本发明属于换热设备技术领域，具体来说涉及一种阶梯式多梯级床温鼓泡床换热装置。
背景技术：
最近几年，工业领域一些高、中温颗粒物余热回收利用系统普遍采用双层流化床冷却方法，但现有双层流化床冷却方法在实际应用中存在余热回收效果不令人满意、回收指标远低于国际水平的问题。现有双层流化床冷却方法存在以下主要问题：双层流化床床温只能设定为两个恒定温度，余热锅炉各受热面传热过程冷、热源进出口温差的设置偏大，导致传热过程的不可逆损失加大，余热利用效率大幅度降低；双层流化床的低温床床温受到工质出口温度限制不可能太低，即双层流化床冷却装置无法将固体颗粒温度降到很低，余热回收不彻底，导致余热回收率较低；双层流化床冷却装置中，两个流化床串联，低温床流化介质带着大量颗粒进入高温床的风帽，容易导致高温床风帽堵塞及磨损。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种余热回收率高、高温床风帽安全性好的阶梯式多梯级床温鼓泡床换热装置。
为此，本实用新型的技术方案如下：
一种阶梯式多梯级床温鼓泡床换热装置，包括：位置从高至低依次排列的第一至第四锅炉以及物料料斗、过热器、蒸发器、省煤器和预热器，所述第一至第四锅炉均包括：密封的筒体以及固装在该筒体下端的鼓泡床风仓，在所述鼓泡床风仓的下端形成有进风口，在所述筒体的上端形成有出风口；在所述鼓泡床风仓与所述筒体之间间隔安装有多个风帽，以使从所述进风口进入鼓泡床风仓的气体在经过所述风帽后加速并使气体风向转变成由下至上，一过滤网的周边与所述筒体的内壁密封连接，用于过滤向出风口流动的气体中的固体颗粒；
所述过热器、蒸发器、省煤器和预热器分别依次安装在所述第一锅炉、第二锅炉、第三锅炉和第四锅炉内，所述预热器的排出口与所述省煤器的进入口通过第一管路相通，且在所述第一管路上安装有一除氧器和给水泵，以使经过所述预热器的水经过所述省煤器形成饱和水；所述省煤器的排出口与一汽包的进水管连通，所述汽包的下降管与所述蒸发器的进入口连通，所述蒸发器的排出口与所述汽包的上升管连通，所述汽包的蒸汽出口与所述过热器的进入口连通，以使从所述蒸汽出口排出的饱和蒸汽进入所述过热器形成过热水蒸气；所述过热器的排出口与汽轮机的进汽口连通，所述汽轮机的出汽口与凝汽器的蒸汽入口连通，所述凝汽器的凝结水出口与所述预热器的进入口通过管路连通，且在所述凝结水出口与所述预热器的进入口之间的管路上安装有凝结水泵；
所述第二锅炉的进风口下安装有一第一鼓泡床流化风机，所述第二锅炉的出风口通过第二管路与所述第一锅炉的进风口连通，且在所述第二管路上安装有一第一除尘器，所述第一锅炉的出风口通过第三管路与第二余热锅炉连通，且在所述第三管路上安装有第二除尘器；所述第四锅炉的进风口下安装有一第二鼓泡床流化风机，所述第四锅炉的出风口通过第四管路与第三锅炉的进风口连通，且在所述第四管路上安装有第三除尘器；所述第三锅炉的出风口通过第五管路与第一余热锅炉连通，且在所述第五管路上安装有第四除尘器；
所述物料料斗与所述第一锅炉连通；所述第四锅炉的筒体下形成有冷渣口，所述冷渣口通过冷渣管路通向所述第四锅炉外；
相邻所述第一锅炉、第二锅炉、第三锅炉和第四锅炉的筒体之间连通有溢流管，溢流管的一端与相邻锅炉中位置较高锅炉的筒体上部连通，另一端与相邻锅炉中位置较低锅炉的筒体下部连通，且所述溢流管的两端均位于相应锅炉内的过滤网的下方。
在上述技术方案中，所述汽轮机与所述发电机连接。
在上述技术方案中，所述凝汽器与一冷却塔连接，以使通过该冷却塔将冷凝热排入大气。
在上述技术方案中，所述第一余热锅炉的压力p1为3.8mpa≤p1＜5.3mpa。
在上述技术方案中，所述第二余热锅炉的压力p2为9.8mpa≤p2＜13.7mpa。
在上述技术方案中，所述第一除尘器的灰尘出口与所述第二锅炉和第三锅炉之间的溢流管连通。
在上述技术方案中，所述第二除尘器的灰尘出口与所述第二锅炉和第一锅炉之间的溢流管连通。
在上述技术方案中，所述第三除尘器和第四除尘器的灰尘出口均与所述第三锅炉与第四锅炉之间的溢流管连通。
在上述技术方案中，所述过热器、蒸发器、省煤器和预热器的排出口均位于相应的过热器、蒸发器、省煤器和预热器的进入口的上方。
相比于现有技术，本发明：
1)使余热传递过程的梯级程度在不增加动力消耗的前提下有了大幅度改善，传热过程冷热源不可逆损失大幅度降低，余热利用率可提高20％-30％。
