专利名称：直接利用高温烧结矿料的显热产生蒸汽的系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种冷却高温固体物料和显热回收利用，特别是涉及一种直接冷却高温烧结矿料和利用其显热产生蒸汽的系统及方法。
背景技术：
许多工业生产过程产生的高温固体物料，如烧结矿、炉渣、矿料、固体物料等都需要冷却，冷却过程中释放的高温固体物料的显热是可以回收利用的热能。在冶金工业中，烧结机产出的烧结矿料的温度高达1000°c，必须冷却之后才能过入下一步冶炼工序。为了利用冷却高温矿料过程所释放的热能，现有的传统方法是将高温矿料在一个环形或带式冷渣机上移动，同时用强制通过空气将矿料冷却到150°c以下，空气则被加热到400-450°C后排往余热锅炉，加热其中的水产生蒸汽，被用于发电或供热，最终将高温烧结矿的一部份显热转化为电能，实现显热发电利用，达到节能目的。上述传统的烧结矿冷却和显热回收利用方法有以下缺陷1、系统复杂，烧结矿冷却和显热回收装置包括冷渣机和强制鼓风系统，热风余热锅炉和蒸汽发电装置，设备多，管道系统复杂。2、冷却效率低，显热回收率低，由于空气与热矿料之间的对流换热的强度低，只能使空气温度最高达到400-45(TC，限制了热空气余热锅炉产生的蒸汽温度一般不超过 400°C，用于发电的热效率低，由此造成全部显热回收利用率只有10-12%。3、自身能耗高，通过环形或带形冷渣机的空气流量大，流动阻力损失大，鼓风机电耗往往占显热发电量的约15%，进一步降低了显热利用效率。4、占地大，为了在冷渣机中冷却矿料和在余热锅炉中加热水-蒸汽工作介质，都依靠空气的对流传热，其传热强度低，使设备体积庞大，管道系统复杂，占地面积大。5、环境污染问题，强制通过冷渣机矿料的空气带起的细小矿料会随空气排入大气造成环境污染，采用除尘设施除了增加设备外，不可避免的含尘空气的泄漏会造成大气污
^fe ο因此，传统烧结矿冷却和显热回收方法的造价高，能耗高，占地大，而且显热回收利用率低。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供这样一种直接利用冷却高温矿料的显热产生蒸汽的系统和方法。即利用高温烧结矿物料直接接触蒸汽发生器的加热面，将矿料的显热通过热辐射，接触导热和气流的对流三种方法传给蒸汽发生器加热管的工作介质-水，产生蒸汽，而高温矿料同时被冷却，具有比单纯对流传热高得多的传热强度，能将蒸汽加热到更高温度，用于供热或发电的效率更高，其矿料冷却和蒸汽发生器合为一体，使得整个装置大为简化，使结构紧凑，占地小，造价低。为达到上述目的，本发明采取了如下的技术措施
该系统主要包括位于烧结机高温矿料排料一侧下方的蒸汽发生器，该发生器为立体方形空心体，发生器外部为炉墙，内部为炉膛，炉膛下部为漏斗，底部为排料档板和排料及空气入口。发生器的底部装有下集箱，顶部装有集汽包，炉膛内自下而上依次装有加热器水管，过热蒸汽管和破碎机，墙内四壁装有水冷壁管，中间装有连接于下集箱并垂直上升至集汽包的蒸发管，炉墙外部装有降水管，所述降水管、水冷壁管和蒸发管其上下端均连接于集汽包和环境空气被抽风机抽吸，自炉底的排料及空气入口处吸入后自下而上经排料档板、炉膛内的矿料热源体及布置于其中的加热器水管、过热蒸汽管、蒸发管和破碎机，从排料排气口排至空气罩、排风箱、经抽风机排出。运行中，高达1000°C的高温矿料送入蒸汽发生器的炉膛上部，经破碎机破碎成小颗粒成为传热的固态热源体充满炉膛，靠重力自上而下移动，通过发生器的受热管将矿料的显热传给受热管中的工作介质-水和蒸汽，同时矿料被冷却至150°C以下从炉底排出。环境空气经抽风机从底部排料及空气入口处抽吸进入炉膛内自下而上通过固态热源体吸收热量，同时对受热管进行对流传热，从炉膛上部排出又通过高温矿料层被加热而变成热烟气，在气水换热器中对水管放热而后排出。