控温冷却单元的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种实现对气体温度的控制并对冷却析出的粉尘进行收集的控温冷却单元，包括进气通道、收灰筒，所述收灰筒下部设有排灰装置，收灰筒上部排列安装有至少两组间壁冷却器，这些间壁冷却器的管内通道分别构成被冷却气流路，管外采取液冷或/和气冷，各间壁冷却器的被冷却气流路的进气口并联于所述进气通道上并分别设有阀门，被冷却气流路的排气口分别随各自所在的间壁冷却器的管内通道由上往下伸入收灰筒，所述进气通道上设有炉气输入口，收灰筒上设有炉气输出口。通过控制上述这些阀门的开启数量，可调整控温冷却单元单元的换热面积，简单、迅速实现出口气体温度的调整。
【专利说明】控温冷却单元【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种控温冷却单元。
【背景技术】
[0002]发明人发现，工业窑炉所产生的炉气中有时会含有两种或两种以上凝华温度不同的气态物质，其中每种物质冷却后形成的固体颗粒刚好又具有独立的使用价值，而目前的炉气处理方式往往又只能够得到这些物质的固体混合物，这就为各种固体颗粒的单独回收带来了较大麻烦。例如，铅阳极泥熔炼炉气(铅阳极泥是铅电解精炼过程中产生的副产品，目前主要通过火法处理工艺回收其中的有价物，处理时需要对铅阳极泥进行熔炼，从而产生炉气)中主要成分为三氧化二砷、三氧化二锑(三氧化二锑的凝华温度高于三氧化二砷)，并含有少量氧化铅等，该炉气经冷却后形成的粉尘中锑、砷含量较高，目前该粉尘或通过还原一球压一焙烧等一系列步骤分别生产粗锑和白砷，或与木炭混合并依次经蒸馏、冷凝生产砷锑合金，或采用高压水浸工艺，这些后续处理工艺均十分麻烦。当然，除了上述的铅阳极泥熔炼炉气外，有色金属冶炼等其他领域的高温炉气同样存在此类问题。
[0003]对于上述问题， 申请人:在本实用新型申请的申请日同时提交了名称为“炉气分级控温收尘净化工艺及设备”的发明专利申请，以针对工业窑炉所产生的炉气中含有两种或两种以上凝华温度不同的气态待回收物质的情况，对待回收物质分别进行富集回收。该发明的步骤包括:1)将工业 窑炉产生的炉气引入一炉气分级控温收尘净化设备，在引入该炉气分级控温收尘净化设备前的所述炉气中含有至少两种凝华温度不同的气态待回收物质；
2)在确保气态待回收物质基本不析出的温度条件下，将所述炉气引入该设备中的第一级控温冷却单元，使部分待回收物质冷却析出形成第一粉尘并收集在第一级控温冷却单元中；
3)在确保气态待回收物质基本不析出的温度条件下，将第一级控温冷却单元排出并携带有第一粉尘的炉气引入第一级气体过滤单元中进行除尘净化并进一步收集得到第一粉尘；
4)在确保气态待回收物质基本不析出的温度条件下，将第一级气体过滤单元排出的炉气引入第二级控温冷却单元，使部分待回收物质冷却析出形成第二粉尘并收集在第二级控温冷却单元中；5)在确保气态待回收物质基本不析出的温度条件下，将第二级控温冷却单元排出并携带有第二粉尘的炉气引入第二级气体过滤单元中进行除尘净化并进一步收集得到第二粉尘；上述收集得到的第一粉尘为富集有所述一种待回收物质的粉尘，第二粉尘为富集有所述一种待回收物质的粉尘，第二级气体过滤单元排出的气体进入后续回收处理或排放。
[0004]上述工艺要求控温冷却单元具有如下功能:第一、可控制其出口炉气的温度；第二、能够对冷却析出的粉尘进行收集。为了达到上述功能，控温冷却单元考虑采用经过改造的重力除尘器，在重力除尘器上增加向进入该重力除尘器的炉气中注入氮气等冷却气的装置(冷却气的注入量根据重力除尘器出口温度设定)，从而在降温过程中一并进行收尘。
