高溫物料熱能回收系統及其工作方法

2023-05-17 06:03:31 2

高溫物料熱能回收系統及其工作方法
【專利摘要】本發明涉及一種高溫物料熱能回收系統，其包括：筒體，該筒體內設有軸向貫穿該筒體的用於將所述高溫物料從該筒體的入料口送至出料口的爐排；所述筒體頂部的開口上設有換熱器；所述筒體的入料口設有一對用於進料並冷卻凝固所述高溫物料的碎料輥，該對碎料輥下方設有相鄰平行設置的布料板和布料輥，用於將落入該布料板和布料輥之間的所述高溫物料進一步冷卻凝固後粉碎成顆粒狀，並將該顆粒物料送至所述爐排上。本系統能有效利用各類高溫物料的餘熱，能大幅降耗能，節約能源並相應減少溫室氣體的排放；此外，將黃磷爐爐渣等高溫物料生成建築用顆粒料，實現了變廢為寶的目的，避免了固體垃圾的產生，其具有很好的經濟效益和社會效益。
【專利說明】高溫物料熱能回收系統及其工作方法
[0001]本申請是分案申請，原申請的申請號:201210214338.8，申請日:2012-6-26，發明名稱:高溫物料熱能回收系統。

【技術領域】
[0002]本發明涉及高溫物料餘熱回收利用的【技術領域】，具體是一種高溫物料熱能回收系統及其工作方法。

【背景技術】
[0003]黃磷生產是高耗能行業，每生產I噸黃磷至少要消耗1.4萬千瓦時電和1.6噸碳，中國現有的年產能為80萬噸。黃磷生產過程中將產生大量高溫爐渣。同樣，煉鋼、煉鋁、煉銅等行業，也存在大量高溫爐渣。
[0004]因此，如何回收利用高溫爐渣的熱能，以降低黃磷等資源生產和冶金行業等的耗能，以相應大幅降低溫室氣體排放，是我國急需解決的問題。
[0005]此外，黃磷礦渣是黃磷生產過程中排出的廢渣。其主要組成為Casi03。磷渣是由磷灰石、石英、焦碳在電弧爐中，以1600°C左右的高溫熔煉，發生反應而排出的廢渣；磷渣在空氣中逐漸冷卻結晶呈體積較大的塊狀物，該塊狀物整體硬度接近花崗巖，不利於回收利用。
[0006]如何提供一種既能較充分地利用磷渣等高溫物料在冷卻過程中的熱能，又能防止高溫物料在冷卻時結塊，並生成顆粒料，以便於作為建築等領域用的顆粒料，是本領域要解決的技術問題。


【發明內容】

[0007]本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、高溫物料餘熱回收率較高的高溫物料熱能回收系統及其工作方法。
[0008]為解決上述技術問題，本發明提供的高溫物料熱能回收系統包括:筒體(1)，該筒體(I)內設有軸向貫穿該筒體(I)的用於將所述高溫物料從該筒體(I)的入料口送至出料口的爐排(2);所述筒體(I)頂部的開口上設有換熱器(5);所述筒體(I)的入料口設有一對用於進料並冷卻凝固所述高溫物料的碎料輥(6)，該對碎料輥(6)下方設有相鄰平行設置的布料板(18)和布料輥(4)，用於將落入該布料板(18)和布料輥(4)之間的所述高溫物料進一步冷卻凝固後粉碎成顆粒狀，並將該顆粒物料送至所述爐排(2)上；所述筒體(I)頂部的開口分布有多個，各開口上的換熱器(5)中的用於輸送換熱介質的換熱管依次串聯,低溫態的換熱介質從鄰近所述筒體(I)的出料口的換熱器(5)的換熱介質入口輸入；各換熱器(5 )頂部的用於排出換熱空氣的排氣口分別連接有循環氣管(8 )，各循環氣管(8 )穿過所述筒體(I)的側壁並延伸至所述筒體(I)內，各循環氣管的出氣口處於所述爐排(2)的上、下層帶之間且各出氣口鄰近所述上層帶的底面並朝上設置，以在筒體(I)內形成適於向上穿透所述上層帶並作用於所述換熱器(5)的循環熱氣流；進一步，為防止高溫物料在冷卻時結塊，所述筒體的入料口設有一對用於進料並冷卻凝固所述高溫物料的碎料輥，該對碎料輥下方設有相鄰平行設置的布料板和布料輥，用於將落入該布料板和布料輥之間的所述高溫物料進一步冷卻凝固後粉碎成顆粒狀，並將該顆粒物料送至所述爐排上。