CN114608312B - 一种利用矿热炉高温烟气预热回转窑二次风的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金余热利用技术领域，公开了一种利用矿热炉高温烟气预热回转窑二次风的方法，包括矿热炉，在矿热炉的排烟口上设有排烟道，所述排烟道的高温段设有热交换器，且热交换器的入口通过进风管道连接有二次风机，热交换器的出口通过出风管道连接有回转窑，所述热交换器包括热管一段、热管二段，所述二次风机向热管一段鼓入冷风，冷风在热管一段与高温烟气发生热交换，形成低温二次风，低温二次风通过旁通管进入热管二段，在热管二段与高温烟气再次发生热交换，形成高温二次风，高温二次风通过燃烧器上的二次风筒进入回转窑；本申请设计合理，换热效果好，换热效率高，既降低了矿热炉烟气温度，又提高了回转窑热效率，该方案是企业节能降耗的重要途径。

Description

一种利用矿热炉高温烟气预热回转窑二次风的方法

技术领域

本发明涉及冶金余热利用技术领域，特别涉及一种利用矿热炉高温烟气预热回转窑二次风的方法。

背景技术

据我国铁合金工业协会的相关调查，矿热炉是我国铁合金产品的主要机械设备，矿热炉在运行过程中消耗的总体电量，大约占我国发电总量的2%。矿热炉冶炼过程产生的烟气产量大、温度高，含有巨大的余热资源，余热回收势在必行。

目前以红土氧化镍矿为原料生产原生镍的冶炼工艺可以分为火法冶金和湿法冶金两种，回转窑－矿热炉熔炼工艺即RKEF冶炼工艺为火法冶金的一种。矿石经干燥窑干燥，与石灰石、还原剂在原料场、备料间加以筛分破碎后，混匀配料送入回转窑。在回砖窑中，原料经干燥、焙烧、预还原，制成约 1000℃的镍渣。镍渣在封闭隔热状态下送入矿热炉。矿热炉为全封闭式，自焙电极，埋弧冶炼，还原并熔分粗制镍铁和炉渣。矿热炉炉渣经过水淬后作为建筑材料。矿热炉产品是粗制镍铁，出铁前预先加脱硫剂，出铁同时脱硫。粗制镍铁送至 AOD 精炼转炉吹氧脱碳，精炼后的镍铁铸成合格商品镍铁块。

矿热炉烟气由于温度较高，在进入煤气净化系统处理之前，必须先进行冷却降温，传统的降温工艺一般采用水冷烟道，既浪费了烟气余热，又增加了水冷设备投资。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用矿热炉高温烟气预热回转窑二次风的方法，在矿热炉烟气管道设置热交换器，矿热炉冶炼同时向热交换器鼓入冷风，冷风在热交换器里与高温烟气产生热交换，形成高温热风，送至回转窑燃烧器作为二次风，既降低了矿热炉烟气温度，又提高了回转窑热效率，本申请高效利用矿热炉烟气余热，是企业节能降耗的重要途径；有效的解决了上述背景技术中提出的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种利用矿热炉高温烟气预热回转窑二次风的方法，包括矿热炉，在矿热炉的排烟口上设有排烟道，其特征在于所述排烟道的高温段设有热交换器，且热交换器的入口通过进风管道连接有二次风机，热交换器的出口通过出风管道连接有回转窑。

采用上述技术方案的有益效果是：在矿热炉的排烟道上设置热交换器，二次风机向热交换器注入常温二次风，常温二次风经过热交换器时与矿热炉高温烟气发生热交换，形成高温二次风，高温二次风进入回转窑助燃，既降低了矿热炉烟气温度，提高回转窑热效率。实际生产中，矿热炉烟气温度为650~750℃，经热交换器换热后，矿热炉烟气温度降至600℃以下，无需再经过水冷就可以进入煤气净化系统；回转窑二次风入窑温度则可由环境温度升高至295~340℃。对于回转窑来说，提高二次风的温度，可以加快煤粉燃烧速度，提高火焰温度，此外，在一次风风量不变的情况下，对于挥发分比较高的煤粉，提高二次风的温度还可以有效缩短黑火头，形成清亮、活泼、有力的燃烧火焰。

