CN110360845B - 一种气固换热过程中使用的布风器系统及气固换热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气固换热过程中使用的布风器系统及气固换热方法，属于工业余热利用领域，解决了现有布风装置布风不均匀、风与高温物料换热不均匀、热回收效率低、换热后的温度偏低等问题。本发明的布风器系统包括：风帽、循环热风管、空气风管和气固换热装置。高温固体物料进入气固换热装置，在循环热风进口和空气进口分别通入循环热风和空气，风帽均匀布置在气固换热装置的下部，风帽为两层出风设计，高温固体物料依次与上层循环热风和下层空气进行热交换，完成阶梯冷却。本发明可以实现气固的均匀换热，并且实现两路气体对高温固体显热的梯级换热回收，不仅能换热均匀，而且能够得到较高品质的热风，有利于提高余热利用效率。

Description

一种气固换热过程中使用的布风器系统及气固换热方法

技术领域

本发明涉及工业余热利用领域，尤其涉及一种气固换热过程中使用的布风器系统及气固换热方法。

背景技术

在气固竖式冷却的过程中，常用布风器系统进行气固的换热，传统的系统只是用空气冷风作为单元换热介质进行热交换，且风帽多为单层帽头的设计，同时布风的均匀性差，因此造成高温固体余热利用率低、冷却均匀性差。

同时，传统的冷却后得到的热风换热后都进行排放，而换热后的风温也有100℃左右，现有布风装置存在布风不均匀、风与高温物料换热不均匀、热回收效率低、换热后的温度偏低等问题。

换热后的热风可以作为部分换热介质继续循环使用，这样就可以回收一部分热量，进而提高高温固体的余热回收水平。因此，需要设计一种新的布风器系统，在气固换热过程中，能够实现对高温固体的余热进行回收。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种气固换热过程中使用的布风器系统及气固换热方法，用以解决现有布风装置布风不均匀、风与高温物料换热不均匀、热回收效率低、换热后的固体温度偏低等问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种气固换热过程中使用的布风器系统，包括：风帽、循环热风管、空气风管和气固换热装置；

气固换热装置作为高温固体物料的流通空间；循环热风管用于流通循环热风，空气风管用于流通空气；

气固换热装置内部设置有多个风帽，且风帽与循环热风管和空气风管连通；

风帽用于排出循环热风和空气，循环热风和空气用于对高温固体物料进行冷却降温。

具体地，风帽包括：上层风帽管、下层风帽管、上层出风孔和下层出风孔；

上层风帽管与循环热风管连通，下层风帽管与空气风管连通；

上层出风孔设置在上层风帽管的上部，下层出风孔设置在下层风帽管的上部。

具体地，上层风帽管嵌套在所述下层风帽管内部，且上层风帽管的高度高于所述下层风帽管的高度。

具体地，风帽还包括：上层帽头和下层帽头；上层帽头设置在所述上层风帽管的顶部，下层帽头设置在下层风帽管的顶部。

具体地，上层帽头和下层帽头均为伞状结构。

具体地，上层帽头与上层风帽管的顶部管口无缝焊接，密封上层风帽管的管口；下层帽头与下层风帽管的顶部管口无缝焊接，密封下层风帽管的管口。

具体地，上层帽头的下沿低于上层风帽管的管口；

具体地，下层帽头的下沿低于下层风帽管的管口。

具体地，上层出风孔的下沿高于上层帽头的下沿至少30mm；下层出风孔的下沿高于下层帽头的下沿至少30mm。

一种气固换热过程中使用的布风器系统的气固换热方法，包括以下步骤：

步骤S1：将高温固体物料输送到布风器系统的气固换热装置中；

步骤S2：从循环热风进口向循环热风管中通入循环热风；从空气进口向空气风管中通入空气；

步骤S3：循环热风从上层风帽管的上层出风孔中排出，对高温固体物料进行一级冷却降温；空气从下层风帽管的下层出风孔中排出，对高温固体物料进行二级冷却降温。

具体地，步骤2中，循环热风的温度低于高温固体物料的温度，且循环热风的温度高于空气的温度；高温固体物料先与循环热风进行热交换，再与空气进行热交换。

本发明的技术方案至少具有以下有益效果之一：

1、冷却均匀。本发明的布风器系统在气固换热装置中均匀设置多个风帽，风帽中流出的循环热风和低温空气对高温固体物料进行换热冷却，均匀设置的风帽可以保证用于换热的循环热风和空气在气固换热装置中的多个位置点排出，且风帽的伞状帽头也有助于气体的均匀散开，形成均匀的循环热风换热层和低温空气换热层，保证对高温固体物料的冷却均匀性，避免出现从气固换热装置输送至下一个工序的固体物料冷却不均匀的现象，进一步避免部分物料扔处于高温状态灼伤输送装置的现象。

