CN201964782U - 一种高温热能回收利用转炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种能对高温物料进行热能回收利用的高温热能回收利用转炉，其炉体包括：耐高温钢材制成的内筒体、设于内筒体外周的用于输送导热液的横截面为半圆的导热管，设于内筒体和各导热管外周的耐高温导热储能填料、设于耐高温导热储能填料外周的保温层和壳体；导热管包括：多根用于将导热液从炉体前端送至邻近炉体后端的进液管和与所述进液管的后端口相连的回流管；邻近炉体的前端处设有套管式汇流管，各进液管的前端口与汇流管后端的外管相连通，回流管的前端口与汇流管后端的内管相连通，汇流管延伸入炉体内，且汇流管的前端口设于炉体的中心轴线上并延伸出炉体的出料口；汇流管的前端口连接有用于输入冷导热液和输出热导热液的旋转接头。

Description

一种高温热能回收利用转炉

技术领域

本实用新型涉及高温热能回收利用的技术领域，具体是一种高温热能回收利用转炉。

背景技术

黄磷的生产原理是将磷矿石和还原剂在电炉的高温下起还原反应，从而将五氧化二磷中的磷还原成单质磷，同时产生出大量的尾气，尾气中一氧化碳的含量要占80-90％，目前的尾气基本被放空燃烧掉。

黄磷生产是高耗能行业，每生产1吨黄磷至少要消耗1.4万千瓦时电和1.6吨碳，中国现有的年产能为80万吨。黄磷生产过程中将产生大量高温炉渣。同样，炼钢、炼铝、炼铜等行业，也存在大量高温炉渣。

因此，如何回收利用高温炉渣的热能，以降低黄磷等资源生产和冶金行业等的耗能，以相应大幅降低温室气体排放，是我国急需解决的问题。

此外，在特殊一些行业，存在一些固体颗粒或块状高温物料，如何回收利用高温物料的热能，是本领域要解决的技术问题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能对高温物料进行热能回收利用的高温热能回收利用转炉。

为解决上述技术问题，本实用新型的高温热能回收利用转炉，包括：炉体,炉体的前、后两端分别设有出料口和进料口；炉体包括：耐高温钢材制成的内筒体、设于内筒体外周的用于输送导热液的横截面为半圆的导热管，设于内筒体和各导热管外周的耐高温导热储能填料、设于所述耐高温导热储能填料外周的保温层和设于所述保温层外周的壳体；所述导热管包括：多根用于将导热液从炉体前端送至邻近所述炉体后端的进液管和至少一根与所述进液管的后端口相连的回流管；邻近所述炉体的前端处设有套管式汇流管，各进液管的前端口与汇流管后端的外管相连通，所述回流管的前端口与汇流管后端的内管相连通，汇流管延伸入所述炉体内，且汇流管的前端口设于炉体的中心轴线上并延伸出所述炉体的出料口；汇流管的前端口连接有用于输入冷导热液和输出热导热液的旋转接头。

进一步，所述耐高温导热储能填料为石墨、石英砂、氮化铝粉、铜粉、或等体积比的石墨与铜粉的混合料、或石墨与石英砂的混合料。也可以是等体积比的石墨、石英砂、铜粉的混合料。也可以是气体氮化金属粉末。

进一步，所述导热管为直半圆管、蛇形半圆管或螺旋半圆管，为进一步提高换热面积，所述导热管可采用半圆式波纹管，且将其表面粗糙化。

进一步，所述旋转接头包括：与所述汇流管的外壁相连的转动套、轴承连接在该转动套内的分流管；分流管的后段部为套管，分流管中的内、外管管口分别与所述汇流管中的内、外管管口相对设置且密封配合；分流管的前段部包括：与分流管中的内管相连通的内管分流管和与分流管中的外管相连通的外管分流管。

进一步，为使所述炉体承载高温炉渣后不炉壁不发生熔化且整个炉体具有较好的保温性能，适于连续或间歇进料并防止炉体内的炉渣冷却结块，炉体的内筒体的内侧面上设有用于在炉体自转时将所述进料口送入的高温物料送至所述出料口的由耐高温材料或耐高温钢材构成的螺旋式螺纹或螺旋式分布的翻料叶片。该螺纹或叶片在炉体自转时能使炉体的进料口处的高温炉渣向出渣口作翻滚式位移，利于使高温炉渣与空气充分换热。