其中，換熱器用於高溫物料餘熱回收；所述的碎料輥、布料板和布料輥構成一冷卻碎料裝置，用於冷卻凝固高溫物料並生成顆粒料，防止物料在冷卻時結塊，同時生成顆粒料後物料的散熱面積大幅增加，利於物料的餘熱充分、快速釋放，利於提高熱能的回收率。
[0009]所述布料板適於透風，布料板的背面分布有多個用於向布料板上的所述高溫物料鼓風的鼓風嘴。
[0010]所述布料板傾斜分布且其上端面為鋸齒面；或該布料板為弧度為45-90°、縱向設置的弧形板，且其用於承載所述高溫物料熱的凹面上分布有鋸齒，弧形板的底部邊緣鄰近所述布料輥的底部；所述布料輥的柱面上分布有錐形凸起，用於將該布料板上的物料粉碎並送至所述爐排上。
[0011]所述布料板上設有鋸齒面，利於增大所述高溫物料的散熱面積，利於其進一步快速冷卻、凝固；錐形凸起，可防止所述高溫物料粘結在該凸起上。布料棍與布料板的配合使用，利於進一步碎化物料，進一步增加散熱面積，利於物料的餘熱充分、快速釋放，利於提高熱能的回收率。
[0012]作為優化的方案，所述筒體內、在所述布料輥的下遊並於所述爐排上方設有刮料板，以使所述爐排上的物料分布均勻，利於物料的餘熱均勻、充分、快速釋放，利於提高熱能的回收率。所述刮料板適於透風，依次穿過所述布料板上的高溫物料的熱風適於通過該刮料板並進入與該刮料板相鄰的所述換熱器中；該換熱器的用於排出換熱空氣的排氣口經風機與所述的各鼓風嘴相連，以形成換熱空氣的閉路循環，避免熱能逃逸至空氣中。
[0013]作為進一步優化的方案，所述筒體頂部的開口分布有多個，各開口上的換熱器中的用於輸送換熱介質的換熱管依次串聯，低溫態的換熱介質從鄰近所述筒體的出料口的換熱器的換熱介質入口輸入，由於在所述換熱介質的流動方向上的各換熱器中的換熱管溫度逐級升高，從而適於使所述換熱介質被逐級加熱，並達到較高的溫度；換熱器的換熱介質出口用於連接其他換熱設備，用於生產熱水、熱空氣或過熱蒸汽等。
[0014]作為優化的方案，各換熱器頂部的用於排出換熱空氣的排氣口分別連接有循環氣管，各循環氣管穿過所述筒體的側壁並延伸至所述筒體內、各循環氣管的出氣口處於所述爐排的上、下層帶之間且各出氣口鄰近所述上層帶的底面並朝上設置，以在筒體內形成適於向上穿透所述上層帶並作用於所述換熱器的循環熱氣流。採用循環熱氣流作用於相應的換熱器，避免了熱空氣的流失，同時補入外部冷空氣加熱，進一步提高了熱能的回收率。
[0015]所述碎料輥和布料輥為夾套式冷卻輥；該碎料輥和布料輥中的夾套部串聯在與所述筒體的出料口鄰近的一對換熱器中的換熱管之間；或，所述碎料輥(6)和布料輥(4)的夾套部與鄰近所述筒體(I)的出料口的一個或多個換熱器中的換熱管的底部盤管並聯，以將通過碎料輥預熱的換熱介質送入鄰近所述筒體的出料口的一個或多個換熱器，進而提高該一個或多個換熱器中的水溫，利於在鄰近所述筒體的入料口的一個或多個換熱器中生成飽和蒸氣。
