用于燒結余熱發電系統的立式螺旋顆粒余熱回收裝置及其方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于燒結余熱發電的立式螺旋顆粒余熱回收裝置及其方法。裝置本體從上到下順次設有預存段、斜道段、冷卻段、下錐段；裝置本體內設有供風體，供風體為圓柱體，內部中空，供風體頂部設有尖錐，供風體上部設有成十字形的四根支撐桿，四根支撐桿的外端部與斜道段固定連接，供風體與冷卻段罐體之間為換熱腔，供風體中部外側設有螺旋下料道，螺旋下料道上部周邊與冷卻段相連，供風體下部設有傾斜向上的十字風道，十字風道與下錐段下部相連；下椎段底部設有平板閘門，平板閘門下方設有密封型的振動給料機。本發明適應了燒結礦對冷卻裝置的具體要求，可控性強，提高了裝置的壽命，減少了氣體阻力，改善了流動和溫度均勻性，提高了余熱利用率。
【專利說明】用于燒結余熱發電系統的立式螺旋顆粒余熱回收裝置及其 方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于燒結余熱發電的立式螺旋顆粒余熱回收裝置及其方法，特別 是冶金行業和鋼鐵行業等領域的燒結礦立式螺旋顆粒余熱回收裝置及其方法。
【背景技術】
[0002] 燒結過程中的燒結礦顯熱資源約占燒結過程余熱資源總量的70%，提高其余熱回 收利用率是整個燒結余熱回收與利用的主要方向。目前，廣泛應用的環式或帶式冷卻機在 顯熱回收與利用上存在著以下不可克服的弊端： (1)冷卻設備漏風率較高 漏風部位的縫隙大小以及內外壓差是影響漏風率的主要因素。其中，漏風縫隙的大小 主要受到燒結機和冷卻機系統中動、靜接觸部位密封技術的影響，這是漏風的內因所在；內 外壓差主要取決于料層、風機等綜合情況的影響，是漏風產生的外在條件。常規燒結礦冷卻 裝置的漏風率尚達309Γ60%。冷卻機漏風的存在使得燒結礦顯熱的散失增加109Γ15%，同時 使得用于鼓風冷卻的鼓風機電耗增加25%~35%。
[0003] (2)熱廢氣品質較低，不利于燒結余熱回收 常規燒結礦冷卻裝置，燒結礦水平運動，冷卻氣體由冷卻裝置的底部送入，二者的 熱量交換方式為叉流換熱。同時，燒結礦采用冷卻機進行冷卻，燒結礦溫度分布較廣 (15(Γ450? )，不利用燒結余熱回收與利用。當熱空氣溫度低于250°C，甚至低于300°C時， 其被用于發電的經濟性已經難以保證。目前，僅有459Γ55%的燒結礦顯熱得以回收，其余約 一半白白浪費掉了。
[0004] (3)燒結礦品質降低 燒結餅經破碎后進入冷卻機進行冷卻，部分高溫燒結礦在冷卻臺車底部，遇冷卻空氣 (溫度3(n〇0°C )進行急劇冷卻，玻璃相增加，內應力難以得到釋放，從而燒結礦強度降低， 返礦量增加。
[0005] 綜上，常規燒結冷卻系統在余熱回收等方面存在明顯不足，而煉焦工序干熄焦技 術在降低污染、回收冷卻廢氣進行余熱發電、降低生產成本、改善焦炭質量等方面明顯優于 其他冷卻方式，在國內鋼鐵行業中正普遍釆用。因此借鑒干熄焦技術，國家發明專利"燒結 過程余熱資源的堅罐式回收裝置與利用方法"（專利號200910187381. 8)公開了一種燒結 余熱堅罐式回收方式，該方法消除了裝置的漏風，提高了回收氣體的品質（15(T450°C提高 到45(T550°C)，提高了余熱回收利用率（40%提高到80%)，同時提高了燒結礦的品質。
[0006] 但由于燒結礦的余熱溫度（60(T80(TC)低于焦炭（80(Tl050°C)，燒結礦的表觀密 度（3156kg/m 3)約是焦炭（1072. 5kg/m3)的3倍，燒結礦的粒度范圍(最大(Tl50mm)廣于焦 炭顆粒（5~80mm)，導致立式燒結礦冷卻裝置在使用過程中出現以下改變： (1)密封性要求降低 60(T80(TC的燒結礦不易與空氣等氣體發生反應，其在冷卻過程中難以氧化等，所以之 前的環冷機或帶冷機均無嚴格的隔絕外部氣體裝置。而80(Tl050°C下的焦炭極易與空氣中 的〇2、C02等發生反應，所以其密封要求相當高。因此，從工藝要求上講，罐體底部之后的旋 轉密封閥等裝置在立式燒結礦冷卻裝置并不是必需的，同時這些密封裝置的存在造成了操 作上的復雜。