实用新型内容[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种全新设计的控温冷却单元，实现对气体温度的控制并对冷却析出的粉尘进行收集。
[0006]本实用新型的控温冷却单元包括进气通道、收灰筒，所述收灰筒下部设有排灰装置，收灰筒上部排列安装有至少两组间壁冷却器，这些间壁冷却器的管内通道分别构成被冷却气流路，管外采取液冷或/和气冷，各间壁冷却器的被冷却气流路的进气口并联于所述进气通道上并分别设有阀门，被冷却气流路的排气口分别随各自所在的间壁冷却器的管内通道由上往下伸入收灰筒，所述进气通道上设有炉气输入口，收灰筒上设有炉气输出口。
[0007]上述的控温冷却单元单元主要具有如下优点:第一、采用间壁冷却器进行热交换，冷却介质与本冷却介质之间不直接接触，不会向本冷却介质中引入其他杂质；第二、各间壁冷却器的被冷却气流路的进气口并联于所述进气通道上并分别设有阀门，通过控制这些阀门的开启数量，可调整控温冷却单元单元的换热面积，简单、迅速实现出口温度的调整，且由于气体物质往往在一定的温度范围内实现凝华，对温度控制并不要求十分精确，因此该控温设计能够满足本实用新型的炉气分级控温收尘净化工艺要求；第三、析出的粉尘不易堵塞间壁冷却器的管内通道，并且能够在收灰筒中实现有效沉降回收。
[0008]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步的说明、本实用新型附加的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，或通过本实用新型的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为使用本实用新型控温冷却单元的铅阳极泥熔炼高温炉气分级控温收尘净化工艺实施例1的工艺流程图。
[0010]图2为使用本实用新型控温冷却单元的铅阳极泥熔炼高温炉气分级控温收尘净化工艺实施例2的工艺流程图。
[0011]图3为本实用新型控温冷却单元的一种具体结构示意图。
[0012]图4为本实用新型控温冷却单元另一种具体结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]图1所示为一种铅阳极泥熔炼高温炉气分级控温收尘净化工艺及设备，如该图所示，该设备包括顺序连接在工业窑炉100之后的第一级控温冷却单元211、第一级气体过滤单元221、第二级控温冷却单元212、第二级气体过滤单元222和动力装置230，动力装置230驱动工业窑炉100产生的炉气依次通过第一级控温冷却单元211、第一级气体过滤单元221、第二级控温冷却单元212以及第二级气体过滤单元222。采用上述设备的铅阳极泥熔炼高温炉气分级控温收尘净化工艺的步骤包括:I)将工业窑炉100产生的温度600 -900°C的铅阳极泥熔炼炉气引入上述设备，在引入该设备前的所述炉气中含有三氧化二锑和三氧化二砷两种凝华温度不同的气态待回收物质；2 )在确保气态待回收物质基本不析出的温度条件下，将所述炉气引入第一级控温冷却单元211，第一级控温冷却单元211的炉气出口温度控制为400 - 500°C，从而使部分待回收物质冷却析出形成第一粉尘并收集在第一级控温冷却单元211中；3)在确保气态待回收物质基本不析出的温度条件下，将第一级控温冷却单元211排出并携带有第一粉尘的炉气引入第一级气体过滤单元221中进行除尘净化并进一步收集得到第一粉尘；4)在确保气态待回收物质基本不析出的温度条件下，将第一级气体过滤单元221排出的炉气引入第二级控温冷却单元212，第二级控温冷却单元212的炉气出口温度控制为110 - 120°C，从而使部分待回收物质冷却析出形成第二粉尘并收集在第二级控温冷却单元212中；5)在确保气态待回收物质基本不析出的温度条件下，将第二级控温冷却单元212排出并携带有第二粉尘的炉气引入第二级气体过滤单元222中进行除尘净化并进一步收集得到第二粉尘。此后，第二级气体过滤单元222排出的气体进入动力装置230，然后从动力装置230的出口再经烟囱排放。
