一种增加高温颗粒料层空隙率的气固换热装置的制作方法

本实用新型涉及固体物料余热回收领域，尤其涉及一种增加高温颗粒料层空隙率的气固换热装置。

背景技术：

余热回收竖炉工艺是一种常见的对高温(500～1100℃)颗粒物料显热连续进行回收和利用的工艺装置。其主要由进料装置、竖炉、排料装置、循环风机、除尘器、锅炉、二次除尘器等设备及部分管道连接组成。该工艺具有余热回收率高、运行环保等优点被广泛使用，如干熄焦工艺、烧结竖炉工艺等。高温固体颗粒由竖炉顶部进入炉内与循环冷却气体逆向流动完成对流换热过程，充分吸收了料层显热的高温气体经竖炉排气口进入后续装置进行余热利用，如产生蒸汽或发电等，冷却后的固体颗粒由竖炉底部排出。

余热回收竖炉工艺运行能耗高低主要取决于循环冷却气穿过固体颗粒料层时的阻力大小。当循环冷却气穿过固体颗粒料层时，料层中狭小的流通空间对气体产生较大的流动阻力。经实验及理论分析表明，单位截面积料层通过相同的气体流量，相同的颗粒平均粒径，料层的孔隙率越小，气体流动阻力越大。因此，利用竖炉原理回收孔隙率较小的高温颗粒物料(如烧结矿、高炉渣等)热量时，会产生较高的气体流通阻力，导致系统运行能耗过高，经济性下降或无法回收。以往竖炉操作为间歇性装料，当竖炉顶部装料口打开后，炽热颗粒物料从竖炉顶部倒入，装料完毕后装料口重新关闭，整个装料过程中大量含有粉尘及有害物质的气体排放到大气中，造成环境污染。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种增加高温颗粒料层空隙率的气固换热装置，解决应用竖炉工艺对低空隙率高温颗粒物料进行余热回收时供风系统运行能耗过高的弊端，提高系统综合经济价值。同时解决传统竖炉间接装料过程排出的有害气体污染环境的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种增加高温颗粒料层空隙率的气固换热装置，包括进料控制装置、竖炉换热装置、排料装置、分离装置，进料控制装置设置在竖炉换热装置顶部且二者密封相连，竖炉换热装置下部与排料装置密封相连，分离装置设置在排料装置的物料出口，在所述竖炉换热装置的底部设有进气口，在竖炉换热装置的上部设有出气口，分离装置的一个分离出口通过填料运输装置连接进料控制装置的一个入口。

所述的进料控制装置包括热物料格式给料控制器、填料格式给料控制器、热物料导流槽、填料导流槽、混合格式给料器，热物料格式给料控制器的下部出料口通过热物料导流槽与混合格式给料器连接，填料格式给料控制器的下部出料口通过填料导流槽与混合格式给料器连接。

所述的排料装置包括振动给料器、格式给料器，振动给料器进料口与竖炉换热装置底部的出料口密封连接，格式给料器设置在振动给料器的下方，格式给料器的出口与分离装置的入口相连。

所述的分离装置包括物料分选机、皮带传输机构，物料分选机设有一个混合物料入口、一个填料出口和一个颗粒物料出口，混合物料入口连接排料装置，物料分选机的填料出口和颗粒物料出口分别设置有皮带传输机构。

所述的填料运输装置包括填料罐、填料提升装置，填料提升装置设有平移装置和提升装置，所述填料罐置于平移装置上，平移装置通过提升装置提升至进料控制装置的上部。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型在满足高温颗粒物料冷却工艺要求的前提下，通过在颗粒物料中添加料层松化填料来提高颗粒料层孔隙率，降低单位料层间冷却气体流通阻力，提高气固间的换热效率，解决了应用余热回收竖炉工艺进行余热回收低空隙率高温颗粒物料时风机能耗过高的弊端。虽然料层松化填料由竖炉底部物料出口转运至顶部的过程中存在有一定的热量散失，但最终系统运行的综合经济收益将有所提高，且系统装置简单，易于组装，占地少；同时连续封闭的进料工艺，将有效杜绝竖炉装料过程粉尘逸散造成的大气环境污染。该方法合理，高效，设备简洁易操作，比较有利于在冶金过程余热资源回收与利用技术领域推广应用。

附图说明

图1是本实用新型的工艺系统结构示意图；

图2是填充有松化填料的颗粒料层的气流分布状态示意图。

在图中：1.进料控制装置、1.1.填料格式给料控制器、1.2.填料导流槽、1.3物料格式给料控制器、1.4热物料导流槽、1.5混合格式给料器、2.竖炉换热装置、2.1竖炉、2.2出气口、2.3进气口、3.排料装置、3.1振动给料器、3.2格式给料器、4.分离装置、4.1物料分选机、4.2颗粒物料皮带传送机构、4.3填料皮带传送机构、5.填料运输装置、5.1填料罐、5.2填料提升装置、6.颗粒物料、7.松化填料周围空隙、8.松化填料、9.气流。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，一种增加高温颗粒料层空隙率的气固换热装置，包括进料控制装置1、竖炉换热装置2、排料装置3、分离装置4，进料控制装置1设置在竖炉换热装置2顶部且二者密封相连，竖炉换热装置2下部与排料装置3密封相连，分离装置4设置在排料装置3的物料出口，在所述竖炉换热装置2的底部设有进气口2.3，在竖炉换热装置2的上部设有出气口2.2，分离装置4的一个分离出口通过填料运输装置5连接进料控制装置1的一个入口。松化填料8及低温固体颗粒经分离后进行各自收集，填料输运设备5将收集到的松化填料8再次运送到进料控制装置1完成一次填料操作循环。

