CN117588955A - 颗粒物料余热回收系统及其冷却箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及节能环保技术领域内的一种颗粒物料余热回收系统及其冷却箱，包括箱体和设于箱体内的换热管模块、第一隔墙、第二隔墙、布风板以及风帽；待冷却的颗粒物料自物料进口进入进料通道，气流自流化风进口进入后使颗粒物料上浮，浮动至出料通道上方的颗粒物料因自重大于浮力而落入出料通道中，落入出料通道中的颗粒物料自物料出口排出，换热气流自流化风出口流出，换热管模块内的换热液体自热水出口流出。本发明设计的冷却箱，通过于箱体内形成上下开口错位的进料通道和出料通道，且布风板位于出料通道外侧，使得随气流悬浮至出料通道上方的颗粒能够落下，使得颗粒物料能够与流化风气流以及换热管模块同时换热，切实有效地提高了冷却效率。

Description

颗粒物料余热回收系统及其冷却箱

技术领域

本发明属于节能环保技术领域，具体地，涉及一种颗粒物料余热回收系统及其冷却箱。

背景技术

我国烧结矿热矿温度普遍在700～800℃，烧结矿破碎之后采用皮带运输是最常规的运输方式，因此需要将碎矿粒冷却。碎矿粒粒径一般低于20mm，目前冷却工艺配套设备通常选择冷却机，该设备通入冷风后可将碎矿粒降低至150℃，满足运输要求。上述冷却机设备在应用过程中，运行人员发现存在床面大导致碎矿粒物料流动难，冷却速度慢以及设备占地面积太大的问题，且150℃的出料仍然存在能量浪费的问题，需要研发新的技术解决上述问题。

经现有技术检索发现，中国发明专利号为CN109253629A，发明名称为一种回收固体颗粒物余热资源的方法，其以3个以上取热料罐为一组组成颗粒物余热回收单元，在每个取热料罐中分别经过换热和预热过程，利用换热介质在各取热料罐中循环流动，充分回收颗粒物余热；根据固体颗粒物的种类、产量及余热温度的不同，确定颗粒物余热回收单元内设置取热料罐的数量，采用在前一个取热料罐内先完成换热，再为后一个取热料罐换热进风进行预热的方法，实现多级循环取热过程。该发明虽然采用多级回收的方式，但在余热回收效率以及余热利用率方面仍然不足。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种颗粒物料余热回收系统及其冷却箱。

根据本发明提供的一种颗粒物料冷却箱，包括箱体和设于所述箱体内的换热管模块、第一隔墙、第二隔墙、布风板以及风帽；

所述箱体顶部的一侧设有物料进口，所述箱体底部的一侧设有物料出口，所述第一隔墙悬挂连接在靠近所述物料进口一侧的所述箱体内并形成进料通道，所述第二隔墙连接在靠近所述物料出口一侧的所述箱体内并形成出料通道，所述第二隔墙顶部与所述箱体顶板之间预留供颗粒物料进入的开口，所述换热管模块位于所述第一隔墙与所述第二隔墙之间，所述换热管模块的冷水进口和热水出口分别位于所述箱体的相对两侧；所述箱体上方设有流化风出口，所述箱体的下方设有流化风进口，所述风帽连接于所述布风板上，所述布风板设于所述流化风进口上方，所述布风板位于所述第二隔墙和靠近所述第一隔墙的所述箱体内壁之间；

待冷却的颗粒物料自所述物料进口进入所述进料通道，气流自所述流化风进口进入后使颗粒物料上浮，浮动至所述出料通道上方的颗粒物料因自重大于浮力而落入所述出料通道中，落入所述出料通道中的颗粒物料自所述物料出口排出，换热气流自所述流化风出口流出，所述换热管模块内的换热液体自所述热水出口流出。

一些实施方式中，所述冷却箱还设有回料口和放料口，所述回料口临近所述物料进口，所述放料口位于所述布风板与所述回料口之间。

本发明还提供了一种颗粒物料余热回收系统，采用所述的颗粒物料冷却箱，还包括气热回收子系统和液热回收子系统；

多个所述冷却箱层叠串联形成物料冷却子系统，底部至顶部的所述冷却箱依次为第一冷却箱至第N冷却箱，其中N为大于1的自然数，待冷却的颗粒物料自所述第N冷却箱的物料进口进入，经多级热交换冷却至预定温度后，自所述第一冷却箱的物料出口排出；

