CN112179151A

CN112179151A - 一种环冷机烧结料冷却方法及冷却装置

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Publication number: CN112179151A
Application number: CN202011175999.5A
Authority: CN
Inventors: 吴树春; 刘国明; 李秀玲; 田赛; 王绘; 田志强; 陆斌; 赵晋婷; 李博文; 高健; 徐艳婷; 李旭平; 赵铁志; 王庆文
Original assignee: Qinhuangdao North Metal Hose Co ltd
Current assignee: Qinhuangdao North Metal Hose Co ltd
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2021-01-05
Anticipated expiration: 2040-10-29
Also published as: CN112179151B

Abstract

一种环冷机烧结料冷却方法，采用鼓风机冷却与干雾冷却相结合，即：利用安装在环冷机台车下部风箱处的雾化喷头，将经加热的气体和饱和水喷出微米级干雾，上述微米级干雾在烧结矿的热辐射作用下吸收热量，迅速变成饱和蒸汽，进而持续吸收烧结矿热量变为过热蒸汽；鼓风机吹出的冷却风一方面对台车上的烧结矿冷却，另一方面做为干雾的载体，携带微米级干雾通过环冷机上的烧结矿层，对烧结矿进行冷却。本发明在引入干雾冷却装置后，在保证烧结矿冷却效果和品质的基础上，可以降低风机耗能25％以上，实现节能减排提高烧结矿品质的目的。

Description

一种环冷机烧结料冷却方法及冷却装置

技术领域

本发明涉及一种环冷机烧结料冷却方法及冷却装置，属钢铁冶金技术领域。

背景技术

烧结生产中烧结矿的冷却是烧结工艺的一个重要环节，环冷机是一种用于冷却烧结机烧结热矿的设备。环冷机整体为圆环形，高温烧结矿通过台车在环冷机中运行一周，运行过程由鼓风机吹来的冷风从下至上穿过台车篦板，对烧结矿进行冷却，台车运行到终点冷却的烧结矿卸料。一直以来烧结矿的冷却都是采用鼓风机吹出的冷风进行冷却。这种传统方法存在的问题是：烧结矿从烧结机出来后温度非常高，对周围温度热辐射严重，导致环冷机的冷却风在没有和烧结矿接触前，就被烧结矿的热辐射影响，达到了很较高的温度，真正与烧结矿接触后，冷却风应有的冷却效果大大减弱；为达到应有的冷却效果就要增加冷却风量，从而导致环冷机能耗居高不下。

发明内容

本发明针对解决现有技术的弊端提供一种可以明显降低环冷机能耗且有利于提高烧结矿品质的环冷机烧结料冷却方法及冷却装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种环冷机烧结料冷却方法，采用鼓风机冷却与干雾冷却相结合，即：利用安装在环冷机台车下部风箱处的雾化喷头，将经加热的气体和饱和水喷出微米级干雾，上述微米级干雾在烧结矿的热辐射作用下吸收热量，迅速变成饱和蒸汽，进而持续吸收烧结矿热量变为过热蒸汽；鼓风机吹出的冷却风一方面对台车上的烧结矿冷却，另一方面做为干雾的载体，携带微米级干雾通过环冷机上的烧结矿层，对烧结矿进行冷却。

上述环冷机烧结料冷却方法，干雾冷却量M_雾按照理论计算得出的全部采用干雾冷却总量M_雾总的20％-40％投放，即M_雾＝(0.20-0.40)M_雾总；鼓风机风量V_空按照理论计算得出的全部采用鼓风机冷却风总量V_空总的70％-75％投放，即V_空＝(0.70-0.75)V_空总。

一种环冷机烧结料冷却冷却装置，包括台车、烟罩和风冷装置，烟罩位于台车上部，烟罩连接烟气管道，风机冷却装置包括依次设置在台车下部的风箱和主风筒，主风筒连接鼓风机风道，还包括干雾冷却装置，所述干雾冷却装置设有水管路和气管路，其中水管路由依次相连的常温水管段、加热水管段、高温水管段组成，加热气管道由依次相连的常温气管段、加热气管段、高温气管段组成，加热水管段、加热气管段由烟气管道盘旋穿入、穿出，将加热的水、气分别送入高温水管段、高温气管段，高温水管段、高温气管管连接水气分配器，水气分配器经管路连接分布在风箱内的数个雾化喷头。

