CN216011790U - 一种基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统，三段式冷却器的引风口与带有除尘器的热风主管的一端相连通，热风主管的另一端与第一热风支管的一端相连通，第一热风支管的另一端与第一引风机相连，第一引风机通过第三热风支管与第一空气透平的进气口相连通，第一空气透平的出气口与外界相连通；第一空气透平通过第一变速离合器与电动机的相连，电动机与烧结主抽风机相连，第一空气透平为烧结主抽风机提供主动力，电动机为烧结主抽风机提供启动动力和辅助动力。本实用新型将三段式冷却器的热风与双驱动或三驱动烧结主抽风机的同轴机组相联合，实现了能量的联合回收，降低了机组能耗，提高了能量转换效率。

Description

一种基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统

技术领域

本实用新型属于烧结技术领域，涉及的烧结矿余热回收利用，具体涉及一种基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统。

背景技术

烧结工序的能耗约占吨钢综合能耗的10％，是仅次于炼铁的第二大能耗工序。对烧结工序的余热进行回收利用，是烧结工序节能降耗的重要途径。烧结矿冷却前显热约占烧结工序热支出的44.5％，因此，高温烧结矿显热的高效回收利用是降低烧结工序能耗的有效途径，而冷却工艺或装置是决定余热回收效率的关键。

鼓风环式冷却机、带式冷却机是国内外普遍采用的烧结矿冷却设备，存在漏风严重、回收余热品位低和效率偏低等问题。

烧结主抽风机是烧结系统的关键设备，输送的介质为烧结烟气。电动机驱动的烧结主抽风机是烧结系统的能源消耗大户，占耗电量的50％以上。

针对环冷、带冷及机上冷却工艺存在的共同弊端，有专家学者借鉴干熄焦技术，提出了烧结矿竖式逆流冷却工艺及余热回收技术，既竖冷窑技术，国内已经有工业化示范装置在运行。工业化示范项目的实际余热回收效率也比环式冷却工艺高30％左右，说明竖式逆流换热工艺的技术方向是正确的。

针对电驱烧结主抽风机能耗大、单独系统带来的占地投资等较大的问题，相关企业开发并应用了汽轮机、电动机同轴驱动烧结主抽风机的三机同轴机组，也即将汽轮机发电系统和电动机驱动烧结主抽风机两套机组集成为一套同轴机组，通过离合器来进行汽轮机和电动机的切换驱动，一方面提高了系统能量转换效率，另一方面也减少了配套辅助系统和厂房占地的投资。

通过对这两套竖冷窑产业化项目运行情况来看，竖冷窑解决了环式冷却、带式冷却工艺及设备的漏风率高、换热效率低、粉尘排放严重及余热品位低等问题，但由于粒径不均的固体颗粒物料的堆积特性带来的布料均匀性差，以及自身结构带来的布风均匀性差的问题，实际运行没有达到设计要求。

如果能够通过结构性的改进，解决布料均匀性和布风均匀性，将替代环式冷却和带式冷却工艺，大幅度提高烧结矿显热回收效率，对烧结工艺节能降耗起到巨大的推动作用。

汽轮机、电动机同轴驱动烧结主抽风机机组，相对于汽轮机发电、电动机驱动风机的两套系统而言，提高了效率，减少了投资，但由于不能通过转速调节来实现工况调节，只能通过风机风门调节工况，系统能耗相对仍旧偏高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供了一种基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统，解决现有技术中机组能耗高，能量转换效率有待进一步提升的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统，包括三段式冷却器，所述的三段式冷却器包括顶部封闭底部开放的固定盖体，固定盖体的下方同轴设置有固定炉体，固定炉体的顶部开放底部封闭，固定盖体和固定炉体之间同轴设置有旋转布料体，旋转布料体能够绕固定盖体和固定炉体的中心轴线旋转；

所述的旋转布料体包括与固定盖体和固定炉体同轴设置的两端开放的旋转筒体，旋转筒体内水平固定有旋转布料板，旋转布料板中间开设有旋转布料孔，旋转布料孔内竖向固定有多片导料板；

所述的旋转筒体开放的顶部环形设置有一周第一水密封槽，固定盖体开放的底部位于第一水密封槽内，旋转布料体和固定盖体之间通过第一水密封槽中的水实现密封；所述的固定炉体开放的顶部环形设置有一周第二水密封槽，旋转筒体开放的开放的底部位于第二水密封槽内，固定炉体和旋转布料体之间通过第二水密封槽中的水实现密封；

