CN110848648A - 有色冶金高温物料热能回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了有色冶金高温物料热能回收系统，由有色物料多级换热器及蒸汽发生系统构成，所述高温段换热系统产生的热能给换热介质加热；低温段换热系统将软水加热，流入蒸汽发生系统，换热介质将软水加热蒸发；所述蒸汽发生系统的进液口与高温段换热系统的第一出口通过管道相连接，蒸汽发生系统的出液口与所述高温段换热系统的第一进口通过管道相连接；所述蒸汽发生系统的进水口与低温段换热系统热水出口通过管道相连通。所述高温段换热系统产生的热能给换热介质加热，当色冶金高温物料处于中低温时用来给软水加热，再用换热介质进入蒸发器给集中软水换热，这种热源分级储存能量、累积换热的方式，能确保高温物料中残余的热能被充分吸收利用。

Description

有色冶金高温物料热能回收系统

技术领域

本发明涉及物料余热回收利用的技术领域，具体是有色冶金高温物料热能回收系统。

背景技术

锌焙砂是锌精矿经焙烧后所得的产物，温度一般为900℃左右，在生产过程一般要求将该产物冷却至130℃，目前工艺采用水冷或风冷，且并未将高温热源加以利用，时值目前国家能源紧缺、大力提倡生产过程节能降耗。

为了解决此问题，特此提出本发明。

发明内容

本发明目的是提供有色冶金高温物料热能回收系统，用于有色冶金高温物料热能的回收。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现的：

有色冶金高温物料热能回收系统，由有色物料多级换热器及蒸汽发生系统构成，所述有色物料多级换热器包括高温段换热系统和低温段换热系统；所述高温段换热系统用有色冶金高温物料的高温时产生的热能给换热介质加热；低温段换热系统将软水加热，换热介质和软水流入蒸汽发生系统中，流入蒸汽发生系统，换热介质将软水加热蒸发；所述蒸汽发生系统的进液口与高温段换热系统的第一出口通过管道相连接，蒸汽发生系统的出液口与所述高温段换热系统的第一进口通过管道相连接；所述蒸汽发生系统的进水口与低温段换热系统热水出口通过管道相连通。

进一步的，所述蒸汽发生系统两端设有隔板，所述隔板与外壳密封连接，所述隔板将蒸汽发生系统隔成三个部分，分别为位于两端的进液腔、出液腔以及位于中间的蒸发室，所述蒸发室的下部设有多跟热管，所述热管的两端分别固定在隔板上，并穿过隔板与进液腔、出液腔相连通，所述进液腔、出液腔和热管共同构成蒸汽发生系统中换热介质换热通路。

进一步的，所述进液腔的一端设有进液口，所述出液腔的一端设有出液口，蒸发室下方设有进水口，蒸发室设有蒸汽排出口。

优选的，所述蒸发室上方外表面设置有压力表、安全阀。

优选的，所述蒸发室内设置有加强板。

进一步的，所述蒸发室下方设置有排水阀。

进一步的，所述出液腔上方设置有电加热器。

在一个实施例中，热水出口和进水口之间设有热水箱。

在一个实施例中，第一出口和进液口之间设有储存罐，所述储存罐的入口与第一出口通过管道相连通，储存罐的出口与进液口通过管道相连通。

在一个实施例中，储存罐上方设有气体进口，储存罐下方设有排出口，储存罐还设有电加热器。

有益效果

所述高温段换热系统用有色冶金高温物料的高温时产生的热能给换热介质加热，加热后的换热介质保持在一个较高的温度，当色冶金高温物料处于中低温时用来给软水加热，再用换热介质进入蒸发器给集中软水换热，这种热源分级储存能量、累积换热的方式，能确保高温物料中残余的热能被充分吸收利用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为有色物料多级换热器第1结构示意图。

图2为有色物料多级换热器第2结构示意图。

图3为有色物料多级换热器盘管和低温段换热器管箱斜插示意图。

图4为有色物料多级换热器第3结构示意图。

图5为有色冶金高温物料热能回收系统结构示意图。

图6为蒸汽发生系统结构示意图。

图7为实施例3结构示意图。

图8为实施例4结构示意图。

以下是本有色冶金高温物料热能回收系统中附图的标注，通过附图说明和对应的标注，可以清楚地理解本产品。

高温段换热器管箱1，第一出口10，观察窗11，低温段外壳体12，低温段上封头13，低温段换热器管箱14，翅片15，低温段下封头16，凝结水进口17，热水出口18，灰渣出口19，高温段上封头2，热污水出口20，高温流通腔21，盘管22，上管板3，下管板4，换热管5，第一隔板6，第二隔板7，高温物料进口8，第一进口9，有色物料多级换热器31,蒸汽发生系统32,进液口33，出液口34,进水口35,隔板36，外壳37,进液腔38、出液腔39，蒸发室40,蒸汽排出口41,流量计42，和循环泵43，排水阀44，压力表45，加强板46，电加热器47，热水箱48，储存罐49，气体进口50，排出口51，安全阀52。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1

