用竖冷窑回收烧结矿余热拖动主抽风机的工艺方法及系统与流程

本发明涉及烧结矿余热回收及利用技术领域，尤其涉及一种用竖冷窑回收烧结矿余热拖动主抽风机的工艺方法及系统。

背景技术：

主抽风机是烧结厂的最大耗能设备，其用电量约为全厂设备总用电量的30％；以265m²烧结机(95％作业率)为例，其配套的主抽风机功率为8000kW，全年约耗电56630MWh，按0.547元/kWh计算，每年需交电费3098万元。

烧结矿温度约700～750℃，供应高炉的是冷矿，环冷机与带冷机因设备结构特点，只能回收约30％的废气热量；采用竖式冷却窑(竖冷窑)设备能够提高热量回收率，因此目前很多科研单位和企业采用竖冷窑回收烧结矿余热。如专利号为201310127744.5的《烧结矿炉式冷却装置》、专利号为93117175.X的《竖式烧结矿冷却机》、专利号为201310672967.X的《烧结矿用竖式冷却及余热回收炉》等等，且已有1套竖冷窑设备在天津天丰钢铁投产运行，余热回收率大大提高。

采用蒸汽锅炉回收高温废气是目前的常规做法，将蒸汽并入热力管网及利用蒸汽拖动汽轮机发电并入电网也是目前较为常用的能源转化方式。如专利号为201520756682.9的《烧结矿显热回收装置》、专利号为201610150596.2的《一种用于烧结矿冷却及显热高效回收利用系统》、专利号为201310127764.2的《一种带矿筛的烧结矿余热高效回收发电工艺及设备》均采用了竖冷窑+余热锅炉+汽轮机的方式。上述工艺路线的终点均为汽轮机发电并网，而烧结主抽风机需要自电网取电，在汽轮机发电时机械能转换为电能及烧结主抽风机取电时电能转换为机械能的两次能量转换过程中，必须存在能量损失，而且由于用电量巨大，该能量损失所造成的能源浪费及对应的资金浪费也是很惊人的。

竖冷窑的密封性决定废气回收率，而其漏风点主要是上料及出料系统。国内目前采用的竖冷窑上料方式有：斜桥+伞状布料形式(专利号201511002240.6，《多角多面多层360度送风烧结矿冷却塔》)；链板输送机+旋转布料形式(专利号201320185479.1，《一种烧结矿炉式冷却换热装置》；专利号201520756682.9，《烧结矿显热回收装置》)；与烧结机出料端直连+钟式/伞状布料形式(专利号201310127744.5，《烧结矿炉式冷却装置》；专利号93117175.X，《竖式烧结矿冷却机》；专利号201310672967.X，《烧结矿用竖式冷却及余热回收炉》)；其中斜桥上料为间断作业，单斗倾翻，但窑顶上部密封性不如链板连续作业、头部滚动卸料的效果好。与烧结机出料端直连的上料方式对前道工序的烧结机和竖窑的高度布置有很大的局限性。

目前竖冷窑常采用的卸料方式有：星型卸料机(专利号201220491407.5，《一种高效热量回收型烧结矿冷却系统》；专利号201610150596.2，《一种用于烧结矿冷却及显热高效回收利用系统》；专利号200910074513.6，《一种可高效回收烧结矿显热的立式烧结矿冷却机》)；电振给料器(专利号93117175.X，《竖式烧结矿冷却机》)；电振定量排料器+旋转排料阀(专利号201320185290.2，《烧结矿冷却炉的卸料装置》)、(专利号201520756682.9《烧结矿显热回收装置》)。由于入竖冷窑的烧结矿对粒度有要求，不能太小，星型/旋转卸料设备虽然密封性好，但有因物料挤压使颗粒料卡入设备间隙，影响正常运行的情况发生，比较而言电振给料器不存在碎料状况，但密封料柱要考虑合适的高度。

