一种热量梯级回收废气全循环的烧结矿竖式冷却装置
阅读说明：本技术 一种热量梯级回收废气全循环的烧结矿竖式冷却装置 (Vertical sinter ore cooling device with heat gradient recovery and waste gas full circulation ) 是由 许相波 张文成 孙俊杰 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：一种热量梯级回收废气全循环的烧结矿竖式冷却装置。本发明涉及一种所述装置包括烧结机、下料管、料车、竖冷炉、料仓、布料管、排料管、皮带、重力除尘器、余热锅炉、多管除尘器、热水发生器、循环风机、布风器、汽轮发电机组、冷凝器、水泵、蓄热站以及热水车,所述料仓设置在竖炉的顶部,布料管设置在料仓的下方,所述排料管设置在竖炉的底部,所述竖炉通过重力除尘器、余热锅炉连接多管除尘器、热水发生器、循环风机,所述蓄热站连接热水发生器,所述汽轮发电机组通过冷凝器、水泵连接余热锅炉。该竖炉采用优化的结构形式,实现高效换热,保证烧结矿冷却需求。(A sintering ore vertical cooling device with heat gradient recovery and full circulation of waste gas. The invention relates to a device which comprises a sintering machine, a blanking pipe, a skip car, a vertical cooling furnace, a storage bin, a distributing pipe, a discharging pipe, a belt, a gravity dust collector, a waste heat boiler, a multi-pipe dust collector, a hot water generator, a circulating fan, an air distributor, a turbo generator set, a condenser, a water pump, a heat storage station and a hot water car. The shaft furnace adopts an optimized structural form, realizes high-efficiency heat exchange, and ensures the cooling requirement of sinter.)
技术领域
本发明涉及一种冷却装置，具体涉及一种热量梯级回收废气全循环的烧结矿竖式冷却装置，属于烧结矿余热回收技术领域。
背景技术
在全流程钢铁生产过程中，烧结工序能耗高、废气粉尘排放量大，传统的烧结矿环式冷却工艺给当前钢铁工业的绿色制造发展升级带来巨大挑战。烧结矿竖式冷却能够显著减少烧结生产过程的废气排放和扬尘、提升能量回收利用效果，解决烧结发展瓶颈的技术，是未来技术发展方向。
在目前的相关文献中，现有烧结矿竖式冷却技术均不同程度地存在冷却废气外排现象，比如文献CN105627755A、CN106482530A等，换热后的废气具有较高的温度（达120℃），直接排放掉会造成大量的热量损失。但若送到烧结矿竖炉中循环使用，入口风温过高不能满足矿料冷却要求，导致排矿温度高、正常生产难以为继。对于现有竖冷技术，废气余热的充分回收与适宜竖冷排矿温度存在着突出矛盾，废气外排则不能实现热能资源充分利用和废气粉尘排放的有效解决，不外排则影响竖炉设备长期连续安全运转。