[0014]本实用新型 申请人:对上述铅阳极泥熔炼高温炉气分级控温收尘净化工艺进行了工业试验，试验中工业窑炉100具体采用了反射炉，反射炉出口温度的波动范围控制在600 - 900°C，经检测，反射炉产生的炉气含尘量为40 - 50g/m3，其中主要含65 — 75%重量的锑、3 - 12%重量的砷和I 一 2%重量的铅。所述的工业窑炉100与第一级控温冷却单元211之间、第一级控温冷却单元211与第一级气体过滤单元221之间、第一级气体过滤单元221与第二级控温冷却单元212之间、第二级控温冷却单元212与第二级气体过滤单元222之间均通过保温管道相连，同时要求各保温管道的入口温度<保温管道的出口温度，各保温管道具体采用夹套保温方式(当然也可采用电加热等其他方式保温)，夹套内采用高温烟气加热，从而确保炉气在工业窑炉100、第一级控温冷却单元211、第一级气体过滤单元
221、第二级控温冷却单元212和第二级气体过滤单元222之间传送时保持在使气态待回收物质基本不析出的温度状态下，既防止粉尘析出而堵塞管道，同时也将待回收物质的相变严格限制在各控温冷却单元210中，提高回收效率。同时，由于第一级气体过滤单元221工作温度较高，故第一级气体过滤单元221采用了耐高温烧结铁铝多孔材料滤芯作为过滤元件，从而保证过滤元件使用寿命，第一级气体过滤单元221的出口含尘量控制在20mg/m3以下；第二级气体过滤单元222则采用布袋作为过滤元件，同时要求第二级气体过滤单元222的出口含尘量同样控制在20mg/m3以下，以减少大气PM2.5污染。另外，第一级气体过滤单元221和第二级气体过滤单元222同样采用了保温措施，即在它们的外壳上安装了保温夹套，并用高温烟气加热保温，以使第一级气体过滤单元221和第二级气体过滤单元222的炉气入口温度<炉气出口温度，从而防止炉气中的物质在过滤过程中发生相变析出固体颗粒而堵塞过滤元件，延长过滤元件的使用寿命。另外，动力装置230具体采用风机。
[0015]上述试验中还采用了一种全新设计的控温冷却单元210，以作为其第一级控温冷却单元211和第二级控温冷却单元212。如图3、4所示,该温冷却单元210包括进气通道210b、收灰筒210a，所述收灰筒210a下部设有排灰装置，收灰筒210a上部排列安装有至少两组间壁冷却器210c，这些间壁冷却器210c的管内通道分别构成被冷却气流路，管外采取液冷或/和气冷，各间壁冷却器210c的被冷却气流路的进气口并联于所述进气通道210b上并分别设有阀门210d，被冷却气流路的排气口分别随各自所在的间壁冷却器210c的管内通道经过最多I至2次弯折后由上往下伸入收灰筒210a，所述进气通道210b上设有炉气输入口 210e，收灰筒210a上设有炉气输出口 210f。作为所述排灰装置的一般结构，如图