[0016]所述碎料輥的內壁設有沿該碎料輥的軸向分布的、用於加熱所述換熱介質的螺旋式換熱管，該螺旋式換熱管為開口焊接在所述碎料輥內壁上的半圓管；螺旋式換熱管採用半圓管制成，使換熱管內的換熱介質直接與碎料棍的內壁接觸，利於進一步提高熱能的轉換效率和熱能回收率。
[0017]進一步，所述的碎料輥兩端中央分別設有入液、出液空心轉軸；該對空心轉軸分別軸承配合於一對軸承座上，且所述的碎料輥中的螺旋式換熱管通過該對空心轉軸串聯在與所述筒體的出料口鄰近的一對換熱器中的換熱管之間；或，所述螺旋式換熱管與鄰近所述筒體的出料口的一個或多個換熱器中的換熱管的底部盤管並聯，以將通過碎料輥預熱的換熱介質送入鄰近所述筒體的出料口的一個或多個換熱器，進而提高該一個或多個換熱器中的水溫，利於在鄰近所述筒體的入料口的一個或多個換熱器中生成飽和蒸氣。
[0018]所述螺旋式換熱管的入液、出液端分別與所述入液、出液空心轉軸的內埠相連；或，所述螺旋式換熱管的出液端與所述空心轉軸的內埠相連，所述螺旋式換熱管的入液端在該碎料棍內並延伸至鄰近所述出液空心轉軸，以使新進入該碎料棍內的換熱介質在該碎料輥內預熱後進入所述螺旋式換熱管，進行進一步加熱，進而延長換熱介質的換熱行程，提高換熱效率；或，所述碎料輥和布料輥的夾套部與一換熱器中的換熱管的底部盤管並聯。
[0019]為進一步提高熱能的回收率，所述筒體內且於所述上層帶下方設有多個相間分布的隔艙板，相鄰的一對隔艙板之間構成的腔體與一所述換熱器上下相對分布；所述的一換熱器頂部的排氣口輸出的空氣適於通過所述循環氣管送至該換熱器正下方的所述腔體中。
[0020]進一步，為防止熱氣流和物料外溢，所述筒體的入料口處於所述筒體端部內側的頂面上，鄰近該筒體的入料口的端部封閉。
[0021]所述高溫物料為黃磷爐渣；由於傳統的黃磷爐渣堆在冷卻結晶後呈體積較大的塊狀物，該塊狀物整體硬度接近花崗巖，採用所述冷卻碎料裝置將高溫態的黃磷爐渣冷卻凝固、碎料後生成顆粒料(顆粒料的粒徑，由選用的對輥破碎機的輥面凸起的形狀、密度等決定)，以便於作為建築用顆粒料，實現了其回收利用。
[0022]冷卻碎料裝置的出料口與所述爐排的垂直距離為0.5-lm,以在落料過程中實現空氣冷卻，以生成顆粒料，防止黃磷爐渣重新凝結成塊。
[0023]作為進一步優選的方案，所述換熱器為立管式換熱器，該換熱器內設有上下分布的螺旋式導風板，換熱器內的立式換熱管穿插在所述螺旋式導風板上。螺旋式導風板適於加長熱風在該換熱器內的行程，增加熱風與換熱管的接觸時間，進而進一步提高熱能的回收率。
[0024]上述高溫物料熱能回收系統的工作方法，包括:所述高溫物料經所述筒體的入料口上的一對碎料輥冷卻凝固後進入所述筒體，並落至所述的布料板和布料輥之間，該布料輥將所述高溫物料進一步冷卻凝固後粉碎成顆粒物料，並送至所述爐排上；該爐排上的顆粒物料加熱所述筒體內的空氣並產生熱空氣，該熱空氣上升進入各換熱器，各換熱器頂部排出的換熱空氣經循環氣管進入所述筒體內並送入所述爐排的上、下層帶之間，然後向上穿透所述上層帶和該上層帶上的顆粒物料，以形成空氣換熱循環。
[0025]本發明相對於現有技術具有積極的效果:本發明的高溫物料熱能回收系統，一方面有效利用了黃磷爐渣的餘熱，能大幅降耗能，節約能源並相應減少大量溫室氣體的排放；另一方面，將黃磷爐爐渣生成建築用顆粒料，實現了變廢為寶的目的，避免了固體垃圾的產生，其具有很好的經濟效益和社會效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為實施例1中高溫物料熱能回收系統的結構示意圖；