每一个所述冷却箱产生的热气通过所述流化风出口通入所述气热回收子系统进行余热回收，每一个所述冷却箱产生的热水通入所述液热回收子系统进行余热回收。

一些实施方式中，所述气热回收子系统包括依次连通的第一混合装置、分离装置以及换热装置，自所述第一冷却箱至所述第N冷却箱的流化风出口均与所述第一混合装置连通，经所述第一混合装置混合后的热气进入所述分离装置将颗粒物料分离，分离后的热气输入至所述换热装置内进行热交换。

一些实施方式中，所述气热回收子系统还包括风箱和风机，所述换热装置通过所述风机与所述风箱连通，所述风箱与所述第一冷却箱至所述第N冷却箱中的至少一个所述冷却箱的流化风进口连通。

一些实施方式中，所述风箱与所述冷却箱的管路安装有流量计和电动风门，通过所述流量计和所述电动风门控制进入所述冷却箱内的气流量。

一些实施方式中，所述液热回收子系统包括第二混合装置和第三混合装置，所述第二混合装置与所述第一冷却箱至第M冷却箱的热水出口连通，其中M为自然数且M＜N，所述第二混合装置接收并混合中低温段的液体，所述第三混合装置与所述第M+1冷却箱至所述第N冷却箱的热水出口连通，所述第三混合装置接收并混合高温段的液体。

一些实施方式中，所述换热装置与所述第二混合装置连通，所述换热装置的热水通入所述第二混合装置中。

一些实施方式中，所述第二混合装置与所述第M+1冷却箱至所述第N冷却箱中的至少一个连通，所述第二混合装置中的热水通过所述冷水进口通入所述换热管模块内。

一些实施方式中，形成所述物料冷却子系统的所述冷却箱的数量为2～10。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明设计的冷却箱，通过于箱体内形成上下开口错位的进料通道和出料通道，且布风板位于出料通道外侧，使得随气流悬浮至出料通道上方的颗粒能够落下，使得颗粒物料能够与流化风气流以及换热管模块同时换热，切实有效地提高了冷却效率。

2、本发明设计的颗粒物料余热回收系统，采用多个冷却箱体堆叠串联布置，将传统的冷却机单个大床层变为多个小床层，可以极大改善固体物料的流化状态，提高物料冷却速度和冷却效果，节省了设备占地面积，能够有效控制出料温度，并能根据用户需要进行调节，提高了固体物料的余热回收效率。另外，冷却箱层叠串联布置的方式，在形成多级换热装置整体结构的同时，能够根据不同级别的冷却箱内形成的不同品质的余热进行分类回收利用，更进一步提升了余热的利用效率。

3、本发明设计的颗粒物料余热回收系统，通过优化子系统间的关联关系，进一步提高余热回收后的利用效率。

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为本发明冷却箱的主视结构示意图；

图2为本发明冷却箱的左视结构示意图；

图3为本发明冷却箱的俯视结构示意图；

图4为本发明冷却箱内换热管模块的一种实施方式结构示意图；

图5为本发明颗粒物料余热回收系统的结构示意图；

标号说明：第一冷却箱体1、第二冷却箱体2、第三冷却箱体3、第四冷却箱体4、第一混合装置5、分离装置6、换热装置7、增压风机8、风箱9、第一流量计10、第二流量计11、第三流量计12、第四流量计13、第一电动风门14、第二电动风门15、第三电动风门16、第四电动风门17、第二混合装置18、第三混合装置19、给水装置20；

