气基竖炉的余热回收装置及气基竖炉的制作方法

本发明涉及金属冶炼技术领域，具体而言，尤其涉及一种气基竖炉的余热回收装置及气基竖炉。

背景技术：

气基竖炉是还原铁的主要反应器，也是熔融还原工艺预还原阶段常用的反应器。竖炉中热源主要来源于新鲜煤气显热，为满足供热的需要，竖炉需通入大量新鲜煤气，炉顶气出炉温度约为450℃，大约40％的能量被炉顶气带走，热损失相对较大。

相关技术中，对炉顶气的处理及利用方式主要有：通过洗涤、加压处理后，作竖炉下部冷却段的冷却气。完成冷却过程后的炉顶气再作为裂化剂与天然气混合，然后通入转化炉制取还原气；炉顶气经洗涤净化后，大部分用气体压缩机加压送入混合室与天然气回收混合后，送入高温重整炉进行催化重整制取还原气，直接供给还原竖炉使用。少部分的炉顶气作为燃料与适量的天然气在混合室混合后送入转化炉反应管外的燃烧；炉顶气由换热器换热降温后，经CO2脱除装置和水蒸气加湿装置，与来自重整炉的气体混合形成还原气，共同进入加热炉加热后供竖炉使用。上述方式均存在竖炉炉顶气显热没有得到有效利用，造成能源浪费的问题。

相关技术中，通过设置余热回收装置，在过料腔内设置水平方向延伸的换热管，以对氧化球团进行预热。但氧化球团在下落过程中，受到水平方向延伸的换热管对氧化球团的阻碍作用，不利于氧化球团的流动。并且，在换热管的上方容易积累灰尘，影响炉顶气与氧化球团之间的热量交换。另外，从炉体排出的高温炉顶气中带有大量灰尘杂质，灰尘在换热管内沉积影响了余热回收装置的换热效率和使用寿命。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种气基竖炉的余热回收装置，所述气基竖炉的余热回收装置具有结构简单、节能环保的优点。

本发明还提出一种气基竖炉，所述气基竖炉包括上述所述的气基竖炉的余热回收装置。

根据本发明实施例的气基竖炉的余热回收装置，所述气基竖炉包括炉体和物料仓，所述余热回收装置包括：换热仓，所述换热仓具有物料入口、物料出口、炉顶气入口和炉顶气出口，所述物料入口与所述物料仓连通，所述物料出口与所述炉体连通，所述炉顶气入口与所述炉体的排气口连通，所述换热仓内具有过料腔，所述过料腔与所述物料入口和所述物料出口分别连通；粉尘排出装置，所述粉尘排出装置具有气体进口、气体出口和粉尘出口，所述气体进口与所述炉体的排气口连通，所述气体出口与所述炉顶气入口连通；和气体通道，所述气体通道设在所述过料腔内，所述气体通道两端与所述炉顶气入口和所述炉顶气出口分别连通，所述气体通道包括多个依次连通的U型段，所述U型段包括弯管段和两段直管段，所述弯管段的两端分别与两个所述直管段连通，所述直管段在水平面内延伸，所述直管段的横截面轮廓线包括上部直线段和下部弧线段，所述上部直线段的两端分别与所述下部弧线段的两端连接。

根据本发明实施例的气基竖炉的余热回收装置，通过在换热仓内设置过料腔和气体通道，可以利用气体通道内的高温炉顶气对过料腔内的物料进行预热，由此，使气基竖炉的高温炉顶气的能量得到了回收利用，减轻了气基竖炉预热段的压力，节能环保。而且，余热回收装置设置有粉尘排出装置，粉尘排出装置可以对炉顶气进行过滤除尘，防止灰尘堵附着沉积在气体通道的内壁上，有效提高了余热回收装置的换热效率和使用寿命。另外，通过将气体通道的直管段设置为上部直线段和下部弧线段的管型，可以利用直管段的管型特点对物料进行分料，并减小了气体通道对物料流动的阻碍和干扰，提高了物料在过料腔内流动的流畅性。而且，还可以防止物料下落过程中，大量灰尘积累在气体通道的上方而影响炉顶气与物料之间的热量交换，从而提高了炉顶气与物料之间的换热效率。