本实用新型相对于现有技术具有积极的效果：（1）本实用新型的高温热能回收利用转炉，炉体的内筒体外壁焊接有用于输送导热液的半圆管（即所述导热管），以将导热液与内筒体直接换热。所述导热液可以是水，也可以是导热油等。生成的热水可以直接送至相关工矿企业，生成的高温导热液适于送入相关换热装置，以生成热水或热蒸汽，然后送至相关工矿企业。同时，利用自转式的炉体将来自矿物燃烧炉的高温炉渣与从出料口吸入的空气进行换热，以生成适于工业应用的高温热空气；从而有效利用了高温物料（包括：炉渣、锅炉煤渣、化工颗粒或块状物料等）的余热，能大幅降低磷、铁、铝、铜等资源生产的耗能，节约能源并相应减少大量温室气体的排放，具有很好的经济效益和社会效益。（2）本实用新型中，炉体的内筒体和导热管的外壁上设有耐高温导热储能填料，该填料具有较好的导热性能，适于快速吸收并储存炉体的内筒体上的热能，同时适于与导热管的外壁快速换热，故而适于进一步扩大换热面积，提高了换热效率；换热管采用直半圆管或螺旋分布于所述内筒体上的螺旋半圆管，其中螺旋半圆管具有较长的长度，适于提高换热行程，确保了充分换热。耐高温导热储能填料的外周设有保温层，以防止热能散失。该保温层采用耐高温保温材料，如石棉、硅藻土、珍珠岩、玻璃纤维等。（3）工作时，炉体始终处于绕其水平中心轴线自转的状态，使炉体内壁与高温炉渣的接触时间控制在一定长度内，可防止高温炉渣将炉壁熔化。另外，炉体的出料口的高度相对较高，可防止液态的高温炉渣直接从炉体的出料口流出；同时利于炉体内的空气温度分布均匀。（4）在炉体的出风口相对处设置引风箱，可确保将炉体送出的热风全部送至蒸汽蒸发器组。炉体内邻近炉体的出风口处具有较大空间，可确保有足够的高温空气送入蒸汽蒸发器组。（5）炉体为顶端具有开口的空心锥体，其顶端的开口相对较小，利于控制进风大小，也可防止热空气从所述顶端的开口溢出。

附图说明

图1为实施例1中高温热能回收利用转炉的结构示意图；

图2为图1的A-A剖面结构示意图；

图3为图1中旋转接头的剖面结构示意图；

图4为实施例1中的炉体上导热管与汇流管的连接结构示意图；

图5为本实用新型的分布于炉体的内筒体外周的导热管采用螺旋半圆管的结构示意图；

图6为应用例1中的矿物燃烧炉、沉淀池、水洗塔和沉降池的结构图；

图7为图1中炉体的后端面结构示意图；

图8为应用例1中的出渣机和矿物预热干燥房的结构示意图；

图9为应用例1中高温热能回收利用系统的结构简图。

其中各附图标记为：1--沉淀池，1-1--金属矿，2--炉体，2-1--进料口，2-2--后端板，2-2-1--出风口，2-3--引风箱，2-4--齿条，2-5--齿轮，2-6--同步调速电机，2-7--自动阀门，2-8--承压轮， 2-9--出料口，2-10--第一空心圆柱体段，2-11--空心圆锥体段，2-12--第二空心圆柱体段，2-14--支架，3--出渣机，3-1--入渣口，3-2--出渣口，3-3--螺旋杆，4--储气罐，5--蒸汽蒸发器组，5-1--第一级蒸汽蒸发器，5-2--第二级蒸汽蒸发器，5-3--第三级蒸汽蒸发器，5-4--燃烧室，8--引风机，9--汽轮发电机，10--矿物燃烧炉，11--水洗塔，12--沉降池，13--矿物预热干燥房，14--气缸，15--高压泵，20--挡风板，21--热水塔，a--内筒体，b--耐高温导热储能填料，c--导热管，d--保温层，e--壳体，f--汇流管，g--旋转接头。

具体实施方式

（实施例1）

见图3，本实施例的高温热能回收利用转炉，包括：炉体2,炉体2的前、后两端分别设有出料口2-9和进料口2-1；炉体2包括：耐高温钢材制成的内筒体a、设于内筒体a外周的用于输送导热液的横截面为半圆的导热管c，设于内筒体a和各导热管c外周的耐高温导热储能填料b、设于所述耐高温导热储能填料b外周的保温层d和设于所述保温层d外周的壳体e；所述导热管c包括：多根用于将导热液从炉体2前端送至邻近所述炉体2后端的进液管c1和至少一根与所述进液管c1的后端口相连的回流管c2。

