CN206408253U - 一种高温熔渣物理化学方法热量回收的装置 - Google Patents

一种高温熔渣物理化学方法热量回收的装置 Download PDF

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程树森
梅亚光
张丽英
牛群
徐文轩
牛卫军
吴昊
张福明
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Abstract

本实用新型提供一种高温熔渣物理化学方法热量回收的装置，属于冶金炉渣处理技术领域。该装置包括高温熔渣导流器、金属圆筒、固体渣回收仓、煤粉喷枪及煤粉输送管道、液态水或水蒸气或二氧化碳喷枪及输送管道和煤气热量回收仓，金属圆筒位于固体渣回收仓上方，高温熔渣导流器伸入金属圆筒，金属圆筒与煤气热量回收仓相连，固体渣回收仓外接液态水或水蒸气或二氧化碳喷枪及输送管道。本实用新型综合使用化学方法和物理方法对炉渣热量进行高效回收，同时能对炉渣进行粒化，实现炉渣的高结晶度，方便后续对炉渣进行回收利用。

Description

一种高温熔渣物理化学方法热量回收的装置
技术领域
本实用新型涉及冶金炉渣处理技术领域，特别是指一种高温熔渣物理化学方法热量回收的装置。
背景技术
目前冶金过程高温熔渣处理均采用水冲渣工艺、喷水热闷等工艺进行处理。高温液态熔渣的热量基本上被浪费掉，据统计这部分热量占整个钢铁生产工序能耗的8～9％左右。特别是水冷液态渣过程中产生的蒸汽中含有大量的S、P有害气体，对空气造成污染，这部分含有S、P的蒸汽同时也会对冶金企业设备造成腐蚀，降低其使用寿命，同时也浪费大量水资源。
在国家大力提倡节能环保及钢铁企业面临的成本压力越来越大的情况下，急需开发一种新的炉渣处理工艺及装置，既能保证高温液态炉渣被冷却为玻璃体含量较高的固体渣，又能对熔渣热量进行回收利用。以最大限度回收能源，减少水资源消耗，减少S、P等有害物质排放。
高温液态渣到低温固态渣的变化，不同阶段对工艺和设备要求不一样，比如高温液态渣对设备的损坏主要是热破坏，而工艺更多要求在液态到固态变化过程中具有较大的冷却速率，从而形成玻璃化率较高固体渣，破碎对冷却速率至关重要，并且液态渣的破碎成本显然要低于固态渣，此阶段如果能进行热量回收，则回收品质更高，直接的热量回收较间接回收效率更高；低温渣对设备的损坏主要是机械作用，而工艺要求更多是尽可能的热量回收，可是随着固体渣温度的降低，回收热量的品质降低，回收难度加大。以前的相关专利基本上将不同阶段放在一个容器或者过程中，并且不同阶段采用单一的热量回收方式，所以不论破碎、冷却、设备损坏、热量回收效率等都很难达到工业应用层面。
热量回收经过的转化工序越多，热量回收效率越低。本实用新型通过一次化学回收高温高品质热量，通过二次物理回收中低温热量，在物理法回收渣粒热量时通过回收仓设计，实现冷却器及冷却管道材质、结构，冷却介质温度、流量与渣粒温度、流量的协同，达到炉渣热量的最大梯级回收。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种高温熔渣物理化学方法热量回收的装置，分阶段实现将液态熔渣变成玻璃体含量较高的固体渣，同时有效回收熔渣热量、消除对水的浪费和对环境污染，根据每个阶段的特征对设备和工艺做侧重设计，并且采用不同的热量回收方式。