进一步，考虑到上述热交换器结构对二次风换热的影响，所述热交换器包括热管一段、热管二段，所述二次风机向热管一段鼓入冷风，冷风在热管一段与高温烟气发生热交换，形成低温二次风，低温二次风通过旁通管进入热管二段，在热管二段与高温烟气再次发生热交换，形成高温二次风，高温二次风通过燃烧器上的二次风筒进入回转窑。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过延长二次风的流动路径与延缓二次风流速，分两段逐步提升二次风温度，保证稳定的高温二次风进入回转窑。

进一步，考虑到旁通管结构对二次风换热的影响，所述旁通管为U型管状结构，在旁通管的竖直段设有转杆，在转杆的侧壁设有随风自转的叶轮。

采用上述进一步方案的有益效果是：二次风流动时，带动叶轮旋转，阻碍了二次风的流速，使得高温烟气与二次风换热时间增加，提升了换热效率。

进一步，考虑到上述热管一段结构对二次风换热的影响，所述热管一段与热管二段为整体管状结构，形成烟管，在烟管的两端口设有法兰，在烟管内设有Z字型的第一风管，且第一风管的两端口延伸到烟管外侧，第一风管的下端口与进风管道连接，第一风管的上端口与旁通管连接，在烟管内设有Z字形的第二风管，且第二风管的两端口延伸到烟管外侧，第二风管的上端口与旁通管连接，第二风管的下端口与出风管道连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：高温烟气经烟管流动，二次风经第一风管、旁通管、第二风管进入回转窑，内置式结构实现了二次风的两段升温换热。

进一步，考虑到上述第一风管与第二风管的结构与烟气换热时长短，所述第一风管的竖直段为螺旋状管结构，所述第二风管的竖直段为螺旋状管结构。

采用上述进一步方案的有益效果是：延长了二次风的流动路径，阻碍了高温烟气的流速，使得高温烟气与二次风换热时间增加，提升了换热效率。

进一步，考虑到上述热管一段结构对二次风换热的影响，所述热管一段与热管二段为整体管状结构，形成烟管，在烟管的两端口设有法兰，在烟管的外侧壁设有套管，且套管的两端口通过封口环封闭，在套管与烟管之间设有分割环，且分割环将套管分成上热腔与下热腔，在下热腔的下部设有与进风管道连接的进风接口，在下热腔的上部设有与旁通管连接的第一接口，在上热腔的上部设有第二接口，且第二接口与旁通管的连接，在上热腔的下部设有与出风管道连接的出风接口。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：高温烟气经烟管流动，二次风经进风接口、套管、第一接口、旁通管、第二接口、出风接口进入回转窑，外置式结构实现了二次风的两段升温换热。

进一步，考虑到烟管结构对换热效率的影响，所述烟管的内壁自上而下设有位置交错的隔板，且隔板为半圆板状结构。

采用上述进一步方案的有益效果是：延长了高温烟气的流动路径，阻碍了高温烟气的流速，使得高温烟气与二次风换热时间增加，且二者换热面积增加，进一步提升了换热效率。

进一步，考虑到烟管结构对换热效率的影响，所述烟管为两端缩口的管状结构，且缩口管径与排烟道管径相同。

采用上述进一步方案的有益效果是：高温烟气进入烟管后，由于管径增大，使得高温烟气流速减慢，进一步提升了换热效率。

进一步，考虑到高温烟气含有烟尘与焦油，使用时容易附着在烟管内壁，所述烟管的两端口设有轴承座，在轴承座之间设有转轴，在转轴的侧壁设有钢刷，且钢刷表面的钢毛呈螺旋状布置，所述转轴的侧壁设有蜗轮，蜗轮的齿根内啮合有与烟管转动连接的蜗杆，在蜗杆的轴端设有与烟管固定的驱动电机。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过驱动电机带动蜗轮蜗杆，进而带动转轴上的钢刷旋转，实时对烟管内壁进行清理，防止了烟尘附着，保证了高温烟气与二次风的换热，同时钢毛阻碍高温烟气的流动路径与流速，提升了换热效率。

