-1，可采用旋风除尘器、布袋除尘器等高效除尘手段除去尾气中的细颗粒物。
所述冷却工质依次流经后部换热器3-5、冷却辊1-1、前部过热器3-4、膜式壁1-5，由过冷态加热至过热蒸汽，过热蒸汽可以直接送至蒸汽轮机发电。
本发明提供的一种双辊筒法高温余热回收系统，工作时，包括：
冷却凝固单元通过熔融态高温废热载体与冷却辊1-1的导热，以及向外部膜式壁1-5的辐射换热，实现其凝固成型和热量回收，其中通过旋转接头1-3通入低沸点工质，工质在冷却辊1-1内经雾化喷嘴1-2喷至内壁，气化吸热保持冷却辊壁面温度恒定，产生的湿蒸汽流经汽液分离器1-4，分离后的饱和蒸汽通入膜式壁1-5，借助辐射换热进一步升温至过热蒸汽；剥离与破碎单元将凝固在冷却辊1-1上的固体物刮下，并利用破碎机2-2进一步破碎成较小的颗粒；移动床余热回收利用单元输送破碎后的固体颗粒，在此过程中不断通入空气，最终将固体颗粒冷却到200℃以下，并在上部气体通道设置多级换热器回收气体余热；最后，气体净化单元将尾气中的固体颗粒捕集回收。
其具体是：熔融物经导流槽，进入两冷却辊1-1中间，随着冷却辊的旋转形成液膜，高温液膜内侧向辊筒导热迅速降温凝固，外侧向膜式壁1-5辐射换热，最终在刮板2-1剥离前实现整个液膜的凝固成型，随后经破碎机2-2稍加破碎，进入移动床余热回收利用单元，进一步与空气对流换热冷却至200℃以下，并被链条3-3输送至相应储存位置，产生的高温空气经多级换热器加热其中的工质，尾气最终排放前还需经过除尘器4-1除尘。
本发明所诉的实施方案，其核心思想是：综合利用双辊筒法及移动床余热回收利用单元实现熔融物的快速冷却成型和热能的梯级利用，在保证高的热能回收效率的同时实现系统的优化和改进。
Claims (10)
1.一种双辊筒法高温余热回收系统，其特征在于，包括冷却凝固单元、剥离与破碎单元、移动床余热回收利用单元和气体净化单元；其中，
冷却凝固单元使用换热介质实现高温熔融态物质凝固成型和热量回收；剥离与破碎单元用于将冷却凝固单元凝固成型的固体物剥离并进一步破碎成较小的固体颗粒；移动床余热回收利用单元用于输送破碎后的固体颗粒，在此过程中不断通入空气，最终将固体颗粒冷却到200℃以下，并在上部气体通道设置有多级换热器用于回收气体余热；气体净化单元与移动床余热回收利用单元的多级换热器相连，用于将尾气中的固体颗粒捕集回收。
2.根据权利要求1所述的一种双辊筒法高温余热回收系统，其特征在于，冷却凝固单元包括具有中空腔体的膜式壁(1-5)，该膜式壁(1-5)的顶部开设有入口，底部开设有出口，膜式壁(1-5)内设置有外啮合的两个冷却辊(1-1)，每个冷却辊(1-1)内均设置有若干雾化喷嘴(1-2)，冷却凝固单元用于通过换热介质与冷却辊(1-1)的导热，以及向外部膜式壁(1-5)的辐射换热，实现高温熔融物质凝固成型和热量回收。
3.根据权利要求2所述的一种双辊筒法高温余热回收系统，其特征在于，所述冷却辊(1-1)内部布置有汽液分离器(1-4)。
4.根据权利要求2所述的一种双辊筒法高温余热回收系统，其特征在于，剥离与破碎单元包括刮板(2-1)和破碎机(2-2)，刮板(2-1)用于将凝固在冷却辊(1-1)上的固体物刮下，并利用破碎机(2-2)进一步破碎成较小的颗粒。
5.根据权利要求1所述的一种双辊筒法高温余热回收系统，其特征在于，移动床余热回收利用单元包括壳体，以及设置在壳体内的传输带和在上部气体通道内的多级换热器，且多级换热器位于传输带的上方。
6.根据权利要求5所述的一种双滚筒法高温余热回收系统，其特征在于，移动床余热回收利用单元中传输带为多孔结构，即可作为颗粒物的支撑结构，同时冷却风能够通过多孔结构实现对传送带和颗粒物的冷却，最终将固体颗粒物冷却到200℃以下。
7.根据权利要求5所述的一种双辊筒法高温余热回收系统，其特征在于，换热器包括高温换热器(3-4)和低温换热器(3-5)。
8.根据权利要求7所述的一种双辊筒法高温余热回收系统，其特征在于，高温换热器(3-4)可包含一级或多级换热器，将蒸汽加热到过热状态；低温换热器(3-5)包括一级或多级换热器，用于将给水加热到低于沸点温度2～3℃。
9.根据权利要求1所述的一种双辊筒法高温余热回收系统，其特征在于，气体净化单元为除尘器(4-1)，除尘器(4-1)采用旋风除尘器或布袋除尘器。
10.根据权利要求4所述的一种双辊筒法高温余热回收系统，其特征在于，工作时，冷却凝固单元通过熔融态高温废热载体与冷却辊(1-1)的导热，以及向外部膜式壁(1-5)的辐射换热，实现其凝固成型和热量回收，其中通过旋转接头(1-3)通入低沸点工质，工质在冷却辊(1-1)内经雾化喷嘴(1-2)喷至内壁，气化吸热保持冷却辊壁面温度恒定，产生的湿蒸汽流经汽液分离器(1-4)，分离后的饱和蒸汽通入膜式壁(1-5)，借助辐射换热进一步升温至过热蒸汽；剥离与破碎单元将凝固在冷却辊(1-1)上的固体物刮下，并利用破碎机(2-2)进一步破碎成较小的颗粒；移动床余热回收利用单元输送破碎后的固体颗粒，在此过程中不断通入空气，最终将固体颗粒冷却到200℃以下，并在上部气体通道设置多级换热器回收气体余热；最后，气体净化单元将尾气中的固体颗粒捕集回收。
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