上述蒸汽发生器最终产生的过热蒸汽温度可以达到500°C以上。本发明的有益效果1、本发明直接利用高温烧结矿料显热产生蒸汽的系统及方法将高温烧结矿的冷却和利用其显热生产蒸汽结合在一个装置中，在烧结矿料下落过程中直接接触蒸汽发生器炉膛内部的受热管，以直接接触、辐射和对流三种换热方式于一体将热传给受热管内的工作介质，在冷却矿料的同时完成显热利用，简化了系统设备，节省了占地。2、高温矿料与受热管的直接接触的接触导热和辐射传热，以及气流在矿料层-受热面间流动的对流传热强化了高温矿料与蒸汽发生器受热管之间的传热，提高了传热强度，减少了烧结矿料的冷却面积和蒸汽发生器的受热面积，降低了造价。3、高温烧结矿料对工作介质-水和蒸汽的高强度直接加热可以使产生的蒸汽温度更高，因而可以相应提高蒸汽压力，其结果是提高了余热发电的循环热效率，使对高温烧结矿的综合余热利用率可以达到30%以上，是传统方法的两倍以上。4、由于不需要对高温烧结矿的鼓风冷却，不仅减少了系统电耗，也避免了冷却空气携带粉尘造成的环境污染。
图为本发明直接利用高温烧结矿料显热产生蒸汽的系统及方法的结构示意图。
具体实施例方式如图所示，该系统主要包括运送矿料O)的烧结机(1)和蒸汽发生器，所述蒸汽发生器(4)为立体方形空心体，置于烧结机(1)的排料排气口 09)下方，所述蒸汽发生器的四壁为炉墙(10)，中间为炉膛(27)，炉膛(XT)的下部为体积逐渐收窄的漏斗 (30)，最下部为排料档板(3 和排料及空气入口(6)，炉膛(XT)的下部和上部分别装有下集箱(18)和集汽包(20)，炉膛(XT)内从下往上依次装有加热器水管(17)，过热蒸汽管 (24)和破碎机(3)，破碎机(3)的下方炉膛07)内充满被破碎的矿料热源体(5)，炉膛四壁在下集箱(18)和集气包00)之间装有水冷壁管(19)，在炉膛07)内部的热源体(5)中装有竖直蒸发管(32)，炉墙(10)的外部装有降水管(21)，所述降水管(21)，水冷壁管(19)， 蒸发管(32)，其下端和上端均分别连接于下集箱(18)和集汽包(20)，加热器水管(17)的一端经进水分配集箱(16)、给水泵(1 与进水管(14)连接，另一端通过出水联箱(31)，气水换热器(1 连接于下集箱(18)的端部，所述过热蒸汽管04)的一端通过过热蒸汽入口集箱与从集汽包OO)顶部引出的饱和蒸汽管0 连接，另一端通过过热蒸汽出口集箱05)与过热蒸汽出口管06)连接，所述装有矿料O)的烧结机(1)，其外部装有空气罩 (观)，下部为排风箱(8)，风箱(8)的下部，烟气管之一经抽风机(11)，气水换热器(12)，排烟管(7)与另一烟气管(9)汇合后连接于主抽风机(13)。所述破碎机C3)为水平装设，该破碎机可以是旋转型破碎机，也可以是旋转叶片式破碎机或者是打击式破碎机，该破碎机可以装一台，也可以装多台，可以是一层装设，也可以是两层装设。加热器水管(17)和过热蒸汽管04)由水平或微倾斜装设的弯管束构成， 管束可以是顺列布置，也可以是错列布置。所述漏斗(30)的横断面向下逐渐收窄，其底部装有排料档板(33)可以转动或移动，以改变排料及空气口(6)的横截面积可以收缩至炉膛 (27)横截面积的二分之一以下。连接于下集箱(18)中垂直向上穿过加热器水管(17)，过热蒸汽管04)和破碎机(3)的间隙处，构成固态热源体周壁的蒸发管(32)，直接连接于集汽包(20)，其数量可以是一排或两排以上，每排数根。所述炉墙(10)内壁装设的垂直向上的水冷壁管(19)可以是并排布置的光管，或者是并排的鳍片管。