本发明的有益效果在于：本申请设计合理，换热效果好，换热效率高，省去了矿热炉烟气冷却水用量及其相关设备投资，减少回转窑小时耗煤量，每年节约标准煤约5万吨，提高回转窑焙砂出料温度50~80℃，提回转窑产量15%，并有效减少回转窑结圈现象。

附图说明

图1为本发明的工艺结构示意图。

图2为本发明的流程图结构示意图。

图3为热交换器的主视剖面结构示意图。

图4为旁通管的立体结构示意图。

图5为实施例二热交换器的主视剖面结构示意图。

图6为实施例三热交换器的主视剖面结构示意图。

图7为实施例四热交换器的主视剖面结构示意图。

图8为实施例五热交换器的主视剖面结构示意图。

图9为实施例六热交换器的主视剖面结构示意图。

图中：1、矿热炉；2、排烟道；3、热交换器；4、进风管道；5、二次风机；6、出风管道；7、回转窑；8、热管一段；9、热管二段；10、旁通管；11、燃烧器；12、二次风筒；13、转杆；14、叶轮；15、烟管；16、法兰；17、第一风管；18、第二风管；19、套管；20、封口环；21、分割环；22、上热腔；23、下热腔；24、进风接口；25、第一接口；26、第二接口；27、出风接口；28、隔板；29、轴承座；30、转轴；31、钢刷；32、钢毛；33、蜗轮；34、蜗杆；35、驱动电机。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍，以下所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

实施例一

如图1-4所示，一种利用矿热炉高温烟气预热回转窑二次风的方法，包括矿热炉1，在矿热炉1的排烟口上安装有排烟道2，其特征在于所述排烟道2的高温段可拆卸安装有热交换器3，所述热交换器3包括热管一段8、热管二段9，所述热管一段8的入口通过进风管道4连接有二次风机5，二次风机5向热管一段8鼓入冷风，冷风在热管一段8与高温烟气发生热交换，形成低温二次风，低温二次风通过旁通管10进入热管二段9，所述热管二段9的出口通过出风管道6连接有燃烧器11，在热管二段9与高温烟气再次发生热交换，形成高温二次风，高温二次风通过燃烧器11上的二次风筒12进入回转窑7；通过延长二次风的流动路径与延缓二次风流速，分两段逐步提升二次风温度，保证稳定的高温二次风进入回转窑7，既降低了矿热炉1烟气温度，提高回转窑7热效率。实际生产中，矿热炉1烟气温度为650~750℃，经热交换器3换热后，矿热炉1烟气温度降至600℃以下，无需再经过水冷就可以进入煤气净化系统；回转窑7二次风入窑温度则可由环境温度升高至295~340℃。对于回转窑7来说，提高二次风的温度，可以加快煤粉燃烧速度，提高火焰温度，此外，在一次风风量不变的情况下，对于挥发分比较高的煤粉，提高二次风的温度还可以有效缩短黑火头，形成清亮、活泼、有力的燃烧火焰。

作为上述实施例的进一步优化，考虑到旁通管10结构对二次风换热的影响，所述热管一段8与热管二段9为整体管状结构，形成烟管15，材质为不锈钢，在烟管15的两端口焊接有法兰16，在烟管15内焊接有第一风管17，该第一风管17为Z字型，由两根横管与一根竖管焊接组成，且第一风管17的两横管端口延伸到烟管15外侧，第一风管17的下端口与进风管道4连接，第一风管17的上端口与旁通管10连接，在烟管15内焊接有第二风管18，该第二风管18为Z字型，由两根横管与一根竖管焊接组成，且第二风管18的两横管端口延伸到烟管15外侧，第二风管18的上端口与旁通管10连接，第二风管18的下端口与出风管道6连接；高温烟气经烟管15流动，二次风经第一风管17、旁通管10、第二风管18进入回转窑7，内置式结构实现了二次风的两段升温换热。