物料进口101/201/301/401、物料出口102/202/302/402、流化风进口103/203/303/403、流化风出口104/204/304/404、冷水进口105/205/305/405、热水出口106/206/306/406、回料口107/207/307/407、放料口108/208/308/408、检查口109/209/309/409、布风板110/210/310/410、风帽111/211/311/411、换热管模块112/212/312/412、箱体113/213/313/413、第一隔墙114/214/314/414、第二隔墙115/215/315/415。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供了一种适用于颗粒物料的冷却箱，如图1、图2、图3以及图4所示，冷却箱的结构主要包括箱体113以及设置于箱体113内的换热管模块112、第一隔墙114、第二隔墙115、布风板110以及风帽111，箱体113上设有物料进口101、物料出口102、流化风进口103、流化风出口104、冷水进口105、热水出口106。一些实施方式中，箱体113上还设有回料口107、放料口108以及检查口109。

物料进口101位于箱体113顶部一侧中间，物料出口102位于箱体113底部另一侧中间。一些实施方式中，物料进口101和物料出口102的尺寸相同，保证多个箱体堆叠情况下物料进口101和物料出口102可直接连接。流化风进口103位于布风板110下方箱体外侧，流化风出口104位于箱体上方外侧。回料口107位于箱体上方靠近物料进口101外侧，放料口108位于布风板110上侧回料口107下侧，检查口109位于放料口108上侧。第一隔墙114位于箱体113内部物料进口101一侧，以悬挂方式与箱体113的内壁连接并形成进料通道。第二隔墙115位于箱体113内部物料出口102一侧形成出料通道，并且第二隔墙115顶部与箱体113的顶板内壁之间设有供颗粒物料进入的开口。布风板110设于箱体113内部偏下侧，且布风板110位于第二隔墙115和靠近第一隔墙114的箱体113的内壁之间，此时，出料通道内无布风板110结构，进入其通道上方的颗粒物料受到的气浮力小于其自重，进而可落入出料通道内。布风板110上面均匀布置有足够数量的风帽111。换热管模块112位于箱体113内部布风板110上方，换热管模块112还位于第一隔墙114和第二隔墙115中间，冷水进口105位于换热管模块112一侧箱体外侧，热水出口106位于换热管模块112另一侧箱体外侧。

本发明冷却箱的工作原理为：固体颗粒物料粒径微小，能够满足流化条件，外部气流自流化风进口进入箱体内，在流化风的作用下，颗粒物料向上浮动并逐渐从进料通道向出料通道处浮动，悬浮至出料通道上方的颗粒物料因其浮力小于重力而下落至通道中，进而从物料出口排出，此时高温空气自流化风出口排出进入后续装置，换热管模块中经换热的热水自热水口输入至后续装置中。当出料不满足要求时，可通过回料口107再次进入冷却箱体，直至出料满足要求，放料口108和检查口109可在检修等情况下使用，直接放出全部残留物料。本发明设计的冷却箱，通过于箱体内形成上下开口错位的进料通道和出料通道，且布风板位于出料通道外侧，使得随气流悬浮至出料通道上方的颗粒能够落下，使得颗粒物料能够与流化风气流以及换热管模块同时换热，切实有效地提高了冷却效率。

一些实施方式中，冷却箱内的换热管模块112为抽屉式受热面，在检修时可快速整体更换，节约停机时间，提高工作效率。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上形成的一种颗粒物料余热回收系统，如图5所示，采用实施例1所述的适用于颗粒物料的冷却箱，多个冷却箱通过层叠串联的方式形成物料冷却子系统，另外还包括气热回收子系统和液热回收子系统。

本实施例中，物料冷却子系统由4组冷却箱上下层叠串联而成，4组冷却箱自下而上依次为第一冷却箱体1、第二冷却箱体2、第三冷却箱体3、第四冷却箱体4。

第一冷却箱体1的物料进口101与第二冷却箱体2的物料出口202连接，第二冷却箱体2的物料进口201与第三冷却箱体3的物料出口302连接，第三冷却箱体3的物料进口301与第四冷却箱体的物料出口402连接。本实施例中物料冷却子系统的运行原理为：800℃的固体物料从第四冷却箱体4的物料进口401进入，在第四冷却箱体4内进行第一次冷却变成约500℃，出料从第四冷却箱体4的物料出口402进入第三冷却箱体3的物料进口301。在第三冷却箱体3内进行第二次冷却变成约250℃，出料从第三冷却箱体3的物料出口302进入第二冷却箱体2的物料进口201。在第二冷却箱体2内进行第三次冷却变成约150℃，出料从第二冷却箱体2的物料出口202进入第一冷却箱体1的物料进口101，在第四冷却箱体1内进行第四次冷却变成约100℃，出料从第一冷却箱体1的物料出口102排出经皮带运输供后续使用，该处实现了固体物料的多层冷却。可根据物料参数变化调整冷却箱体的数量，当需要出料温度更高时，可减少冷却箱体的数量，当需要出料温度更低时，可增加冷却箱体的数量。

