專利名稱：一種燒結(jié)礦冷卻裝置及其余熱回收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫?zé)Y(jié)礦冷卻設(shè)備及余熱回收系統(tǒng)。冷卻過(guò)程和余熱回收系統(tǒng)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，可以替代環(huán)冷機(jī)、帶冷機(jī)等傳統(tǒng)設(shè)備。
背景技術(shù)：
預(yù)計(jì)2010年中國(guó)鋼鐵產(chǎn)量將達(dá)到6. 3億噸。鋼鐵冶金生產(chǎn)過(guò)程的直接原料是鐵礦石，鐵礦石加工是鋼鐵生產(chǎn)的上游過(guò)程。事實(shí)上，在鋼鐵冶金過(guò)程中，鐵礦石燒結(jié)過(guò)程是鋼鐵生產(chǎn)的主要耗能過(guò)程之一。Z. C. Guo et al(2009, Energy (2009), doi:10. 1016/ j. energy. 2009. 04. 008)、包煒軍等(第二屆全國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)工業(yè)學(xué)術(shù)研討會(huì))，蔡九菊等(蔡九菊等，鋼鐵，第42卷第6期2007年6月)、郭漢杰等(郭漢杰等，鋼鐵，第42卷第2期2007年2月)等從不同角度對(duì)此有過(guò)描述。實(shí)際上，燒結(jié)礦從燒結(jié)機(jī)出來(lái)可以采用環(huán)冷機(jī)、帶冷機(jī)和振冷機(jī)等裝置回收燒結(jié)礦余熱資源(見(jiàn)《燒結(jié)礦生產(chǎn)》冶金出版社，1981. 1)，但由于設(shè)備復(fù)雜、投資量大等原因，中小冶煉企業(yè)寧可將燒結(jié)礦余熱散失也不愿意上燒結(jié)礦冷卻裝置。即使是在大型的鋼鐵企業(yè)，中國(guó)燒結(jié)礦能耗也比國(guó)外先進(jìn)水平高出8kg標(biāo)煤/t燒結(jié)礦(蔡九菊等2007，王建軍等 2007)。同時(shí)，環(huán)冷機(jī)和帶冷機(jī)還存在占地面積大、金屬消耗量大、機(jī)械復(fù)雜并存在比較嚴(yán)重的故障隱患、風(fēng)機(jī)動(dòng)力消耗大和造價(jià)高等缺點(diǎn)。燒結(jié)礦的出爐溫度在700°C以上，余熱品質(zhì)好，極具利用價(jià)值。蔡九菊等O007)列舉了鋼鐵企業(yè)余熱利用，高于500°C的高溫余熱利用率只有44. 35%，國(guó)內(nèi)外大型鋼鐵企業(yè)都采用了余熱回收裝置回收燒結(jié)礦的物理顯熱。上世紀(jì)80年代中期，日本燒結(jié)廠已經(jīng)廣泛使用了余熱回收技術(shù)，其冷卻機(jī)廢氣余熱利用的普及率達(dá)到了 57 %。最早利用冷卻機(jī)廢氣余熱發(fā)電的是日本的扇島鋼廠和福山鋼廠，采用部分廢氣循環(huán)系統(tǒng)回收余熱。和歌山4號(hào)燒結(jié)機(jī)(189m2)采用機(jī)上冷卻方式，煙氣分兩段收集，通過(guò)布置余熱鍋爐，產(chǎn)生中壓過(guò)熱蒸汽用于發(fā)電，投入運(yùn)行效果非常好(文獻(xiàn)出處！)。中國(guó)寶鋼二期設(shè)有一臺(tái)450m2燒結(jié)機(jī)，配備一臺(tái)460m2鼓風(fēng)環(huán)式冷卻機(jī)，年產(chǎn)燒結(jié)礦4.975Mt。為利用燒結(jié)余熱，設(shè)置了冷卻機(jī)廢氣及主排氣余熱回收裝置產(chǎn)生蒸汽。中國(guó)濟(jì)鋼在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下回收燒結(jié)礦冷卻余熱使燒結(jié)工序能耗由改造前的49. 5kgce/t降低到 45kgce/t,固體燃料消耗降低了近^g/t，同時(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。中國(guó)專利《燒結(jié)機(jī)余熱回收蒸汽發(fā)生裝置》(專利號(hào)ZL99249516. 4)，采用了可沸騰式軟水換熱器以吸收冷卻機(jī)系統(tǒng)和燒結(jié)機(jī)煙道余熱。中國(guó)專利《冶金燒結(jié)機(jī)余熱產(chǎn)汽節(jié)能裝置》(專利號(hào)200520069009. 