竖冷窑热量回收热率的高低与固气换热情况有关，布料及布风方式是关键。国内目前采用的竖冷窑布料方式有：旋转布料(专利号201520756682.9，《烧结矿显热回收装置》；专利号201310127797.7，《烧结矿冷却炉旋转给料装置》)；立式螺旋给料机、钟式布料(专利号201320185480.4，《一种烧结矿冷却炉悬挂式布料器》；专利号93117175.X，《竖式烧结矿冷却机》；专利号201511002240.6，《多角多面多层360度送风烧结矿冷却塔》；专利号201320814396.4，《烧结矿用竖式冷却及余热回收炉的加料装置》)等。采用的布风方式有：设多个风室周边送风(专利号201310128026.X，《一种烧结矿冷却炉》)；中心送风(专利号201320814379.0，《烧结矿用竖式冷却及余热回收炉的送冷风装置》)，中心(多层伞形)与周边(风环)相送风结合(专利号201520756682.9，《烧结矿显热回收装置》)；百叶窗通风格(专利号201511002240.6，《多角多面多层360度送风烧结矿冷却塔》)；多台风机圆周布置(专利号200910074513.6，《一种可高效回收烧结矿显热的立式烧结矿冷却机》)、(专利号93117175.X，《竖式烧结矿冷却机》)等。现有的布料设备使大颗料边缘分布，通过改变物料堆积角来改善分布情况，并不能做到物料在窑横截面上的均匀分布。送风方式采用周边与中心相结合的形式适合大尺寸截面的竖窑，能够保证冷风与物料均匀且充分地接触。

综上所述，现有竖冷窑普遍存在密封性差、物料分布不均匀等问题，导致现场环境差，出料温度高，回收废气温度低，直接影响了出料输送设备的运行及热量回收率和热值，其后果是所创造的经济效益不佳，且设备维护费用高。

技术实现要素：

本发明提供了一种用竖冷窑回收烧结矿余热拖动主抽风机的工艺方法及系统，采用新型竖冷窑冷却烧结矿，可最大限度地提高烧结矿的余热回收率，改善生产环境；竖冷窑产生的废气通过余热锅炉生成蒸汽送汽轮机，汽轮机产生的机械能直接拖动烧结主抽风机运行，并通过同步电机实现汽轮机发电与电网电能的互补，保证烧结主抽风机的正常运转；由竖冷窑、余热锅炉、汽轮机和烧结主抽风机构成的完整的烧结厂能量利用工艺系统，由汽轮机直接向主抽风机提供动力，减少向电网取电，并可避免常规技术中汽轮机发电并入电网、烧结主抽风机自电网取电时机械能转换为电能，电能再转换为机械能所造成的二次效率损失，对节能创效意义重大。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

用竖冷窑回收烧结矿余热拖动主抽风机的工艺方法，包括如下步骤：

1)烧结机生产的700℃以上的热烧结矿经单辊破碎机破碎后落入溜槽，由电振给料机一给至链斗输送机，然后提升送入竖冷窑；竖冷窑的上部设旋转布料器和分配器，分配器由沿竖冷窑圆周均布的多个下料溜槽组成；烧结矿从链斗输送机头部卸料，通过受料溜槽进入旋转布料器，旋转布料器沿分配器圆周布料，下料溜槽用于下料缓冲并将热烧结矿均布在竖冷窑横截面上；竖冷窑内的冷风由鼓风机提供，冷风在设于竖冷窑下部的中心风道出风口及环形风道出风口出风，保证冷风在竖冷窑内分布的均匀性；

2)在竖冷窑中，烧结矿与冷空气进行逆流换热，冷却后温度＜135℃的烧结矿由窑底均布的多个出料溜槽及电振给料机二卸至带式输送机上外运；窑内586℃以上的废气由窑顶排入重力除尘器进行一次除尘，除尘后的废气通过管道引入余热锅炉；