作为上述实施例的进一步优化，考虑到旁通管10结构对换热效率的影响，所述旁通管10为U型管状结构，在旁通管10的竖直段固接有转杆13，在转杆13的侧壁转动连接有随风自转的叶轮14，二次风流动时，带动叶轮14旋转，阻碍了二次风的流速，使得高温烟气与二次风换热时间增加，提升了换热效率。

实施例二

如图5所示，和实施例一不同的是，考虑到上述第一风管17与第二风管18的结构与烟气换热时长短，所述热管一段8与热管二段9为整体管状结构，形成烟管15，材质为不锈钢，在烟管15的两端口焊接有法兰16，在烟管15内焊接有第一风管17，该第一风管17由两根横管与一根螺旋管焊接组成，且第一风管17的两横管端口延伸到烟管15外侧，第一风管17的下端口与进风管道4连接，第一风管17的上端口与旁通管10连接，在烟管15内设有第二风管18，该第二风管18由两根横管与一根螺旋管焊接组成，且第二风管18的两端口延伸到烟管15外侧，第二风管18的上端口与旁通管10连接，第二风管18的下端口与出风管道6连接，延长了二次风的流动路径，阻碍了高温烟气的流速，使得高温烟气与二次风换热时间增加，提升了换热效率。

实施例三

如图6所示，和实施例一不同的是，考虑到上述热管一段8结构对二次风换热的影响，所述热管一段8与热管二段9为整体管状结构，形成烟管15，材质为不锈钢，在烟管15的两端口焊接有法兰16，在烟管15的外侧壁焊接有套管19，套管19与烟管15之间有间隙，用于二次风流动，且套管19的两端口通过封口环20封闭，在套管19与烟管15之间焊接有分割环21，且分割环21将套管19分成上热腔22与下热腔23，在下热腔23的下部焊接有进风接口24，该进风接口24与进风管道4通过螺栓连接，在下热腔23的上部焊接有第一接口25，该第一接口25与旁通管10通过螺栓连接，在上热腔22的上部焊接有第二接口26，且第二接口26与旁通管10通过螺栓连接，在上热腔22的下部焊接有出风接口27，该出风接口27与出风管道6通过螺栓连接，高温烟气经烟管15流动，二次风经进风接口24、套管19、第一接口25、旁通管10、第二接口26、出风接口27进入回转窑7，外置式结构实现了二次风的两段升温换热。

实施例四

如图7所示，和实施例三不同的是，考虑到烟管15结构对换热效率的影响，所述烟管15的内壁自上而下焊接有位置交错的隔板28，且隔板28为半圆板状结构，延长了高温烟气的流动路径，阻碍了高温烟气的流速，使得高温烟气与二次风换热时间增加，且二者换热面积增加，进一步提升了换热效率。

实施例五

如图8所示，和实施例三不同的是，考虑到烟管15结构对换热效率的影响，所述烟管15为两端缩口的管状结构，且缩口管径与排烟道2管径相同，高温烟气进入烟管15后，由于管径增大，使得高温烟气流速减慢，进一步提升了换热效率。

实施例六

如图9所示，和实施例三不同的是，考虑到高温烟气含有烟尘与焦油，使用时容易附着在烟管15内壁，所述烟管15的两端口通过螺栓固定有轴承座29，在轴承座29之间转动连接有转轴30，在转轴30的侧壁固接有钢刷31，且钢刷31表面的钢毛32呈螺旋状布置，所述转轴30的侧壁通过键连接有蜗轮33，蜗轮33的齿根内啮合有蜗杆34，该蜗杆34与烟管15转动连接，在蜗杆34的轴端固接有驱动电机35，该驱动电机35与烟管15固定，通过驱动电机35带动蜗轮33蜗杆34，进而带动转轴30上的钢刷31旋转，实时对烟管15内壁进行清理，防止了烟尘附着，保证了高温烟气与二次风的换热，同时钢毛32阻碍高温烟气的流动路径与流速，提升了换热效率。

