一种高温球团显热回收装置和回收方法与流程

本发明涉及一种高温球团显热回收装置和回收方法。

背景技术：

目前，高温球团显热回收的方式很多，有球团竖炉水冷梁显热回收工艺、球团罐式显热回收工艺、封闭式链板机显热回收工艺等。球团竖炉水冷梁显热回收工艺是将球团竖炉大、小水梁由强制循环水冷却变为汽化冷却方式，使高温球团矿直接与汽化冷却梁换热，降低水的循环量，生产低压蒸汽。但该工艺的竖炉改造周期较长，汽化冷却梁换热效率较低，只能回收部分球团矿的显热。球团罐式显热回收工艺借鉴了干熄焦中干熄炉的结构和工艺，设有罐式换热器、二次换热器、常温除尘器和引风机等设备，在罐式换热器中换热后的高温风与二次换热器换热后，可将回转窑或其他设备使用的助燃空气和煤气加热。但该工艺需要进行二次换热，二次换热成本较高，且换热后的排烟温度较高，排放量较大，热利用率较低，且该罐体下部设有单个出料装置，以产生漏斗效应，导致换热效果较差。封闭式链板机显热回收工艺是将球团厂现有的链板机用保温罩包裹后，在保温罩内设有一定厚度的高导热、高比表面积的金属蜂巢，密集的金属蜂巢内通入空气，与在链板机上运输的高温球团进行换热。该工艺投入成本较低，但金属蜂巢风阻较大，需要配置较大功率的引风机，且高温球团矿在链板机上运输时，下部的料层热量无法回收，显热回收率较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种高温球团显热回收装置及回收方法，其将高温球团矿在密闭设备中利用气体进行显热回收，不消耗水资源，也不产生粉尘及有害气体，既能够实现显热的充分回收，又具有节能降耗的优点。

本发明的实施例提供了一种高温球团显热回收装置，包括：

球团换热器，所述球团换热器具有内部空腔，以及与所述内部空腔的顶部连通的第一入料口、与所述内部空腔的底部连通的第一出料口、与所述内部空腔的下部连通的第一入风口、和与所述内部空腔的上部连通的第一出风口；

余热锅炉，所述余热锅炉具有第二入风口和第二出风口；和

高温循环装置，所述高温循环装置包括高温循环风机、连通所述第一出风口和第二入风口的高温风管、连通所述第二出风口和第一入风口的低温风管；

所述高温循环风机设置在所述低温风管，以带动从所述第二出风口输出的低温风通过所述低温风管自所述第一入风口进入所述内部空腔，和带动从所述第一出风口输出的高温风通过所述高温风管自所述第二入风口进入余热锅炉；

高温球团矿自所述入料口输送至所述内部空腔内，在所述内部空腔的中部与自所述第一入风口输入的低温风进行热交换后，自所述出料口输出，低温风经过热交换后转变为高温风，该高温风在所述余热锅炉内与水介质进行热交换后转变为低温风、并且自所述第二出风口输出，所述水介质进行热交换后转变为动力蒸汽并输出。

优选地，进一步包括：

控制装置，所述控制装置包括信号检测单元和逻辑控制单元，所述逻辑控制单元以所述余热锅炉输出的动力蒸汽的焓值和自所述第一出料口输出的球团矿的温度为目标函数、以所述信号检测单元的检测信号为过程函数、基于模糊控制算法形成控制函数，并根据该控制函数调整所述信号检测单元的位置处的检测信号。

优选地，所述信号检测单元包括：

位于所述球团换热器的内部空腔中的风温传感器、风压传感器、风量传感器、料位传感器、料温传感器；

位于所述第一出料口的料温传感器、重量传感器；

位于所述高温风管和低温风管内的风温传感器、风压传感器、风量传感器；和

位于所述余热锅炉内的水温传感器、水压传感器、水量传感器、蒸汽压力传感器、蒸汽温度传感器、蒸汽流量传感器。

优选地，所述球团换热器的内部空腔内进一步包括：

多个高温料仓，所述多个高温料仓并列均布在所述内部空腔的上部，每个高温料仓为底部小于顶部的倒锥形；

多个阻风管，每个阻风管的上部与一个所述高温料仓的出口连通，下部位于所述内部空腔的中部；

多个配风风帽，每个配风风帽与所述第一入风口连通，以将自第一入风口输入的低温风均匀地输送至所述内部空腔的中部；

所述高温球团矿自所述第一入料口输入并堆积在多个高温料仓中，通过所述阻风管掉落至所述内部空腔的中部，以与所述低温风进行热交换后，自所述第一出料口输出。

优选地，所述球团换热器进一步包括：

快冷风管，所述快冷风管设置在所述球团换热器的外侧，其两端分别与所述内部空腔的上部和中部连通；

所述逻辑控制单元根据所述控制函数控制所述快冷风管的开度。

优选地，进一步包括：

自动分料器，所述自动分料器包括：入料槽、选择滑料板、第二出料口、和第三出料口，所述入料槽在所述逻辑控制单元的控制下、通过所述选择滑料板择一地与所述第二出料口或者第三出料口连通，