该装置包括高温熔渣导流器、金属圆筒、煤粉喷枪及煤粉输送管道、固体渣回收仓、液态水或水蒸气或二氧化碳喷枪及输送管道和煤气热量回收仓，金属圆筒设置在固体渣回收仓上部，高温熔渣导流器伸入金属圆筒中，液态水或水蒸气或二氧化碳喷枪及输送管道伸入固体渣回收仓中，金属圆筒上端或下端接入煤粉喷枪及煤粉输送管道，煤气热量回收仓与金属圆筒相连。煤粉喷枪及煤粉输送管道直接伸入固体渣回收仓中。
该装置还包括另外四种形式：
第二种：煤粉喷枪及煤粉输送管道直接伸入固体渣回收仓中，同时，煤气热量回收仓直接连接在固体渣回收仓上部，其他连接关系与第一种相同。
第三种：固体渣回收仓上方设置反应仓，煤粉喷枪及煤粉输送管道接入反应仓，煤气热量回收仓连接在反应仓上方，其他连接关系与第一种相同。
第四种：在金属圆筒中设置带肋离心破碎装置，其他连接关系与第一种相同。
第五种：不设置金属圆筒，在固体渣回收仓内部上方设置带肋离心破碎装置或碗碟形离心粒化装置，高温熔渣导流器直接接入带肋离心破碎装置或碗碟形离心粒化装置中，煤粉喷枪及煤粉输送管道直接接入固体渣回收仓中，其他连接关系与第一种相同。
其中：高温熔渣导流器形状为管式或槽式，高温熔渣导流器的流槽为圆形或椭圆形或方形；高温熔渣导流器静止或旋转；高温熔渣导流器出口处设有带槽的挡墙，使得流出的液态渣呈多条状，类似于初次破碎设计；高温熔渣导流器的材质为耐火材料；
金属圆筒外形为圆筒形，两端面除留接口外保持封闭，金属圆筒主体材质为铜、耐磨铸钢、铸铁或耐火材料中的一种或多种组合；金属圆筒内表面带有一条以上不同形状的沟槽或者凹凸不平的表面形状，金属圆筒外面为不冷却或冷却两种，当冷却时，金属圆筒外表面为冷却介质接触面，金属圆筒内面为同熔渣接触面；金属圆筒与水平面之间夹角为0～60°，金属圆筒自转或不自转。
带肋离心破碎装置外形为圆筒形，带肋离心破碎装置外表面带有肋状刀片，带肋离心破碎装置材质为铜、耐磨铸钢、铸铁或或耐火材料中的一种或多种组合，工作过程中带肋离心破碎装置高速自转，带肋离心破碎装置有不冷却和冷却两种；
碗碟形离心粒化装置使用旋转碗碟作为设备主体，为凸凹曲线组合结构，碗碟形离心粒化装置为不冷却和冷却两种；碗碟形离心粒化装置材质为铜、耐磨铸钢、铸铁或耐火材料中一种或几种组合。根据冷却要求分不同区域，每个区域使用不同材质，并且带有多条不同内型的沟槽或者凹凸不平的表面形状。
固体渣回收仓壁面内部有蛇形冷却水通道；固体渣回收仓壁面由导热耐磨的铜或铸钢或铸铁或镶嵌耐火材料制成；固体渣回收仓内部高度方向上安装多层冷却管道，其形式包括：纵向、横向、纵横交错或环状，冷却管道内部通有流动的冷却介质；换热器管道由导热性和耐磨性较好的铜或铸钢或铸铁或合金材料制成；其冷却器和冷却管道材质结构、冷却介质温度流量的配置与渣粒温度流量相协同，以实现最大化的热量梯级利用。固体渣回收仓可以是圆筒状，也可以是多边形状；固体渣回收仓的中下部，塔身直径先增大后减小，壁面带有倾角，固体渣回收仓的顶部密封；固体渣回收仓的底部或侧壁安装节流阀；
煤气热量回收仓内部安装纵横交错的冷却管道，冷却管道内部通有流动的冷却介质；换热器管道由导热性和耐磨性较好的铜或铸钢或其他合金制成，设备的壁面内部有冷却通道，通道内有流动的冷却介质，壁面由导热性很好的铜或铸钢或其他合金材料制成。
反应仓形状为柱形或长方体，材质为保温绝热材料。
煤粉喷枪及煤粉输送管道和液态水或水蒸气或二氧化碳喷枪及输送管道形状均为管式，截面均为圆形、椭圆形或方形。为了实现煤粉与气体的充分混合，煤粉与高温水蒸气或二氧化碳气体可以形成对冲(即煤粉喷枪安装在水蒸气或二氧化碳喷枪上部空间某处)，也可以在气体喷枪内部嵌套煤粉喷枪，煤粉的载气或保护气体也可以是水蒸气或二氧化碳气体。