3)在余热锅炉内，废气与水进行热交换，生成的过热蒸汽送至汽轮机；换热后的低温废气进入布袋除尘器进行二次除尘，沉降后的粉尘连同重力除尘器和余热锅炉收集的粉尘一起由链板输送机集中外运；废气经除尘净化达标后，由引风机送往烟囱外排；

4)汽轮机将过热蒸汽的热能转化为机械能，驱动变速离合器转动并带动同步电机运转，同步电机带动烧结主抽风机的叶片旋转实现烧结主抽风机的运转；当汽轮机能力富余时，同步电机剩余电能并入电网使用；当汽轮机能力不足时，同步电机自电网取电供烧结主抽风机使用，并保证烧结主抽风机正常运转；

5)拖动汽轮机后的冷却蒸汽进入余热锅炉内实现循环利用；首先由冷凝器冷凝，凝结水由凝结水泵送至除盐水箱，经低压给水泵依次送入加热器、除氧器中加热、除氧后送至给水汽包，再经蒸发器和过热器后产生过热蒸汽送往汽轮机。

所述旋转布料器、鼓风机、电振给料机一、电振给料机二的驱动装置均为变频控制，保证竖冷窑内料面的稳定性及热烧结矿冷却的充分性及均匀性。

用于实现所述工艺方法的用竖冷窑回收烧结矿余热拖动主抽风机的工艺系统，包括按照工艺路线依次连接的竖冷窑、重力除尘器、余热锅炉、汽轮机、变速离合器、同步电机和烧结主抽风机；所述竖冷窑顶部的热烧结矿进料口上方设受料溜槽，烧结机后的单辊破碎机通过溜槽、电振给料机一和链斗输送机连接受料溜槽；受料溜槽的底部通过旋转布料器连接分配器，旋转布料器由布料器本体、旋转布料槽和驱动电机组成，旋转布料槽在布料器本体内倾斜设置，其顶部位于布料器本体顶部边沿并与驱动电机连接传动，底部位于分配器上方中部位置，在驱动电机带动下旋转布料槽绕竖冷窑中轴线转动；分配器由上部筒体和下部多个沿周向均布的下料溜槽组成，下料溜槽为向下扩大的锥形结构，其出料端设在竖冷窑的上部空间；竖冷窑的下部设中心风道出风口和环形风道出风口，环形风道出风口沿竖冷窑的外侧边缘设置多个，中心风道和环形风道分别通过风管连接鼓风机；竖冷窑底部设有多个沿圆周方向均布的出料溜槽，出料溜槽底部连接带式输送机；竖冷窑的顶部废气出口连接重力除尘器，重力除尘器后的高温废气管道连接余热锅炉中的蒸发器，低温废气管道通过布袋除尘器和引风机连接烟囱。

所述重力除尘器、布袋除尘器和余热锅炉的粉尘出口分别连接链板输送机。

所述余热锅炉中设有蒸发器、过热器、冷凝器、加热器和除氧器，所述蒸发器通过过热器连接汽轮机的过热蒸汽入口；汽轮机的冷却蒸汽出口连接冷凝器，冷凝器通过凝结水泵连接除盐水箱，除盐水箱通过给水泵连接加热器和除氧器，除氧器后的过热蒸汽管道通过给水汽包连接蒸发器。

所述溜槽、受料溜槽、旋转布料槽、分配器、出料溜槽的本体由锅炉钢板或耐热不锈钢制成，根据需要设或不设内衬，内衬由高耐磨锰合金钢板或耐火材料制成。

所述竖冷窑自环形风道出风口以上的内壁设衬层，衬层由内层工作层和外层保温层组成，内层工作层由耐火砖砌筑，外层保温层耐火喷涂料形成，衬层由托砖环承托。

所述链斗输送机设密封保温罩。

所述驱动电机包括对称设置在布料器本体顶部边沿的2台电机，布料器本体顶部边沿设齿圈，齿圈在电机驱动下转动，并与设在旋转布料槽顶部的齿轮啮合传动，带动旋转布料槽沿布料器本体顶部边沿移动并实现旋转布料槽绕竖冷窑中心轴线的转动。