所述高温球团矿自所述第二出料口输出至所述球团换热器的第一入料口，或者自所述第三出料口)输出。

优选地，进一步包括：

高温提升机，所述高温提升机连接在所述第二出料口与所述第一入料口之间，以在所述逻辑控制单元的控制下、将所述高温球团矿自所述第二出料口输出至所述球团换热器的第一入料口；

所述高温提升机为中空的长方体，其外壁具有保温层，所述长方体内具有将所述高温球团矿自所述第二出料口输出至所述球团换热器的第一入料口的传动装置，以及位于所述传动装置的水冷装置。

优选地，进一步包括：

高温风引流管，所述高温风引流管将所述高温提升机的内部与所述球团换热器的内部空腔的上部连通，

所述逻辑控制单元根据所述控制函数控制所述高温风引流管的开度。

本发明的另一实施例还提供了一种使用如上所述的装置回收高温球团显热的方法，包括：

将高温球团矿在所述球团换热器内与低温风进行热交换后，转变为低温球团矿输出所述球团换热器；

所述低温风在所述球团换热器内进行热交换后转变为高温风，自所述球团换热器输入至所述余热锅炉内，与水介质进行热交换后转变为低温风，该低温风自所述余热锅炉循环输送至所述球团换热器；

所述水介质在所述余热锅炉内进行热交换后，转变为动力蒸汽并输出。

优选地，进一步包括信号检测单元，以所述余热锅炉输出的动力蒸汽的焓值和自所述第一出料口输出的球团矿的温度为目标函数、以所述信号检测单元的检测信号为过程函数、基于模糊控制算法形成控制函数，并根据该控制函数调整所述信号检测单元的位置处的检测信号。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为本发明的高温球团显热回收装置的结构示意图。

图2a为本发明中的球团换热器的剖面图。

图2b为本发明中的球团换热器的结构示意图。

图3为本发明中的自动分料器的结构示意图。

图4为本发明中的高温提升机的结构示意图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种高温球团显热回收装置，包括：

球团换热器3，球团换热器3具有内部空腔，以及与内部空腔的顶部连通的第一入料口31、与内部空腔的底部连通的第一出料口32、与内部空腔的下部连通的第一入风口33、和与内部空腔的上部连通的第一出风口34；

余热锅炉6，余热锅炉6具有第二入风口61和第二出风口62；

高温循环装置5，高温循环装置5包括：高温循环风机51、连通第一出风口34和第二入风口61的高温风管52、连通第二出风口62和第一入风口33的低温风管53，高温风管52和低温风管53将球团换热器3和余热锅炉6连接为封闭的循环通道；

高温循环风机51设置在低温风管53，以带动从第二出风口62输出的低温风通过低温风管53自第一入风口33进入内部空腔，和带动从第一出风口34输出的高温风通过高温风管52自第二入风口62进入余热锅炉6。高温循环风机的叶片可采用堆焊或者耐磨材料制造。

高温球团矿自入料口31输送至球团换热器3的内部空腔内，在内部空腔的中部与自第一入风口33输入的低温风进行热交换后，自出料口32输出，低温风经过热交换后转变为高温风，该高温风经过高温风管52输送至余热锅炉6，在余热锅炉6内与水介质进行热交换后转变为低温风、并且自第二出风口62输出，水介质进行热交换后转变为动力蒸汽并输出。

在实际工作状况下，自余热锅炉6排出的低温风的温度为140℃-180℃，而经过与高温球团矿热交换后的高温风的温度约为280℃-420℃，输入至球团换热器3的高温球团矿的温度约为500℃-950℃，通过第一出料口排出的低温球团矿的温度约为160℃-220℃。

余热锅炉6可为常规低温低压余热锅炉，其用于将高温风与软水或者除盐水进行热交换，以产生设定压力和过热度的动力蒸汽。

由以上技术方案可知，在本实施例中利用气体作为换热介质，不仅能够利用气体扩散均匀的特性能够实现与高温球团矿的充分换热，而且由于驱动气体循环移动的设备——高温循环风机51的成本也较低，从而实现充分回收显热和节能减耗的目的。