邻近所述炉体2的前端处设有套管式汇流管f，各进液管c1的前端口与汇流管f后端的外管相连通，所述回流管c2的前端口与汇流管f后端的内管相连通，汇流管f延伸入所述炉体2内，且汇流管f的前端口设于炉体2的中心轴线上并延伸出所述炉体2的出料口2-9；汇流管f的前端口连接有用于输入冷导热液和输出热导热液的旋转接头g。

所述耐高温导热储能填料b为石墨、石英砂或石墨与石英砂的混合料。该混合料中，石墨与石英砂的体积混合比为1：1至1:0.1。

所述导热管c为直半圆管或螺旋半圆管，也可以是蛇形半圆管、波纹式直半圆管或螺旋半圆管，且将其表面粗糙化。

所述旋转接头g包括：与所述汇流管f的外壁相连的转动套g1、轴承连接在该转动套g1内的分流管g2；分流管g2的后段部为套管，分流管g2中的内、外管管口分别与所述汇流管f中的内、外管管口相对设置且密封配合；分流管g2的前段部包括：与分流管g2中的内管相连通的内管分流管g3和与分流管g2中的外管相连通的外管分流管g4。所述汇流管f和分流管g2中的内、外管之间设有支撑块。

为使所述炉体承载高温炉渣后不炉壁不发生熔化且整个炉体具有较好的保温性能，适于连续或间歇进料并防止炉体内的炉渣冷却结块，炉体的内筒体a的内侧面上设有用于在炉体2自转时将所述进料口2-1送入的高温物料送至所述出料口2-9的由耐高温材料或耐高温钢材构成的螺旋式螺纹或螺旋式分布的翻料叶片。该螺纹或叶片在炉体自转时能使炉体的进料口处的高温炉渣向出渣口作翻滚式位移，利于使高温炉渣与空气充分换热。

为使炉体2实现绕其中心轴线自转，炉体2包括设于壳体e外壁的至少两个齿条2-4、由同步调速电机2-6驱动的与各齿条2-4相啮合以驱动所述炉体2自转的齿轮2-5、以及对称设于炉体下方的用于支撑炉体2的至少两对承压轮2-8。

所述炉体2的后端设有后端板2-2，在后端板2-2的中心具有进料口2-1；所述炉体2包括同中心轴线分布的：第一空心圆柱体段2-10、设于第一空心圆柱体段2-10前端的空心圆锥体段2-11和设于空心圆锥体段2-11前端的第二空心圆柱体段2-10。

在第二空心圆柱体段2-10内所述汇流管f通过一支架2-14设于炉体2的中心轴线上。作为最优的实施方式，该支架2-14与所述汇流管f通过耐高温轴承或耐高温垫圈相连。

所述进料口2-1为设于所述后端板2-2中央的推拔式进料口，后端板2-2上设有多个出风口2-2-1，与各出风口2-2-1相对处设有用于抽吸炉体2内的高温空气的引风箱2-3；引风箱2-3具有用于输出所述高温空气的出风口和设于该出风口上的抽风机。

在炉体2的进料口2-1停止进料时，所述进料口2-1通过由气缸控制的动阀门2-7闭合；所述炉体2的出料口2-9为炉体2的进风口，该进风口外端设有气缸控制的用于控制进风大小的挡风板20。

所述旋转接头g的内管分流管g3和外管分流管g4与一换热装置相连，内管分流管g3中输出的热导热液经换热装置换热冷却后回流至外管分流管g4。所述换热装置用于生成工业用或生活用热水或热蒸汽，也适于发电。

（应用例1）

在实施例1的基础上，见图1-9，应用上述高温热能回收利用转炉的高温热能回收利用系统包括：自转式的炉体2,用于将来自矿物燃烧炉10的高温炉渣与出料口2-9输入的空气进行换热;蒸汽蒸发器组5，用于利用炉体2输出的高温空气和/或高温导热液将水转换为高温热蒸汽；高压储气罐4，用于存储蒸汽蒸发器组5输出的高温热蒸汽；汽轮发电机9，与高压储气罐4相连并发电，最后通过并网控制电路装置实现并网。

炉体2的内壁上设有耐高温材料的角度为10-60度的螺纹，炉体2的前端为出料口2-9；炉体2的底端设有进料口2-1；在炉体2绕其水平中心轴自转时，所述螺纹将炉体2内邻近进料口2-1处的高温炉渣送至所述出料口2-9并输出。