该装置进行回收热量的过程及原理如下：
炉渣破碎工艺部分：(1)当采用旋转的金属圆筒内表面对高温熔渣进行粒化时，熔渣导流器位于金属圆筒入口的斜上部，保证液体渣在和金属圆筒接触时有足够的冲力，同时冲力方向和金属圆筒的旋转方向相冲，金属圆筒内表面采用带肋或不带肋内形设计，从而实现熔渣的最大化破碎和减少对壁面的磨损；金属圆筒采用高导热性材料，并进行外部强冷，保证高温液态渣破碎后的滚动过程中迅速冷却为玻璃化率较高的高温固体渣；金属圆筒有一定角度，促使液态和固态渣在旋转过程中逐渐下落；当高温固体渣温度达到完全凝固后，从金属圆筒出口排出，进入固体渣回收仓。
(2)当采用固定不动的金属圆筒与旋转的筒形带肋离心破碎装置相结合进行炉渣粒化时，炉渣通过高温熔渣导流器流到筒形带肋离心破碎装置表面，筒形带肋离心破碎装置高速自转，表面的肋状刀片将炉渣分割成小块，炉渣在离心力的作用下向外甩出，与外侧的金属圆筒内表面发生碰撞，进而破碎。金属圆筒与水平面有一定角度，促使液态和固态渣在旋转过程中逐渐下落，当高温固体渣温度达到完全凝固后，从金属圆筒出口排出，进入固体渣回收仓。
(3)当单独在固体渣回收仓上部空间采用旋转的筒形带肋离心破碎装置时，其破碎原理与(2)相同，炉渣破碎后直接掉入固体渣回收仓内。
(4)当采用碗碟形离心粒化装置进行炉渣粒化时，碗碟形离心粒化装置在固体渣回收仓上部高速自转，炉渣通过高温熔渣导流器流到碗碟形离心粒化装置表面，在离心力的作用下，炉渣向四周甩出并与固体渣回收仓的壁面发生碰撞并且破碎，最终炉渣破碎后直接掉入固体渣回收仓内。
热量回收物理工艺部分：
(1)炉渣掉入到固体渣回收仓内后，由于固体渣回收仓壁面内部通有冷却水，固体渣回收仓内安装有纵横交错的冷却水管道，炉渣在固体渣回收仓内通过辐射传热和热传导将热量传递给冷却水。
(2)煤气产生后导入到煤气热量回收仓，煤气热量回收仓由保温绝热材料制成，内部安装有纵横交错的冷却水管，煤气热量通过辐射、对流和导热的方式将热量传递给冷却水。
热量回收化学方法部分：在固体渣回收仓的上部喷水或二氧化碳，水或二氧化碳遇到高温炉渣变成高温的水蒸气或二氧化碳；第一种形式是在金属圆筒上端(或下端)喷入煤粉，水蒸气或二氧化碳进入到金属圆筒内部与煤粉发生反应生成CO与H2的混合物(或CO与CO2的混合物)；第二种形式是直接在固体渣回收仓内同时喷入煤粉，在仓内煤粉与高温水蒸气(或二氧化碳)反应生成CO与H2的混合物(或CO与CO2的混合物)；第三种形式是水蒸气通过管道进入到反应仓内，同时向反应仓内喷入煤粉，在反应仓内部发生煤粉与水蒸气(或二氧化碳)的反应，生成CO与H2的混合物(或CO与CO2的混合物)；最后用内部安装有纵横交错冷却管道的煤气热量回收仓对煤气进行冷却，最后将气体产物导出并利用。
设备上：旋转的金属圆筒、带肋离心破碎装置、碗碟形离心粒化装置，主要功能都是提高高温熔渣的破碎和冷却效率，也对热量进行回收；固体渣回收仓，主要功能是对高温固体渣(约1200℃～200℃范围)进行高效热量回收利用；第三种化学工艺回收热量的方法中反应仓的主要功能是提供高温水蒸气(或二氧化碳)与煤粉反应的场所；煤气热量回收仓，主要功能是对反应生成的煤气进行热量回收。
本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：
1、同时实现了炉渣的颗粒化及其热量回收，有利于炉渣的后续利用和节约能源。
2、综合使用了物理方法和化学方法对炉渣热量进行了回收，热量回收效率高，生成的产物多样化。
附图说明