根据本发明的一些实施例，所述下部弧线段朝向所述气体通道的外部凸出，所述上部直线段形成为折线段。由此，通过将下部弧线段设置为朝向气体通道外部凸出，可以增大气体通道内的炉顶气的流量，进一步提高了炉顶气与物料之间的换热效率。将上部直线段设置为折线段，可以使气体通道具有分散物料的作用，而且可以防止物料在下落过程中，在气体通道的上端面上积累灰尘而影响气体通道与物料之间的换热效率。

在本发明的一些实施例中，所述直管段的横截面积大于所述弯管段的横截面积。由此，可以防止弯管段与过料腔内壁发生结构干涉，并且增大了炉顶气的有效换热面积。

根据本发明的一些实施例，所述直管段上与所述弯管段连接的位置处圆滑过渡。由此，可以减小炉顶气在不同管段过渡流动时的阻力，提高了炉顶气在气体通道内流动的流畅性。

在本发明的一些实施例中，所述过料腔内靠近所述物料入口的位置处形成有分散区。由此，物料可以通过分散区均匀分布到过料腔内。

可选地，所述换热仓的靠近所述物料出口的位置处形成为倒锥形，所述物料出口位于所述倒锥形的底部窄口处。由此，物料可以沿倒锥形壁面集中流入到下方的物料出口，便于物料从过料腔排出。

根据本发明的一些实施例，所述炉顶气入口的上游设有开度可调的流量控制阀，所述气体通道上与所述炉顶气入口连通的位置处设有喷嘴。由此，可以对炉顶气的流量和流速进行调节。

在本发明的一些实施例中，所述过料腔具有多个水平参考面，多个所述水平参考面沿上下方向间隔分布，每个所述水平参考面内均设有所述直管段，在相邻的两个所述水平参考面内，其中一个所述水平参考面的所述直管段与另一个所述水平参考面的所述直管段交错分布；

在相邻的两个所述水平参考面内，其中一个所述水平参考面的所述直管段与另一个所述水平参考面的所述直管段的最短距离为L1，所述L1满足：50mm≤L1≤500mm；在同一所述水平参考面，相邻的两个所述直管段之间的距离为L2，所述L2满足：50mm≤L2≤500mm。由此，可以使过料腔内形成梯度分布的温度场，从而提高换热效率，并且有利于物料在过料腔内的流动。

进一步地，所述粉尘排出装置的内底壁形成为斜面，所述粉尘出口设在靠近所述斜面的最下端，所述气体出口与所述炉顶气入口之间设置有风机。由此，通过将内底壁设置为斜面，方便粉尘杂质排出粉尘排出装置。通过设置风机，可以为炉顶气的流动提供驱动力。

根据本发明实施例的气基竖炉，包括上述所述的气基竖炉的余热回收装置。

根据本发明实施例的气基竖炉，通过设置余热回收装置，可以利用排出的高温炉顶气对物料进行预热，减轻了气基竖炉的炉顶气除尘冷却和物料预热段的压力，降低了气基竖炉的能量损失，提高了能源利用率，节能环保。而且，通过将气体通道的直管段设置为上部直线段和下部弧线段的管型，可以利用直管段的管型特点对物料进行分料，并减小了气体通道对物料流动的阻碍和干扰，提高了物料在过料腔内流动的流畅性。而且，还可以防止物料下落过程中，大量灰尘积累在气体通道的上方而影响炉顶气与物料之间的热量交换，从而提高了炉顶气与物料之间的换热效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的气基竖炉的余热回收装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的气基竖炉的余热回收装置的U型段的局部结构示意图；

图3是根据本发明实施例的气基竖炉的余热回收装置的直管段的剖视图。

附图标记：

余热回收装置100，

换热仓10，物料入口101，物料出口102，炉顶气入口110，炉顶气出口120，过料腔130，气体通道140，U型段150，弯管段151，直管段152，上部直线段1521，下部弧线段1522，圆滑过渡部153，分散区160，出料区170，