[0007] (2)罐體強度要求提高 由于燒結礦的表觀密度約是焦炭的3倍之多，堆積密度（1700kg/m3)也是焦炭（548. 5 kg/m3)的3倍左右。燒結礦直接堆積在立式冷卻罐體中，造成了礦料對壁面、下部風帽和十 字風道的壓力增加為原來的3倍左右，罐體原來的強度遠不能滿足要求。
[0008] 同時，立式燒結礦冷卻裝置底部風帽和十字風道部分的阻力較大，通過模擬計算， 其占到裝置內部阻力損耗的50%以上。
[0009] 由于罐體本身的結構設計，礦料在冷卻過程中存在的氣體流動和溫度的偏析比較 嚴重，造成靠近罐體壁面部分的礦料冷卻較快，而罐體中央的礦料冷卻很慢。在靠近風帽頂 部處，礦料的溫度仍然在800°C以上，同一截面上礦料冷卻十分不均。
[0010] 以上四個問題與不足嚴重制約著立式燒結冷卻裝置在工業實際中的應用。
【發明內容】
[0011] 本發明的目的是針對立式燒結冷卻裝置下部過度密封引起的裝置復雜、罐體強度 遠遠偏低，底部風帽和十字風道阻力過大以及氣固流動和溫度偏析嚴重的不足，提供一種 用于燒結余熱發電的立式螺旋顆粒余熱回收裝置及其方法，以適應燒結礦對冷卻裝置的具 體要求，減少氣體阻力，改善流動和溫度均勻性，提高余熱回收率。
[0012] 本發明通過以下技術方案來實現： 用于燒結余熱發電的立式螺旋顆粒余熱回收裝置：包括預存段、斜道段、冷卻段、螺旋 下料道、換熱腔、供風體、中央氣孔、下錐段、上部進風室、下部進風室、十字風道、下部進風 管道、上部進風管道、環形進風口、冷卻段罐體、下料道氣孔、斜道段氣孔、環形出風室、出風 管道、支撐桿、尖錐； 裝置本體從上到下順次設有預存段、斜道段、冷卻段、下錐段；下錐段為雙倒圓錐臺，裝 置本體內設有供風體，供風體為圓柱體，內部中空，供風體頂部設有尖錐，供風體上部設有 成十字形的四根支撐桿，四根支撐桿的外端部與斜道段固定連接；供風體與冷卻段罐體之 間為換熱腔，供風體中部外側設有螺旋下料道，螺旋下料道上部周邊與冷卻段相連；供風體 下部設有傾斜向上的十字風道，十字風道端部與下錐段下倒圓錐臺相連；供風體下部十字 風道和螺旋下料道之間的側壁面均勻設有中央氣孔；斜道段壁面設有斜道段氣孔，斜道段 外部設有環形出風室，環形出風室外設有出風管道；下錐段上倒圓錐臺底面設有環形進風 口，外側布置有上部進風室，上部進風室外側連接上部進風管道，下錐段下倒圓錐臺外側布 置有下部進風室，下部進風室外側連接下部進風管道，下錐段下倒圓錐臺底面設有平板閘 門，平板閘門下方設有密封型的振動給料機。
[0013] 所述的螺旋下料道下部周邊逐漸收縮至位于中心的供風體，螺旋下料道的傾角大 于礦料與螺旋下料道的靜摩擦角；十字風道采用方形截面，支撐桿采用圓形或橢圓形截面； 上部進風管道、下部進風管道和出風管道采用圓形或方形截面。
[0014] 燒結礦立式螺旋顆粒余熱回收方法：60(T80(TC的高溫燒結礦由吊車從裝置頂部 間隔地加入預存段，通過斜道段后進入冷卻段的換熱腔，在重力作用下沿螺旋下料道緩慢 下落；i〇(Ti2(rc的冷卻氣體中的一部分通過上部進風管道進入上部進風室，由裝置本體下 錐段的環形進風口進入換熱腔；另一部分通過下部進風管道進入下部進風室后，再通過十 字風道進入供風體，供風體內的氣體通過下部的中央氣孔進入換熱腔的底部；冷卻氣體從 換熱腔的下部向上部運動，沿螺旋通道向上穿過下料道氣孔與沿螺旋下料道下落的熱燒結 礦直接換熱；換熱后16(T18(TC的冷燒結礦沿螺旋下料道下部周邊逐漸收縮的部分均勻下 落，通過下錐段后經平板閘門，由密封型的振動給料機控制排出至皮帶機上；被加熱的氣體 通過斜道段的斜道段氣孔進入環形出風室，沿出風管道排出用于余熱發電。