4)，設(shè)計(jì)了一種利用燒結(jié)礦料冷卻機(jī)風(fēng)罩內(nèi)冷卻風(fēng)來(lái)加熱軟化水，產(chǎn)生中低壓飽和蒸汽，進(jìn)行與熱利用的裝置。中國(guó)專利《燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱發(fā)電循環(huán)煙氣優(yōu)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)》(專利號(hào)200920128200. X)，將環(huán)冷機(jī)風(fēng)室分為高溫風(fēng)室和低溫風(fēng)室，高溫風(fēng)室和低溫風(fēng)室通過(guò)進(jìn)氣煙道分別連接
3雙壓無(wú)補(bǔ)燃余熱鍋爐，雙壓無(wú)補(bǔ)燃余熱鍋爐的蒸汽輸出口連接到雙壓補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)， 雙壓補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)連接發(fā)電機(jī)。中國(guó)專禾Ij《燒結(jié)礦冷卻機(jī)廢熱氣再循環(huán)熱能回收利用系統(tǒng)》(專利號(hào) 200920085634. 6)，在高溫段風(fēng)道設(shè)置一體化煙氣降塵蒸汽過(guò)熱裝置，充分利用高溫段風(fēng)道的熱能，加熱飽和蒸汽鍋爐的中壓飽和蒸汽、低壓過(guò)熱蒸汽或低壓飽和蒸汽。以上燒結(jié)礦余熱回收專利及技術(shù)均建立在采用帶冷機(jī)、環(huán)冷機(jī)和機(jī)上冷卻三種冷卻方式基礎(chǔ)上。而采用以上三種冷卻方式，不僅占地面積大和一次投資大，運(yùn)行維護(hù)成本也很高，中小鋼鐵企業(yè)只能望而卻步。本發(fā)明針對(duì)以上缺點(diǎn)，采用新型冷卻處理方式，在滿足冷卻條件下，對(duì)余熱進(jìn)行了較好的回收。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種燒結(jié)礦冷卻設(shè)備及其余熱回收方法，可實(shí)現(xiàn)燒結(jié)礦物理顯熱的回收和利用。本發(fā)明的系統(tǒng)包括給料裝置、冷礦機(jī)本體、一次除塵器、余熱鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器、循環(huán)水泵、冷卻風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)。其特征在于通過(guò)冷礦機(jī)本體對(duì)燒結(jié)礦進(jìn)行冷卻換熱以達(dá)到顯熱回收的目的。經(jīng)余熱鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)將高溫蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為可直接利用的電能。本發(fā)明的工藝是燒結(jié)礦經(jīng)給料系統(tǒng)進(jìn)入料鐘；燒結(jié)礦經(jīng)預(yù)存段、冷卻段進(jìn)入下料口，期間與冷卻氣體進(jìn)行熱交換而冷卻；冷卻后的燒結(jié)礦經(jīng)調(diào)節(jié)閘門、振動(dòng)給料機(jī)排出； 由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入的空氣，在冷卻段與熱燒結(jié)礦換熱后，進(jìn)入冷礦機(jī)環(huán)形氣體通道進(jìn)入一次除塵器；經(jīng)除塵的熱空氣進(jìn)入余熱鍋爐換熱，放出熱量產(chǎn)生蒸汽，直接供熱或發(fā)電。放熱后的乏氣經(jīng)過(guò)二次除塵器由弓丨風(fēng)機(jī)抽走送到煙囪排入大氣。本發(fā)明有以下主要特點(diǎn)1、可實(shí)現(xiàn)對(duì)燒結(jié)礦的有效冷卻。2、燒結(jié)礦放出的熱量通過(guò)冷卻介質(zhì)傳遞給發(fā)電循環(huán)的工質(zhì)，可以直接供熱或發(fā) H1^ ο3、給料系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以保證燒結(jié)機(jī)安全連續(xù)生產(chǎn)。