粉尘排出装置20，气体进口210，气体出口220，粉尘出口230，粉尘料斗231，卸料阀232，内底壁240，风机250，

气基竖炉500，

炉体510，排气口511，

物料仓520。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的气基竖炉500的余热回收装置100。需要说明的是，气基竖炉500可以用于金属冶炼反应器，例如可以用于还原铁等。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的气基竖炉500的余热回收装置100，气基竖炉500包括炉体510和物料仓520，金属冶炼过程可以在炉体510内进行，物料仓520可以用于为炉体510添加物料，例如，物料可以为用于为气基竖炉500提供热量的氧化球团等。余热回收装置100包括：换热仓10、粉尘排出装置20和气体通道140。

具体而言，如图1和图2所示，换热仓10具有物料入口101和物料出口102物。料料入口101与物料仓520连通，物料出口102与炉体510连通。换热仓10内具有过料腔130，过料腔130与物料入口101和物料出口102分别连通。由此，物料仓520内的物料可以从物料入口101进入到换热仓10内的过料腔130中，并可以从物料出口102流出换热仓10进入到炉体510内。

换热仓10还设置有炉顶气入口110和炉顶气出口120，炉顶气入口110与炉体510的排气口511连通，这里所述的“连通”既可以是指炉顶气入口110与炉体510的排气口511直接连通；也可以是指炉顶气入口110与炉体510的排气口511间接连通，例如，图1中所示，炉顶气入口110与排气口511之间连接有粉尘排出装置20。粉尘排出装置20具有气体进口210、气体出口220和粉尘出口230，气体进口210与炉体510的排气口511连通，气体出口220与炉顶气入口110连通。气体通道140设在过料腔130内，气体通道140两端与炉顶气入口110和炉顶气出口120分别连通。由此，从气基竖炉500排气口511排除的高温炉顶气可以从炉顶气入口110进入到气体通道140内，并可与过料腔130内的物料进行热量交换，以将热量传递给物料，对物料进行预热。

如图1和图2所示，气体通道140包括多个依次连通的U型段150，U型段150包括弯管段151和两段直管段152，弯管段151的两端分别与两个直管段152连通，直管段152在水平面内延伸。这里所述的“水平面”可以理解为，与如图1中所示的左右方向平行并与图1中所示的上下方向垂直的面。如图3所示，直管段152的横截面轮廓线包括上部直线段1521和下部弧线段1522，上部直线段1521的两端分别与下部弧线段1522的两端连接。由此，通过设置将气体通道140设置为多个依次连通的U型段150，增大了气体通道140内炉顶气的流量，而且可以增大炉顶气与物料的热量交换面积，从而提高了炉顶气与物料之间的热交换效率。

需要说明的是，从气基竖炉500排气口511排出的炉顶气中含有大量颗粒杂质，在余热回收装置100长时间使用后，大量的颗粒杂质会附着在气体通道140内壁上，影响余热回收装置100的换热效率。另外，长时间沉降积累的粉尘杂质会导致气体通道140、炉顶气入口110、喷嘴等处堵塞，影响余热回收装置100的正常工作，甚至缩短余热回收装置100的使用寿命。通过设置粉尘排出装置20，可以有效清除炉顶气中的颗粒杂质。如图1所示，炉顶气从排气口511排出后经气体进口210进入到粉尘排出装置20，杂质颗粒在粉尘排出装置20中沉降并从粉尘出口230排出，从而降低了进入到换热仓10的炉顶气的杂质含量，有效维持了余热回收装置100的换热效率，并有效延长了余热回收装置100的使用寿命。

如图1所示，物料从物料入口101进入到过料腔130，并经物料出口102流出过料腔130进入到气基竖炉500内，物料在过料腔130内的流动方向为从上往下(如图1中所示的上下方向)流动。由此，将U型段150的直管段152设置为上部直线段1521和下部弧线段1522的管型，当物料在下落的过程中，U型段150可以起到均匀分料的作用，并可减小物料在过料腔130内下落过程中，气体通道140对物料流动的干扰、阻碍，提高了物料在过料腔130内流动的顺畅性；而且，还可以防止物料下落过程中，在气体通道140的上端积累灰尘而影响炉顶气与物料之间的热量交换，从而提高了炉顶气与物料之间的换热效率。