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种热量梯级回收废气全循环的烧结矿竖式冷却装置，该技术方案通过对竖炉出口热废气进行多段梯级回收利用，利用废气余热生产多种耦合的余热产品满足生产生活所需同时，实现废气温度降低到满足烧结矿冷却的合理水平后全部送入竖炉循环利用；竖炉采用优化的结构形式，实现高效换热，保证烧结矿冷却需求。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种热量梯级回收废气全循环的烧结矿竖式冷却装置，所述装置包括下料管、料车、竖冷炉、料仓、布料管 、排料管、皮带、重力除尘器、余热锅炉、多管除尘器、热水发生器、循环风机、布风器、汽轮发电机组、冷凝器、水泵、蓄热站以及热水车，所述料仓设置在竖炉的顶部，布料管设置在料仓的下方，所述排料管设置在竖炉的底部，所述竖炉通过重力除尘器、余热锅炉 连接多管除尘器、热水发生器、循环风机，所述蓄热站连接热水发生器，所述汽轮发电机组通过冷凝器、水泵连接余热锅炉。该方案优化设计的竖炉结构和布料结构，实现循环风温下的矿料换热冷却要求；与炉体结构相适应的布风结构，实现气流均匀通过料层、与物料充分换热；废气热量回收环节设置与温度水平耦合的多部换热面，实现废气温度的梯级降低，产生温度梯度差的余热产品的同时，实现废气温度降低到竖炉工艺要求的温度区间之内。产生的多级余热产品能够实现全部为外部用户消纳，不影响工况变化下的竖炉的工艺连续稳定运行。
作为本发明的一种改进，所述下料管管内于截面圆的下半部分设置耐磨衬板，提高管道耐磨性能；下料管的底部出口设置放料闸门控制小车装料。
作为本发明的一种改进，竖炉横截面采用矩形或方形，为保证炉内物料在不同高度截面上分布均匀，竖炉横截面优选方形；竖炉顶部的料仓横截面采用矩/方形或圆形，为抑制料车倒料时顶部料仓出现的粒度偏析，顶部料仓截面优选圆形；料车倒料的物料中心落点与料仓中心重合，以抑制料车倒料造成的仓内粒度偏析。
作为本发明的一种改进，设有多个布料管向炉内同时布料，匹配数目相等的排料管，实现炉内不同高度的水平截面上物料均匀。布料管数目为偶数，在炉内水平方向呈对称分布；对应方形竖炉，布料管数目优选为4，将炉膛横截面平分为4个正方形，布料管中心与正方形中心重合；排料管与布料管的数量相同、位置上下对应，以实现炉内物料整体下落，避免出现流动“死区”。
作为本发明的一种改进，竖炉采用底部中心布风方式，布风器与排料管数量相同，位于排料管中心。矩形/方形竖炉的四个边角采用45°倒角处理，倒角距离0.4-0.6m，以减少角部的气流集中。
作为本发明的一种改进，布风器的中心通道截面为方形，顶部设置风帽，侧面设置出风口，侧出风口与中心通道的面积相当，以降低布风器的气流阻力。上述布风器向炉腔内伸出一定距离，即布风器在炉料中埋入一定深度，以缩短风帽顶点至炉侧墙、风帽顶点至料堆斜面法向的距离差，使气流均匀穿透物料。竖炉底部风腔采用两侧对称进风，确保各布风器风量尽可能均匀。上述废气一次除尘采用重力除尘器，二次除尘采用多管除尘器，满足高温段锅炉、低温段换热器和循环风机的稳定运行要求。
作为本发明的一种改进，所述余热锅炉有两个汽包，从烟气高温侧开始依次布置中压过热器、中压蒸发器、低压过热器、中压省煤器、低压蒸发器和和低压省煤器，余热锅炉入口废气温度380℃，出口废气温度120℃；产生的蒸汽参数为1.3MPa 380℃和0.3MPa 220℃，全部送入补汽凝汽式汽轮发电机组中发电，冷凝水重新送入余热锅炉循环使用。
作为本发明的一种改进，装入料车的矿料粒径要保持稳定，最大粒径控制不超过150mm； 矿料平均温度应保持稳定，且不低于400℃；竖炉顶部压力控制在-0.2kPa-0kPa微负压状态，避免废气粉尘外溢；余热锅炉出口废气温度控制不高于130℃，热水发生器出口废气温度控制不高于90℃，降温后废气满足矿料冷却要求；中压蒸汽温度参数 360-380℃，低压蒸汽温度参数范围 200-220℃；热水发生器出口的热水温度控制范围90-95℃。在该工况下，竖炉出口的平均排料温度150℃，短时排料温度不高于180℃，满足运输皮带的安全运行。