圖2為實施例2中的高溫物料熱能回收系統的另一結構示意圖；
圖3為所述對輥破碎機的輥面結構示意圖；
圖4為所述對輥破碎機中的碎料輥的剖面結構示意圖；
圖5為實施例2中的碎料輥的剖面結構示意圖。

【具體實施方式】
[0027]實施例1
見圖1至4，本實施例的高溫物料熱能回收系統，包括:筒體1，該筒體I內設有軸向貫穿該筒體I的用於將所述高溫物料從該筒體I的入料口送至出料口的爐排2，鄰近所述筒體I的端部分別設有與所述爐排2傳動配合的傳動輪3，所述筒體I內的爐排2的上層帶底面下方分布有多個託棍。
[0028]所述筒體I的頂部分布有多個開口，各開口上設有的換熱器5，各換熱器5中的換熱管依次串聯，低溫換熱介質從鄰近所述筒體I的出料口的換熱器5的換熱介質入口輸入，由於在所述換熱介質的流動方向上的各換熱器5中的換熱管溫度逐級升高，從而適於使所述換熱介質被逐級加熱，並達到較高的溫度；所述換熱介質為導熱油或水(優選軟水)。
[0029]作為一種可選的方案，換熱器5的換熱介質出口用於連接其他換熱設備，用於生產熱水、熱空氣或過熱蒸汽等。
[0030]鄰近所述筒體I的入料口設有一對用於進料並冷卻凝固所述高溫物料的碎料輥6,該對碎料棍6下方設有相鄰平行設置的布料板18和布料棍4,用於將落入該布料板18和布料輥4之間的所述高溫物料進一步冷卻凝固後粉碎成顆粒狀，並將該顆粒物料送至所述爐排2上。
[0031]換熱器5用於高溫物料餘熱回收；所述的碎料輥6、布料板18和布料輥4構成的冷卻碎料裝置用於冷卻凝固高溫物料並生成顆粒料，防止物料在冷卻時結塊，同時生成顆粒料後物料的散熱面積大幅增加，利於物料的餘熱充分、快速釋放，利於提高熱能的回收率。
[0032]所述筒體I內、在所述布料輥4的下遊並於爐排2上方設有刮料板7，以使所述爐排2上的物料分布均勻，利於物料的餘熱充分、快速釋放，利於提高熱能的回收率。所述刮料板7適於透風，依次穿過所述布料板18上的高溫物料的熱風適於通過該刮料板7並進入與該刮料板7相鄰的所述換熱器5中；該換熱器5的用於排出換熱空氣的排氣口經鼓風機17與所述的各鼓風嘴相連。
[0033]各換熱器5頂部的用於排出換熱空氣的排氣口分別連接有循環氣管8,各循環氣管8穿過所述筒體I的壁體並延伸至所述筒體I內，各循環氣管8的出氣口處於所述爐排2的上、下層帶之間，以在筒體I內形成適於向上穿透所述爐排2的上層帶並作用於所述換熱器5的循環熱氣流；各循環氣管8的出氣口鄰近所述爐排2的上層帶的底面並朝上設置。採用循環熱氣流作用於相應的換熱器5，避免了熱空氣的流失，同時無需補入外部冷空氣，進一步提聞了熱能的回收率。
[0034]所述碎料輥6和布料輥4為夾套式冷卻輥，該碎料輥6和布料輥4中的夾套部串聯在與所述筒體I的出料口鄰近的一對換熱器5中的換熱管之間。或，所述碎料輥6和布料輥4的夾套部與一換熱器5中的底部盤管並聯(換熱器5內的換熱管為立式換熱管，其包括頂部盤管、底部盤管、連通於該對盤管之間的多個立管);該碎料輥6兩端中央設有空心轉軸15，該對空心轉軸15分別軸承配合於一對軸承座12上，且所述的一對空心轉軸的外埠分別設有轉動接頭13，該碎料輥6通過所述的一對轉動接頭13串聯一對換熱器5中的換熱管之間。