2、阶梯冷却，工业余热循环利用。本发明的风帽为上下两层出风的设计，上层风帽管嵌套在下层风帽管中，且上层出风孔高于下层出风孔，循环热风从上层出风孔排出，空气从下层出风孔排出，循环热风和空气依次对高温固体物料进行换热降温。本发明采用阶梯冷却的方式，利用循环热风和空气依次对高温物料进行一级冷却和二级冷却，延长了冷却过程，使气固热交换过程更具有层次性，确保冷却的均匀性和可靠性，达到了更好的冷却效果。

3、本发明的布风器系统综合了气固梯级换热、循环热风和空气双介质换热、余热利用后的废气循环利用、双层风帽、风帽均匀布置等技术，实现了换热后的废气再循环利用，实现了高温固体余热的高效利用，提高了热回收效益，提高了经济效益。因此，本发明的布风器系统具有提高余热回收的意义，有很大的推广价值。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

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为一种气固换热过程中使用的布风器系统示意图-圆形；

图2为一种气固换热过程中使用的布风器系统示意图-矩形；

图3为一种气固换热过程中使用的布风器系统风帽结构示意图；

图4为一种气固换热过程中使用的布风器系统出风孔位置示意图。

附图标记：

1-风帽；2-循环热风进口；3-空气进口；4-循环热风管；5-空气风管；6-气固换热装置；7-上层帽头；8-下层帽头；9-上层风帽管；10-下层风帽管；11-上层出风孔；12-下层出风孔。

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。

实施例1

本发明的一个具体实施例，公开了一种本发明提供了一种气固换热过程中使用的布风器系统，包括风帽1、循环热风进口2、循环热风管4、空气进口3、空气风管5、气固换热装置6。

具体地，气固换热装置6的水平截面可以是圆形、方形、梯形等不同形状，气固换热装置6的高度可根据实际实施时送入高温固体物料的量确定，且气固换热装置6的内部设有保温层。

具体地，循环热风管4包括环型部分和直线型部分。

其中，环型部分的循环热风管4的形状与气固换热装置6的形状相同，且均匀布置在气固换热装置6的内部，例如，气固换热装置6的截面为圆形时，循环热风管4的环型部分为圆环型，且直径为气固换热装置6的一半，如图1所示。

其中，直线型部分的循环热风管4向内通往气固换热装置6的中心，向外通往气固换热装置6的外部，或者说，直线型部分的循环热风管4连通中央风帽1与气固换热装置6的外部，且循环热风管4的直线型部分与环型部分相连通。循环热风管4的直线型部分一端设置风帽1另一端设置循环热风进口2，且循环热风进口2位于气固换热装置6的外部。

具体地，空气风管5的结构与循环热风管4相同，且气固换热装置6的中心位置设置一个风帽1，循环热风管4与空气风管5的环形部分均设置多个风帽1。如图1、图2所示。区别在于，空气风管5与循环热风管4相对于气固换热装置6的中心位置中心对称，即空气风管5的空气进口3与循环热风管4的循环热风进口2对称设置。

具体地，循环热风进口2与循环热风管4连通，空气进口3与空气风管5连通，循环热风进口2用于向循环热风管4内通入循环热风，空气进口3用于向空气风管5内通入空气。

具体地，风帽1根据气固换热装置6的形状均匀地布置在气固换热装置6的内部；风帽1与循环热风管4和空气风管5连通，且分布设置在循环热风管4和空气风管5上。风帽1的大小可以不同，优选的，中心位置的风帽1的尺寸可以大于外围风帽1，且对称位置的风帽1的大小和结构一致。

进一步地，本发明的风帽1为上下两层出风设计，风帽1包括：上层帽头7、下层帽头8、上层风帽管9、下层风帽管10、上层出风孔11、下层出风孔12。

具体地，上层风帽管9的下部与循环热风管4连接，上层风帽管9顶部管口与上层帽头7完全无缝焊接。下层风帽管10的下部与空气风管5连接，下层风帽管10顶部管口处与下层帽头8完全无缝焊接。

上层风帽管9从下层风帽管10及下层帽头8的内部穿过，或者说上层风帽管9嵌套在下层风帽管10内部。对应的，循环热风管4嵌套在空气风管5的内部。

进一步地，为了实现对高温固体物料的两级热交换，完成对高温固体物料的阶梯冷却。在上层风帽管9上设置上层出风孔11，且上层出风孔11位于上层风帽管9的上部，循环热风从上层出风孔11中排出；在下层风帽管10上设置下层出风孔12，且下层出风孔12位于下层风帽管10的上部，空气从下层出风孔12中排出。