应用场景及工作原理：以红土氧化镍矿为原料生产原生镍的冶炼工艺中，矿热炉1排出的高温烟气经排烟道2进入热交换器3内，高温烟气经烟管15流动，二次风机5经进风管道4向下热腔23鼓入冷风，冷风在下热腔23与烟管15中的高温烟气发生热交换，形成低温二次风，低温二次风通过旁通管10进入上热腔22，低温二次风与高温烟气再次发生热交换，形成高温二次风，高温二次风通过出风管道6进入燃烧器11，然后高温二次风通过燃烧器11上的二次风筒12进入回转窑7；本申请设计合理，换热效果好，换热效率高， 省去了矿热炉1烟气冷却水用量及其相关设备投资，减少回转窑7小时耗煤量，每年节约标准煤约5万吨，提高回转窑7焙砂出料温度50~80℃，提回转窑7产量15%，并有效减少回转窑7结圈现象。

尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行和修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用矿热炉高温烟气预热回转窑二次风的方法，包括矿热炉（1），在矿热炉（1）的排烟口上设有排烟道（2），其特征在于所述排烟道（2）的出炉段设有热交换器（3），向热交换器（3）鼓入冷风，冷风在热交换器（3）里与矿热炉（1）烟气产生热交换，形成热风并作为二次风送至回转窑（7）；所述热交换器（3）的冷风通过二次风机（5）供风，且两者通过进风管道（4）连接，热风一侧的热交换器（3）与回转窑（7）通过出风管道（6）连接；所述热交换器（3）包括热管一段（8）、热管二段（9），所述二次风机（5）向热管一段（8）鼓入二次风，二次风在热管一段（8）与出炉烟气发生热交换，升温后的二次风通过旁通管（10）进入热管二段（9），在热管二段（9）与出炉烟气再次发生热交换，再次升温的二次风通过燃烧器（11）上的二次风筒（12）进入回转窑（7）；所述旁通管（10）为U型管状结构，在旁通管（10）的竖直段设有转杆（13），在转杆（13）的侧壁设有随风自转的叶轮（14）；所述热管一段（8）与热管二段（9）为整体管状结构，形成烟管（15），在烟管（15）的两端口设有法兰（16），在烟管（15）的外侧壁设有套管（19），且套管（19）的两端口通过封口环（20）封闭，在套管（19）与烟管（15）之间设有分割环（21），且分割环（21）将套管（19）分成上热腔（22）与下热腔（23），在下热腔（23）的下部设有与进风管道（4）连接的进风接口（24），在下热腔（23）的上部设有与旁通管（10）连接的第一接口（25），在上热腔（22）的上部设有第二接口（26），且第二接口（26）与旁通管（10）连接，在上热腔（22）的下部设有与出风管道（6）连接的出风接口（27）；所述烟管（15）的两端口设有轴承座（29），在轴承座（29）之间设有转轴（30），在转轴（30）的侧壁设有钢刷（31），且钢刷（31）表面的钢毛（32）呈螺旋状布置，所述转轴（30）的侧壁设有蜗轮（33），蜗轮（33）的齿根内啮合有与烟管（15）转动连接的蜗杆（34），在蜗杆（34）的轴端设有与烟管（15）固定的驱动电机（35）。

2.根据权利要求1所述的一种利用矿热炉高温烟气预热回转窑二次风的方法，其特征在于所述烟管（15）的内壁自上而下设有位置交错的隔板（28），且隔板（28）为半圆板状结构。

3.根据权利要求1所述的一种利用矿热炉高温烟气预热回转窑二次风的方法，其特征在于所述烟管（15）为两端缩口的管状结构。