3、4，其包括位于收灰筒210a下部的锥形沉灰室，锥形沉灰室的底部设有排灰口，排灰口连接排灰阀210g。该控温冷却单元210单元主要具有如下优点:第一、采用间壁冷却器210c进行热交换，冷却介质与本冷却介质之间不直接接触，不会向本冷却介质中引入其他杂质；第二、各间壁冷却器210c的被冷却气流路的进气口并联于所述进气通道210b上并分别设有阀门210d，通过控制这些阀门210d的开启数量，可调整控温冷却单元210单元的换热面积，简单、迅速实现出口温度的调整，且由于气体物质往往在一定的温度范围内实现凝华，对温度控制并不要求十分精确，因此该控温设计能够满足本实用新型的炉气分级控温收尘净化工艺要求；第三、析出的粉尘不易堵塞间壁冷却器210c的管内通道，并且能够在收灰筒210a中实现有效沉降回收。为了更好的调节控温冷却单元210的出口温度，可以选择开度可连续调整的阀门210d，这样就能够通过控制阀门210d开启数量和开度，提高控温的精确性。
[0016]图3示出了上述控温冷却单元210 —种更为具体的结构。如该图所示，其中各间壁冷却器210c的管道均为一个从连接在进气通道210b上的阀门210d竖直向上延伸至最高点后又向下折回并竖直下降至收灰筒210a内的结构，因此各间壁冷却器210c的被冷却气流路的排气口实际上分别随各自所在的间壁冷却器210c的管内通道经过I次弯折后由上往下伸入收灰筒210a，这样，进入被冷却气流路的炉气先在间壁冷却器210c的管道中由下往上运动然后再折返后由上往下运动，其间析出的粉尘能够被炉气基本上带入至收灰筒210a,既能够有效避免间壁冷却器210c的管内堵塞，同时由于间壁冷却器210c的管道折回而增大了换热面积。在图3的控温冷却单元210中，间壁冷却器210c的管外选择了气冷方式，其具体可以根据间壁冷却器210c的管道材料、尺寸等因素来确定换热效率并以此选择自然对流冷却或强制吹风冷却。另外，图3的控温冷却单元210中进气通道210b直接设置在收灰筒210a上方并与收灰筒210a之间通过一个隔板隔离，结构紧凑合理。
[0017]图4示出了上述控温冷却单元210另一种更为具体的结构。如该图所示，其中的进气通道210b位于收灰筒210a的上方并上下相隔一定高度，间壁冷却器210c并列安装在进气通道210b与收灰筒210a之间，间壁冷却器210c的管道为竖直设置的直管，该管道的上端通过阀门210d连接进气通道210b，下端伸入收灰筒210a。该结构中各间壁冷却器210c的管道均为竖直设置的直管，被冷却气体在该直管中由上往下运动并将析出的粉尘完全带入至收灰筒210a中，从而杜绝粉尘堵管问题。但是，由于间壁冷却器210c的管道没有弯折，因此换热面积较小，这时一是可考虑增加间壁冷却器210c的管道长度，二是间壁冷却器210c的管外可以选择液冷方式，例如采取喷淋或如图4中所示在间壁冷却器210c的管道外设水冷夹套210h，水冷夹套210h的两端分别设有进水口 210i和出水口 210j。
[0018]图1所示的铅阳极泥熔炼高温炉气分级控温收尘净化工艺可以使用图3的控温冷却单元210，也可以使用图4的控温冷却单元210。上面的试验采用了图3的控温冷却单元210，最后的试验结果为:通过第一级控温冷却单元211以及第一级气体过滤单元221回收到的第一粉尘中富集有较高纯度的三氧化二锑，而该粉尘中砷的重量百分含量在1%以下；通过第二级控温冷却单元212和第二级气体过滤单元222回收到的第二粉尘中锑的重量百分含量则在20%以下，炉气中的砷基本上全部富集在第二粉尘中。
[0019]图2所示则为另一种铅阳极泥熔炼高温炉气分级控温收尘净化工艺，其设备包括顺序连接在工业窑炉100之后的第一级控温冷却单元211、第一级气体过滤单元221、第二级控温冷却单元212、第二级气体过滤单元222、第三级控温冷却单元213、第三级气体过滤单元223和动力装置230，动力装置230驱动工业窑炉100产生的炉气依次通过第一级控温冷却单元211、第一级气体过滤单元221、第二级控温冷却单元212、第二级气体过滤单元