相对于现有技术，本发明具有如下优点，1）该方案设置余热锅炉、热水发生器两级换热对废气热量进行回收利用，经过两级换热后的废气温度下降到90℃以下，再经鼓风机全部送入竖炉进行循环利用；2）余热锅炉设置两个汽包，两路蒸汽的过热器、蒸发器和省煤器根据废气温度匹配交错布置，产生两种参数的过热蒸汽，采用补汽凝气式汽轮机实现全部发电；3）热水发生器是利用冷水通过换热器对对废气进一步降温，产生90-95℃热水。冷水为市政生活水，产生的热水进入蓄热站，利用热水车送至热水用户；4）该方法通过采用优化的竖炉结构和温度耦合匹配的冷却工艺，有效改善了炉内物料分布的均匀性和气固传热效果，提高了竖炉出口废气温度，降低了排矿温度，同时实现了竖冷炉废气余热资源的全部回收利用，消除了烧结矿冷却过程中的废气粉尘排放，大幅提升了烧结矿显热的余热回收利用效率，使烧结矿竖冷炉的热效率较传统环冷方式提升70%以上。
附图说明
图1为烧结矿竖式冷却能量梯级回收利用系统示意图；
图中：1—烧结机， 2—下料管， 3—料车， 4—竖冷炉， 5—料仓 ，6—布料管 ，7—排料管， 8—皮带，9—重力除尘器，10—余热锅炉， 11—多管除尘器， 12—热水发生器，13—循环风机，14-布风器，15-汽轮发电机组，16—凝汽器， 17—水泵， 18—蓄热站，19-热水车。
具体实施方式
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为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图1，一种热量梯级回收废气全循环的烧结矿竖式冷却装置，所述装置包括烧结机1、下料管2、料车3、竖冷炉4、料仓5、布料管6 、排料管7、皮带8、重力除尘器9、余热锅炉 10、多管除尘器11、热水发生器12、循环风机13、布风器14、汽轮发电机组15、冷凝器16、水泵17、蓄热站18以及热水车19，所述料仓5设置在竖炉4的顶部，布料管6设置在料仓5的下方，所述排料管7设置在竖炉的底部，所述竖炉4通过重力除尘器9、余热锅炉 10连接多管除尘器11、热水发生器12、循环风机13，所述蓄热站18连接热水发生器12，所述汽轮发电机组15通过冷凝器16、水泵17连接余热锅炉 10，所述下料管管内于截面圆的下半部分设置耐磨衬板，提高管道耐磨性能；下料管的底部出口设置放料闸门控制小车装料。竖炉横截面采用矩形或方形，为保证炉内物料在不同高度截面上分布均匀，竖炉横截面优选方形；竖炉顶部的料仓横截面采用矩/方形或圆形，为抑制料车倒料时顶部料仓出现的粒度偏析，料仓截面优选圆形；料车倒料的物料中心落点与料仓中心重合，以抑制料车倒料造成的仓内粒度偏析。竖炉设有多个布料管向炉内同时布料，匹配数目相等的排料管，实现炉内不同高度的水平截面上物料均匀。布料管数目为偶数，在炉内水平方向呈对称分布；对应方形竖炉，布料管数目优选为4，将炉膛横截面平分为4个正方形，布料管中心与正方形中心重合；排料管与布料管的数量相同、位置上下对应，以实现炉内物料整体下落，避免出现流动“死区”。排料口的数量与布料管相同、位置与布料管上下对应。竖炉采用底部中心布风方式，布风器与排料管数量相同，位于排料管中心。矩形/方形竖炉的四个边角采用45°倒角处理，倒角距离0.4-0.6m，以减少角部的气流集中。布风器的通道截面采用方形，顶部设置风帽，侧面设置出风口，出风口面积与对应通道截面积相当，以降低气流阻力。上述布风器向炉腔内伸出一定距离，即布风器在炉料中埋入一定深度，以缩短风帽顶点至炉侧墙、风帽顶点至料堆斜面法向的距离差，使气流均匀穿透物料。竖炉底部风腔采用两侧对称进风，确保各布风器风量尽可能均匀。上述废气一次除尘采用重力除尘器，二次除尘采用多管除尘器，满足高温段锅炉、低温段换热器和循环风机的稳定运行要求。