所述下料溜槽和出料溜槽的数量均为6个。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用新型竖冷窑冷却烧结矿，可实现物料颗粒在窑内的均匀分布，且窑内料面稳定性好，热矿冷却充分、均匀，最大限度地提高了烧结矿的余热回收率，且整体密封性好，可以改善生产环境；

2)竖冷窑产生的废气通过余热锅炉生成蒸汽送汽轮机，汽轮机产生的机械能直接拖动烧结主抽风机运行，通过同步电机实现汽轮机发电与电网电能的互补，保证烧结主抽风机的正常运转；其原理独特、结构新颖、构思巧妙、操作方式灵活；

3)由竖冷窑、余热锅炉、汽轮机和烧结主抽风机构成的完整的烧结厂能量利用工艺系统，由汽轮机直接向主抽风机提供动力，减少向电网取电，并可避免常规技术中汽轮机发电并入电网、烧结主抽风机自电网取电时机械能转换为电能，电能再转换为机械能所造成的二次效率损失，对节能创效意义重大。

附图说明

图1是本发明所述的用竖冷窑回收烧结矿余热拖动主抽风机的工艺方法的流程图。

图2是本发明所述竖冷窑的立面结构示意图。

图3是图2的局部放大图。

图4是分配器的俯视图。

图中：1.烧结机 2.单辊破碎机 3.溜槽 4.电振给料机一 5.链斗输送机 6.受料溜槽 7.旋转布料器 71.布料槽本体 72.旋转布料槽 73.驱动电机 8.分配器 81.筒体 82.下料溜槽 9.竖冷窑 91.中心风道出风口 92.环形风道出风口 93.耐火砖 10.出料溜槽 11.电振给料机二 12.带式输送机 13.重力除尘器 14.余热锅炉 15.链板输送机 16.烟囱

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本发明所述用竖冷窑回收烧结矿余热拖动主抽风机的工艺方法，包括如下步骤：

1)烧结机1生产的700℃以上的热烧结矿经单辊破碎机2破碎后落入溜槽3，由电振给料机一4给至链斗输送机5，然后提升送入竖冷窑9；竖冷窑9的上部设旋转布料器7和分配器8，分配器8由沿竖冷窑9圆周均布的多个下料溜槽82组成；烧结矿从链斗输送机5头部卸料，通过受料溜槽6进入旋转布料器7，旋转布料器7沿分配器8圆周布料，下料溜槽82用于下料缓冲并将热烧结矿均布在竖冷窑9横截面上；竖冷窑9内的冷风由鼓风机提供，冷风在设于竖冷窑9下部的中心风道出风口91及环形风道出风口92出风，保证冷风在竖冷窑9内分布的均匀性；

2)在竖冷窑9中，烧结矿与冷空气进行逆流换热，冷却后温度＜135℃的烧结矿由窑底均布的多个出料溜槽10及电振给料机二11卸至带式输送机12上外运；窑内586℃以上的废气由窑顶排入重力除尘器13进行一次除尘，除尘后的废气通过管道引入余热锅炉14；

3)在余热锅炉14内，废气与水进行热交换，生成的过热蒸汽送至汽轮机；换热后的低温废气进入布袋除尘器进行二次除尘，沉降后的粉尘连同重力除尘器13和余热锅炉14收集的粉尘一起由链板输送机15集中外运；废气经除尘净化达标后，由引风机送往烟囱16外排；

4)汽轮机将过热蒸汽的热能转化为机械能，驱动变速离合器转动并带动同步电机运转，同步电机带动烧结主抽风机的叶片旋转实现烧结主抽风机的运转；当汽轮机能力富余时，同步电机剩余电能并入电网使用；当汽轮机能力不足时，同步电机自电网取电供烧结主抽风机使用，并保证烧结主抽风机正常运转；