根据本发明实施例的气基竖炉500的余热回收装置100，通过在换热仓10内设置过料腔130和气体通道140，可以利用气体通道140内的高温炉顶气对过料腔130内的物料进行预热，由此，使气基竖炉500的高温炉顶气的能量得到了回收利用，减轻了气基竖炉500预热段的压力，节能环保。而且，余热回收装置100设置有粉尘排出装置20，粉尘排出装置20可以对炉顶气进行过滤除尘，防止灰尘堵附着沉积在气体通道140的内壁上，有效提高了余热回收装置100的换热效率和使用寿命。另外，通过将气体通道140的直管段152设置为上部直线段1521和下部弧线段1522的管型，可以利用直管段152的管型特点对物料进行分料，并减小了气体通道140对物料流动的阻碍和干扰，提高了物料在过料腔130内流动的流畅性。而且，还可以防止物料下落过程中，大量灰尘积累在气体通道140的上方而影响炉顶气与物料之间的热量交换，从而提高了炉顶气与物料之间的换热效率。

根据本发明的一些实施例，如图1和图3所示，下部弧线段1522朝向气体通道140的外部凸出。需要说明的是，这里所述的“气体通道140的外部”是相对于气体通道140而言的，如图1中所示，下部弧线段1522朝向下方(如图1和图3中所示的上下方向)凸出。由此，一方面可以增大气体通道140内炉顶气的流通量，从而提高炉顶气与物料之间热交换效果；另一方面，向下凸出的下部弧线段1522使气体通道140内部圆滑，有利于炉顶气在气体通道140内的流动。

可选地，如图1和图3所示，上部直线段1521可以形成为折线段。例如，上部直线段1521可以形成为“倒置的V形”，由此，一方面便于气体通道140的设计加工；另一方面，当物料在过料腔130内从上往下落(如图1和图3中所示的上下方向)时，可以有效防止物料和灰尘在气体通道140上方(如图1和图3中所示的上下方向)沉积而影响换热效率，而且可以降低气体通道140对物料流动的阻碍和干扰。

在本发明的一些实施例中，如图1和图2所示，直管段152的横截面积大于弯管段151的横截面积，U型段150的管径可以为：50mm-300mm。可以理解的是，过料腔130可以设置为沿上下方向(如图1和图3中所示的上下方向)的圆筒形结构，由于气体通道140沿水平方向延伸，U型段150的弯管段151靠近过料腔130的内壁，由此，将弯管段151的管径设置为小管径可以有效防止弯管段151与过料腔130内壁之间的干涉。而将直管段152的管径设置较大，则可以有效提高炉顶气在气体通道140内的流通量，提高炉顶气与物料之间的热交换效率。

根据本发明的一些实施例，直管段152上与弯管段151连接的位置处圆滑过渡。如图2所示，在直管段152与弯管段151的连通处设置有圆滑过渡部153,。由此，当炉顶气从直管段152流入至弯管段151或从弯管段151流入到直管段152时，圆滑过渡部153可以减小炉顶气在不同管段流动过渡时的阻力，从而增加了炉顶气体在气体通道140内流动的流畅性。

在本发明的一些实施例中，过料腔130内靠近物料入口101的位置处形成有分散区160。如图1所示，在过料腔130的上端靠近物料入口101的位置设置有分散区160，分散区160上端(如图1中所示的上下方向)的口径可以小于分散区160的下端(如图1中所示的上下方向)的口径。由此，当物料从物料入口101进入到过料腔130时，分散区160可以使物料均匀的分布至过料腔130内，有利于提高炉顶气与物料之间的换热效率。进一步地，在物料入口101与分散区160之间可以设置有布料器，以使物料更加均匀的分布至下方过料腔130内，有利于炉顶气与物料之间的热量交换。

可选地，如图1所示，换热仓10的靠近物料出口102的位置处形成为倒锥形，物料出口102位于倒锥形的底部窄口处。如图1所示，在过料腔130的下方(如图1中所示的上下方向)设置有倒锥形的出料区170，将出料区170设置为倒锥形，可以使过料腔130内的物料集中流入至下方(如图1中所示的上下方向)的物料出口102处，有利于物料从物料出口102流出换热仓10。

可选地，气体通道140上与炉顶气入口110连通的位置处设有喷嘴。喷嘴的直径可以为5mm-10mm。由此，可以通过喷嘴将炉顶气喷入至气体通道140内，而且可以通过喷嘴控制炉顶气的流向和流速，以提高炉顶气与物料之间的热交换效率。