上述环冷机烧结料冷却冷却装置，环冷机自烧结矿进料口至烧结料出料口依次为高温区、中高温区、中温区和低温区，加热水管段、加热气管段由低温区至中高温区蛇形穿入、穿出烟气管道，加热水管段由中高温区、中温区穿出烟气管道的各局部管段处设有温度传感器、第一电磁阀和连通高温水管段的水管连通路，水管连通路上设有第二电磁阀和单向阀；加热气管道由中高温区、中温区穿出烟气管道各局部管段上设有温度传感器、电磁阀和连通高温气管路的气管连通路，气支路连通设有电磁阀和单向阀。

上述环冷机烧结料冷却冷却装置，所述雾化喷头的安装范围为高温区、中高温区和中温区。

上述环冷机烧结料冷却冷却装置，高温区烟气出口温度260-380℃，中高温区烟气出口温度210-260℃，中温区烟气出口温度100-210℃，低温区烟气出口温度70-100℃。

本发明针对提高环冷机冷却效率、降低能量消耗进行了改进，将干雾冷却技术引入环冷机中，通过设置的干雾冷却装置，将原有环冷机风机冷却装置与干雾冷却装置相结合，依靠水雾颗粒小且水为饱和水在高温环境下吸收热量后迅速的变成饱和蒸汽，饱和蒸汽继续吸收热量变成过热蒸汽，在液态水变成饱和蒸汽、饱和蒸汽变成过热蒸汽的过程，吸收来自烧结矿的热量，从而为烧结矿降温。上述过程以冷却风为载体，连续不断的将微米级干雾输送到环冷机内，持续不断为烧结矿降温，提高冷却效果。本发明在引入干雾冷却装置后，在保证烧结矿冷却效果和品质的基础上，可以降低风机耗能25％以上，实现节能减排提高烧结矿品质的目的。

附图说明

图1是本发明冷却装置示意图；

图2是环冷机水管路分布示意图；

图3是图2中A处的局部放大视图。

图中各标号为：1、台车，2、烟罩，2-1、烟气管道，3、风箱，4、主风筒，5、鼓风机风道，6、水管路，6-1、常温水管段，6-1-1、过滤器，6-1-2、水泵，6-2、加热水管段，6-3、高温水管段，7、气管路，7-1、常温气管段，7-1-1、电动调节阀，7-1-2调压阀，7-2、加热气管段，7-3、高温气管段，8、水气分配器，9、雾化喷头，10、环冷机，10-1、烧结矿进料口，10-2、烧结矿出料口，10-3、高温区，10-4、中高温区，10-5、中温区，10-6、低温区，11、水路连通管，12、温度传感器，13、第一电磁阀，14、第二电磁阀，15、单向阀。

具体实施方式

本发明将干雾冷却技术引入环冷机中，将干雾冷却与原有的环冷机鼓风机相结合，在保证烧结矿品质的基础上实现节能降耗。所述环冷机干雾冷却技术是在环冷机风箱内设置雾化喷头，由雾化喷头喷出水雾颗粒10微米以下的微米级干雾，依靠原有环冷机冷却风为载体，携带微米级干雾通过环冷机上的烧结矿层，从而达到降温的目的。进入干雾喷头的水和气先利用环冷机的高温烟气加热到约100℃，从而使雾化喷头喷出的微米级干雾为饱和水，饱和水状态下的微米级干雾受到烧结矿的热辐射迅速变成饱和蒸汽，由于烧结矿温度远高于饱和蒸汽温度，因此饱和蒸汽将持续吸收热量，变为过热蒸汽，进一步吸收烧结矿的热量，最后和原有的冷却风共同离开环冷机烧结矿层，由环冷机烟罩排出。本发明采用干雾蒸汽降温，可消除雾化水滴接触到高温烧结矿，使烧结矿发生脆化降低烧结矿品质的弊端，在降低环冷机能耗的同时提高烧结矿的品质。过热蒸汽是由微米级干雾而来，过热蒸汽本身没有动能，无法穿透烧结矿层，故而需要鼓风机吹出的气体携带着过热蒸汽共同通过烧结矿层，即鼓风机吹出的冷却风一方面冷却烧结矿、另一方面作为驱动干雾的动力。