[0035]作為另一種實施方式，該碎料輥6的內壁設有沿該碎料輥的軸向分布的、用於加熱所述換熱介質的螺旋式換熱管11，該螺旋式換熱管11為開口焊接在所述碎料輥內壁上的半圓管；螺旋式換熱管11採用半圓管制成，使螺旋式換熱管11內的換熱介質直接與碎料棍6的內壁接觸，利於進一步提聞熱能的轉換效率和熱能回收率。
[0036]送入該對碎料輥6的所述換熱介質可以是新的冷換熱介質，也可以是從鄰近所述筒體I的入料口的換熱器5輸出的熱換熱介質；可根據外部所需的所述換熱介質的溫度要求進行相應選擇。
[0037]螺旋式換熱管11的兩端分別與固定於該碎料輥兩端中央的空心轉軸15的內埠相連，該對空心轉軸15分別軸承配合於一對軸承座12上，且所述的一對空心轉軸的外埠分別設有轉動接頭13，分別用於輸入、輸出所述換熱介質。該碎料輥6通過所述的一對轉動接頭13串聯一對換熱器5中的換熱管之間。
[0038]作為第三種優先的方案，所述的一對碎料輥6的一側相鄰端的所述轉動接頭13的外埠相連，以使該對碎料輥6中的螺旋式換熱管11串聯後與鄰近所述筒體I的入料口的換熱器5的換熱介質出口相連，以進一步加熱所述換熱介質，形成溫度更高的換熱介質。
[0039]由於在加熱過程中，所述換熱介質部分汽化(尤其是換熱介質為軟水時)，在鄰近所述筒體I的入料口的換熱器5頂部的換熱介質出口適於輸出蒸汽，該蒸汽經止回閥與一汽包9相連。汽包9用於存儲熱蒸汽或熱水或熱油，用於向其他設備供熱。用於輸送所述蒸汽的管路適於進入所述汽包9並延伸至鄰近該汽包9的頂部。
[0040]當所述換熱介質為水時，汽包9用於收集熱蒸汽，汽包9底部的液態水出口經單向閥與所述換熱器5底部的換熱介質入口相連。汽包9的一端設有液位計19，用於指示汽包9中的液態水位。
[0041]所述筒體I內且於所述爐排2的上層帶下方設有多個相間分布的隔艙板10，各隔艙板10上設有適於使所述下層帶穿行的矩形通孔，相鄰的一對隔艙板10之間構成的腔體與一所述換熱器5上下相對分布；所述的一換熱器5的頂部排氣口輸出的熱空氣適於通過所述循環氣管8送至該換熱器5下方的所述腔體中。
[0042]作為優選的方案，所述高溫物料為黃磷爐渣；由於傳統的黃磷爐渣堆在冷卻結晶後呈體積較大的塊狀物，該塊狀物整體硬度接近花崗巖，採用所述冷卻碎料裝置粉碎後，適於生成顆粒料，以便於作為建築用顆粒料，實現了其回收利用。(所述高溫物料也可以是煉鋼、煉鋁、煉銅等產生的爐渣。)
所述碎料輥6的輥壁上分布有凸起14 ;一對碎料輥6工作時適於相向轉動。
[0043]所述換熱器5的底部呈喇叭狀，各循環氣管8上串設有處於所述筒體I外側的高壓送氣風機16。
[0044]所述換熱器5為立管式換熱器，該換熱器5內設有上下分布的螺旋式導風板，換熱器5內的立式換熱管軸向穿插在所述螺旋式導風板上。
[0045]實施例2
在實施例1的基礎上，本實施例具有如下變型:
所述的碎料輥6兩端中央分別設有入液、出液空心轉軸；該對空心轉軸分別軸承配合於一對軸承座12上，且所述的一對空心轉軸的外埠分別設有轉動接頭13，分別用於連接輸入、輸出所述換熱介質的管體；所述螺旋式換熱管11的出液端與所述空心轉軸的內埠相連，所述螺旋式換熱管11的入液端在該碎料輥6內並延伸至鄰近所述出液空心轉軸，以使新進入該碎料輥6內的換熱介質在該碎料輥6內預熱後進入所述螺旋式換熱管11，進行進一步加熱，進而延長換熱介質的換熱行程，提聞換熱效率。