具体地，上层风帽管9的高度高于下层风帽管10的高度。

具体地，上层帽头7和下层帽头8具有封闭上层风帽管9和下层风帽管10的作用。

上层帽头7为具有一定厚度的伞状圆锥面结构，上层帽头7安装在上层风帽管9顶端，将上层风帽管9的管口封闭；下层帽头8为具有一定厚度的伞状圆台面结构，下层帽头8安装在上层风帽管9的管身和下层风帽管10管口顶端之间，将下层风帽管10的管口封闭，如图3、图4所示。

因此，上层帽头7和下层帽头8能够分别封闭上层风帽管9和下层风帽管10的管口，避免高温固体物料下行的过程中进入上层风帽管9或下层风帽管10中，保持布风器通风顺畅。

具体地，为了实现高温固体物料与循环热风和空气的均匀换热，采用伞状的上层帽头7和下层帽头8引流。具体地，为了实现上层帽头7和下层帽头8对循环热风帽管9和空气风帽管10中排出的循环热风和空气的引流作用，实现对高温固体物料的均匀冷却，设计上层出风孔11和下层出风孔12的下沿分别高于上层帽头7和下层帽头8的下沿至少30mm。

上层帽头7和下层帽头8具有对风帽管中排出的循环热风和低温空气的流动方向的引导作用。循环热风和空气从上层出风孔11或下层出风孔12排出时，受到上层帽头7或下层帽头8的阻挡作用向下流动，然后沿上层帽头7或者下层帽头8下部边沿的圆周散开。

上层出风孔11和下层出风孔12的最低处分别高于上层帽头7和下层帽头8的下沿，可以使出风孔排出的循环热风和空气分别从上层帽头7和下层帽头8的下部圆形边缘均匀散出，均匀散出的循环热风和空气依次与高温固体物料进行热交换，使高温固体物料冷却均匀。

同时，上层帽头7和下层帽头8也可以分别起到保护上层出风孔11和下层出风孔12的作用，避免高温固体物料从上层出风孔11或下层出风口12进入上层风帽管9或下层风帽管10，避免堵塞风帽管，保证布风器的正常工作。

具体地，上层出风孔11和下层出风孔12的设计可以是均匀布置在风帽管上部，也可以是不均匀的。上层出风孔11和下层出风孔12的形状可以是方形、矩形、圆形、椭圆、梯形及其它不规则图形。

具体地，对于位于气固换热装置6中心位置的风帽1，其风帽管上部的出风孔设计是均匀分布的，即中心处的风帽1上的出风孔沿风帽管圆周均匀分布，使循环热风和空气向中心风帽的四周散开。

具体地，对于其它风帽，风帽管上部靠近气固换热装置6的中心位置一侧的出风孔密集，即靠近气固换热装置6中心位置一侧的出风量大。

考虑到，本实施例的布风器系统与高温固体物料是直接接触的，因此，要求布风器系统具有耐高温的性能，不会在高温条件下变形或损坏；另外，高温固体物料从流入布风器系统到从布风器系统流出的过程中，会对布风器的循环热风管4、空气风管5以及风帽1产生一定程度的磨损，因此，布风器系统的材质应当满足耐磨的要求。

具体地，本实施例的循环热风管4与空气风管5材质为高强耐磨钢；上层帽头7、下层帽头8、上层风帽管9和下层风帽管10均由耐温耐磨高强钢材料制作。

具体地，循环热风管4露在气固换热装置6外的部分外部设有保温层；循环热风管4位于气固换热装置6内的部分不设保温层。

实施时，本实施例的布风器系统的工作流程为：

首先，高温固体物料从上方输送进入气固换热装置6。然后，循环热风和空气两路风分别从循环热风进口2和空气进口3通入布风器。

其中，循环热风在循环热风管4中流通，并在上层风帽管9上的上层出风孔11中排出，高温固体物料与循环热风进行第一次热交换，循环热风完成对高温物料的一级冷却降温。

其中，空气在空气风管5中流通，空气风管5中的低温空气从下层风帽管10上的下层出风孔12中排出，高温固体物料与空气进行第二次热交换，空气完成对高温固体物料的二级冷却降温。

也就是说，循环热风和空气通入布风器系统后，循环热风走循环热风管4，空气走空气风管5，两路风分别从上层出风孔11和下层出风孔12中排出，循环热风和空气对高温固体物料进行梯级冷却，上层循环热风与高温固体物料进行第一次热交换，下层的低温空气对高温固体物料进行第二次热交换，逐步将高温固体物料冷却降温。