其运行方式在烧结机⑴上的其温度高达1000°C的烧结矿料O)，从排料及排气孔09)处落入下方的破碎机C3)上，被转动的破碎机C3)破碎成小颗料，构成矿料热源体( 并自上而下自由下落充满蒸汽发生器的炉膛(27)，与其中布置的过热蒸汽管(M)、水冷壁管 (19)、蒸发管(32)、加热器水管(17)直接接触，通过接触传热和辐射传热对受热管中的工作介质加热，而矿料被冷却至150°C以下，在蒸汽发生器(4)下部的排料及空气入口(6)排出，环境空气被抽风机(11)所抽吸在炉膛(XT)内自下而上流动，被热源体(5)加热后又对炉膛(XT)中布置的加热器水管(17)、蒸发管(32)、水冷壁管(19)、过热蒸汽管04)进行对流传热后通过顶部的排料排气口 09)进入空气罩( )、经抽风机(11)抽吸、通过高温矿料( 被加热成为热烟气，经排风箱(8)和抽风机(11)进入气水换热器(1 放热后经排烟管(7)与烟气管(9)抽来的烟气混合后，经主抽风机(1 排出。蒸汽发生器(4)的给水经进水管(14)被给水泵(1 泵入进水分配集箱(16)进入置于炉膛(XT)热源体(5) 内的加热器水管(17)接受热交换，被加热后经出水联箱(31)进入炉膛(XT)外的气水换热器(12)中被热烟气进一步加热后的水返回下集箱(18)内，再经布置于炉膛(XT)的炉墙 (10)内壁的水冷壁管(19)和布置于炉膛(XT)内部的蒸发管(3 被加热产生蒸汽，形成的汽水混合流体向上流入置于蒸汽发生器(4)顶部的集汽包OO)内，在集汽包OO)内经汽水分离后，其水经置于炉膛(XT)外的降水管返回下集箱(18)内构成自然循环，而分离出的饱和蒸汽经饱和蒸汽管0 进入过热蒸汽入口集箱后被分配进入过热蒸汽管 (M)，在热源体(5)中接受热量后成为过热蒸汽，其温度高达500°C以上汇集入过热蒸汽出口集箱(25)，经过热蒸汽出口管06)排往蒸汽用户用于发电和供热。
权利要求
1.直接利用高温烧结矿料显热产生蒸汽的系统及方法，主要包括运送矿料O)的烧结机(1)和蒸汽发生器G)，其特征在于；所述蒸汽发生器(4)为立体方形空心体，置于烧结机⑴的排料排气口 09)下方，所述蒸汽发生器⑷的四壁为炉墙(10)，中间为炉膛(XT)， 炉膛(XT)的下部为体积逐渐收窄的漏斗(30)，最下部为排料档板(3 和排料及空气入口 (6)，炉膛(XT)的下部和上部分别装有下集箱(18)和集汽包(20)，炉膛(XT)内从下往上依次装有加热器水管(17)，过热蒸汽管04)和破碎机(3)，破碎机(3)的下方于炉膛(XT) 内充满被破碎的矿料热源体(5)，炉膛四壁在下集箱(18)和集气包OO)之间装有水冷壁管 (19)，在炉膛(XT)内部的热源体(5)中装有竖直蒸发管(32)，炉墙(10)的外部装有降水管(21)，所述降水管(21)，水冷壁管(19)，蒸发管(3 ，的下端和上端均分别连接于下集箱(18)和集汽包(20)，水管(17)的一端经进水分配集箱(16)、给水泵(1 与进水管(14)连接，另一端通过出水联箱(31)，气水换热器(1 连接于下集箱(18)的端部，所述过热蒸汽管04)的一端通过过热蒸汽入口集箱与从集汽包OO)顶部引出的饱和蒸汽管02) 连接，另一端通过过热蒸汽出口集箱0 与过热蒸汽出口管06)连接，所述装有矿料(2) 的烧结机(1)，其外部装有空气罩(观)，下部为排风箱(8)，风箱(8)的下部，烟气管之一经抽风机(11)，气水换热器(12)，排烟管(7)与另一烟气管(9)汇合后连接于主抽风机(13)。
2.如权利要求1所述直接利用高温烧结矿料显热产生蒸汽的系统及方法，其特征在于所述破碎机C3)为水平装设，该破碎机可以是旋转型破碎机也可以是旋转叶片式破碎机或者是打击式破碎机。
3.如权利要求1所述直接利用高温烧结矿料显热产生蒸汽的系统及方法，其特征在于所述破碎机(3)可以是一台，也可以装多台，可以是一层装设，也可以是两层装设。
4.如权利要求1所述直接利用高温烧结矿料显热产生蒸汽的系统及方法，其特征在于加热器水管(17)和过热蒸汽管04)由水平或微倾斜装设的弯管束构成，管束可以是顺列布置，也可以是错列布置。