[0046]作為一種優選的方案，所述的一對碎料輥6的一側相鄰的所述轉動接頭的外埠相連，以使所述換熱介質在該對碎料輥中串聯換熱，以進一步加熱所述換熱介質，形成溫度更高的換熱介質。
[0047]實施例3
在實施例1和2的基礎上，本實施例具有如下變型:
所述的一對碎料輥6分別採用實施例1和2中的碎料輥6，且所述換熱介質從實施例1所述的碎料輥6中的所述螺旋式換熱管11輸出後進入實施例2所述的碎料輥6。
[0048]實施例4
上述實施例1中的高溫物料熱能回收系統的工作方法，包括:所述高溫物料經所述筒體I的入料口上的一對碎料輥冷卻凝固後進入所述筒體1，並落至所述的布料板18和布料輥4之間，該布料輥4將所述高溫物料進一步冷卻凝固後粉碎成顆粒物料，並送至所述爐排2上。
[0049]該爐排2上的顆粒物料加熱所述筒體I內的空氣並產生熱空氣，該熱空氣上升進入各換熱器5，各換熱器5頂部排出的換熱空氣經循環氣管8進入所述筒體I內並送入所述爐排2的上、下層帶之間，然後向上穿透所述上層帶和該上層帶上的顆粒物料，以形成空氣換熱循環。
【權利要求】
1.一種高溫物料熱能回收系統，其特徵在於包括:筒體(1)，該筒體(I)內設有軸向貫穿該筒體(I)的用於將所述高溫物料從該筒體(I)的入料口送至出料口的爐排(2)； 所述筒體(I)頂部的開口上設有換熱器(5); 所述筒體(I)的入料口設有一對用於進料並冷卻凝固所述高溫物料的碎料輥(6)，該對碎料輥(6)下方設有相鄰平行設置的布料板(18)和布料輥(4)，用於將落入該布料板(18)和布料輥(4)之間的所述高溫物料進一步冷卻凝固後粉碎成顆粒狀，並將該顆粒物料送至所述爐排(2)上； 所述筒體(I)頂部的開口分布有多個，各開口上的換熱器(5)中的用於輸送換熱介質的換熱管依次串聯，低溫態的換熱介質從鄰近所述筒體(I)的出料口的換熱器(5)的換熱介質入口輸入； 各換熱器(5)頂部的用於排出換熱空氣的排氣口分別連接有循環氣管(8)，各循環氣管(8 )穿過所述筒體(I)的側壁並延伸至所述筒體(I)內，各循環氣管的出氣口處於所述爐排(2)的上、下層帶之間且各出氣口鄰近所述上層帶的底面並朝上設置，以在筒體(I)內形成適於向上穿透所述上層帶並作用於所述換熱器(5)的循環熱氣流。
2.根據權利要求1所述的高溫物料熱能回收系統的工作方法，其特徵在於包括:所述高溫物料經所述筒體(I)的入料口上的一對碎料輥(6)冷卻凝固後進入所述筒體(I )，並落至所述的布料板(18)和布料棍(6)之間,該布料棍(6)將所述高溫物料進一步冷卻凝固後粉碎成顆粒物料，並送至所述爐排(2)上； 該爐排(2)上的顆粒物料加熱所述筒體(I)內的空氣並產生熱空氣，該熱空氣上升進入各換熱器(5 )，各換熱器(5 )頂部排出的換熱空氣經循環氣管(8 )進入所述筒體(I)內並送入所述爐排(2)的上、下層帶之間，然後向上穿透所述上層帶和該上層帶上的顆粒物料，以形成空氣換熱循環。
【文檔編號】C04B18/14GK104296542SQ201410466694
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2012年6月26日 優先權日:2012年6月26日
【發明者】鄒玉傑 申請人:吳小再