参照图1-4，有色物料多级换热器31包括高温段换热系统和低温段换热系统；所述高温段换热系统与低温段换热系统相连通。

所述高温段换热系统将高温物料热能传递给第一液体介质，优选的，第一液体介质为液态金属，第一液体介质的温度升高，高温物料变成中温物料，低温段换热系统将中温物料热能传递给第二液体介质，比如软水，第二液体介质的温度升高，中温物料变为低温物料。

通过设置两级换热系统，利用两种液体介质进行传递热能，能够将高温物料中的热能充分利用。

具体的，所述高温段换热系统采用竖式管壳式结构，包括高温段换热器管箱1及从上至下依次设置在高温段换热器管箱1上的高温段上封头2、上管板3、和下管板4，其中，所述高温段上封头2密封安装在高温段换热器管箱1的上端；上管板3和下管板4均密封安装在高温段换热器管箱1上下两端的内壁上，所述高温段上封头2、高温段换热器管箱1和上管板3共同构成高温流通腔21。

所述高温段上封头2上、高温流通腔21的上方设有高温物料进口8，所述高温物料通过高温物料进口8进入高温段换热系统。

所述高温段换热器管箱1内设置有多根换热管5，每根换热管5的上下两端分别固定安装在上管板3和下管板4上，所述上管板3、下管板4以及所有的换热管5共同构成换热管流通结构，以使高温物料从所述高温流通腔21经过换热管5后流到低温段换热系统中。

所述上管板3、下管板4之间空间以及高温段换热器管箱1的内壁、换热管5的外表面共同构成壳程流通结构。

所述高温段换热器管箱1的右侧下方设置有第一进口9，所述高温段换热器管箱1的左侧上方设置有第一出口10。所述第一进口9以及第一出口10与壳程流通结构相连通。

进一步的，所述高温段上封头2上设置有观察窗11，所述观察窗11用来观察高温段换热系统内换热情况。

进一步的，所述第一进口9的同侧上方、高温段换热器管箱1的内壁上设置有第一隔板6，所述第一隔板6的另一端与高温段换热器管箱1留有空间以供换热介质流通。

所述第一出口10的同侧下方、高温段换热器管箱1的内壁上设置有第二隔板7，第二隔板7的另一端与高温段换热器管箱1留有空间以供换热介质流通。

所述第一隔板6和第二隔板7延缓换热介质流通速度、改变换热介质流动方向，换热效率更好。

所述高温段换热器管箱上设置脉冲振打系统，以防止高温物料附着。

所述高温段换热系统采用管壳式结构，首先将高温物料，比如，高温锌焙砂，在换热管流通结构内填充至90％以上容量，以闷罐形式将热量传给壳程流通结构内流动的液态金属，此时高温锌焙砂(900℃左右)冷却至300℃～400℃，液态金属的温度从200℃升至500℃。

所述低温段换热系统位于高温段换热系统的下方，所述低温段换热系统包括低温段外壳体12、低温段上封头13、低温段下封头16以及低温段换热器管箱14；所述低温段上封头13和低温段下封头16密封安装在低温段外壳体12的上下两端，所述低温段上封头13、低温段下封头16和低温段外壳体12构成低温换热腔体结构，所述低温段换热器管箱14位于低温换热腔体结构中，作为高温段换热器管箱1在低温段换热系统中延伸形成了低温段换热器管箱14，优选的，高温段换热器管箱1和低温段换热器管箱14为一体结构。

所述低温段换热系统是换热器结构，高温段换热系统落下中温物料进入低温段换热系统的管程，壳程装有第二液体介质，优选的第二液体介质为软水。

所述低温段下封头16的下方设有灰渣出口19；低温段下封头16上设有凝结水进口17，低温段下封头16的另一侧设有热污水出口20；所述低温段上封头13设有热水出口18，热污水出口20和热水出口18同侧。

参照图2-3，具体的，低温段换热系统采用斜插式翅管结构，所述低温段换热器管箱14设置有安装孔，所述多根盘管22通过安装孔斜插安装在低温段换热器管箱14上，盘管22的出口与灰渣出口19相连通。

优选的，盘管22所在平面与低温段换热器管箱14所在面形成的锐角A为60度。

所述中温物料通过高温段换热系统的换热管5进入盘管22，低温换热腔体结构为壳程，软水从凝结水进口17进入壳程中，经过盘管22，软水温度升高，从热水出口18流出，中温物料经过软水换热变成低温物料灰渣从灰渣出口19流出。