进一步地，与高温固体物料进行换热后的空气气体温度升高，空气风管5排出的温度升高后的空气可作为循环热风通入循环热风管4，实现冷却余热的利用和废气循环利用。

采用本实施例的布风器系统对高温固体物料进行冷却后，固体料排出温差小于50℃，冷却后的固体物料温度均匀。即从本实施例的布风器系统中排出的固体物料的温度差控制在50℃以内，不会出现部分物料冷却后温度低而部分物料冷却效果差依然保持高温的情况。

与现有技术相比，本实施例的布风器系统采用双层风帽实现了气固梯级换热，循环热风和空气双介质换热、余热利用后的废气循环利用、另外，本实施例的风帽采用均匀布置、出风孔非均匀开孔等技术，实现了高温固体余热的高效利用，因此，本方法具有提高余热回收的意义，具有很大的推广价值。

实施例2

本实施例提供一种应用本发明实施例1中的布风器系统对高温固体物料进行冷却的气固换热方法，包括以下步骤：

步骤1、将高温固体物料输送到布风器系统的气固换热装置6中；

步骤2、将空气从空气进口3通入空气风管5中；

步骤3、空气流经空气风管5流入各个风帽1的下层风帽管10中，从下层出风孔12中排出；排出的低温空气与高温固体物料发生热交换，冷却高温固体物料；

步骤4、空气与高温固体物料发生热交换后升温，升温后的空气作为循环热风从循环热风进口2通入循环热风管4；

步骤5、循环热风流经循环热风管4，流入各个风帽1的上层风帽管9中，并从上层风帽管9上设置的上层出风孔11中流出，与高温固体物料进行热交换，对高温固体物料进行一级冷却降温；

步骤6、继续向空气风管5中通入空气，空气从下层风帽管10的下层出风孔12中排出，与被循环热风一级冷却降温后的高温固体物料进行第二次热交换，完成对高温固体物料的二级冷却降温。

上述步骤5和步骤6中：

由于，上层风帽管9上的上层出风孔11的位置高度高于下层风帽管10上的下层出风孔12的高度。高温固体物料输送进气固换热装置6，依次流经上层帽头7和下层帽头8。

因此，从布风器上方输送进气固换热装置6的高温固体物料依次与上层出风孔11排出的循环热风和下层出风孔12排出的空气进行热交换，通过两级阶梯热交换对高温固体物料进行冷却降温，可以保证对高温固体物料的冷却均匀性，同时实现了高温固体余热的高效利用。

实施例3

结合图1、图3和图4所示，本实施例采用圆形的气固换热装置6，总计有5个风帽1，其中中心位置的风帽1较大，其余4个风帽1较小，4个较小的风帽1均匀地分布在中心位置大尺寸的风帽1的周围。首先900℃的高温粒化渣进入气固换热装置6，150℃的循环热风和20℃的空气分别从循环热风进口2和空气进口3通入，其中循环热风走循环热风管4，空气走空气风管5，两路风分别从上层风帽管9上的上层出风孔11和下层风帽管10上的下层出风孔12排出并与高温粒化渣换热，从上层出风孔11排出的热风先和较高温度的粒化渣换热，然后，从下层出风孔12排出的空气进一步冷却粒化渣，保证排出粒化渣的温度<200℃，排出粒化渣的温差<50℃。

其中，中心较大的风帽1上的上层出风孔11和下层出风孔12的设计是矩形风孔，且风孔均匀布置在风帽管上部。周围较小的4个风帽1上层出风孔11和下层出风孔12的设计是矩形风孔，但是，靠近气固换热装置6中心位置一侧的上层出风孔11和下层出风孔12密集，即靠近中心位置的出风量大，靠近边缘方向的风孔出风量小。

实施例4

结合图2、图3和图4所示，本实施例采用矩形的气固换热装置6，总计有六个风帽1，且六个风帽1大小和结构一致，均匀地分布在气固换热装置6内。首先700℃的热烧结矿进入气固换热装置6，130℃的循环热风和22℃的空气分别从循环热风进口2和空气进口3通入，其中循环热风走循环热风管4，空气走空气风管5，两路风分别从风帽1的上层风帽管9上的上层出风孔11和下层风帽管10上的下层出风孔12排出并与热烧结矿换热，从上层出风孔11排出的热风先和较高温度的烧结矿换热，然后，从下层出风孔12排出的空气进一步冷却烧结矿，保证排出烧结矿的温度<150℃，排出烧结矿的温差<50℃。