2)高温床风帽堵塞及磨损的概率大幅度降低，风帽事故率降低80％-90％。
3)颗粒离开冷却装置的温度降低至100℃左右，装置余热回收率提高10％-20％。
附图说明
图1为本发明的阶梯式多梯级床温鼓泡床换热装置的结构示意图。
其中，1：鼓泡床风仓，2：风帽，3：物料料斗，4：过热器，5：溢流管，6：第二除尘器，7：第一除尘器，8：汽包，9：凝汽器，10：汽轮机，11：发电机，12：冷却塔，13：第四除尘器，14：第三除尘器，15：凝结水泵，16：除氧器，17：预热器，18：冷渣管路，19：第二鼓泡床流化风机，20：给水泵，21：省煤器，22：第一鼓泡床流化风机，23：蒸发器，24：第一管路，25：第二管路，26：第三管路，27：第四管路，28：第五管路，29：第一余热锅炉，30：第二余热锅炉。
具体实施方式
在本发明的具体实施方式中，回收的为900℃左右的高温颗粒，阶梯式多梯级床温鼓泡床换热装置设置四个高度及床温(温度)依次降低的锅炉，按高度及床温依次降低的顺序，四个锅炉内分别埋有过热器、蒸发器、省煤器和预热器，四个鼓泡床流化介质为空气，其中，两个较高温的第一锅炉和第二锅炉(蒸发器鼓泡床、过热器鼓泡床)流化介质串联，两个较低温的第三锅炉和第四锅炉(省煤器鼓泡床、凝结水预热器鼓泡床)流化介质串联，但高温床流化介质与低温床流化介质相互独立。
在本发明中排出口可以用于排汽、排水或汽水混合物。进入口可以用于进水、进汽或进汽水混合物。
下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，包括：位置从高至低依次排列的4个锅炉(鼓泡床锅炉)：第一锅炉、第二锅炉、第三锅炉和第四锅炉以及物料料斗3、过热器4、蒸发器23、省煤器21、预热器17，第一至第四锅炉均包括：密封的筒体以及固装在该筒体下端的鼓泡床风仓1(即风仓)，在鼓泡床风仓1的下端形成有进风口，在筒体的上端形成有出风口；在鼓泡床风仓1与筒体之间间隔安装有多个风帽2，以使从进风口进入鼓泡床风仓1的气体在经过风帽2后加速并使气体风向转变成由下至上，一过滤网的周边与筒体的内壁密封连接，用于过滤向出风口流动的气体中大部分的固体颗粒。
过热器4、蒸发器23、省煤器21和预热器17分别依次安装在第一锅炉、第二锅炉、第三锅炉和第四锅炉内，预热器17用于排水的排出口与省煤器21用于进水的进入口通过第一管路24相通，且在第一管路24上安装有一除氧器16和给水泵20，以使经过预热器17的水经过省煤器21形成饱和水；省煤器21用于排水的排出口与一汽包8的进水管连通，汽包8的下降管与蒸发器23的进入口连通，蒸发器23用于排汽的排出口与汽包8的上升管连通，汽包8的蒸汽出口与过热器4用于进汽的进入口连通，以使从蒸汽出口排出的饱和蒸汽进入过热器4形成过热水蒸气；过热器4的排出口与汽轮机10的进汽口连通，汽轮机10与发电机11连接。汽轮机10的出汽口与凝汽器9的蒸汽入口连通，凝汽器9的凝结水出口与预热器17的进入口通过管路连通，且在凝结水出口与预热器17的进入口之间的管路上安装有凝结水泵15；凝汽器9与一冷却塔12连接，以使通过该冷却塔12将冷凝热排入大气。过热器4、蒸发器23、省煤器21和预热器17的排出口均位于相应的过热器4、蒸发器23、省煤器21和预热器17的进入口的上方。
第二锅炉的进风口下安装有一第一鼓泡床流化风机22，第二锅炉的出风口通过第二管路25与第一锅炉的进风口连通，且在第二管路25上安装有一第一除尘器7，第一除尘器7的灰尘出口与第二锅炉和第三锅炉之间的溢流管5连通。
第一锅炉的出风口通过第三管路26与第二余热锅炉30连通，第二余热锅炉30的压力p2为9.8mpa≤p2＜13.7mpa。。在第三管路26上安装有第二除尘器6；第二除尘器6的灰尘出口与第二锅炉和第一锅炉之间的溢流管5连通。
第四锅炉的进风口下安装有一第二鼓泡床流化风机19，第四锅炉的出风口通过第四管路27与第三锅炉的进风口连通，且在第四管路27上安装有第三除尘器14；第三锅炉的出风口通过第五管路28与第一余热锅炉29连通，第一余热锅炉29的压力p1为3.8mpa≤p1＜5.3mpa。且在第五管路28上安装有第四除尘器13；第三除尘器14和第四除尘器13的灰尘出口均与第三锅炉与第四锅炉之间的溢流管5连通。