222、第三级控温冷却单元213以及第三级气体过滤单元223。该工艺的步骤包括:1)将工业窑炉100产生的温度600 - 900°C的铅阳极泥熔炼炉气引入一炉气分级控温收尘净化设备200，在引入该炉气分级控温收尘净化设备200前的所述炉气中含有三氧化二锑和三氧化二砷两种凝华温度不同的气态待回收物质；2 )在确保气态待回收物质基本不析出的温度条件下，将所述炉气引入该设备中的第一级控温冷却单元211，第一级控温冷却单元211的炉气出口温度控制为400 - 500°C，使部分待回收物质冷却析出形成第一粉尘并收集在第一级控温冷却单元211中；3)在确保气态待回收物质基本不析出的温度条件下，将第一级控温冷却单元211排出并携带有第一粉尘的炉气引入第一级气体过滤单元221中进行除尘净化并进一步收集得到第一粉尘；4)在确保气态待回收物质基本不析出的温度条件下，将第一级气体过滤单元221排出的炉气引入第二级控温冷却单元212，第二级控温冷却单元212的炉气出口温度控制为300 - 380°C，使部分待回收物质冷却析出形成第二粉尘并收集在第二级控温冷却单元212中；5)在确保气态待回收物质基本不析出的温度条件下，将第二级控温冷却单元212排出并携带有第二粉尘的炉气引入第二级气体过滤单元222中进行除尘净化并进一步收集得到第二粉尘；6)在确保气态待回收物质基本不析出的温度条件下，将第二级气体过滤单元222排出的炉气引入第三级控温冷却单元213，第三级控温冷却单元213的炉气出口温度控制为110 — 120°C，使部分待回收物质冷却析出形成第三粉尘并收集在第三级控温冷却单元213中；7)在确保气态待回收物质基本不析出的温度条件下，将第三级控温冷却单元213排出并携带有第三粉尘的炉气引入第三级气体过滤单元223中进行除尘净化并进一步收集得到第三粉尘。此后，第三级气体过滤单元223排出的气体进入动力装置230，然后从动力装置230的出口再经烟囱排放。
[0020]上述第二种铅阳极泥熔炼高温炉气分级控温收尘净化工艺同样进行了工业试验，其中工业窑炉100仍然采用反射炉，反射炉出口温度的波动范围控制在600 - 900°C，经检测，反射炉产生的炉气含尘量为40 - 50g/m3，其中主要含65 — 75%重量的锑、3 — 12%重量的砷和I 一 2%重量的铅。所述的工业窑炉100与第一级控温冷却单元211之间、第一级控温冷却单元211与第一级气体过滤单元221之间、第一级气体过滤单元221与第二级控温冷却单元212之间、第二级控温冷却单元212与第二级气体过滤单元222之间、第二级气体过滤单元222之间与第三级控温冷却单元213之间、第三级控温冷却单元213与第三级气体过滤单元223之间均通过保温管道相连，同时要求各保温管道的入口温度<保温管道的出口温度，各保温管道具体采用夹套保温方式，夹套内采用高温烟气加热。同时，第一级气体过滤单元221、第二级气体过滤单元222均采用了耐高温烧结陶瓷多孔材料滤芯作为过滤元件，出口含尘量控制在20mg/m3以下；第三级气体过滤单元223仍采用布袋作为过滤元件，第三级气体过滤单元223的出口含尘量同样控制在20mg/m3以下。另外，第一级气体过滤单元221、第二级气体过滤单元222和第三级气体过滤单元223同样采用了相同的保温措施，以使第一级气体过滤单元221和第二级气体过滤单元222的炉气入口温度<炉气出口温度。上述第一级控温冷却单元211、第二级控温冷却单元212以及第三级控温冷却单元213采用图4的控温冷却单元210。动力装置230仍为风机。