气热回收子系统包括依次连通的第一混合装置5、分离装置6以及换热装置7。第一混合装置5为一种储罐，通过管道与第一至第四冷却箱的流化风出口104连通，用于接收不同温度的热空气并进行混合。分离装置6为一种旋风分离装置，将第一混合装置5输送的热空气中的物料大颗粒分离出去，热空气则进入换热装置7内进行热交换。换热装置7为一种热管换热器，其中冷水进口与外部给水装置20连通，换热后的热水则通过热水口输入其他装置中。

液热回收子系统包括第二混合装置18和第三混合装置19。第三混合装置19为一种储罐，其进口与第三冷却箱3的热水出口306和第四冷却箱4的热水出口406连通，接收高温段的冷却箱中的热水并混合，回收颗粒物料的高品位热量并用于产生过热蒸汽。第二混合装置18同样为一种储罐，其进口与第一冷却箱1的热水出口106和第二冷却箱2的热水出口206连通，接受低温段的冷却箱中的热水并混合，回收颗粒物料的低品位热量并用于产生热水。

本发明采用多个冷却箱体堆叠串联布置，将传统的冷却机单个大床层变为多个小床层，可以极大改善固体物料的流化状态，提高物料冷却速度和冷却效果，节省了设备占地面积，能够有效控制出料温度，并能根据用户需要进行调节，提高了固体物料的余热回收效率。另外，冷却箱层叠串联布置的方式，在形成多级换热装置整体结构的同时，能够根据不同级别的冷却箱内形成的不同品质的余热进行分类回收利用，更进一步提升了余热的利用效率。

实施例3

本实施例3是在实施例2的基础上形成，通过优化子系统间的关联关系，进一步提高余热回收后的利用效率。具体地：

如图5所示，气热回收子系统方面，气热回收子系统还设置有风箱9和风机8。换热装置7通过风机8与风箱9连通，通过风机8将换热装置7中进行热交换后的低温气体输送至风箱9内。风箱9通过管道与第一至第四冷却箱的流化风进口103连通，进而形成流化风的循环，提高余热利用效率。进一步地，风箱9与冷却箱的流化风进口103之间的管道通过流量计和电动风门控制，以有效控制进入冷却箱内的流化风量，具体为：流量计包括第一流量计10、第二流量计11、第三流量计12以及第四流量计13。电动风门包括第一电动风门14、第二电动风门15、第三电动风门16以及第四电动风门17。风箱9通过第一流量计10和第一电动风门14与第一冷却箱体1的流化风进口103连接，风箱9通过第二流量计11和第二电动风门15与第二冷却箱体2的流化风进口203连接，风箱9通过第三流量计12和第三电动风门16与第三冷却箱体3的流化风进口303连接，风箱9通过第四流量计13和第四电动风门17与第四冷却箱体4的流化风进口403连接。一些实施方式中，本发明中通过控制四个电动风门，保证四个流量计数值相等，达到进入四个冷却箱体的流化风量相同，物料在冷却箱体内部的流化速度相同的目的。

液热回收子系统方面，第二混合装置18与换热装置7连通，换热装置7的热水通过管道输入至第二混合装置18中，提高液体余热的回收率。进一步地，第二混合装置18的热水出口分别与第三冷却箱3和第四冷却箱4的冷水进口105连通，为第三冷却箱3和第四冷却箱4输入带有余热的温水作为换热管模块的热交换水源，可进一步提高第三冷却箱3和第四冷却箱4的换热效率和换热后的余热的品位。

在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种颗粒物料冷却箱，其特征在于，包括箱体和设于所述箱体内的换热管模块、第一隔墙、第二隔墙、布风板以及风帽；