根据本发明的一些实施例，炉顶气入口110的上游设有开度可调的流量控制阀。由此，可以通过调节流量控制阀，控制炉顶气流量的大小。需要说明的是，这里所述的“上游”可以理解为按炉顶气在余热回收装置100内的流动方向所理解的上游。在实际的金属冶炼过程中，可以根据实际的工矿需求，控制炉顶气流量的大小，以对炉顶气与物料之间的热量交换过程进行精确控制，使炉顶气热量得到更充分的利用，提高炉顶气显热利用率。

在本发明的一些实施例中，过料腔130具有多个水平参考面，多个水平参考面沿上下方向间隔分布，每个水平参考面内均设有直管段152，在相邻的两个水平参考面内，其中一个水平参考面的直管段152与另一个水平参考面的直管段152交错分布。如图1所示，在过料腔130内，直管段152沿水平方向间隔排布，多个沿水平方向间隔排布的直管段152位于同一个水平面上，形成一层U型段150。在过料腔130内，沿上下方向间隔分布有多层气U型段150，而且相邻的两层U型段150之间直管段152交错分布。炉顶气在多层U型段150之间沿S形由下至上流动(如图1中箭头所示的炉顶气的流动方向)。由此，可以充分利用过料腔130的有限空间，布置多个U型段150，以提高炉顶气与物料间的换热效率。

进一步地，在相邻的两个水平参考面内，其中一个水平参考面的直管段152与另一个水平参考面的直管段152的最短距离为L1，L1满足：50mm≤L1≤500mm。经过试验验证，当L1满足：50mm≤L1≤500mm时，可以使过料腔130内形成均匀梯度变化的温度场，有利于炉顶气在气体通道140内的顺畅流动，并使炉顶气与物料之间具有较高的换热效率。

在同一水平参考面，相邻的两个直管段152之间的距离为L2，L2满足：50mm≤L2≤500mm。经过试验验证，当L1满足：50mm≤L2≤500mm时，可以提高过料腔130的空间利用率，并可以使物料和炉顶气具有良好的流动性。

根据本发明的一些实施例，粉尘排出装置20的内底壁240形成为斜面，粉尘出口230设在靠近斜面的最下端(如图1中所示的上下方向)。可以理解的是，通过将粉尘排出装置20的内底壁240设置为斜面，可以使粉尘沿倾斜的内底壁240流出粉尘排出装置20，而且粉尘出口230设置在斜面的最下端(如图1中所示的上下方向)，从而可以使粉尘沿内底壁240流入到粉尘出口230，以排出粉尘排除装置。

可选地，如图1所示，在粉尘出口230的下方(如图1中所示的上下方向)可以设有粉尘料斗231和卸料阀232。由此，从粉尘出口230流出的粉尘杂质可以在粉尘料斗231内沉积汇集，当粉尘料斗231内的粉尘杂质沉积一定量时，可以通过打开卸料阀232将粉尘杂质排出粉尘排出装置20，以进行集中处理。

可选地，气体出口220与炉顶气入口110之间设有风机250。由此，可以通过风机250驱动炉顶气的流动。例如，图1所示，在气体出口220和炉顶气入口110之间设置有风机250，风机250可以驱动气炉顶气从炉顶气入口110进入到气体通道140，以与过料腔130内的物料进行热量交换。

在本发明的一些示例中，换热仓10的高度可以为3m-20m。由此，可以根据实际的工况需求，在换热仓10内布置相应数量的U型段150的层数，以保证炉顶气与物料之间的换热效率。

根据本发明实施例的气基竖炉500，包括上述的气基竖炉500的余热回收装置100。

根据本发明实施例的气基竖炉500，通过设置余热回收装置100，可以利用排出的高温炉顶气对物料进行预热，减轻了气基竖炉500的炉顶气除尘冷却和物料预热段的压力，降低了气基竖炉500的能量损失，提高了能源利用率，节能环保。

下面参照图1-图3以两个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的气基竖炉500的余热回收装置100。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。