其中，6个风帽1上的上层出风孔11和下层出风孔12的设计是矩形风孔。靠近气固换热装置6中心位置一侧的上层出风孔11和下层出风孔12密集，即靠近中心位置的出风量大；气固换热装置6边缘位置一侧的上层出风孔11和下层出风孔12稀疏，即靠近边缘方向的风孔出风量小。

本发明的气固换热装过程中使用的布风器系统及其气固换热方法还可用于其它固体物料的均匀换热和余热回收中。本发明可以实现气固的均匀换热，并且实现两路气体对高温固体显热的梯级换热回收，不仅能换热均匀，而且能够得到较高品质的热风，有利于提高余热利用效率。

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 (3)

1.一种气固换热方法，其特征在于，所述气固换热方法使用布风器系统进行换热；

所述布风器系统包括：风帽(1)、循环热风管(4)、空气风管(5)和气固换热装置(6)；

所述气固换热装置(6)作为高温固体物料的流通空间；所述循环热风管(4)用于流通循环热风，所述空气风管(5)用于流通空气；

所述气固换热装置(6)内部设置有多个所述风帽(1)，且所述风帽(1)与循环热风管(4)和空气风管(5)连通；

所述风帽(1)用于排出循环热风和空气，所述循环热风和空气用于对高温固体物料进行冷却降温；直线形部分的循环热风管(4)连通中央风帽与气固换热装置(6)的外部；

所述风帽(1)包括：上层风帽管(9)、下层风帽管(10)、上层出风孔(11)和下层出风孔(12)；

所述上层风帽管(9)与所述循环热风管(4)连通，所述下层风帽管(10)与所述空气风管(5)连通；

所述上层出风孔(11)设置在所述上层风帽管(9)的上部，所述下层出风孔(12)设置在所述下层风帽管(10)的上部；

空气风管(5)的结构与循环热风管(4)相同，且气固换热装置(6)的中心位置设置一个风帽(1)，循环热风管(4)与空气风管(5)的环形部分均设置多个风帽(1)；

所述风帽(1)还包括：上层帽头(7)和下层帽头(8)；所述上层帽头(7)设置在所述上层风帽管(9)的顶部，所述下层帽头(8)设置在所述下层风帽管(10)的顶部；均匀布置的风帽(1)上层出风孔(11)和下层出风孔(12)非均匀开孔，其中在面向所述气固换热装置(6)中心位置一侧较密集布置；

所述上层帽头(7)和所述下层帽头(8)均为伞状结构；

所述上层帽头(7)与所述上层风帽管(9)的顶部管口无缝焊接，密封所述上层风帽管(9)的管口；所述下层帽头(8)与所述下层风帽管(10)的顶部管口无缝焊接，密封所述下层风帽管(10)的管口；

所述上层帽头(7)的下沿低于所述上层风帽管(9)的管口；

所述下层帽头(8)的下沿低于所述下层风帽管(10)的管口;

所述气固换热方法包括以下步骤：

步骤S1：将高温固体物料输送到布风器系统的气固换热装置(6)中；

步骤S2：从循环热风进口(2)向循环热风管(4)中通入循环热风；从空气进口(3)向空气风管(5)中通入空气；

步骤S3：所述循环热风从上层风帽管(9)的上层出风孔(11)中排出，对高温固体物料进行一级冷却降温；所述空气从下层风帽管(10)的下层出风孔(12)中排出，对高温固体物料进行二级冷却降温；

所述循环热风的温度低于所述高温固体物料的温度，且所述循环热风的温度高于所述空气的温度；所述高温固体物料先与循环热风进行热交换，再与空气进行热交换；

空气与高温固体物料发生热交换后升温，升温后的空气作为循环热风从循环热风进口(2)通入循环热风管(4)；

高温固体物料输送进气固换热装置(6)，依次流经上层帽头(7)和下层帽头(8)；从布风器上方输送进气固换热装置(6)的高温固体物料依次与上层出风孔(11)排出的循环热风和下层出风孔(12)排出的空气进行热交换，通过两级阶梯热交换对高温固体物料进行冷却降温；在气固换热装置(6)中心附近的高温固体物料因有更多的气固热交换而获得与周边均匀的冷却降温。

2.根据权利要求1所述的一种气固换热方法，其特征在于，所述上层风帽管(9)嵌套在所述下层风帽管(10)内部，且所述上层风帽管(9)的高度高于所述下层风帽管(10)的高度。

3.根据权利要求1所述的一种气固换热方法，其特征在于，所述上层出风孔(11)的下沿高于所述上层帽头(7)的下沿至少30mm；所述下层出风孔(12)的下沿高于所述下层帽头(8)的下沿至少30mm。

Images