所述的固定盖体的顶部设置有进料溜槽，所的固定炉体的底部设置有落料口；所述的固定炉体的底部侧壁上设置有多个进风布风器，所述的固定盖体的顶部设置有引风口；

所述的三段式冷却器的引风口与带有除尘器的热风主管的一端相连通，热风主管的另一端与第一热风支管的一端相连通，第一热风支管的另一端与第一引风机相连，第一引风机通过第三热风支管与第一空气透平的进气口相连通，第一空气透平的出气口与外界相连通；所述的第一空气透平通过第一变速离合器与电动机的相连，电动机与烧结主抽风机相连，第一空气透平为烧结主抽风机提供主动力，电动机为烧结主抽风机提供启动动力和辅助动力。

本实用新型还具有如下技术特征：

作为一种优选方案，所述的第一引风机还通过第四热风支管与第二空气透平的进气口相连通，第二空气透平的出气口与外界相连通；所述的第二空气透平通过第二变速离合器与烧结主抽风机相连，第二空气透平和第一空气透平互为备用，分别为烧结主抽风机提供主动力。

所述的第三热风支管和第四热风支管上分别设置有第一热风控制阀。

作为另一种优选方案，所述的热风主管的另一端还与第二热风支管的一端相连通，所述的第二热风支管的另一端与余热锅炉的热风进风口相连，余热锅炉的冷风出风口与冷风管的一端相连通，冷风管的另一端与外界相连通，冷风管上设置有第二引风机；

所述的余热锅炉的蒸汽出口通过蒸汽管与汽轮机的进汽口相连通，汽轮机的出水口通过冷凝水管与余热锅炉的冷凝水进口相连通；

所述的汽轮机通过第三变速离合器与烧结主抽风机相连，汽轮机和第一空气透平互为备用，分别为为烧结主抽风机提供主动力。

所述的第一热风支管和第二热风支管上分别设置有第二热风控制阀。

具体的，所述的旋转筒体外设置有驱动旋转布料体旋转的驱动机构，所述的驱动机构包括在驱动器的驱动下转动的旋转盘，旋转盘固定在旋转筒体的外壁上，旋转盘与旋转筒体的转动中心垂直设置；旋转盘底面上固结有底部开放的定位筒，定位筒与旋转筒体同轴设置；

所述的定位筒内靠近旋转筒体的旋转盘底面上通过内环支撑辊支撑，所述的定位筒外的旋转盘底面上通过外环支撑辊支撑，所述的定位筒的内壁通过与旋转盘不接触的定位辊实现定位。

所述的驱动器采用电机或马达，所述的旋转盘与驱动器的连接方式为齿轮销轴连接、齿轮齿圈连接或摩擦连接。

进一步优选的，所述的多片导料板相互交叉于同一个相交线并且各个导料板之间的角度相等。

所述的电动机与电网之间设有变频器。

本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本实用新型将三段式冷却器的热风与双驱动或三驱动烧结主抽风机的同轴机组相联合，实现了能量的联合回收，降低了机组能耗，提高了能量转换效率。

(Ⅱ)本实用新型采用双驱动或三驱动烧结主抽风机的同轴机组，一方面因为共用一套辅助和控制系统，减少了占地面积，节省了投资，另一方面由于减少了一次能量转换过程，减少了过程损失，从而提高了能量回收效率，同时能够将超过风机功率所需的蒸汽能量转化为电能返送至电网，实现多余能量的回收利用。

(Ⅲ)本实用新型的三段式冷却器，解决了竖冷窑存在的布风布料不均匀带来的换热不均问题，提高了换热效率。

附图说明

图1为第一空气透平、电动机和第二空气透平三驱动的基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统结构示意图。

图2为第一空气透平、电动机和汽轮机三驱动的基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统结构示意图。

图3为三段式冷却器的结构示意图。

图4是旋转布料体的内部结构示意图。

图中各个标号的含义为：1-三段式冷却器，2-除尘器，3-热风主管，4-第一热风支管，5-第一引风机，6-第三热风支管，7-第一空气透平，8-第一变速离合器，9-电动机，10-烧结主抽风机，11-第四热风支管，12-第二空气透平，13-第二变速离合器，14-第一热风控制阀，15-第二热风支管，16-余热锅炉，17-冷风管，18-第二引风机，19-蒸汽管，20-汽轮机，21-冷凝水管，22-第三变速离合器，23-第二热风控制阀，24-电网，25-变频器；

101-固定盖体，102-固定炉体，103-旋转布料体，104-第一水密封槽，105-第二水密封槽，106-进料溜槽，107-落料口，108-进风布风器，109-引风口，110-驱动器，111-旋转盘，112-定位筒，113-内环支撑辊，114-外环支撑辊，115-定位辊；