所述余热锅炉有两个汽包，从烟气高温侧开始依次布置中压过热器、中压蒸发器、低压过热器、中压省煤器、低压蒸发器和和低压省煤器，余热锅炉入口废气温度380℃，出口废气温度120℃；产生的蒸汽参数为1.3MPa 380℃和0.3MPa 220℃，全部送入补汽凝汽式汽轮发电机组中发电，冷凝水重新送入余热锅炉循环使用。装入料车的矿料粒径要保持稳定，最大粒径控制不超过150mm； 矿料平均温度应保持稳定，且不低于400℃；竖炉顶部压力控制在-0.2kPa-0kPa微负压状态，避免废气粉尘外溢；余热锅炉出口废气温度控制不高于130℃，热水发生器出口废气温度控制不高于90℃，降温后废气满足矿料冷却要求；中压蒸汽温度参数 360-380℃，低压蒸汽温度参数范围 200-220℃；热水发生器出口的热水温度控制范围90-95℃。在该工况下，竖炉出口的平均排料温度150℃，短时排料温度不高于180℃，满足运输皮带的安全运行。
应用实施例：参见图1，一种热量梯级回收废气全循环的烧结矿竖式冷却装置，竖炉采用矩形截面结构，竖炉尺寸为10 m *15m,顶部料仓设6个布料管，底部设置6个排料管，布料管与排料管中心对齐，将竖炉内腔划分为6个均匀的方形。竖炉采用底部中心布风方式，布风器6个，分别设置在排料管的中心位置。布风器顶部设风帽，采用侧面出风口方式。余热锅炉有两个汽包，从烟气高温侧开始依次布置中压过热器、中压蒸发器、低压过热器、中压省煤器、低压蒸发器和和低压省煤器，余热锅炉入口废气温度380℃，出口废气温度120℃；产生的蒸汽参数为1.3MPa 370℃和0.3MPa 200℃，全部送入补汽凝汽式汽轮发电机组中发电，冷凝水重新送入余热锅炉循环使用。余热锅炉出口废气进一步采用多管除尘器进行二次除尘，以满足低温段换热器和循环风机的稳定运行要求；热水发生器使用生活水与废气进一步逆流换热，发生器采用翅片管式换热器，使废气温度降低到80℃，废气经过鼓风机重新进入竖炉；热水发生器产生的95℃热水进入蓄热站，利用热水车辆输送给用户。
该实施例生产时几个排料口的排矿温度维持120-170℃之间，满足连续安全生产要求；消除了烧结矿冷却过程的废气粉尘排放，环境显著改善；余热锅炉蒸汽量达到29-30t/h，发电量达到5000kW，蒸汽回收量相比改造前的环冷蒸汽产量提高超过100%，节能效果显著。
工作过程：参见图1，烧结台车1翻下来的热矿经过粗破碎后，粒度<150mm，温度约400-450℃；通过下料管2装入料管底部的料车3，料车3提升热矿至竖炉4的顶部，将矿料倒入料仓5内。矿料在自身重力作用下，沿着布料管6进入竖炉4内腔，向下运动并与内部气流进行逆向换热，冷却后120-150℃矿料从竖炉底部排料管7排至输送皮带8上。
循环风机13鼓出的80-90℃冷风从位于竖炉4底部的布风器14进入竖炉4的内部，自下向上与矿料换热，产生温度为380℃的热风从位于侧墙顶部出口流出竖炉4，经过重力除尘器9后进入余热锅炉10，分别产生1.3MPa 370℃和0.3MPa 200℃过热蒸汽，蒸汽进入凝汽补汽式汽轮发电机组15做功发电，之后经过冷凝器16后重新进入锅炉循环。
余热锅炉10出口小于120℃的废气经过多管除尘器11除尘后进入热水发生器12，与内部冷水热交换降温至80℃后由鼓风机13送入竖炉4循环利用；热水器12采用市政生活水作为冷却介质，产生90-95℃的热水进入蓄热站16储存，产生的热水利用热水车送给用户。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。
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