所述的进料控制装置1包括热物料格式给料控制器1.3、填料格式给料控制器1.1、热物料导流槽1.4、填料导流槽1.2、混合格式给料器1.5，热物料格式给料控制器1.3的下部出料口通过热物料导流槽1.4与混合格式给料器1.5连接，填料格式给料控制器1.1的下部出料口通过填料导流槽1.2与混合格式给料器1.5连接。

热物料格式给料控制器1.3顶部进料口与热物料槽底部连接。

所述的排料装置3包括振动给料器3.1、格式给料器3.2，振动给料器3.1进料口与竖炉换热装置2底部的出料口密封连接，格式给料器3.2设置在振动给料器3.1的下方，格式给料器3.2的出口与分离装置4的入口相连。混合物料经振动给料器3.1的流量调节后进入格式给料器3.2，格式给料器3.2排料时可以对炉内气体起到有效的密封作用。

所述的分离装置4包括物料分选机4.1、皮带传输机构，物料分选机4.1设有一个混合物料入口、一个填料出口和一个颗粒物料出口，混合物料入口连接排料装置3，在物料分选机4.1的填料出口和颗粒物料出口分别设置有皮带传输机构。

物料分选机4.1可根据松化填料8形状特点采用常规直线振动分选筛，在振动筛选的过程中将混合物料中的松化填料8和颗粒物料6进行筛选分离；也可根据松化填料8所具有的磁化特性选用磁选分选机，对混合物料中的松化填料8和颗粒物料6进行磁选分离，分离后的物料由各自的排出口排出，颗粒物料6经颗粒物料皮带传送机构4.2送至料仓储存，松化填料8经填料皮带传送机构4.3送至填料罐5.1后运送至设备顶部循环使用。

所述的填料运输装置5包括填料罐5.1、填料提升装置5.2，填料提升装置5.2设有平移装置和提升装置，所述填料罐5.1置于平移装置上，平移装置通过提升装置提升至进料控制装置的上部。

平移装置可以采用平移小车，填料罐5.1置于平移小车上，平移小车先将填料罐5.1送至填料皮带传送机构4.3出口下方，再将装有松化填料8的填料罐5.1运至提升装置，提升装置可以采用吊车提升，提升至设计高度后，再平移至填料格式给料控制器1.1入口上部，将填料罐5.1底部排料口与填料格式给料控制器1.1入口的对位连接后，打开填料罐5.1底部排料阀，完成松化填料8的循环使用。

竖炉换热装置2为封闭的气固换热装置，热混合物料由竖炉换热装置2顶部进入，因排料装置3和重力的共同作用缓慢向下移动，并与由竖炉换热装置2下部进入的低温循环冷却气体逆向流动换热，逐步冷却后的混合物料经排料装置3流出竖炉换热装置2，进入分离装置4，得到固体料层显热的高温循环气从竖炉换热装置2上部排出进入热回收单元。

一种增加高温颗粒料层空隙率的气固换热装置的换热方法，炽热的颗粒物料6从进料控制装置1的一个入口送入，松化填料8从进料控制装置1的另一个入口送入，炽热的颗粒物料6和松化填料8均匀的混合后进入到竖炉换热装置2中，与竖炉换热装置2底部通入的循环冷却气进行逆向流动换热，冷却后的混合物料由竖炉换热装置2底部排料装置3进入分离装置4，分离装置4将混合物料中的松化填料8和颗粒物料6分离后进行各自收集，收集到的松化填料8由填料运输装置5重新输送到进料控制装置1循环使用，吸收了高温颗粒显热的高温循环气体由竖炉换热装置2上部的出气口排出。

从热回收单元风机输送来的低温循环冷却气体由竖炉换热装置2下部进气口进入与高温颗粒物料逆向流动换热，携带了混合料层大量显热的循环气体从竖炉换热装置2上部排出后进入热回收单元进行余热回收操作。

实施例1：

低温(50～200℃)松化填料8由进料控制装置1的填料格式给料控制器1.1装入其中，高温(500～1100℃)低空隙率颗粒物料6由进料控制装置1的物料格式给料控制器1.3装入其中，两种物料按照松化填料8与颗粒物料6的质量比为0.2～5的比例，在混合格式给料器1.5内均匀混合后排入竖炉换热装置2顶部，混合物料因排料操作和重力的共同作用由上至下缓慢移动，并与由竖炉换热装置2下部进气口2.3进入的循环冷却气进行逆向对流换热。如图2所示，因松化填料8的填入，竖炉2.1内的混合物料层间的空隙率大幅增加，气固接触表面积增大，因此气固换热过程更加高效，且操作能耗更低。快速冷却后的混合物料经竖炉换热装置2底部排料装置3排出。工艺操作的气固比可根据物料属性及工艺要求进行设计或调节，通常在500～1400Nm³/t。排出的低温混合物料经过分离装置4进行松化填料8和颗粒物料6分离，分离后的颗粒物料6运送至下一单元进行处理，松化填料8由填料输运装置5运送至进料控制装置1循环使用。

本实用新型在低空隙率高温颗粒物料中添加料层松化填料8来改善颗粒料层堆积结构，均匀增加料层空隙率，增大料层比表面积，在保证工艺要求的前提下，高温颗粒物料冷却更加快速，料层造成的气体流动阻力小，运行稳定。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。