5)拖动汽轮机后的冷却蒸汽进入余热锅炉14内实现循环利用；首先由冷凝器冷凝，凝结水由凝结水泵送至除盐水箱，经低压给水泵依次送入加热器、除氧器中加热、除氧后送至给水汽包，再经蒸发器和过热器后产生过热蒸汽送往汽轮机。

所述旋转布料器7、鼓风机、电振给料机一4、电振给料机二11的驱动装置均为变频控制，保证竖冷窑9内料面的稳定性及热烧结矿冷却的充分性及均匀性。

如图1、图2所示，用于实现所述工艺方法的用竖冷窑回收烧结矿余热拖动主抽风机的工艺系统，包括按照工艺路线依次连接的竖冷窑9、重力除尘器13、余热锅炉14、汽轮机、变速离合器、同步电机和烧结主抽风机；所述竖冷窑9顶部的热烧结矿进料口上方设受料溜槽6，烧结机1后的单辊破碎机2通过溜槽3、电振给料机一4和链斗输送机5连接受料溜槽6；如图3所示，受料溜槽6的底部通过旋转布料器7连接分配器8，旋转布料器7由布料器本体71、旋转布料槽72和驱动电机73组成，旋转布料槽72在布料器本体71内倾斜设置，其顶部位于布料器本体71顶部边沿并与驱动电机73连接传动，底部位于分配器8上方中部位置，在驱动电机73带动下旋转布料槽72绕竖冷窑9中轴线转动；分配器8由上部筒体81和下部多个沿周向均布的下料溜槽82组成(如图4所示)，下料溜槽82为向下扩大的锥形结构，其出料端设在竖冷窑9的上部空间；竖冷窑9的下部设中心风道出风口91和环形风道出风口92，环形风道出风口92沿竖冷窑9的外侧边缘设置多个，中心风道和环形风道分别通过风管连接鼓风机；竖冷窑9底部设有多个沿圆周方向均布的出料溜槽10，出料溜槽10底部连接带式输送机12；竖冷窑9的顶部废气出口连接重力除尘器13，重力除尘器13后的高温废气管道连接余热锅炉14中的蒸发器，低温废气管道通过布袋除尘器和引风机连接烟囱16。

所述重力除尘器13、布袋除尘器和余热锅炉14的粉尘出口分别连接链板输送机15。

所述余热锅炉14中设有蒸发器、过热器、冷凝器、加热器和除氧器，所述蒸发器通过过热器连接汽轮机的过热蒸汽入口；汽轮机的冷却蒸汽出口连接冷凝器，冷凝器通过凝结水泵连接除盐水箱，除盐水箱通过给水泵连接加热器和除氧器，除氧器后的过热蒸汽管道通过给水汽包连接蒸发器。

所述溜槽3、受料溜槽6、旋转布料槽72、分配器8、出料溜槽10的本体由锅炉钢板或耐热不锈钢制成，根据需要设或不设内衬，内衬由高耐磨锰合金钢板或耐火材料制成。

所述竖冷窑9自环形风道出风口92以上的内壁设衬层，衬层由内层工作层和外层保温层组成，内层工作层由耐火砖砌筑，外层保温层耐火喷涂料形成，衬层由托砖环承托。

所述链斗输送机5设密封保温罩。

所述驱动电机73包括对称设置在布料器本体71顶部边沿的2台电机，布料器本体71顶部边沿设齿圈，齿圈在电机驱动下转动，并与设在旋转布料槽72顶部的齿轮啮合传动，带动旋转布料槽72沿布料器本体71顶部边沿移动并实现旋转布料槽72绕竖冷窑9中心轴线的转动。

所述下料溜槽82和出料溜槽10的数量均为6个。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。