本发明通过归纳总结一系列的对比试验结果得出环冷机冷却过程中，干雾冷却量M_雾按照理论计算得出的全部采用干雾冷却时的干雾冷却总量M_雾总的20％-40％投放，即M_雾＝(0.20-0.40)M_雾总。

鼓风机风量V_空按照理论计算得出的全部采用鼓风机冷却风总量V_空总的70％-75％投放，即V_空＝(0.70-0.75)V_空总。

烧结矿冷却后释放的热量Q_烧，根据热量计算公式：

Q_烧＝C_烧M_烧△T_烧

式中C_烧为烧结矿比热容，M_烧为烧结矿的质量，△T_烧为烧结矿从进入环冷机到出环冷机的温度变化差值。

烧结矿释放出的热量与全部采用干雾冷却Q_雾总或者全部采用冷却风冷却吸收的热量Q_空总相等，即Q_烧＝Q_雾总＝Q_空总

干雾冷却总量M_雾总理论计算如下：

Q_烧＝Q_雾总＝Q水+2256.6M_雾总+Q_过

式中Q_水为M_雾总由水变成饱和水吸收的热量，Q_过为M_雾总由饱和蒸汽变为过热蒸汽吸收的热量。

Q_水＝C_水M_雾总△T_水＝4.2*M_雾总*△T_水

式中C_水为水的定压比热容，△T_水为水由进入到环冷机后变成饱和水是升高的温差。

Q_过＝C_过M_雾总△T_过

式中C_过为过热蒸汽定压比热容，△T_过为过热蒸汽与饱和蒸汽相比升高的温度差。

鼓风机冷却总量V空总的理论计算如下：

Q_烧＝Q_空总＝C_空M_空总△T_空

式中C_空为空气的定压比热容，M_空总为空气的总质量，△T_空为空气升高的温差。

Q＝CM△T(热量计算公式)

Q＝释放或吸收的热量(KJ)

C＝比热容(KJ/kg℃)

M＝质量(kg)

ΔT＝变化的温度(℃)

水比热容C_水取4.2KJ/kg℃(传热学教材第三版)，过热蒸汽比热容C_过取100℃-400℃平均值的整数2KJ/kg℃(传热学教材第三版)，水的汽化潜热取2256.6KJ/kg(水和水蒸气热力性质图表第二版)，烧结矿比热容取平均值0.8KJ/kg℃(经验值)。

说明：水变成过热蒸汽要经过三个过程吸收热量，即：1、水变成饱和水(吸收热量Q_水，本发明中采用饱和水，所以Q_水＝0)，2、饱和水变成饱和蒸汽(吸收热量为2256.6M KJ，即汽化潜热)，3、饱和蒸汽变成过热蒸汽(吸收热量Q_过)

以下结合一个具体的实施例详细说明环冷机干雾冷却量M雾和鼓风机冷却量V空的计算。

260M²环冷机环冷机按照全部采用风冷的转速，即烧结矿冷却时间不变。

环冷机参数如下表(260M²环冷机改造前的参数)

烧结矿从800度降到100度以下，所释放的总热量恒定不变。

烧结矿冷却后释放的热量Q_烧

Q_烧＝C_烧M_烧△T_烧

Q_烧＝0.8*310*(100/60)*10³*(800-100)＝2.893x10⁸KJ

全部采用空气冷却，需要的理论空气量：

Q_烧＝Q_空总＝C_空M_空总△T_空

M_空总＝2.893*10⁸/1*{【(380-70)/2】+(70-20)}＝1411*103kg

(说明：式中除2因为被加热后的烟气温度最高为380度，最低为70度，整个环冷机温度分布为线性降低分布，所以这里取温差的平均值)

V_空总＝1411*10³/1.29＝1.094*10⁶m³

(空气比热容取平均值的整数即C_空＝1KJ/kg℃，传热学教材第三版)

理论需要空气量为1.094*10⁶m³，由于环冷机存在漏风等原因，因而理论空气需要量小于实际供给量。

如全部采用微米级干雾进行冷却理论需要量：

Q_烧＝Q_空总＝Q_雾总＝C_雾M_雾总△T_雾

Q_雾总＝Q_水+2256M_雾总+Q_过

Q_水＝0

Q_过＝C_过M_雾总△T_过

Q_雾总＝0+2256.6M_雾总+2M_雾总【(380-100)/2】

M_雾总＝2.893x108/{2256.6+2*【(380-100)/2】}＝112.7*103kg。

在不考虑环冷机漏风等原因，理论情况下需要的空气量为1411吨，而需要微米级干雾仅为112.7吨，两者相差12.5倍。，

以上数据全部为理论数据，而在实施时，微米级干雾转化为饱和蒸汽需要一定时间，且环冷机风箱内的热辐射热量有限，不足以将理论需要的微米级干雾全部转化为饱和蒸汽，所以取理论微米级干雾总量的10％。20％，30％，40％，50％进行试验测试，每项数据试验时间为1个月，同时测定相应参数。