图1为本实用新型的高温熔渣物理化学方法热量回收的装置第一种形式结构示意图一；
图2为本实用新型的高温熔渣物理化学方法热量回收的装置第一种形式结构示意图二；
图3为本实用新型的高温熔渣物理化学方法热量回收的装置第二种形式结构示意图一；
图4为本实用新型的高温熔渣物理化学方法热量回收的装置第二种形式结构示意图二；
图5为本实用新型的高温熔渣物理化学方法热量回收的装置第三种形式结构示意图；
图6为本实用新型的高温熔渣物理化学方法热量回收的装置第四种形式结构示意图；
图7为本实用新型的高温熔渣物理化学方法热量回收的装置第五种形式结构示意图一；
图8为本实用新型的高温熔渣物理化学方法热量回收的装置第五种形式结构示意图二。
其中：1-高温熔渣导流器；2-金属圆筒；3-煤粉喷枪及煤粉输送管道；4-固体渣回收仓；5-液态水或水蒸气或二氧化碳喷枪及输送管道；6-煤气热量回收仓；7-反应仓；8-带肋离心破碎装置；9-碗碟形离心粒化装置。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本实用新型提供一种高温熔渣物理化学方法热量回收的装置。
如图1和图2所示，该装置中金属圆筒2设置在固体渣回收仓4上部，高温熔渣导流器1伸入金属圆筒2中，液态水或水蒸气或二氧化碳喷枪及输送管道5伸入固体渣回收仓4中，金属圆筒2上端或下端接入煤粉喷枪及煤粉输送管道3，煤气热量回收仓6与金属圆筒2相连。
该装置还有另外四种形式，分别为：
如图3和图4所示，煤粉喷枪及煤粉输送管道3直接伸入固体渣回收仓4中，同时，煤气热量回收仓6直接连接在固体渣回收仓4上部或连接在金属圆筒2的上端，其他结构不变。
如图5所示，固体渣回收仓4上方设置反应仓7，煤粉喷枪及煤粉输送管道3接入反应仓7，煤气热量回收仓6连接在反应仓7上方，其他结构不变。
如图6所示，在金属圆筒2中设置带肋离心破碎装置8，其他结构不变。
如图7和图8所示，不设置金属圆筒2，在固体渣回收仓4内部上方设置带肋离心破碎装置8或碗碟形离心粒化装置9，高温熔渣导流器1直接接入带肋离心破碎装置8或碗碟形离心粒化装置9中，煤粉喷枪及煤粉输送管道3直接接入固体渣回收仓4中，其他结构不变。
下面对这五种形式进行详细叙述。
图1是第一种形式装置示意图，熔渣通过高温熔渣导流器1进入到高速自转的金属圆筒2内部，为了保证液体渣在和旋转的金属圆筒2接触时有足够的冲力，使炉渣冲力方向和旋转的金属圆筒2的旋转方向相冲，金属圆筒2内侧采用凹凸不同的外形设计，从而实现液体渣的最大化破碎，金属圆筒2高速旋转并在外表面喷洒冷却液对其进行强冷，炉渣在金属圆筒2内表面迅速破碎并固化，从右侧落入固体渣回收仓4中，固体渣回收仓4壁面内部有蛇形冷却水管道并通有冷却介质，在固体渣回收仓4内部安装有多层通有冷却介质的纵横交错的管道，固体渣在仓内将热量通过辐射和传导传给壁面和管道中的冷却介质，同时通过固体渣回收仓4上部的液态水或水蒸气或二氧化碳喷枪及输送管道5将水或二氧化碳喷在渣面上，液态水接触到高温固体渣后迅速升温气化变成高温水蒸气，高温水蒸气(或二氧化碳)上升进入到金属圆筒2内部，在金属圆筒2上端通过煤粉喷枪及煤粉输送管道3喷入煤粉，在金属圆筒2内部煤粉与高温水蒸气(或二氧化碳)发生反应，生成CO与H2混合物(或CO与CO2的混合物)从金属圆筒2上端的管道导出进入煤气热量回收仓6，在该设备内部有多层通有冷却介质的冷却管道，并且壁面内部同样通有流动的冷却介质，高温气体将热量通过辐射和导热和对流将热量传给壁面内部和管道内部的冷却介质后从另一侧导出，固体渣回收仓4内的炉渣从仓底排出。