5.如权利要求1所述直接利用高温烧结矿料显热产生蒸汽的系统及方法，其特征在于漏斗(30)的横断面向下逐渐收窄，其排料及空气入口(6)的有效断面可收缩至炉膛 (27)断面的二分之一以下。
6.如权利要求1所述直接利用高温烧结矿料显热产生蒸汽的系统及方法，其特征在于排料档板(3 可以改变排料及空气入口(6)的横截面的大小，排料档板(3 可以是旋转动作，或者是水平移动。
7.如权利要求1所述直接利用高温烧结矿料显热产生蒸汽的系统及方法，其特征在于连接于下集箱(18)与集汽包OO)之间，在炉墙(10)内壁装设的垂直向上的水冷壁管(19)，可以是并排布置的光管，或者是并排的鳍片管。
8.如权利要求1所述直接利用高温烧结矿料显热产生蒸汽的系统及方法，其特征在于连接于下集箱(18)与集汽包OO)之间，通过矿料热源体(5)的蒸发管(32)，其数量可以是一排或两排以上，每排数根。
9.如权利要求1所述直接利用高温烧结矿料显热产生蒸汽的系统和方法，其特征在于烧结机(1)上产生的温度可达1000°c的高温矿料O)，从排料排气口 09)处落入下方的破碎机(3)的上部，被转动的破碎机C3)破碎成小颗粒，构成矿料热源体( 并自上而下自由下落充满炉膛(27)，与布置在其中的过热蒸汽管(M)、加热器水管(17)、水冷壁管(19)、蒸发管(3 直接接触，通过接触和辐射将热传给所述管中的工作介质-水和蒸汽，产生温度可达500°C以上的过热蒸汽，同时被冷却至150°C以下经排料档板(3 从排料及空气入口 (6)排出。
10.如权利要求1所述直接利用高温烧结矿料显热产生蒸汽的系统和方法，其特征在于被抽风机(11)所抽吸的环境空气从排料及空气入口(6)吸入炉膛07)，自下而上流动通过热源体( 被加热，温度升高，同时通过对流将热传给置于炉膛(XT)内的受热管，在炉膛(XT)顶部通过排料排气口 09)排至空气罩( )，经抽风机(11)抽吸穿过高温矿料(2) 被加热成为热烟气，经排风箱(8)，抽风机(11)进入气水换热器(1 放热后经排烟管(7) 与烟气管(9)吸来的烟气混合后，经主抽风机(1 排出。
11.如权利要求1所述直接利用高温烧结矿料显热产生蒸汽的系统和方法，其特征在于所述蒸汽发生器⑷给水经进水管(14)，给水泵(15)，进水分配集箱(16)打入加热器水管(17)内接受热源体( 和热空气的传热，经出水联箱(31)打入气水换热器(12)中， 再次被加热后，将水返回下集箱(18)内。
12.如权利要求1所述直接利用高温烧结矿料显热产生蒸汽的系统和方法，其特征在于水冷壁管(19)和蒸发管(3 中的水及汽水混合物受热后流入集汽包OO)内，在汽包(20)内进行汽水分离后的水经降水管返回下集箱(18)内构成自然循环，而分离出的饱和蒸汽经饱和蒸汽管0 进入过热蒸汽入口集箱(23)，分配进入过热蒸汽管04)接受热源体(5)的传热后可将过热蒸汽温度加热到500°C以上汇集入过热蒸汽出口集箱(25)， 从过热蒸汽出口管06)排往蒸汽用户。
全文摘要
本发明公开了一种直接利用高温烧结矿料的显热产生蒸汽的系统及方法，主要包括置于烧结机高温矿料排出口下方的蒸汽发生器，温度约1000℃的矿料从烧结机排出经破碎机破碎后落入蒸汽发生器的炉膛中，自上而下通过装设在炉膛内的过热蒸汽管，加热器水管和垂直蒸发管，通过热矿料与受热管的直接接触导热、热辐射和抽风机吸入的自下而上通过炉膛内矿料层被加热的空气流的对流传热，矿料被冷却到150℃以下从底部排出，而管中的水和蒸汽被加热，产生超过500℃的过热蒸汽可用于发电，结果在一个装置内完成高温烧结矿料的冷却和利用显热产生过热蒸汽，本发明结构紧凑，显热利用率高，在冶金工业领域具有广阔的节能应用前景。
文档编号F27D17/00GK102588933SQ20111000470
公开日2012年7月18日 申请日期2011年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者熊天渝 申请人:熊天渝