实施例一：

如图1所示，气基竖炉500包括炉体510和物料仓520，炉体510用于金属的冶炼，物料仓520可以为炉体510添加热源物料，例如，物料可以为氧化球团等，用以为金属冶炼过程中提供热量。可以理解的是，在金属冶炼过程中，产生的炉顶气具有较高的温度，从排气口511排除的炉顶气的温度约为450℃。

余热回收装置100可以对气基竖炉500排除的高温炉顶气的热量进行回收利用，用以提高能源利用率，节能环保。如图1和图2所示，余热回收装置100包括：换热仓10、粉尘排出装置20和气体通道140。

其中，如图1所示，在气基竖炉500的顶壁设置有排气口511，高温炉顶气可以从排气口511排出至气基竖炉500外。在排气口511出可以设置有过滤器，以对炉顶气进行初步过滤。粉尘排出装置20与排气口511连通，如图1所示，粉尘排出装置20具有气体进口210、气体出口220和粉尘出口230。其中，气体进口210与炉体510的排气口511连通，经过初步过滤的炉顶气可以从气体进口210进入到粉尘排出装置20进行进一步除尘处理。

如图1所示，炉顶气进入到粉尘排出装置20后，粉尘杂质在粉尘排出装置20内沉降。粉尘排出装置20的内底壁240形成为斜面，在靠近斜面的最下端设置有粉尘出口230。粉尘出口230下方设置有粉尘料斗231和卸料阀232。如图1所示，粉尘杂质在粉尘排出装置20内沉降后经过斜面内底壁240流入至下方的粉尘出口230，并积累在下方的粉尘料斗231中进行集中处理，最后可以通过控制卸料阀232将粉尘杂质从粉尘排出装置20排出。

如图1所示，粉尘排出装置20的上方(如图1中所示的上下方向)设置有气体出口220，气体出口220连接有导气管。经过除尘过滤后的高温炉顶气可以从气体出口220经导气管排出粉尘排出装置20。

如图1所示，换热仓10的顶部中心位置设置有物料入口101，且物料入口101与上方的物料仓520连通。物料入口101的下端为分散区160，分散区160的上方设置有布料器，从物料入口101进入的物料可以经分散区160均匀分分布至过料腔130内。换热仓10的下端形成倒锥形出料区170，物料出口102位于出料区170的最低端的窄口处，物料出口102与气基竖炉500连通，物料可以从物料出口102流入至气基竖炉500内。

换热仓10的内部设置有过料腔130，过料腔130的上端连通物料入口101，过料腔130的下端连通物料出口102。在过料腔130内设置有气体通道140，气体通道140包括多个依次连通的U型段150。如图2所示，U型段150包括弯管段151和两段直管段152，直管段152的横截面积大于弯管段151的横截面积，直管段152的管径为200mm。如图3所示，直管段152的横截面轮廓线包括上部直线段1521和下部弧线段1522，上部直线段1521的两端分别与下部弧线段1522的两端连接。下部弧线段1522朝下凸出，上部直线段1521形成为“倒置的V型”。

如图2所示，弯管段151的两端分别与两个直管段152连通，直管段152与弯管段151的连通处设置有圆滑过渡部153。直管段152在水平面内延伸，且直管段152在过料腔130内沿水平方向间隔分布。如图1所示，多个U型段150在过料腔130内形成沿上下方向间隔分布为20层，相邻两层的U型段150中，直管段152交错分布，多层U型段150在过料腔130内呈S型分布。同一层中，相邻的两个直管段152的最短距离为L1，L1＝100mm,相邻的两层U型段150中，其中一层的直管段152与相邻层直管段152之间的最小距离为L2，L2＝200mm。

在换热仓10下端的侧壁右下方(如图1中所示的上下左右方向)设置有炉顶气入口110，在换热仓10上端的左侧壁上设置有炉顶气出口120，气体通道140最下层的U型段150与炉顶气入口110连通，气体通道140最上层的U型段150与炉顶气出口120连通，炉顶气入口110与粉尘排出装置20的气体出口220连通，且在炉顶气入口110与粉尘排出装置20的气体出口220之间连接有风机250。在风机250的驱动作用下，从气体出口220排出粉尘排出装置20的高温炉顶气可以从炉顶气入口110进入到换热仓10内。在炉顶气入口110处还设置有开度可调的流量控制阀，以对进入换热仓10内的炉顶气的流量大小进行调节。由此，从气基竖炉500的排气口511排出的高温炉顶气可以从炉顶气入口110进入到气体通道140内，高温炉顶气在气体通道140内从下往上依次流过每个U型段150，并与过料腔130内的物料进行热量交换，以对物料进行预热。