物料料斗3与第一锅炉连通；第四锅炉的筒体下形成有冷渣口，冷渣口通过冷渣管路18通向第四锅炉外；
相邻第一锅炉、第二锅炉、第三锅炉和第四锅炉的筒体之间连通有溢流管5，其中，溢流管5的一端与相邻锅炉中位置较高锅炉的筒体上部连通，溢流管5的另一端与相邻锅炉中位置较低锅炉的筒体下部连通，且溢流管5两端的连通处均位于相应锅炉内的过滤网的下方。
1)本发明实施例做功工质流程
凝结水经凝结水泵15加压后进入预热器17与最低温物料进行换热升温，然后进入除氧器16除氧形成除氧水，除氧水经给水泵20加压进入省煤器21中与次低温物料进行换热升温，形成饱和水，饱和水进入汽包8，在汽包中，饱和水经汽包的下降管进入蒸发器23与次高温物料进行换热汽化，形成汽水混合物，汽水混合物再回到汽包8形成饱和蒸汽，饱和蒸汽由汽包8引出进入过热器4与高温物料进行换热，升温为过热蒸汽，过热蒸汽离开过热器4进入汽轮机10膨胀做功，并经发电机11发电，汽轮机乏汽进入凝汽器9冷凝，冷凝热由冷却塔12排入大气，冷凝水进入凝结水泵15加压进入下一次做功循环。
2)本发明实施例流化介质流程
低温鼓泡床流化介质流程1：冷空气经第二鼓泡床流化风机19加压进入第四锅炉的鼓泡床风仓1，再经风帽2进入该第四锅炉的筒体内，并对第四锅炉的筒体内的低温物料进行流化，流化介质(空气)离开第四锅炉后经第三除尘器14除尘后进入省煤器21所在的第三锅炉内，并经风帽进入第三锅炉的筒体内，对第三锅炉的筒体内的次低温物料进行流化；离开第三锅炉后，流化介质经第四除尘器13除尘，形成干净的中温空气，中温空气最终送去中温气体余热锅炉产生中压蒸汽，即第一余热锅炉29。
高温鼓泡床流化介质流程2：冷空气经第一鼓泡床流化风机22加压进入第二锅炉的鼓泡床风仓1，再经风帽2进入蒸发器23所在第二锅炉的筒体内对次高温物料进行流化，流化介质离第二锅炉后经第一除尘器7除尘后进入第一锅炉的筒体内，对最高温物料进行流化，离开第一锅炉后，流化介质经第二除尘器6除尘，形成干净的高温空气，高温空气最终送去高温气体余热锅炉产生高压蒸汽，即第二余热锅炉30。
3)本发明实施例高温颗粒流程
高温颗粒由物料料斗3进入温度最高的过热器所在的第一锅炉，高温颗粒在第一锅炉内与过热器4中的过热蒸汽及流化介质(空气)进行换热，然后高温颗粒经溢流管5进入温度次高的蒸发器所在的第二锅炉，在第二锅炉中，高温颗粒与蒸发器内的饱和水及流化介质进行换热。高温颗粒再经溢流管5进入温度次低的省煤器21所在第三锅炉，在第三锅炉中与省煤器21中的未饱和水及流化介质进行换热，接着经溢流管5进入温度最低的预热器17所在的第四锅炉，在第四锅炉中与预热器17中的凝结水及流化介质进行换热，最后由冷渣管路18排出整个阶梯式多梯级床温鼓泡床换热装置。
本发明解决现有技术缺陷采用的技术方案是：
1、在原有双流化床装置中，两个流化床固体颗粒和流化介质均为串联：固体颗粒离开高温床后经落灰管直接进入低温床，低温床流化介质离开低温床后经高温床风帽直接进入高温床。这种双串联结构决定了串联级数越多，流化风阻力越大，耗电越多，风帽磨损越严重，因此，只设置双层流化床。本发明改变相邻流化床之间的联结方式，采用4个阶梯状的锅炉实现固体颗粒的多梯级床温，相邻两级锅炉固体颗粒串联：位于上方的锅炉通过中间溢流管进入相邻的位于下方的锅炉。但所有相邻锅炉的流化气体并不全部采用串联方式，各个锅炉的流化介质分别在各个锅炉中独立进出，最多两级相邻锅炉采用串联形式，且与其他锅炉流化气体的流动相互独立，两级相邻锅炉采用串联时，由低温锅炉出来的流化气体先进入除尘器利用旋风分离气固，再进入相邻的较高温的锅炉，以降低高温锅炉风帽堵塞及磨损的概率。
2、将鼓泡床(锅炉)流化介质串联改为并联后，可以采用4个床温逐渐降低的鼓泡床换热器来更好地实现颗粒与做功工质的梯级换热。采用4个锅炉(鼓泡床)依次实现对工质的过热器换热、蒸发器换热、省煤器换热以及凝结水预热器换热，这种结构使余热传递过程的梯级程度在不增加动力消耗的前提下有了大幅度改善，传热过程冷热源不可逆损失大幅度降低，余热利用率可提高20％-30％。
3、在本发明的阶梯式多梯级床温换热装置中，位于最下方的锅炉可以利用颗粒低温余热单独加热进入除氧器前的凝结水，使颗粒温度降至接近100℃左右的低温，余热回收率大幅度提高。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。