所述箱体顶部的一侧设有物料进口，所述箱体底部的一侧设有物料出口，所述第一隔墙悬挂连接在靠近所述物料进口一侧的所述箱体内并形成进料通道，所述第二隔墙连接在靠近所述物料出口一侧的所述箱体内并形成出料通道，所述第二隔墙顶部与所述箱体顶板之间预留供颗粒物料进入的开口，所述换热管模块位于所述第一隔墙与所述第二隔墙之间，所述换热管模块的冷水进口和热水出口分别位于所述箱体的相对两侧；所述箱体上方设有流化风出口，所述箱体的下方设有流化风进口，所述风帽连接于所述布风板上，所述布风板设于所述流化风进口上方，所述布风板位于所述第二隔墙和靠近所述第一隔墙的所述箱体内壁之间；

待冷却的颗粒物料自所述物料进口进入所述进料通道，气流自所述流化风进口进入后使颗粒物料上浮，浮动至所述出料通道上方的颗粒物料因自重大于浮力而落入所述出料通道中，落入所述出料通道中的颗粒物料自所述物料出口排出，换热气流自所述流化风出口流出，所述换热管模块内的换热液体自所述热水出口流出。

2.根据权利要求1所述的颗粒物料冷却箱，其特征在于，所述冷却箱还设有回料口和放料口，所述回料口临近所述物料进口，所述放料口位于所述布风板与所述回料口之间。

3.一种颗粒物料余热回收系统，其特征在于，采用权利要求1或2所述的颗粒物料冷却箱，还包括气热回收子系统和液热回收子系统；

多个所述冷却箱层叠串联形成物料冷却子系统，底部至顶部的所述冷却箱依次为第一冷却箱至第N冷却箱，其中N为大于1的自然数，待冷却的颗粒物料自所述第N冷却箱的物料进口进入，经多级热交换冷却至预定温度后，自所述第一冷却箱的物料出口排出；

每一个所述冷却箱产生的热气通过所述流化风出口通入所述气热回收子系统进行余热回收，每一个所述冷却箱产生的热水通入所述液热回收子系统进行余热回收。

4.根据权利要求3所述的颗粒物料余热回收系统，其特征在于，所述气热回收子系统包括依次连通的第一混合装置、分离装置以及换热装置，自所述第一冷却箱至所述第N冷却箱的流化风出口均与所述第一混合装置连通，经所述第一混合装置混合后的热气进入所述分离装置将颗粒物料分离，分离后的热气输入至所述换热装置内进行热交换。

5.根据权利要求4所述的颗粒物料余热回收系统，其特征在于，所述气热回收子系统还包括风箱和风机，所述换热装置通过所述风机与所述风箱连通，所述风箱与所述第一冷却箱至所述第N冷却箱中的至少一个所述冷却箱的流化风进口连通。

6.根据权利要求5所述的颗粒物料余热回收系统，其特征在于，所述风箱与所述冷却箱的管路安装有流量计和电动风门，通过所述流量计和所述电动风门控制进入所述冷却箱内的气流量。

7.根据权利要求4所述的颗粒物料余热回收系统，其特征在于，所述液热回收子系统包括第二混合装置和第三混合装置，所述第二混合装置与所述第一冷却箱至第M冷却箱的热水出口连通，其中M为自然数且M＜N，所述第二混合装置接收并混合中低温段的液体，所述第三混合装置与所述第M+1冷却箱至所述第N冷却箱的热水出口连通，所述第三混合装置接收并混合高温段的液体。

8.根据权利要求7所述的颗粒物料余热回收系统，其特征在于，所述换热装置与所述第二混合装置连通，所述换热装置的热水通入所述第二混合装置中。

9.根据权利要求7所述的颗粒物料余热回收系统，其特征在于，所述第二混合装置与所述第M+1冷却箱至所述第N冷却箱中的至少一个连通，所述第二混合装置中的热水通过所述冷水进口通入所述换热管模块内。

10.根据权利要求3所述的颗粒物料余热回收系统，其特征在于，形成所述物料冷却子系统的所述冷却箱的数量为2～10。