10301-旋转筒体，10302-旋转布料板，10303-旋转布料孔，10304-导料板。

以下结合实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

需要说明的是，本实用新型中的所有零部件和设备，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的零部件和设备。例如空气透平采用本领域已知的以热空气作为介质的空气透平。

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统，如图1、图3和图4所示，包括三段式冷却器1，三段式冷却器1包括顶部封闭底部开放的固定盖体101，固定盖体101的下方同轴设置有固定炉体102，固定炉体102的顶部开放底部封闭，固定盖体101和固定炉体102之间同轴设置有旋转布料体103，旋转布料体103能够绕固定盖体101和固定炉体102的中心轴线旋转；

旋转布料体103包括与固定盖体101和固定炉体102同轴设置的两端开放的旋转筒体10301，旋转筒体10301内水平固定有旋转布料板10302，旋转布料板中间开设有旋转布料孔10303，旋转布料孔10303内竖向固定有多片导料板10304；

旋转筒体10301开放的顶部环形设置有一周第一水密封槽104，固定盖体101开放的底部位于第一水密封槽104内，旋转布料体103和固定盖体101之间通过第一水密封槽104中的水实现密封；固定炉体102开放的顶部环形设置有一周第二水密封槽105，旋转筒体10301开放的开放的底部位于第二水密封槽105内，固定炉体102和旋转布料体103之间通过第二水密封槽105中的水实现密封；

固定盖体101的顶部设置有进料溜槽106，所的固定炉体102的底部设置有落料口107；固定炉体102的底部侧壁上设置有多个进风布风器108，固定盖体101的顶部设置有引风口109；

三段式冷却器1的引风口109与带有除尘器2的热风主管3的一端相连通，热风主管3的另一端与第一热风支管4的一端相连通，第一热风支管4的另一端与第一引风机5相连，第一引风机5通过第三热风支管6与第一空气透平7的进气口相连通，第一空气透平7的出气口与外界相连通；第一空气透平7通过第一变速离合器8与电动机9的相连，电动机9与烧结主抽风机10相连，第一空气透平7为烧结主抽风机10提供主动力，电动机9为烧结主抽风机10提供启动动力和辅助动力。

本实施例中，固定盖体101和固定炉体102通过横梁等方式进行固定不动。

本实施例中，由于固定炉体102内部为微负压，水密封可实现冷却器内部的烟气不外溢。

作为本实施例的一种优选方案，旋转筒体10301外设置有驱动旋转布料体103旋转的驱动机构，驱动机构包括在驱动器110的驱动下转动的旋转盘111，旋转盘111固定在旋转筒体10301的外壁上，旋转盘111与旋转筒体10301的转动中心垂直设置；旋转盘111底面上固结有底部开放的定位筒112，定位筒112与旋转筒体10301同轴设置；

定位筒112内靠近旋转筒体10301的旋转盘111底面上通过内环支撑辊113支撑，定位筒112外的旋转盘111底面上通过外环支撑辊114支撑，定位筒112的内壁通过与旋转盘111不接触的定位辊115实现定位。

进一步优选的，驱动器110采用电机或马达，旋转盘111与驱动器110的连接方式为齿轮销轴连接、齿轮齿圈连接或摩擦连接。

作为本实施例的一种优选方案，多片导料板10304相互交叉于同一个相交线并且各个导料板10304之间的角度相等。确保导料板10304能够更好地均匀布料。

作为本实施例的一种优选方案，电动机9与电网24之间设有变频器25。当热风量大于机组额定功率需要时，第一空气透平7超出额定转速运行，进而带动电动机9超出工艺需求的转速，通过变频器25使电动机9和第一空气透平7之间形成反向阻力，从而使超过工况需要的能量通过电动机9和变频器25返送至电网24，回收多余的能量。

具体的，三段式冷却器1的工作过程为：来自烧结机的热烧结矿，经过单辊破碎机、落料溜槽、链板输送机送至三段式冷却器1的进料溜槽106，进料溜槽106具有自密封作用，热烧结矿通过进料溜槽106落入三段式冷却器1内，由于旋转布料体103的转动，热烧结矿被旋转布料体103中的导料板10304均匀布料，下落至炉体内形成均匀的料层。

在与引风口109相连通的第一引风机5的驱动下，冷空气通过底部的多个进风布风器108，进入固定炉体102，向上流动，与烧结矿做逆向换热。通过这种三段式的结构设计，一方面实现烧结矿和冷空气的逆流换热，另一方面实现了布料的均匀性，提高换热效率。