4、排料系統(tǒng)由調(diào)節(jié)閘門和振動(dòng)排料機(jī)等構(gòu)成。保證冷卻后的燒結(jié)礦連續(xù)排出。5、冷礦爐是氣固換熱裝置，除爐體散熱外沒(méi)有其他熱損失。具有較高的換熱效率。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。其中1是冷礦爐預(yù)存段，2是環(huán)形通道，3是冷礦爐冷卻段，4是出料斗，5是排料調(diào)節(jié)閥，6是振動(dòng)給料機(jī)，7是去除塵器管道，8是一次除塵器， 9是余熱鍋爐，10是汽輪機(jī)，11是發(fā)電機(jī)，12是凝汽器，13是循環(huán)水泵，14是煙 ，15是引風(fēng)機(jī)，16是二次除塵器，17是鼓風(fēng)機(jī)，18是鼓風(fēng)進(jìn)口。圖2為冷礦機(jī)本體示意圖。其中，料鐘1、水封槽2、冷礦爐主體3、環(huán)形通道4、燒結(jié)礦冷卻段5、風(fēng)帽6、上錐斗7、十字風(fēng)道8、下錐斗9、去除塵器管道10、調(diào)節(jié)閥11、旁通管 12、熱風(fēng)出口 13、檢查口 14、鼓風(fēng)進(jìn)口 15 ；高溫?zé)Y(jié)礦經(jīng)過(guò)料鐘1和水封槽2進(jìn)入冷礦爐，依次經(jīng)過(guò)預(yù)存段3、冷卻段5、風(fēng)帽6、下錐斗7排入振動(dòng)排料機(jī)(圖1中6)。冷卻氣體由進(jìn)風(fēng)口(圖1中18)進(jìn)入冷礦爐，經(jīng)過(guò)十字通道8和風(fēng)帽6后開始與燒結(jié)礦換熱，吸收熱量的熱風(fēng)經(jīng)過(guò)環(huán)形通道4從出風(fēng)口 13 排出，經(jīng)除塵器進(jìn)入余熱鍋爐。根據(jù)氣體自適應(yīng)特性，一旦出現(xiàn)部分氣體不經(jīng)過(guò)環(huán)形通道而上行，可通過(guò)旁通管道10及其調(diào)節(jié)閥11調(diào)整流量，出去氣體進(jìn)入的除塵器不在本申請(qǐng)中。圖3是排料系統(tǒng)。冷礦機(jī)下料口 1出來(lái)的冷礦經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥門2(可采用平板閘門) 控制冷卻溫度和燒結(jié)礦冷卻量。經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閘門后的燒結(jié)礦經(jīng)過(guò)振動(dòng)排料機(jī)3排除冷礦爐系統(tǒng)。圖4冷礦爐環(huán)形通道結(jié)構(gòu)圖?？梢栽O(shè)計(jì)成方形截面，也可以設(shè)計(jì)成圓形截面。高溫?zé)Y(jié)礦和冷卻氣體在冷礦爐冷卻段5中冷卻換熱后穿過(guò)垛磚3之間的縫隙通道4進(jìn)入環(huán)形通道2，在冷礦爐爐墻1的限制下從出口 6離開。
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
。燒結(jié)機(jī)出來(lái)的高溫?zé)Y(jié)礦經(jīng)給料系統(tǒng)落入冷礦爐1中。隨著排礦進(jìn)行，高溫?zé)Y(jié)礦逐漸下降，進(jìn)入到冷卻段3中放出熱量。冷卻后的燒結(jié)礦經(jīng)下料斗4和調(diào)節(jié)閘門5進(jìn)到振動(dòng)給料機(jī)6排出系統(tǒng)。此過(guò)程將700 800°C左右的燒結(jié)礦冷卻至100°C左右。鼓風(fēng)機(jī) 17提供的冷空氣經(jīng)進(jìn)風(fēng)口 18和風(fēng)帽(見(jiàn)圖2)進(jìn)入冷礦爐，在冷卻段3吸收熱量后進(jìn)入環(huán)形通道2，環(huán)形通道出來(lái)的高溫氣體經(jīng)除塵器8進(jìn)入余熱鍋爐9將熱量傳給工質(zhì)后經(jīng)除塵器 16被引風(fēng)機(jī)15抽走，經(jīng)達(dá)標(biāo)除塵排入煙囪14。吸收熱量的工質(zhì)(通常是水)在余熱鍋爐中成為具有一定參數(shù)的過(guò)熱蒸汽，在汽輪機(jī)10中做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)11發(fā)電。