见图3，炉体2的后端具有后端板2-2，为方便将沉淀池1中的液态矿渣引入炉体2内，所述进料口2-1为固定于环形的后端板2-2中心的推拔式进料口；炉体2的出料口2-9也为炉体2的进风口，该进风口外端设有气缸控制的用于控制进风大小的挡风板20；后端板2-2上设有多个出风口2-2-1，与各出风口2-2-1相对处设有套在进料口2-1上的引风箱2-3；引风箱2-3的出风口2-2-1与蒸汽蒸发器组5的高温空气入口相连；在出风口2-2-1相对处设置引风箱2-3，以确保将炉体2送出的热风全部送至蒸汽蒸发器组5。引风箱2-3与外部支撑架相连，不随炉体2转动。后端板2-2包括由外及里的金属外侧板、保温材料层和耐高温材料层。

高温炉渣落入炉体2内后，随着炉体2的自转，炉体2内邻近进料口2-1一端的炉渣温度高于邻近炉体2前端的炉渣温度，由于所述炉体2采用空心体，且邻近进料口2-1一端的空间相对于邻近炉体2前端的空间较大，确保了所述出风口2-2-1一端具有足够的高温空气可送入蒸汽蒸发器组5。

为回收矿渣中的金属，如铁等，所述高温炉渣从矿物燃烧炉10流出经用于沉淀金属矿1-1的沉淀池1后，流至炉体2的进料口2-1。

为利用从炉体2送出的炉渣的余热，炉体2的出料口2-9下方设有螺旋滚筒式的出渣机3，出渣机3的两端分别设有与所述出料口2-9相对的开口向上的入渣口3-1和开口向下的出渣口3-2，出渣机3内设有用于使炉渣向出渣口3-2作翻滚式位移的由电机驱动的螺旋杆3-3，翻滚状态下的炉渣，利于与出渣机3内的气流充分换热；在邻近入渣口3-1的一端所述出渣机3与所述蒸汽蒸发器组5的出气口相连，出渣机3的另一端具有用于连接有矿物预热干燥房13的出气口；在出渣机3向矿物预热干燥房13通干燥用的热气时，出渣机3的入渣口3-1和出渣口3-2闭合。矿物预热干燥房13包括用于堆放矿物的通气孔板13-1，出渣机3的出气口经通气管延伸至通气孔板13-1底部。

所述蒸汽蒸发器组5包括依次串联的第一级蒸汽蒸发器5-1、第二级蒸汽蒸发器5-2和第三级蒸汽蒸发器5-3；第一级蒸汽蒸发器5-1的底部设有用于对第一级蒸汽蒸发器5-1中的热蒸汽和水进一步加热并生成高温蒸汽送入储气罐4的燃烧室5-4，燃烧室5-4的底部与用于输送由矿物燃烧炉10排放的经水洗塔11过滤的可燃气体的管路相连；燃烧室5-4的一侧为蒸汽蒸发器组5的高温空气入口，与用于输送来自炉体2的高温空气的管路相连。

所述第一级蒸汽蒸发器5-1的出气口接第二级蒸汽蒸发器5-2的入气口，第二级蒸汽蒸发器5-2的出气口接第三级蒸汽蒸发器5-3的入气口，第三级蒸汽蒸发器5-3的出气口即为所述蒸汽蒸发器组5的出气口；第三级蒸汽蒸发器5-3的出气口串接有引风机8。第三级蒸汽蒸发器5-3的入水口经高压泵15与用于预热软水的热水塔21相连；第三级蒸汽蒸发器5-3的出水口与第二级蒸汽蒸发器5-2的入水口相连，第二级蒸汽蒸发器5-2的出水口与第一级蒸汽蒸发器5-1的入水口相连，第一级蒸汽蒸发器5-1的高压蒸汽出口接输送高压储气罐4；热水塔21的热气输入端与汽轮发电机9的废气出口相连，从而有效利用了汽轮发电机9的废气的余热。

所述炉体2内设有多个温度传感器，温度传感器与操作台中的PLC相连；PLC经电机驱动控制电路与所述引风机8相连；当所述炉体2内的温度高于预设高温值时，PLC经电机驱动控制电路控制所述引风机8减速运转，和/或减少运转状态下的引风机8的个数；当所述炉体2内的温度低于预设低温值时，PLC经电机驱动控制电路控制所述引风机8加速运转，和/或增加运转状态下的引风机8的个数。