[0015] 本發明通過將燒結礦立式冷卻裝置中的風帽更改為貫穿冷卻段的供風體，底部氣 體從中央氣孔直接噴出，避免了原來風帽中氣流方向多次改變引起的阻力增加。通過增加 螺旋下料道，有效地減小了礦料對底部下錐段的壓應力，減小了對罐體壁面的摩擦，可以增 加罐體的壽命；同時增加了礦料在罐體中停留的時間，可以在達到相同換熱效果的同時有 效降低罐體的高度，降低操作難度。以上貫穿冷卻段的供風體和螺旋下料道避免了罐體中 央礦料的堆積，使礦料在罐體中成環形分布，降低了流動和溫度的偏析，增加了燒結礦和氣 流溫度的均勻性，提高了換熱效率。螺旋下料道傾斜角大于礦料顆粒與下料通道的靜摩擦 角，實現了礦料的自然下落，同時罐體下方密封型的振動給料機協助調控礦料的下落速度。 礦料經過密封型的振動給料機后不再經過旋轉密封閥，降低了裝置的復雜性。
[0016] 本發明針對立式冷卻裝置應用于燒結礦冷卻出現的問題與不足，提出了立式螺旋 余熱回收裝置，可以有效降低對裝置強度的要求，提高氣體和顆粒換熱的均勻性，降低裝置 的高度，在保證密封的同時必要地簡化了裝置。該裝置相對于立式燒結冷卻裝置，下料可控 性強，控制簡單，易于操作，氣體和顆粒換熱均勻性提高，利于在冶金行業的固體顆粒余熱 資源回收領域進行推廣應用，有效地促進節能減排。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1是燒結礦立式螺旋叉流冷卻換熱裝置的結構示意圖； 圖2是裝置內部結構的放大圖； 圖3是裝置本體和外部氣室氣道的示意圖； 圖4是該裝置用于余熱發電的系統圖。
[0018] 圖中，預存段1、斜道段2、冷卻段3、螺旋下料道4、換熱腔5、供風體6、中央氣孔7、 下錐段8、上部進風室9、下部進風室10、十字風道11、下部進風管道12、上部進風管道13、 環形進風口 14、冷卻段罐體15、下料道氣孔16、斜道段氣孔17、環形出風室18、出風管道 19、支撐桿20、尖錐21、一次除塵器22、放散閥23、余熱鍋爐24、汽輪機25、發電機26、輔助 設備27、冷卻塔28、循環冷卻水泵29、冷凝器30、凝結水泵31、除氧器32、鍋爐給水泵33、二 次除塵器34、循環風機35、副省煤器36、冷風進氣閥37。
【具體實施方式】
[0019] 如圖1、2、3所示，用于燒結余熱發電的立式螺旋顆粒余熱回收裝置：包括預存段 1、斜道段2、冷卻段3、螺旋下料道4、換熱腔5、供風體6、中央氣孔7、下錐段8、上部進風室 9、下部進風室10、十字風道11、下部進風管道12、上部進風管道13、環形進風口 14、冷卻段 罐體15、下料道氣孔16、斜道段氣孔17、環形出風室18、出風管道19、支撐桿20、尖錐21 ; 裝置本體從上到下順次設有預存段1、斜道段2、冷卻段3、下錐段8 ;下錐段8為雙倒圓 錐臺，裝置本體內設有供風體6,供風體6為圓柱體，內部中空，供風體6頂部設有尖錐21， 供風體上部設有成十字形的四根支撐桿20,四根支撐桿20的外端部與斜道段2固定連接； 供風體6與冷卻段罐體15之間為換熱腔5,供風體6中部外側設有螺旋下料道4,螺旋下料 道4上部周邊與冷卻段3相連；供風體6下部設有傾斜向上的十字風道11，十字風道11端 部與下錐段8下倒圓錐臺相連；供風體6下部十字風道11和螺旋下料道4之間的側壁面均 勻設有中央氣孔7 ;斜道段2壁面設有斜道段氣孔17,斜道段2外部設有環形出風室18,環 形出風室18外設有出風管道19 ;下錐段上倒圓錐臺底面設有環形進風口 14,外側布置有上 部進風室9,上部進風室9外側連接上部進風管道13,下錐段8下倒圓錐臺外側布置有下部 進風室10,下部進風室10外側連接下部進風管道12,下錐段8下倒圓錐臺底面設有平板閘 門，平板閘門下方設有密封型的振動給料機。