第一个月取微米级干雾量10％，空气量为100％；

第二个月取微米级干雾量20％，空气量为100％；

第三个月取微米级干雾量20％，空气量为75％；

第四个月取微米级干雾量30％，空气量为75％；

第五个月取微米级干雾量30％，空气量为75％；

第六个月取微米级干雾量40％，空气量为75％；

通过以上数据可以得看出第3个月的效果是最理想的。加装干雾冷却技术后，节电节约鼓风机电量为1870.6-1356.2＝514.4KWH，且各级粒度组成均匀明显变化，转鼓指数达到82.3，节约电量的同时提高了烧结成品矿质量。

参看图1，本发明所述冷却装置包括台车1、烟罩2、风冷装置和干雾冷却装置。烟罩位于台车上部，烟罩连接烟气管道2-1，风机冷却装置包括依次设置在台车下部的风箱3和主风筒4，主风筒连接鼓风机风道5，在台车运行过程中，由鼓风机吹来的冷风从下至上穿过台车篦板，对烧结矿进行冷却。所述干雾冷却装置包括水管路6和气管路7，其中水管路由依次相连的常温水管段6-1、加热水管段6-2、高温水管段6-3组成，常温水管段的入口连接供水源。加热气管道由依次相连的常温气管段7-1、加热气管段7-2、高温气管段7-3组成，常温气管段的入口连接供气源。加热水管段、加热气管段由烟气管道盘旋穿入、穿出，将常温的水、气加热到约100℃，然后将加热的水、气分别送入高温水管段、高温气管段。高温水管段、高温气管段的出口连接水气分配器8，水气分配器经管路连接分布在风箱内的数个雾化喷头9。由雾化喷头喷出高温小颗粒水在烧结矿的热辐射下迅速转化为饱和蒸汽，进一步吸收热量变成过热蒸汽，在液态水变成饱和蒸汽、饱和蒸汽变成过热蒸汽的过程，吸收来自烧结矿的热量，从而为烧结矿降温。需说明，雾化喷头不能安装在主风筒或者鼓风机风道上，因为安装在风筒或者鼓风机风道上，从超细雾化喷头出来的微米级干雾在常温下连续碰撞，水雾颗粒从10微米以下将逐渐变大，到达环冷机台车处时水颗粒将变大非常多，使环冷机的辐射温度无法在有效时间内将非常大的水颗粒变成饱和蒸汽，如不能变成饱和蒸汽，水直接与烧结矿接触，将导致烧结矿脆化，大大影响烧结矿质量。因为要形成10微米以下的干雾，所以在常温水管段6-1上安装过滤器6-1-1，以便将水中的将杂质过滤掉，以免堵塞雾化喷头。在过滤器前后分别加装压力传感器用于检测过滤器前后压差，从而判断过滤器是否需要清洗。常温水管段上设有流量计用于显示整套系统用水量；常温水管段上还设有电动调节阀用于调节整套系统的给水量，根据实际需要水量进行调节；常温水管段还设有调压阀和水泵6-1-2，为整套系统提供恒压供水。常温气管段设有调压阀7-1-2和电动调节阀7-1-1，根据系统用水量调节给气量，从而保证从超细雾化喷嘴中出来的微米级干雾到底10微米以下。