做功后的乏汽進(jìn)入凝汽器12由循環(huán)水泵13送回余熱鍋爐，完成熱力循環(huán)。實(shí)施例一燒結(jié)礦離開燒結(jié)機(jī)的溫度按700 750°C。設(shè)計(jì)參數(shù)取燒結(jié)礦50t/h，700°C。冷礦爐爐體散熱按4%考慮，冷卻介質(zhì)可以獲得熱量7520kW。7520kW可將20°C冷風(fēng)37054m3/ h加熱到550°C。550°C熱風(fēng)將廢熱鍋爐來(lái)的蒸汽加熱到設(shè)計(jì)蒸汽參數(shù)消耗773kW。降溫后的空氣為500°C，作為廢熱鍋爐熱源。來(lái)自廢熱鍋爐過(guò)熱器的500°C空氣與燒結(jié)機(jī)235°C空氣77111m3/h混合后進(jìn)入余熱鍋爐蒸發(fā)部分，將20°C水加熱成2. 5MPa的飽和蒸汽223. 9°C。 放熱后的150°C介質(zhì)排入大氣。流過(guò)換熱器的總風(fēng)量114165m3/h。燒結(jié)機(jī)和冷礦爐的運(yùn)行時(shí)間按7680小時(shí)(320天M小時(shí)運(yùn)行)，生產(chǎn)的蒸汽可帶動(dòng)1500kW發(fā)電機(jī)。用電價(jià)按0. 5元/度計(jì)算，總收益為1500X7680X0.5 = 5760000元= 576萬(wàn)元/年。運(yùn)行成本主要體現(xiàn)在風(fēng)機(jī)水泵電耗上。若僅考慮電耗為運(yùn)行成本(小于450kW)， 投資回收期不大于2年。實(shí)施例二燒結(jié)礦離開燒結(jié)機(jī)的溫度按500 600°C考慮。設(shè)計(jì)參數(shù)取燒結(jié)礦50t/h，550°C。 冷礦爐爐體散熱按4%考慮，燒結(jié)礦可以回收的熱量4472kW。利用300°C燒結(jié)廢氣將冷空氣從20°C提高到150°C后送到冷礦爐中回收燒結(jié)礦熱量。需要的空氣量為4. 5萬(wàn)立米/小時(shí)。余熱鍋爐受熱面分為三部分。第一部分將冷水從20°C提升到150°C成為熱水；第二部分將150°C熱水加熱到2. 5MPa壓力下的飽和蒸汽溫度；第三部分實(shí)現(xiàn)蒸汽過(guò)熱。由于燒結(jié)礦具有的熱量不足以實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程，需要補(bǔ)充熱量3278kW，需要3500kJ/Nm3的高爐煤氣 3380Nm3/h。冷風(fēng)和冷水預(yù)熱需要300°C氣體熱源6. 5萬(wàn)立米。占燒結(jié)機(jī)廢氣的M%。設(shè)備運(yùn)行時(shí)間和收益與實(shí)施例一同，為576萬(wàn)元/年。運(yùn)行成本體現(xiàn)在電耗和高爐煤氣消耗上?？傠姾?300kW ；高爐煤氣消耗上消耗量3380Nm3/h高爐煤氣9. 08544X 1010kJ/年，折合標(biāo)準(zhǔn)煤 3099t,以標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)格1000元/t標(biāo)煤計(jì)，市場(chǎng)價(jià)值 300萬(wàn)。但由于高爐煤氣是企業(yè)自身副產(chǎn)品，以100萬(wàn)/年考慮。發(fā)電收益1500-289 = 1211kW折合460. 8萬(wàn)元/年；煤氣成本 100萬(wàn)元/年；投資回收期< 4年。
權(quán)利要求
1.一種燒結(jié)礦冷卻設(shè)備-冷礦爐及其余熱利用系統(tǒng)，其特征在于，由給料系統(tǒng)、冷礦爐、排料系統(tǒng)構(gòu)成燒結(jié)礦運(yùn)動(dòng)通道；由鼓風(fēng)機(jī)、冷礦爐、一次除塵器、余熱鍋爐、二次除塵器、 引風(fēng)機(jī)和煙囪構(gòu)成冷卻氣體通道；由循環(huán)水泵、余熱鍋爐、汽輪機(jī)和凝汽器構(gòu)成熱力循環(huán)系統(tǒng)，汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷礦爐，其特征在于冷礦爐本體由料鐘(1)、水封槽O)、空氣導(dǎo)入及調(diào)節(jié)閥(3)、調(diào)節(jié)板、風(fēng)帽(5)、上錐斗(6)、十字風(fēng)道(7)、下錐斗(8)、去除塵器管道(9)、手動(dòng)蝶閥(10)、旁通管流量調(diào)節(jié)閥(11)、熱風(fēng)出口(12)、人孔(13)、進(jìn)風(fēng)口 (14) 組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷礦爐，其特征在于，給料系統(tǒng)由排礦溜槽和切換閥組成，便于對(duì)給料進(jìn)行調(diào)節(jié)，并保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷礦爐，其特征在于，水封的主要任務(wù)是密封、安全和冷礦爐起停時(shí)防止過(guò)高的熱應(yīng)力破壞。