[0020] 所述的螺旋下料道4下部周邊逐漸收縮至位于中心的供風體6,螺旋下料道4的傾 角大于礦料與螺旋下料道的靜摩擦角；十字風道11采用方形截面，支撐桿20采用圓形或橢 圓形截面；上部進風管道13、下部進風管道12和出風管道19采用圓形或方形截面。
[0021] 所述的尖錐21使燒結礦沿錐面下落，避免燒結礦在預存段底部堆積及堵塞；螺旋 下料道4有效地增加了燒結礦在冷卻段3的換熱腔5中停留的時間，減小了裝置的高度；同 時沿壁面的緩慢下滑減少了對冷卻段罐體15的摩擦，增加了冷卻段罐體15的使用壽命。
[0022] 所述的平板閘門在工作時處于常開狀態，通過調節振動給料機的工作電流可以調 節控制下料的速度。
[0023] 燒結礦立式螺旋顆粒余熱回收方法：60(T80(TC的高溫燒結礦由吊車從裝置頂部 間隔地加入預存段1，通過斜道段2后進入冷卻段3的換熱腔5,在重力作用下沿螺旋下料 道4緩慢下落；10(Tl2(rC的冷卻氣體中的一部分通過上部進風管道13進入上部進風室9， 由裝置本體下錐段8的環形進風口 14進入換熱腔5 ;另一部分通過下部進風管道12進入 下部進風室10后，再通過十字風道11進入供風體6,供風體6內的氣體通過下部的中央氣 孔7進入換熱腔5的底部；冷卻氣體從換熱腔5的下部向上部運動，沿螺旋通道向上穿過下 料道氣孔16與沿螺旋下料道4下落的熱燒結礦直接換熱；換熱后16(T18(TC的冷燒結礦沿 螺旋下料道4下部周邊逐漸收縮的部分均勻下落，通過下錐段8后經平板閘門，由密封型的 振動給料機控制排出至皮帶機上；被加熱的氣體通過斜道段2的斜道段氣孔17進入環形出 風室18,沿出風管道19排出用于余熱發電。
[0024] 如圖4所示，500°C到600°C攜帶燒結礦顯熱的空氣從出風管道19排出后經一次 除塵器22進入余熱鍋爐24,與余熱鍋爐24內的水或水蒸汽進行熱量交換，廢氣溫度降至 15(Tl80°C排出，然后經過二次除塵器34進一步除塵，除塵后通過放散閥23放掉2(Γ40%。 剩余的氣體繼續由循環風機35送入副省煤器36預熱鍋爐補給水，進而通過冷風進氣閥37 補充冷卻空氣，最后通過上部進風管道13和下部進風管道12進入立式螺旋顆粒余熱回收 裝置繼續與礦料換熱。鍋爐中的給水吸收廢氣的熱量后產生過熱蒸汽，過熱蒸汽通過蒸汽 管路進入汽輪機25,汽輪機25帶動發電機26發電。從汽輪機25出來的溫度和壓力均較低 的蒸汽即乏汽經過冷凝器30后由凝結水泵31送至除氧器32,與副省煤器預熱后的鍋爐補 給水一起由低溫蒸汽加熱，然后由鍋爐給水泵33送至余熱鍋爐24繼續產生蒸汽。冷凝器 30中與乏汽換熱后的水與經過輔助設備27的水混合，進入冷卻塔28,然后由循環冷卻水泵 29送入冷凝器30和輔助設備27。
[0025] 本發明通過將燒結礦立式冷卻裝置中的風帽更改為貫穿冷卻段的供風體，底部氣 體從中央氣孔直接噴出，避免了原來風帽中氣流方向多次改變引起的阻力增加。通過增加 螺旋下料道，有效地減小了礦料對底部下錐段的壓應力，減小了對罐體壁面的摩擦，可以增 加罐體的壽命；同時增加了礦料在罐體中停留的時間，可以在達到相同換熱效果的同時有 效降低罐體的高度，降低操作難度。以上貫穿冷卻段的供風體和螺旋下料道避免了罐體中 央礦料的堆積，使礦料在罐體中成環形分布，降低了流動和溫度的偏析，增加了燒結礦和氣 流溫度的均勻性，提高了換熱效率。螺旋下料道傾斜角大于礦料顆粒與下料通道的靜摩擦 角，實現了礦料的自然下落，同時罐體下方密封型的振動給料機協助調控礦料的下落速度。 礦料經過密封型的振動給料機后不再經過旋轉密封閥，降低了裝置的復雜性。
[0026] 本發明針對立式冷卻裝置應用于燒結礦冷卻出現的問題與不足，提出了立式螺旋 余熱回收裝置，可以有效降低對裝置強度的要求，提高氣體和顆粒換熱的均勻性，降低裝置 的高度，在保證密封的同時必要地簡化了裝置。該裝置相對于立式燒結冷卻裝置，下料可控 性強，控制簡單，易于操作，氣體和顆粒換熱均勻性提高，利于在冶金行業的固體顆粒余熱 資源回收領域進行推廣應用，有效地促進節能減排。