[0021]第二种铅阳极泥熔炼高温炉气分级控温收尘净化工艺的试验结果为:通过第一级控温冷却单元211以及第一级气体过滤单元221回收到的第一粉尘富集有较高纯度的三氧化二锑，该粉尘中砷的重量百分含量在1%以下；通过第二级控温冷却单元212和第二级气体过滤单元222回收到的第二粉尘中既含有三氧化二锑也含有三氧化二砷，砷的重量百分含量在10%以下；通过第三级控温冷却单元213和第三级气体过滤单元223回收到的第三粉尘富集有较高纯度的三氧化二砷，该粉尘中锑的重量百分含量在1%以下。
[0022]结合三氧化二砷的蒸汽压与温度的对应关系(如表I)以及三氧化二锑的蒸汽压与温度的对应关系(如表2)，对于上面的第一种铅阳极泥熔炼高温炉气分级控温收尘净化工艺，第一级控温冷却在400-500°C，是基于在450°C左右时，三氧化二砷饱和蒸汽压是三氧化二锑的7万多倍，此时三氧化二锑98%以上都析出了，而三氧化二砷却不会析出，实现了砷锑分离。第二级控温冷却降低到110 - 120°C左右，此时三氧化二砷99.99%以上析出，因此实现了砷的富集回收。而对于上面的第二种铅阳极泥熔炼高温炉气分级控温收尘净化工艺，中间加一级控温冷却在300-400°C，前面第一级没有完全冷却下来的锑进一步冷却析出，得到砷锑的混合物，后面第三级冷却就可以收集到更纯的三氧化二砷。
[0023]表1:三氧化二砷蒸汽压与温度的关系
[0024]
【权利要求】
1.控温冷却单元，其特征在于:包括进气通道(210b)、收灰筒(210a)，所述收灰筒(210a)下部设有排灰装置，收灰筒(210a)上部排列安装有至少两组间壁冷却器(210c)，这些间壁冷却器(210c)的管内通道分别构成被冷却气流路，管外采取液冷或/和气冷，各间壁冷却器(210c)的被冷却气流路的进气口并联于所述进气通道(210b)上并分别设有阀门(210d)，被冷却气流路的排气口分别随各自所在的间壁冷却器(210c)的管内通道由上往下伸入收灰筒(210a)，所述进气通道(210b)上设有炉气输入口( 210e)，收灰筒(210a)上设有炉气输出口(210f)。
2.如权利要求1所述的控温冷却单元，其特征在于:间壁冷却器(210c)的管道为一个从连接在进气通道(210b)上的阀门(210d)竖直向上延伸至最高点后又向下折回并竖直下降至收灰筒(210a)内的结构。
3.如权利要求2所述的控温冷却单元，其特征在于:间壁冷却器(210c)的管外采取自然对流冷却或强制吹风冷却。
4.如权利要求2所述的控温冷却单元，其特征在于:控温冷却单元(210)中进气通道(210b)直接设置在收灰筒(210a)上方并与收灰筒(210a)之间通过一个隔板隔尚。
5.如权利要求1所述的控温冷却单元，其特征在于:所述进气通道(210b)位于收灰筒(210a)的上方并上下相隔一定高度，间壁冷却器(210c)并列安装在进气通道(210b)与收灰筒(210a)之间，间壁冷却器(210c)的管道为竖直设置的直管，该管道的上端通过阀门(210d)连接进气通道(210b)，下端伸入收灰筒(210a)。
6.如权利要求5所述的控温冷却单元，其特征在于:间壁冷却器(210c)的管道外设有水冷夹套(2IOh)，水冷夹套(2IOh)的两端分别设有进水口( 2IOi )和出水口( 210 j )。
7.如权利要求1所述的控温冷却单元，其特征在于:各间壁冷却器(210c)的被冷却气流路的排气口分别随各自所在的间壁冷却器(210c)的管内通道经过最多I至2次弯折后由上往下伸入收灰筒(210a)。
8.如权利要求1至7中任意一项权利要求所述的控温冷却单元，其特征在于:所述各阀门(210d)为开度可连续调整的阀门。
【文档编号】C22B30/04GK203807531SQ201420092293
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】高麟, 汪涛, 张祥剑, 蒋敏 申请人:成都易态科技有限公司