图2也是第一种形式装置示意图，该装置物理工艺回收炉渣热量的原理与图1完全相同，不同的是该装置通过从金属圆筒2的下端通过煤粉喷枪及煤粉输送管道3向金属圆筒2上部空间喷入煤粉。
图3是第二种形式装置示意图，炉渣通过高温熔渣导流器1进入到金属圆筒2内部，为了保证液体渣在和旋转的金属圆筒2接触时有足够的冲力，使炉渣冲力方向和旋转的金属圆筒2的旋转方向相冲，金属圆筒2内侧采用凹凸不同的外形设计，从而实现液体渣的最大化破碎，金属圆筒2高速旋转并在外表面喷洒冷却液对其进行强冷，炉渣在金属圆筒2内表面迅速破碎并固化，从右侧落入固体渣回收仓4中，固体渣回收仓4壁面内部通有冷却介质的通道，在回收仓内部安装有多层通有冷却介质的纵横交错的管道，固体渣在仓内将热量通过辐射和传导传给壁面和管道中的冷却介质，同时通过固体渣回收仓4上部的液态水或水蒸气或二氧化碳喷枪及输送管道5将水(或二氧化碳)喷在渣面上，液态水接触到高温固体渣后迅速升温气化变成高温水蒸气，高温水蒸气(或二氧化碳)上升充满整个回收仓上部空间，在回收仓上部通过煤粉喷枪及煤粉输送管道3喷入煤粉，在固体渣回收仓4上部空间煤粉与高温水蒸气(或二氧化碳)发生反应，生成CO与H2混合物(或CO与CO2混合物)进入回收仓顶部的煤气热量回收仓6，在该设备内部有多层通有冷却介质的冷却管道，并且壁面内部同样通有流动的冷却介质，高温气体将热量通过辐射和导热和对流将热量传给壁面内部和管道内部的冷却介质后从另一侧导出，仓内的炉渣从仓底或仓侧壁节流阀排出。
图4也是第二种形式装置示意图，该装置物理工艺回收炉渣热量的原理与图3完全相同，不同的是该装置的煤气热量回收仓6安装在金属圆筒2上端部。
图5是第三种形式装置示意图，该装置与第二种形式的装置不同的是化学工艺回收炉渣热量部分，该装置中高温水蒸气(或二氧化碳)上升进入到反应仓7内部，通过煤粉喷枪及煤粉输送管道3向反应仓7内喷入煤粉，在反应仓7内部煤粉与高温水蒸气(或二氧化碳)发生反应，生成CO与H2混合物(或CO与CO2混合物)从上端的管道导出进入煤气热量回收仓6，气体热量回收原理与第二种形式装置也完全相同。
图6是第四种形式装置示意图，该装置是第一种形式装置的改进版，外侧的金属圆筒2固定不动，在内部安装筒形带肋离心破碎装置8，炉渣经过高温熔渣导流器1进入金属圆筒2内部，落在高速旋转的筒形带肋离心粒化装置8上，经过离心后在两筒壁之间碰撞，两筒壁均进行强冷，炉渣在筒壁之间碰撞、破碎、冷却后从右侧流出，进入到固体渣回收仓4内，在回收仓内的热量回收物理工艺与图2相同，化学工艺与图2也完全相同。
图7是第五种形式装置示意图，炉渣通过高温熔渣导流器1进入到固体渣回收仓4内，在固体渣回收仓4上部安装有筒形带肋离心粒化装置8，炉渣滴落到该离心粒化装置上，经过破碎和冷却后下落到回收仓下部，同时通过固体渣回收仓4上部的液态水或水蒸气或二氧化碳喷枪及输送管道5将水或二氧化碳喷在渣面上，液态水接触到高温固体渣后迅速升温气化变成高温水蒸气，通过回收仓上部的煤粉喷枪及煤粉输送管道3向回收仓内喷入煤粉，在回收仓内部煤粉与高温水蒸气发生反应，生成CO与H2混合物(或CO与CO2混合物)从回收仓顶部导出进入煤气热量回收仓6，回收仓内固体渣的热量回收原理以及煤气热量回收原理与第一种形式完全相同。