进一步地，在本实施例中，作为换热介质的气体是循环使用的，其在球团换热器3内吸收高温球团矿的显热，而在高温循环风机51的驱动下，输送至余热锅炉6，并且在余热锅炉6内与水介质进行热交换，以将其吸收的热能转换为能够被直接利用的动力蒸汽的形式而输出，在将吸收的热能释放以后，该气体又在高温循环风机51的驱动下，输送至球团换热器3内进一步吸收高温球团矿的显热。

因此，本实施例中利用气体作为换热介质，而且通过高温风管52和低温风管53将球团换热器3和余热锅炉6连接为封闭的循环通道，使得换热气体尽在该循环通道内沿着图1中箭头所示的方向移动，其在密闭的设备中进行显热回收，不仅不消耗水资源，而且不产生粉尘和有害气体，避免了由于回收显热而造成的对环境的二次污染。

优选地，本实施例进一步包括：

控制装置(图中未示出)，控制装置包括信号检测单元和逻辑控制单元，其中，逻辑控制单元以余热锅炉6输出的具有设定压力和过热度的动力蒸汽的焓值、和自第一出料口32输出的低温球团矿的温度为目标函数，以信号检测单元的检测信号和控制参数为过程函数、基于模糊控制算法形成控制函数，并根据该控制函数调整信号检测单元的位置处的检测信号，以实现高温球团显热回收的最大化。

其中，信号检测单元可包括：

位于球团换热器3的内部空腔中的风温传感器、风压传感器、风量传感器、料位传感器、料温传感器，其分别用于检测输入至球团换热器3的内部空腔中的低温风的温度、压力、风量，堆积在球团换热器3的内部空腔中的高温球团矿的高度、温度等；

位于第一出料口32的料温传感器、重量传感器，用于检测经过换热后输出的低温球团矿的温度和重量；

位于高温风管52和低温风管53内的风温传感器、风压传感器、风量传感器，其分别用于检测经过在球团换热器3内换热后输出的高温风的温度、压力、风量，以及经过在余热锅炉6内换热后输出的低温风的温度、压力、风量；和

位于余热锅炉6内的水温传感器、水压传感器、水量传感器、蒸汽压力传感器、蒸汽温度传感器、蒸汽流量传感器，其分别用于检测在余热锅炉6内用于热交换的水介质的温度、压力、水量，以及自余热锅炉6输出的动力蒸汽的压力、温度、流量。

在本实施例中，为了实现对高温球团矿的显热回收的最大化，并且考虑到回收装置的处理能力，本实施例的回收装置的处理速度不是固定不变的，而是以余热锅炉6输出的具有设定压力和过热度的动力蒸汽的焓值、和自第一出料口32输出的低温球团矿的温度作为控制目标，以信号检测单元所检测的信号作为过程函数，基于模糊控制算法建立控制函数，并根据该控制函数调整信号检测单元的位置处的检测信号，以实现高温球团显热回收的最大化，即焓值与低温球团矿的温度比越大，则对高温球团矿的显热回收越充分。

其中，调整信号检测单元的位置处的检测信号是指通过逻辑控制单元调整信号检测单元所设置的位置处的装置结构或者运行速度、程度而实现对该信号检测单元所检测的信号的调整。在本实施例中，控制函数是以高温球团显热回收的最大化最为控制目标、以信号检测单元所检测的信号作为变量的函数，其基于模糊控制算法建立，本领域技术人员根据模糊控制算法的构建原理，可根据回收装置的实际处理能力对变量参数进行调整，因此基于模糊控制算法建立控制函数的具体步骤并不是本发明的目标所在，在此不再赘述。

例如，当信号检测单元检测到第一出料口32输出的低温球团矿温度较低，且球团换热器3内部的料位较低时，则判定为高温球团矿产量降低。此时，逻辑控制单元根据控制函数将降低高温循环风机51的运行频率或减小低温风管53内的风量调节阀的开度，减小出料机的出料量，以增加高温球团矿的换热时间，提高高温风管52内的风温，并通过检测到的高温风管52内的高温风的风温及风量，调整动力蒸汽的压力及过热度，保证高温球团显热回收的最大化。

或者，当信号检测单元检测到换热器排料温度较高，且球团换热器3内部的料位较高时，则判定为高温球团矿产量增加。此时，逻辑控制单元将提高高温循环风机51的运行频率或增大低温风管53内的风量调节阀的开度，若第一出料口32输出的料温及高温风管52内的高温风的风温在合理范围内，则通过检测到的高温风的风温及风量，调整动力蒸汽的压力及过热度，保证高温球团显热回收的最大化。