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷礦爐，其特征在于，吸收燒結(jié)礦熱量的熱風(fēng)穿過(guò)熱風(fēng)道支柱磚之間的縫隙進(jìn)入環(huán)形通道，完成燒結(jié)礦的冷卻過(guò)程。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷礦爐，其特征在于，排料系統(tǒng)由下料口、調(diào)節(jié)閘門、振動(dòng)給料機(jī)組成，保證循環(huán)氣體在不外泄的情況下，將燒結(jié)礦連續(xù)排出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的冷礦爐及余熱利用系統(tǒng)，其特征包括如下過(guò)程(1)燒結(jié)機(jī)出來(lái)的高溫?zé)Y(jié)礦經(jīng)給料系統(tǒng)落入冷礦爐。高溫?zé)Y(jié)礦隨排礦逐漸下降，進(jìn)入冷卻段放出熱量。冷卻后的燒結(jié)礦經(jīng)下料斗和調(diào)節(jié)閘門進(jìn)到振動(dòng)給料機(jī)排出系統(tǒng)。(2)鼓風(fēng)機(jī)提供的冷空氣經(jīng)進(jìn)風(fēng)口和風(fēng)帽進(jìn)入冷礦爐，在冷卻段吸收熱量后進(jìn)入環(huán)形通道。環(huán)形通道出來(lái)的高溫氣體經(jīng)一級(jí)除塵器進(jìn)入余熱鍋爐將熱量傳給工質(zhì)后經(jīng)二級(jí)除塵器被引風(fēng)機(jī)抽走排入煙囪。(3)吸收熱量的工質(zhì)(通常是水)在余熱鍋爐中成為具有一定參數(shù)的過(guò)熱蒸汽，在汽輪機(jī)中做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。做功后的乏汽進(jìn)入凝汽器由循環(huán)水泵送回余熱鍋爐，完成熱力循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及固體高溫物料物理熱回收領(lǐng)域?？捎糜诟邷?zé)Y(jié)礦等超大高溫顆粒的余熱回收燒結(jié)機(jī)出來(lái)的高溫?zé)Y(jié)礦經(jīng)給料系統(tǒng)落入冷礦爐中，隨著排礦進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)礦逐漸下降，進(jìn)入到冷卻段中放出熱量。冷卻后的燒結(jié)礦經(jīng)下料斗和調(diào)節(jié)閘門進(jìn)到振動(dòng)給料機(jī)排出系統(tǒng)。此過(guò)程將700～800℃左右的燒結(jié)礦冷卻至100℃左右。鼓風(fēng)機(jī)提供的冷空氣經(jīng)進(jìn)風(fēng)口和風(fēng)帽進(jìn)入冷礦爐，在冷卻段吸收熱量后進(jìn)入環(huán)形通道，環(huán)形通道出來(lái)的高溫氣體經(jīng)除塵器進(jìn)入余熱鍋爐，將熱量傳給工質(zhì)后經(jīng)除塵器被引風(fēng)機(jī)抽走，經(jīng)達(dá)標(biāo)除塵排入煙囪。吸收熱量的工質(zhì)(通常是水)在余熱鍋爐中成為具有一定參數(shù)的過(guò)熱蒸汽，在汽輪機(jī)中做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。做功后的乏汽進(jìn)入凝汽器由循環(huán)水泵送回余熱鍋爐，完成熱力循環(huán)。
文檔編號(hào)F01K11/02GK102345981SQ201010243360
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月3日
發(fā)明者劉柏謙 申請(qǐng)人:劉柏謙