参照图4，具体的，所述低温段换热器管箱14形成管程，所述低温换热腔体结构内还设有翅片15，所述翅片15斜插在低温段换热器管箱14上，部分翅片15位于低温段换热器管箱14内侧，部分翅片15位于低温段换热管箱14的外侧。

所述翅片15起到加快散热、加速热能传递的作用。

优选的，翅片15与低温段换热器管箱14形成的锐角为60度。

所述低温段上封头13、低温段换热器管箱14、低温段下封头16以及低温段换热器管箱14共同构成壳程。

经过管程后的300℃～400℃锌焙砂冷却至130℃左右，壳程中软水温度从常温升至90℃～100℃左右。

本系统采用新型低熔点、高沸点的液态金属作为核心换热介质，可将高温锌焙砂释放的热能进行有效回收利用。液态金属是惰性材料，即使接触锌焙砂，也不会产生反应，因此泄露危险极低，安全系数高。

液态金属常温下呈现液态，具有极高的导热与导电能力，相变潜热大，物化性质稳定。

实施例2，参照图5，有色冶金高温物料热能回收系统，由有色物料多级换热器31及蒸汽发生系统32构成，所述有色物料多级换热器31包括高温段换热系统和低温段换热系统；所述蒸汽发生系统32的进液口33与高温段换热系统的第一出口10通过管道相连接，蒸汽发生系统32的出液口34与所述高温段换热系统的第一进口9通过管道相连接，所述高温段换热系统和蒸汽发生系统之间通过第一出口10、进液口33、出液口34、第一进口9以及管道形成换热介质的流通回路。比如换热介质为液态金属。

色冶金高温物料本实施例中为锌焙砂。

所述蒸汽发生系统32的进水口35与低温段换热系统热水出口18通过管道相连通。

所述蒸汽发生系统32两端设有隔板36，所述隔板36与外壳37密封连接，所述隔板36将蒸汽发生系统32隔成三个部分，分别为位于两端的进液腔38、出液腔39以及位于中间的蒸发室40，所述进液腔38的一端设有进液口33，所述出液腔39的一端设有出液口34，蒸发室40下方设有进水口35，蒸发室40设有蒸汽排出口41，所述蒸发室40的下部设有多跟热管42，所述热管42的两端分别固定在隔板36上，并穿过隔板36与进液腔38、出液腔39相连通，所述进液腔38、出液腔39和热管42共同构成蒸汽发生系统32中换热介质换热通路，所述高温换热介质进入进液腔38，通过热管42将蒸发室40里的软水加热，随着温度逐渐升高，生成水蒸气从蒸汽排出口41排出蒸发室40，所述蒸汽能够用来驱动发电机或者其他电动机，从而完成热能到动能或电能的转换，实现了高温物料热能的回收再利用。

进一步的，所述蒸发室40上方外表面设置有压力表45，用来测量蒸发室40的汽液压力。

进一步的，所述蒸发室40上方外表面设置有安全阀52。

进一步的，所述蒸发室40下方设置有排水阀44，用来备用排水。

进一步的，所述出液腔39上方设置有电加热器47，用来给蒸发室40预热。

进一步的，所述蒸发室40内设置有加强板46，用来加强、稳固热管42的定位安装。

所述高温段换热系统用有色冶金高温物料的高温时产生的热能给换热介质加热，加热后的换热介质保持在一个较高的温度，当色冶金高温物料处于中低温时用来给软水加热，然后，再用换热介质进入蒸发器给集中软水换热，这种热源分级储存能量、累积换热的方式，能确保高温物料中残余的热能被充分吸收利用。

同时，使用液态金属液态作为换热介质，液态金属液态金属常温下呈现液态，具有极高的导热与导电能力，相变潜热大，物化性质稳定。液态金属的沸点较高，相变潜热大能存储更多的能量用开转换。

低温段换热系统使用高温物料残留的能量给软水加热，能更有效的利用高温物料的热能，避免热能被浪费，同时加热后的软水，温度升高，在蒸发器中生成水蒸气需要更少的能量。

进一步的，连接凝结水进口17的管道上依次连接有流量计42和循环泵43，所述循环泵43的两侧安装有阀门44，所述流量计42用来测量经过凝结水进口17软水的流量，所述循环泵43与软水源相连通，用来将软水泵入低温段换热系统，同时，阀门44用来流经控制凝结水进口17通路的开或关。