为防止在出风口2-2-1出风时，外部空气直接经进料口2-1和出风口2-2-1引风箱2-3，在炉体2的进料口2-1停止进料时，所述进料口2-1通过由气缸14控制的动阀门2-7密封闭合；为使进入炉体2的空气具有较长的换热行程并实现充分换热。

作为另一种实施方案，所述炉体2与蒸汽蒸发器组5之间的气管上和/或所述蒸汽蒸发器组5的出气口设有至少一个引风机8。从而确保将炉体2输出的高温空气引入蒸汽蒸发器组5，实现将水转换为高温热蒸汽的目的。

所述并网是指：将汽轮发电机9发出的交流电送入可供矿物燃烧炉10使用的电网中。

Claims (8)

1.一种高温热能回收利用转炉，其特征在于包括：炉体（2）,炉体（2）的前、后两端分别设有出料口（2-9）和进料口（2-1）；

炉体（2）包括：耐高温钢材制成的内筒体（a）、设于内筒体（a）外周的用于输送导热液的横截面为半圆的导热管（c），设于内筒体（a）和各导热管（c）外周的耐高温导热储能填料（b）、设于所述耐高温导热储能填料（b）外周的保温层（d）和设于所述保温层（d）外周的壳体（e）；

所述导热管（c）包括：多根用于将导热液从炉体（2）前端送至邻近所述炉体（2）后端的进液管（c1）和至少一根与所述进液管（c1）的后端口相连的回流管（c2）；

邻近所述炉体（2）的前端处设有套管式汇流管（f），各进液管（c1）的前端口与汇流管（f）后端的外管相连通，所述回流管（c2）的前端口与汇流管（f）后端的内管相连通，汇流管（f）延伸入所述炉体（2）内，且汇流管（f）的前端口设于炉体（2）的中心轴线上并延伸出所述炉体（2）的出料口（2-9）；

汇流管（f）的前端口连接有用于输入冷导热液和输出热导热液的旋转接头（g）。

2.根据权利要求1所述的一种高温热能回收利用转炉，其特征在于：所述导热管（c）为直半圆管或螺旋半圆管。

3.根据权利要求1-2之一所述的一种高温热能回收利用转炉，其特征在于：所述旋转接头（g）包括：与所述汇流管（f）的外壁相连的转动套（g1）、轴承连接在该转动套（g1）内的分流管（g2）；分流管（g2）的后段部为套管，分流管（g2）中的内、外管管口分别与所述汇流管（f）中的内、外管管口相对设置且密封配合；分流管（g2）的前段部包括：与分流管（g2）中的内管相连通的内管分流管（g3）和与分流管（g2）中的外管相连通的外管分流管（g4）。

4.根据权利要求1所述的一种高温热能回收利用转炉，其特征在于：炉体（2）包括设于壳体（e）外壁的至少两个齿条（2-4）、由同步调速电机（2-6）驱动的与各齿条（2-4）相啮合以驱动所述炉体（2）自转的齿轮（2-5）、以及对称设于炉体下方的用于支撑炉体（2）的至少两对承压轮（2-8）。

5.根据权利要求4所述的一种高温热能回收利用转炉，其特征在于：所述炉体（2）的后端设有后端板（2-2），在后端板（2-2）的中心具有进料口（2-1）；所述炉体（2）包括：第一空心圆柱体段（2-10）、设于第一空心圆柱体段（2-10）前端的空心圆锥体段（2-11）和设于空心圆锥体段（2-11）前端的第二空心圆柱体段（2-10）。

6.根据权利要求5所述的一种高温热能回收利用转炉，其特征在于：所述进料口（2-1）为推拔式进料口，后端板（2-2）上设有多个出风口（2-2-1），与各出风口（2-2-1）相对处设有用于抽吸炉体（2）内的高温空气的引风箱（2-3）；引风箱（2-3）具有用于输出所述高温空气的出风口和设于该出风口上的抽风机。

7.根据权利要求6所述的一种高温热能回收利用转炉，其特征在于：在炉体（2）的进料口（2-1）停止进料时，所述进料口（2-1）通过由气缸控制的动阀门（2-7）闭合；所述炉体（2）的出料口（2-9）为炉体（2）的进风口，该进风口外端设有气缸控制的用于控制进风大小的挡风板（20）。

8.根据权利要求1所述的一种高温热能回收利用转炉，其特征在于：所述炉体（2）的内筒体（a）的内侧面上设有用于在炉体（2）自转时将所述进料口（2-1）送入的高温物料送至所述出料口（2-9）的螺旋式螺纹或螺旋式分布的翻料叶片。

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