本实用新型的三段式冷却器1，实现了固定进料和螺旋布料，保证了布料的均匀性；底部的进风布风器108实现了冷风从圆周方向进入冷却器并向上流动保证了布风的均匀性；向下运动的物料和向上流动的冷风进行竖式逆流换热。由于第一引风机5的作用，冷却器内为微负压，不会产生粉尘外泄，环保效果好。三段式冷却器的冷风利用率达到95％以上，热回收效率达到80％以上。

本实施例的基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统的工作过程如下：

系统启动工况下，第一空气透平7通过第一变速离合器8与电动机9脱开，电动机9驱动烧结主抽风机10旋转。烧结系统启动运行后，三段式冷却器1进入运行状态，热风进入第一空气透平7，第一空气透平7转速逐渐升高，达到工作转速后，第一变速离合器8自动啮合，电动机9空转，第一空气透平7驱动烧结主抽风机10转动。

系统正常运行工况下，经过三段式冷却器1换热后产生的高温热风从引风口109排出，经过除尘器2除尘后进入热风主管3，然后通过第一热风支管4在第一引风机5的驱动下输入第一空气透平7中，带动第一空气透平7转动，进而驱动烧结主抽风机10的旋转。第一空气透平7做功后的冷风从空气透平15中排出，进入大气或供其它工艺系统需要。

实施例2：

本实施例给出一种基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统，如图1所示，该系统包括在实施例1基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统的基础上，进一步地：第一引风机5还通过第四热风支管11与第二空气透平12的进气口相连通，第二空气透平12的出气口与外界相连通；第二空气透平12通过第二变速离合器13与烧结主抽风机10相连，第二空气透平12和第一空气透平7互为备用，分别为烧结主抽风机10提供主动力。

具体的，第三热风支管6和第四热风支管11上分别设置有第一热风控制阀14。用于在第二空气透平12或第一空气透平7其中一个工作时，控制切断另一个的热风。

本实施例中，通过第一热风控制阀14控制从第一空气透平7的驱动工况转换为第二空气透平12的驱动工况时，第二空气透平12在系统中的工作过程与第一空气透平7在系统中的工作过程相同。

实施例3：

本实施例给出一种基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统，如图2所示，该系统包括在实施例1基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统的基础上，进一步地：热风主管3的另一端还与第二热风支管15的一端相连通，第二热风支管15的另一端与余热锅炉16的热风进风口相连，余热锅炉16的冷风出风口与冷风管17的一端相连通，冷风管17的另一端与外界相连通，冷风管17上设置有第二引风机18；

余热锅炉16的蒸汽出口通过蒸汽管19与汽轮机20的进汽口相连通，汽轮机20的出水口通过冷凝水管21与余热锅炉16的冷凝水进口相连通；

汽轮机20通过第三变速离合器22与烧结主抽风机10相连，汽轮机20和第一空气透平7互为备用，分别为为烧结主抽风机13提供主动力。

具体的，第一热风支管4和第二热风支管15上分别设置有第二热风控制阀23。用于在汽轮机20或第一空气透平7其中一个工作时，控制切断另一个的热风。

在本实施例中，通过第二热风控制阀23控制从第一空气透平7的驱动工况转换为汽轮机20的驱动工况时，经过三段式冷却器1换热后产生的高温热风从引风口109排出，经过除尘器2除尘后进入热风主管3，然后通过第二热风支管15输入余热锅炉16中与冷凝水换热。换热后的冷风从余热锅炉16的冷风管17中在第二引风机18的驱动下排出，进入大气或供其它工艺系统需要。经过余热锅炉16换热后的冷凝水产生的蒸汽通过蒸汽管19进入汽轮机20，带动汽轮机20转动，进而驱动烧结主抽风机10的旋转。汽轮机20做功后的冷凝水通过冷凝水管21循环回入余热锅炉16继续进行换热。

系统启动工况下，汽轮机20的启动方式与实施例1中第一空气透平7的启动方式基本原理相同。

Claims (9)

1.一种基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统，其特征在于，包括三段式冷却器(1)，所述的三段式冷却器(1)包括顶部封闭底部开放的固定盖体(101)，固定盖体(101)的下方同轴设置有固定炉体(102)，固定炉体(102)的顶部开放底部封闭，固定盖体(101)和固定炉体(102)之间同轴设置有旋转布料体(103)，旋转布料体(103)能够绕固定盖体(101)和固定炉体(102)的中心轴线旋转；

所述的旋转布料体(103)包括与固定盖体(101)和固定炉体(102)同轴设置的两端开放的旋转筒体(10301)，旋转筒体(10301)内水平固定有旋转布料板(10302)，旋转布料板中间开设有旋转布料孔(10303)，旋转布料孔(10303)内竖向固定有多片导料板(10304)；