进一步的，与第一进口9、第一出口10、热水出口18相联通的管道上均设有阀门，用来控制进出口的关闭和打开以及管道中换热介质的流速。

热污水出口20处设有阀门，用来控制热污水出口20的关闭和打开。

连通进液口33和蒸汽排出口41附近的管道上设有阀门。

出液口34河第一进口9之间的管道依次设置有温度计、流量计、阀门以及循环泵。

热水出口18和进水口35之间的管道依次设置有阀门、循环泵以及温度计。

所述循环泵的设置为低温段换热系统和蒸汽发生系统32之间软水的流通提供更多的动力。

使用时，将色冶金高温物料通过高温物料进口8投入到有色物料多级换热器31中，高温段换热系统将换热介质加热，控制阀门使换热介质流入到蒸汽发生系统32中，色冶金高温物料在有色物料多级换热器31下落，低温段换热系统将软水加热，软水流入蒸汽发生系统32中，换热介质进一步将软水加热蒸发。

实施例3

参照图7，与实施例2不同之处在于，热水出口18和进水口35之间设有热水箱48。热水箱48用来临时储存软水，能更好的控制整个系统的平稳运行。

实施例4

参照图8，与实施例2、实施例3不同之处在于，第一出口10和进液口33之间设有储存罐49，所述储存罐49的入口与第一出口10通过管道相连通，储存罐49的出口与进液口33通过管道相连通。储存罐49用来储存换热介质，本实施例中，为液态金属，能确保系统流量稳定，平稳运行。

储存罐49上方设有气体进口50，用于填充来自工厂的惰性气体，填充惰性气体防止空气进入储存罐49中发生爆炸。

储存罐49下方设有排出口51。

进一步的，储存罐49还设有电加热器47。

进一步的，储存罐49上方设有安全阀。

本系统采用新型低熔点、高沸点的液态金属作为核心换热介质，可将高温锌焙砂释放的热能进行有效回收利用。液态金属是惰性材料，即使接触锌焙砂，也不会产生反应，因此泄露危险极低，安全系数高。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.有色冶金高温物料热能回收系统，其特征在于：由有色物料多级换热器(31)及蒸汽发生系统(32)构成，所述有色物料多级换热器(31)包括高温段换热系统和低温段换热系统；所述高温段换热系统用有色冶金高温物料的高温时产生的热能给换热介质加热；低温段换热系统将软水加热，换热介质和软水流入蒸汽发生系统(32)中，流入蒸汽发生系统(32)，换热介质将软水加热蒸发；所述蒸汽发生系统(32)的进液口(33)与高温段换热系统的第一出口(10)通过管道相连接，蒸汽发生系统(32)的出液口(34)与所述高温段换热系统的第一进口(9)通过管道相连接；所述蒸汽发生系统(32)的进水口(35)与低温段换热系统热水出口(18)通过管道相连通。

2.根据权利要求1所述有色冶金高温物料热能回收系统，其特征在于：所述蒸汽发生系统(32)两端设有隔板(36)，所述隔板(36)与外壳(37)密封连接，所述隔板(36)将蒸汽发生系统(32)隔成三个部分，分别为位于两端的进液腔(38)、出液腔(39)以及位于中间的蒸发室(40)，所述蒸发室(40)的下部设有多跟热管(42)，所述热管(42)的两端分别固定在隔板(36)上，并穿过隔板(36)与进液腔(38)、出液腔(39)相连通，所述进液腔(38)、出液腔(39)和热管(42共同构成蒸汽发生系统(32)中换热介质换热通路。

3.根据权利要求2所述有色冶金高温物料热能回收系统，其特征在于：所述进液腔(38)的一端设有进液口(33)，所述出液腔(39)的一端设有出液口(34)，蒸发室(40)下方设有进水口(35)，蒸发室(40)设有蒸汽排出口(41)。

4.根据权利要求2所述有色冶金高温物料热能回收系统，其特征在于：所述蒸发室(40)上方外表面设置有压力表(45)、安全阀(52)。

5.根据权利要求2所述有色冶金高温物料热能回收系统，其特征在于：所述蒸发室(40)内设置有加强板(46)。

6.根据权利要求2所述有色冶金高温物料热能回收系统，其特征在于：所述蒸发室(40)下方设置有排水阀(44)。

7.根据权利要求2所述有色冶金高温物料热能回收系统，其特征在于：所述出液腔(39)上方设置有电加热器(47)。

8.根据权利要求1所述有色冶金高温物料热能回收系统，其特征在于：所述热水出口(18)和进水口(35)之间设有热水箱(48)。

9.根据权利要求1所述有色冶金高温物料热能回收系统，其特征在于：第一出口(10)和进液口(33)之间设有储存罐(49)，所述储存罐(49)的入口与第一出口(10)通过管道相连通，储存罐(49)的出口与进液口(33)通过管道相连通。

10.根据权利要求9所述有色冶金高温物料热能回收系统，其特征在于：所述储存罐(49)上方设有气体进口(50)，储存罐(49)下方设有排出口(51)，储存罐(49)还设有电加热器(47)。

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