图8也是第五种形式装置示意图，与图7不同的是在炉渣粒化部分选用了碗碟形离心粒化装置9，炉渣通过高温熔渣导流器1进入固体渣回收仓4内部，固体渣回收仓4上部安装有碗碟形离心粒化装置9，炉渣滴落到碗碟形离心粒化装置9上由于离心力作用被甩出并迅速颗粒化掉落到固体渣回收仓4内，其余热量回收原理与图7完全相同。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种高温熔渣物理化学方法热量回收的装置，其特征在于：包括高温熔渣导流器(1)、金属圆筒(2)、煤粉喷枪及煤粉输送管道(3)、固体渣回收仓(4)、液态水或水蒸气或二氧化碳喷枪及输送管道(5)和煤气热量回收仓(6)，金属圆筒(2)设置在固体渣回收仓(4)上部，高温熔渣导流器(1)伸入金属圆筒(2)中，液态水或水蒸气或二氧化碳喷枪及输送管道(5)伸入固体渣回收仓(4)中，金属圆筒(2)上端或下端接入煤粉喷枪及煤粉输送管道(3)，煤气热量回收仓(6)与金属圆筒(2)相连。
2.根据权利要求1所述的高温熔渣物理化学方法热量回收的装置，其特征在于：所述煤粉喷枪及煤粉输送管道(3)直接伸入固体渣回收仓(4)中。
3.根据权利要求1所述的高温熔渣物理化学方法热量回收的装置，其特征在于：所述煤粉喷枪及煤粉输送管道(3)直接伸入固体渣回收仓(4)中，同时，煤气热量回收仓(6)直接连接在固体渣回收仓(4)上部。
4.根据权利要求1所述的高温熔渣物理化学方法热量回收的装置，其特征在于：所述固体渣回收仓(4)上方设置反应仓(7)，煤粉喷枪及煤粉输送管道(3)接入反应仓(7)，煤气热量回收仓(6)连接在反应仓(7)上方。
5.根据权利要求1所述的高温熔渣物理化学方法热量回收的装置，其特征在于：所述金属圆筒(2)中设置带肋离心破碎装置(8)。
6.根据权利要求1所述的高温熔渣物理化学方法热量回收的装置，其特征在于：不设置金属圆筒(2)，所述固体渣回收仓(4)内部上方设置带肋离心破碎装置(8)或碗碟形离心粒化装置(9)，高温熔渣导流器(1)直接接入带肋离心破碎装置(8)或碗碟形离心粒化装置(9)中，煤粉喷枪及煤粉输送管道(3)直接接入固体渣回收仓(4)中。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的高温熔渣物理化学方法热量回收的装置，其特征在于：所述高温熔渣导流器(1) 形状为管式或槽式，高温熔渣导流器(1)的流槽为圆形或椭圆形或方形；高温熔渣导流器(1)静止或旋转；高温熔渣导流器(1)出口处设有带槽的挡墙，使得流出的液态渣呈多条状；高温熔渣导流器(1)的材质为耐火材料；
所述金属圆筒(2)外形为圆筒形，两端面除留出接口外保持封闭，金属圆筒(2)主体材质为铜、耐磨铸钢、铸铁或耐火材料中的一种或多种组合；金属圆筒(2)内表面带有一条以上不同形状的沟槽或者凹凸不平的表面形状，金属圆筒(2)外面为不冷却或冷却两种，当冷却时，金属圆筒(2)外表面为冷却介质接触面，金属圆筒(2)内面为同熔渣接触面；金属圆筒(2)与水平面之间夹角为0～60°，金属圆筒(2)自转或不自转。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的高温熔渣物理化学方法热量回收的装置，其特征在于：所述煤粉喷枪及煤粉输送管道(3)和液态水或水蒸气或二氧化碳喷枪及输送管道(5)形状均为管式，截面均为圆形、椭圆形或方形。
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CN106498103A (zh) * 2016-12-01 2017-03-15 北京科技大学 一种高温熔渣物理化学方法热量回收的装置
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