所述的旋转筒体(10301)开放的顶部环形设置有一周第一水密封槽(104)，固定盖体(101)开放的底部位于第一水密封槽(104)内，旋转布料体(103)和固定盖体(101)之间通过第一水密封槽(104)中的水实现密封；所述的固定炉体(102)开放的顶部环形设置有一周第二水密封槽(105)，旋转筒体(10301)开放的开放的底部位于第二水密封槽(105)内，固定炉体(102)和旋转布料体(103)之间通过第二水密封槽(105)中的水实现密封；

所述的固定盖体(101)的顶部设置有进料溜槽(106)，所的固定炉体(102)的底部设置有落料口(107)；所述的固定炉体(102)的底部侧壁上设置有多个进风布风器(108)，所述的固定盖体(101)的顶部设置有引风口(109)；

所述的三段式冷却器(1)的引风口(109)与带有除尘器(2)的热风主管(3)的一端相连通，热风主管(3)的另一端与第一热风支管(4)的一端相连通，第一热风支管(4)的另一端与第一引风机(5)相连，第一引风机(5)通过第三热风支管(6)与第一空气透平(7)的进气口相连通，第一空气透平(7)的出气口与外界相连通；所述的第一空气透平(7)通过第一变速离合器(8)与电动机(9)的相连，电动机(9)与烧结主抽风机(10)相连，第一空气透平(7)为烧结主抽风机(10)提供主动力，电动机(9)为烧结主抽风机(10)提供启动动力和辅助动力。

2.如权利要求1所述的基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统，其特征在于，所述的第一引风机(5)还通过第四热风支管(11)与第二空气透平(12)的进气口相连通，第二空气透平(12)的出气口与外界相连通；所述的第二空气透平(12)通过第二变速离合器(13)与烧结主抽风机(10)相连，第二空气透平(12)和第一空气透平(7)互为备用，分别为烧结主抽风机(10)提供主动力。

3.如权利要求2所述的基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统，其特征在于，所述的第三热风支管(6)和第四热风支管(11)上分别设置有第一热风控制阀(14)。

4.如权利要求1所述的基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统，其特征在于，所述的热风主管(3)的另一端还与第二热风支管(15)的一端相连通，所述的第二热风支管(15)的另一端与余热锅炉(16)的热风进风口相连，余热锅炉(16)的冷风出风口与冷风管(17)的一端相连通，冷风管(17)的另一端与外界相连通，冷风管(17)上设置有第二引风机(18)；

所述的余热锅炉(16)的蒸汽出口通过蒸汽管(19)与汽轮机(20)的进汽口相连通，汽轮机(20)的出水口通过冷凝水管(21)与余热锅炉(16)的冷凝水进口相连通；

所述的汽轮机(20)通过第三变速离合器(22)与烧结主抽风机(10)相连，汽轮机(20)和第一空气透平(7)互为备用，分别为为烧结主抽风机(10)提供主动力。

5.如权利要求4所述的基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统，其特征在于，所述的第一热风支管(4)和第二热风支管(15)上分别设置有第二热风控制阀(23)。

6.如权利要求1所述的基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统，其特征在于，所述的旋转筒体(10301)外设置有驱动旋转布料体(103)旋转的驱动机构，所述的驱动机构包括在驱动器(110)的驱动下转动的旋转盘(111)，旋转盘(111)固定在旋转筒体(10301)的外壁上，旋转盘(111)与旋转筒体(10301)的转动中心垂直设置；旋转盘(111)底面上固结有底部开放的定位筒(112)，定位筒(112)与旋转筒体(10301)同轴设置；

所述的定位筒(112)内靠近旋转筒体(10301)的旋转盘(111)底面上通过内环支撑辊(113)支撑，所述的定位筒(112)外的旋转盘(111)底面上通过外环支撑辊(114)支撑，所述的定位筒(112)的内壁通过与旋转盘(111)不接触的定位辊(115)实现定位。

7.如权利要求6所述的基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统，其特征在于，所述的驱动器(110)采用电机或马达，所述的旋转盘(111)与驱动器(110)的连接方式为齿轮销轴连接、齿轮齿圈连接或摩擦连接。

8.如权利要求1所述的基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统，其特征在于，所述的多片导料板(10304)相互交叉于同一个相交线并且各个导料板(10304)之间的角度相等。

9.如权利要求1所述的基于三段式冷却器的烧结矿余热回收利用系统，其特征在于，所述的电动机(9)与电网(24)之间设有变频器(25)。

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