进一步地，控制装置还可包括上位机显示与交互单元，以便于实现人机交互。

具体地，如图1和图2a所示，球团换热器3的内部空腔内进一步包括：

多个高温料仓35，多个高温料仓35并列均布在内部空腔的上部，每个高温料仓35为底部小于顶部的倒锥形；

多个阻风管36，每个阻风管36的上部与一个高温料仓35的底部出口连通，下部位于内部空腔的中部；

多个配风风帽37，每个配风风帽37与第一入风口33连通，以将自第一入风口33输入的低温风均匀地输送至内部空腔的中部；

高温球团矿自第一入料口31输入并堆积在多个高温料仓35中，通过阻风管36掉落至内部空腔的中部，以在内部空腔的中部与低温风进行热交换后，自内部空腔的下部的第一出料口32输出。

其中，高温料仓35、阻风管36和配风风帽37可采用不锈钢或者其他的耐高温材料制造。球团换热器3的内部设置由保温浇注料或者其他隔热材料311，以起到隔热保温作用。

在本实施例中，内部空腔内具有四个并列排布的高温料仓35，多个高温料仓35的均布设置可以使高温球团矿在球团换热器3中均匀分布、并且自阻风管36分散落下，以避免由于堆积集中而影响换热效果，和实现与低温风的充分接触和换热。

由于阻风管36的直径较小，前其内部充满高温球团矿，其能够防止外部的空气由高温料仓35通过阻风管36进入高温料仓35，从而避免混风使高温风温度降低。

第一出料口32处可进一步设置多个锥形低温料斗321，以及对应地设置在锥形低温料斗321的底部出口处的多个振动出料机322，换热后的低温球团矿堆积于锥形低温料斗321，通过振动出料机322的振动将锥形低温料斗321中的低温球团矿以一定的速度输出。振动出料机322可将低温球团矿输出至低温输送机4，其为一常规的链板输送机，用于将换热后的低温球团矿输送至工业现场的现有料仓进行储存。

进一步地，每个锥形低温料斗321的底部出口处可进一步包括插板阀323，当振动出料机322无法正常工作时，可通过插板阀323关闭锥形低温料斗321的底部出口。

优选地，每个振动出料机322可通过轨道324安装至球团换热器3，以便于在维修时移动振动出料机322。

如图2b所示，球团换热器3进一步包括：

快冷风管38，快冷风管38设置在球团换热器3的外侧，其两端分别与内部空腔的上部和中部连通；逻辑控制单元根据控制函数控制快冷风管38的开度。

在球团换热器3的内部空腔中，其上部为高温球团矿的堆积区，因此为高温区，其中部为换热区，温度低于高温区内的温度。快冷风管38可将内部空腔的上部和中部连通，并且由于空气的上部和中部负压的影响，使得在快冷风管38接通时，空气的流向是从内部空腔的中部流向内部空腔的上部，以增加风量，快速降低高温球团矿的温度。快冷风管38内具有调节阀381，逻辑控制单元可根据控制函数调整该调节阀381的开度，以实现对球团换热器3的内部空腔中的风温及料温的调整。

例如，当信号检测单元检测到球团换热器3的排料温度较高，且球团换热器3内部的料位较高时，则判定为球团矿产量增加。此时，逻辑控制单元将提高高温循环风机51的运行频率或增大低温风管53内的风量调节阀的开度，若第一出料口32输出的料温及高温风管52内的高温风的风温仍较高时，则增大快冷风管38的调节阀381的开度，并通过检测到的高温风的风温及风量，调整动力蒸汽的压力及过热度，保证高温球团显热回收的最大化。

如图1和图3所示，本实施例的回收装置进一步包括：

自动分料器1，自动分料器1包括：入料槽11、选择滑料板12、第二出料口13、和第三出料口14，入料槽11在逻辑控制单元的控制下、通过选择滑料板12择一地与第二出料口13或者第三出料口14连通，

高温球团矿自第二出料口13输出至球团换热器3的第一入料口31，或者自第三出料口14输出至现场原链板机以送入现场料仓进行储存。

具体地，如图3所示，选择滑料板12下方可设置驱动装置121，其用于在逻辑控制单元的控制下、推动选择滑料板12与第二出料口13或者第三出料口14连通，该驱动装置121可为电液推杆或者电动推杆等。