参看图2、图3，环冷机10呈圆环形，台车上约800℃的烧结矿由烧结矿进料口10-1进入，在环冷机内运行一圈烧结矿冷却到约100℃由烧结矿出料口10-2卸料。根据环冷机不同段烟气出口温度分为高温区10-3、中高温区10-4、中温区10-5和低温区10-6。高温区烟气出口温度260-380℃，中高温区烟气出口温度210-260℃，中温区烟气出口温度100-210℃，低温区烟气出口温度70-100℃。为保证水管路加热段和气管路加热段在烟罩内将水、气加热约100℃的温度，即加热水管段6-2、高温水管段6-3内的水为饱和水状态，加热水管段、加热气管段由低温区经中温区至中高温区蛇形穿入、穿出烟气管道。为控制进入高温水管段内的水温，加热水管段由中高温区、中温区穿出烟气管道的各局部管段处设有温度传感器12、第一电磁阀13和连通高温水管段的水管连通路11，水管连通路上设有第二电磁阀14和单向阀15。温度传感器测到的水温低于100℃时，第一电磁阀开启、第二电磁阀关闭，水在加热水管段内流动继续加热升温；当温度传感器测到的水温达到100℃时，第一电磁阀关闭、第二电磁阀开启，100℃的饱和水经第二电磁阀、单向阀流入高温水管段，再经高温水管段送到雾化喷头。同理，加热气管路由中高温区、中温区穿出烟气管道各局部管段上设有温度传感器、电磁阀和连通高温气管路的气管连通路，气支路连通设有电磁阀和单向阀。由于不存在水加热超过100℃转化为水蒸汽的问题，气管路的温度控制可以稍高于水管路。雾化喷头的安装范围为高温区、中高温区和中温区。

Claims

1.一种环冷机烧结料冷却方法，其特征在于：采用鼓风机冷却与干雾冷却相结合，即：利用安装在环冷机台车下部风箱处的雾化喷头，将经加热的气体和饱和水喷出微米级干雾，上述微米级干雾在烧结矿的热辐射作用下吸收热量，迅速变成饱和蒸汽，进而持续吸收烧结矿热量变为过热蒸汽；鼓风机吹出的冷却风一方面对台车上的烧结矿冷却，另一方面做为干雾的载体，携带微米级干雾通过环冷机上的烧结矿层，对烧结矿进行冷却。

2.根据权利要求1所述的环冷机烧结料冷却方法，其特征在于：干雾冷却量M_雾按照理论计算得出的全部采用干雾冷却总量M_雾总的20％-40％投放，即M_雾＝(0.20-0.40)M_雾总；鼓风机风量V_空按照理论计算得出的全部采用鼓风机冷却风总量V_空总的70％-75％投放，即V_空＝(0.70-0.75)V_空总。

3.一种环冷机烧结料冷却冷却装置，包括台车(1)、烟罩(2)和风冷装置，烟罩位于台车上部，烟罩连接烟气管道(2-1)，风机冷却装置包括依次设置在台车下部的风箱(3)和主风筒(4)，主风筒连接鼓风机风道(5)，其特征在于：还包括干雾冷却装置，所述干雾冷却装置设有水管路(6)和气管路(7)，其中水管路由依次相连的常温水管段(6-1)、加热水管段(6-2)、高温水管段(6-3)组成，加热气管道由依次相连的常温气管段(7-1)、加热气管段(7-2)、高温气管段(7-3)组成，加热水管段、加热气管段由烟气管道盘旋穿入、穿出，将加热的水、气分别送入高温水管段、高温气管段，高温水管段、高温气管管连接水气分配器(8)，水气分配器经管路连接分布在风箱内的数个雾化喷头(9)。

4.根据权利要求3所述的环冷机烧结料冷却冷却装置，其特征在于：环冷机(10)自烧结矿进料口(10-1)至烧结料出料口(10-2)依次为高温区(10-3)、中高温区(10-4)、中温区(10-5)和低温区(10-6)，加热水管段、加热气管段由低温区至中高温区蛇形穿入、穿出烟气管道，加热水管段由中高温区、中温区穿出烟气管道的各局部管段处设有温度传感器(12)、第一电磁阀(13)和连通高温水管段的水管连通路(11)，水管连通路上设有第二电磁阀(14)和单向阀(15)；加热气管道由中高温区、中温区穿出烟气管道各局部管段上设有温度传感器、电磁阀和连通高温气管路的气管连通路，气支路连通设有电磁阀和单向阀。

5.根据权利要求4所述的环冷机烧结料冷却冷却装置，其特征在于：所述雾化喷头的安装范围为高温区、中高温区和中温区。

6.根据权利要求5所述的环冷机烧结料冷却冷却装置，其特征在于：高温区烟气出口温度260-380℃，中高温区烟气出口温度210-260℃，中温区烟气出口温度100-210℃，低温区烟气出口温度70-100℃。