需要说明的是，如图1所示，物料仓520内的物料从物料入口101进入到过料腔130内，物料为直径为6mm-16mm的待加热氧化球团。在过料腔130内与气体通道140内的高温炉顶气进行热量交换，温度升高。经过预热后的物料(温度约为442℃)从物料出口102进入到气基竖炉500内部，并经过进一步加热燃烧对气基竖炉500内的金属进行冶炼。

如图1所示，从排气口511排出的高温炉顶气(温度为450℃左右)首先经过过滤器进行初步过滤，初步过滤后的高温炉顶气从气体进口210进入到粉尘排出装置20进行除尘净化，粉尘排出装置20的炉壁上设置有保温材料，以对高温炉顶气进行保温。除尘后的高温炉顶气的主要成分为：H2(38.2％)，CO(20.0％)，CH4(1.9％)，H2O(21.0％)，CO2(16.4％)，N2(2.5％)。经过除尘后的高温炉顶气从气体出口220排出粉尘排出装置20。在风机250的作用下，高温炉顶气以666735Nm3/h的流量从炉顶气入口110经过喷嘴进入气体通道140内。进入到气体通道140内的高温炉顶气与过料腔130内的物料进行热量将换，以将热量传递给物料，对物料进行预热。由此，使炉顶气的预热得到了回收利用。经过热量交换后的炉顶气(温度降低为约180℃)，最后从炉顶气排出口排出换热仓10。如图1所示，在换热仓10的周壁上设置有保温层，以防止换热仓10内的热量散失，造成能源浪费。

可以理解的是，炉顶气沿多层U型段150从下至上(如图1中所示的上下方向)的流动过程中与物料进行热量交换，换热仓10内不同区域形成温度不同的温度场。如图1所示，在过料腔130的底部，温度为440℃-445℃；在过料腔130中部，温度为355℃-380℃；在过料腔130的上部，温度为153℃-170℃。分散区160的温度为32℃，分散区160的温度为440℃。不同区域的温度场的温度可以通过调节U型段150的层数、直管段152间的间距以及炉顶气流量等实现。

由此，通过在换热仓10内设置过料腔130和气体通道140，可以利用气体通道140内的高温炉顶气对过料腔130内的物料进行预热，由此，使气基竖炉500的高温炉顶气的能量得到了回收利用，减轻了气基竖炉500预热段的压力，节能环保。而且，余热回收装置100设置有粉尘排出装置20，粉尘排出装置20可以对炉顶气进行过滤除尘，防止灰尘堵附着沉积在气体通道140的内壁上，有效提高了余热回收装置100的换热效率和使用寿命。另外，通过将气体通道140的直管段152设置为上部直线段1521和下部弧线段1522的管型，可以利用直管段152的管型特点对物料进行分料，并减小了气体通道140对物料流动的阻碍和干扰，提高了物料在过料腔130内流动的流畅性。而且，还可以防止物料下落过程中，大量灰尘积累在气体通道140的上方而影响炉顶气与物料之间的热量交换，从而提高了炉顶气与物料之间的换热效率。

实施例二：

与实施例一不同的是，在该实施例中，高温炉顶气以568767Nm3/h的流量流入至换热仓10内。在过料腔130内沿上下方向间隔分布有40层U型段150，同一层中，相邻的两个直管段152之间的距离为L1，L1＝100mm。相邻的两层U型段150中，其中一层直管段152与另一层相邻的直管段152之间的距离为L2，L2＝100mm。换热仓10内各区域的温度场分布为：在过料腔130底部，温度为443℃-446℃；在过料腔130中部，温度为360℃-375℃；在过料腔130的上部，温度为111℃-125℃。分散区160的温度为25℃，出料区170的温度为443℃。

由此，通过增加气体通道140的U型段150沿上下方向的层数，增大了炉顶气与物料之间的热量交换面积，降低了预热过程中高温炉顶气的流量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。