例如，常规运行状态下，选择滑料板12与第二出料口13连通。当信号检测单元检测到球团换热器3的排料温度较高，且球团换热器3内部的料位较高时，则判定为球团矿产量增加。此时，逻辑控制单元将提高高温循环风机51的运行频率或增大低温风管53内的风量调节阀的开度，若第一出料口32输出的料温仍较高，且高温风风温较低时，则通过控制滑料板12与第三出料口14连通，以通过自动分料器1将部分高温球团矿转至现场原链板机。并通过检测到的高温风的风温及风量，调整动力蒸汽的压力及过热度，保证高温球团显热回收的最大化。

优选地，如图1和图4所示，本实施例的回收装置进一步包括：

高温提升机2，高温提升机2连接在第二出料口13与第一入料口31之间，以在逻辑控制单元的控制下、将高温球团矿自第二出料口13输出至球团换热器3的第一入料口31；

高温提升机2为封闭的中空的长方体，其外壁具有保温层，长方体内具有将高温球团矿自第二出料口13输出至球团换热器3的第一入料口31的传动装置21，以及位于传动装置21内的水冷装置(未示出)。保温层可由石棉或者其他隔热材料制造，用于起到隔热保温的作用并增加回收装置的热回收量。

高温提升机2内部的料斗采用不锈钢或者其他耐高温材料制造。位于传动装置21内的水冷装置用于为传动装置降低工作温度，以提高传动装置的可靠性。

优选地，高温提升机2进一步包括：

高温风引流管22，高温风引流管22将高温提升机2的内部与球团换热器3的内部空腔的上部连通，逻辑控制单元根据控制函数控制高温风引流管22的开度。

由于高温提升机2为封闭的设备，其内部也会由于高温球团矿的堆积而升高温度，为了利用这一部分热量，可通过高温风引流管22输送至内部空腔中，并且降低高温提升机2内部的温度，以增加回收装置的热回收量和提高高温提升机2的运行可靠性。高温风引流管22的开度可通过逻辑控制单元根据回收装置当前处理的状况进行调整。

在本发明的另一实施例中，还提供了一种使用如上所述的装置回收高温球团显热的方法，包括：

将高温球团矿在球团换热器3内与低温风进行热交换后，转变为低温球团矿输出球团换热器3；

低温风在球团换热器3内进行热交换后转变为高温风，自球团换热器3输入至余热锅炉6内，与水介质进行热交换后转变为低温风，该低温风自余热锅炉6循环输送至球团换热器3；

水介质在余热锅炉6内进行热交换后，转变为动力蒸汽并输出。

优选地，进一步包括信号检测单元，以余热锅炉6输出的动力蒸汽的焓值和自第一出料口32输出的球团矿的温度为目标函数、以信号检测单元的检测信号为过程函数、基于模糊控制算法形成控制函数，并根据该控制函数调整信号检测单元的位置处的检测信号。

由以上技术方案可知，在本实施例中利用气体作为换热介质，不仅能够利用气体扩散均匀的特性能够实现与高温球团矿的充分换热，而且由于驱动气体循环移动的设备——高温循环风机51的成本也较低，从而实现充分回收显热和节能减耗的目的。

进一步地，在本实施例中，作为换热介质的气体是循环使用的，其在球团换热器3内吸收高温球团矿的显热，而在高温循环风机51的驱动下，输送至余热锅炉6，并且在余热锅炉6内与水介质进行热交换，以将其吸收的热能转换为能够被直接利用的动力蒸汽的形式而输出，在将吸收的热能释放以后，该气体又在高温循环风机51的驱动下，输送至球团换热器3内进一步吸收高温球团矿的显热。

因此，本实施例中利用气体作为换热介质，而且通过高温风管52和低温风管53将球团换热器3和余热锅炉6连接为封闭的循环通道，使得换热气体尽在该循环通道内沿着图1中箭头所示的方向移动，其在密闭的设备中进行显热回收，不仅不消耗水资源，而且不产生粉尘和有害气体，避免了由于回收显热而造成的对环境的二次污染。

在本实施例中，为了实现对高温球团矿的显热回收的最大化，并且考虑到回收装置的处理能力，本实施例的回收装置的处理速度不是固定不变的，而是以余热锅炉6输出的具有设定压力和过热度的动力蒸汽的焓值、和自第一出料口32输出的低温球团矿的温度作为控制目标，以信号检测单元所检测的信号作为过程函数，基于模糊控制算法建立控制函数，并根据该控制函数调整信号检测单元的位置处的检测信号，以实现高温球团显热回收的最大化，即焓值与低温球团矿的温度比越大，则对高温球团矿的显热回收越充分。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。