【權利要求】
1. 一種用于燒結余熱發電的立式螺旋顆粒余熱回收裝置，其特征在于：包括預存段 (1)、斜道段（2)、冷卻段（3)、螺旋下料道（4)、換熱腔（5)、供風體（6)、中央氣孔（7)、下錐 段（8)、上部進風室（9)、下部進風室（10)、十字風道（11)、下部進風管道（12)、上部進風管 道（13)、環形進風口（14)、冷卻段罐體（15)、下料道氣孔（16)、斜道段氣孔（17)、環形出風 室（18)、出風管道（19)、支撐桿（20)、尖錐（21); 裝置本體從上到下順次設有預存段（1)、斜道段（2)、冷卻段（3)、下錐段（8);下錐段 (8)為雙倒圓錐臺，裝置本體內設有供風體（6)，供風體（6)為圓柱體，內部中空，供風體（6) 頂部設有尖錐（21)，供風體上部設有成十字形的四根支撐桿（20)，四根支撐桿（20)的外端 部與斜道段（2)固定連接；供風體（6)與冷卻段罐體（15)之間為換熱腔（5)，供風體(6)中 部外側設有螺旋下料道（4)，螺旋下料道（4)上部周邊與冷卻段（3)相連；供風體（6)下部 設有傾斜向上的十字風道（11)，十字風道（11)端部與下錐段（8)下倒圓錐臺相連；供風體 (6)下部十字風道（11)和螺旋下料道（4)之間的側壁面均勻設有中央氣孔（7);斜道段（2) 壁面設有斜道段氣孔（17)，斜道段（2)外部設有環形出風室（18)，環形出風室（18)外設有 出風管道（19);下錐段上倒圓錐臺底面設有環形進風口（ 14)，外側布置有上部進風室（9)， 上部進風室（9)外側連接上部進風管道（13)，下錐段（8)下倒圓錐臺外側布置有下部進風 室（10)，下部進風室（10)外側連接下部進風管道（12)，下錐段（8)下倒圓錐臺底面設有平 板閘門，平板閘門下方設有密封型的振動給料機。
2. 根據權利要求1所述的一種用于燒結余熱發電的立式螺旋顆粒余熱回收裝置，其 特征在于：所述的螺旋下料道（4)下部周邊逐漸收縮至位于中心的供風體（6)，螺旋下料道 (4)的傾角大于礦料與螺旋下料道的靜摩擦角；十字風道（11)采用方形截面，支撐桿（20) 采用圓形或橢圓形截面；上部進風管道（13)、下部進風管道（12)和出風管道（19)采用圓形 或方形截面。
3. -種使用如權利要求1所述裝置的燒結礦立式螺旋顆粒余熱回收方法，其特征在 于：60(T80(TC的高溫燒結礦由吊車從裝置頂部間隔地加入預存段（1)，通過斜道段（2)后 進入冷卻段（3)的換熱腔（5)，在重力作用下沿螺旋下料道（4)緩慢下落；10(n20°C的冷卻 氣體中的一部分通過上部進風管道（13)進入上部進風室（9)，由裝置本體下錐段（8)的環 形進風口（ 14)進入換熱腔（5);另一部分通過下部進風管道（12)進入下部進風室（10)后， 再通過十字風道（11)進入供風體（6)，供風體（6)內的氣體通過下部的中央氣孔（7)進入換 熱腔（5)的底部；冷卻氣體從換熱腔（5)的下部向上部運動，沿螺旋通道向上穿過下料道氣 孔（16)與沿螺旋下料道（4)下落的熱燒結礦直接換熱；換熱后16(T18(TC的冷燒結礦沿螺 旋下料道（4)下部周邊逐漸收縮的部分均勻下落，通過下錐段（8)后經平板閘門，由密封型 的振動給料機控制排出至皮帶機上；被加熱的氣體通過斜道段（2)的斜道段氣孔（17)進入 環形出風室（18)，沿出風管道（19)排出用于余熱發電。
【文檔編號】F27D17/00GK104048516SQ201410280634
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月23日 優先權日:2014年6月23日
【發明者】俞自濤, 田付有, 黃連鋒, 范利武, 屠柏銳, 尹德厚, 厲青 申請人:浙江大學