燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置

《燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置》是中冶長天國際工程有限責任公司於2010年4月21日申請的專利，該專利的申請號為201010151375X，公布號為CN101825399A，授權公布日為2010年9月8日，發明人是徐忠、葉恆棣、湯聶、張洪林。

《燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置》的方法為：餘熱鍋爐直接安裝於燒結冷卻機上，將燒結冷卻機第一段和第二段的廢氣直接經集氣罩導入餘熱鍋爐的高溫換熱區，在高溫換熱區中燒結冷卻機廢氣通過輻射換熱和對流換熱產生中溫中壓蒸汽後進入低溫換熱區，產生低溫低壓蒸汽；換熱後廢氣接入燒結冷卻機風箱作為冷卻介質循環使用。該利用裝置包括直接安裝於燒結冷卻機上的雙溫雙壓餘熱鍋爐，雙溫雙壓餘熱鍋爐包括高溫換熱區組件和低溫換熱區組件，高溫換熱區組件直接與燒結冷卻機上的集氣罩相連，高溫換熱區組件通過煙氣管道與低溫換熱區組件相連。該發明結構簡單緊湊、成本低廉、能降低熱能損失和阻力損失，提高燒結冷卻機廢氣的熱能利用率。

2016年12月7日，《燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置》獲得第十八屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置
• 公布號：CN101825399A
• 授權日：2010年9月8日
• 申請號：201010151375X
• 申請日：2010年4月21日
• 申請人：中冶長天國際工程有限責任公司
• 地址：湖南省長沙市勞動中路1號
• 發明人：徐忠、葉恆棣、湯聶、張洪林
• Int.Cl.：F27D17/00(2006.01)I；F22B1/00(2006.01)I；F01D15/10(2006.01)I
• 代理機構：湖南兆弘專利事務所
• 代理人：趙洪
• 類別：發明專利

專利背景

隨著鋼鐵工業生產流程的逐步最佳化和工序能耗的不斷下降，回收利用各生產工序的餘熱余能成為中國鋼鐵企業節能減排最有效的途徑之一。截至2010年4月，中國燒結工序約占鋼鐵企業總能耗的10％-15％，其中有50％左右的熱能會隨著燒結煙氣和冷卻機廢氣以顯熱形式排出。進入冷卻機的燒結礦溫度在700℃-800℃之間，可利用的廢氣溫度在250℃-500℃之間。燒結冷卻機廢氣屬於中低溫熱源，其廢氣餘熱利用通常是產生蒸汽或進行餘熱發電。

2010年4月前的燒結冷卻機廢氣利用技術存在以下不足：1、2010年4月前技術中通常是將燒結冷卻機廢氣通過煙氣管道引入到距離冷卻機較遠的餘熱鍋爐上方（最高廢氣溫度為400℃），然後通過受熱面進行換熱，產生蒸汽。這種方法及設備由於有較長的煙氣管道，因而不可避免地造成散熱損失，導致進入餘熱鍋爐的廢氣溫度降低（一股有15℃左右的溫降），並產生相應的煙氣阻力（400帕左右），使熱能品位本來不高的燒結冷卻機廢氣貶值，降低了廢氣能量的利用效率。2、2010年4月前技術中均未利用燒結冷卻機礦料的“輻射熱”，因而不能提高蒸汽的出口溫度（一股在360℃左右）。3、由於燒結冷卻機廢氣為中低溫廢氣，廢氣量大，因此導致輸送廢氣的煙風管道截面面積較大，造價較高，而大量使用風管和閥門使得整個工程投資增加。

發明內容

專利目的

《燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置》提供一種結構簡單緊湊、成本低廉、能降低熱能損失和阻力損失，大幅度提高燒結冷卻機廢氣的熱能利用率、提高餘熱鍋爐產汽量和出口蒸汽溫度的燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置。

技術方案

一種燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法，其特徵在於：餘熱鍋爐直接安裝於燒結冷卻機上，將燒結冷卻機第一段和第二段的廢氣直接經集氣罩導入餘熱鍋爐的高溫換熱區，在高溫換熱區中燒結冷卻機廢氣通過輻射換熱和對流換熱產生中溫中壓蒸汽後進入低溫換熱區，產生低溫低壓蒸汽；換熱後的燒結冷卻機廢氣接入燒結冷卻機風箱作為冷卻介質循環使用。

作為《燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置》的進一步改進：所述燒結冷卻機第三段的廢氣經過煙氣管道引入餘熱鍋爐的低溫換熱區。

所述高溫換熱區中設有中壓省煤器、中壓蒸發器以及中壓過熱器，經過中壓省煤器的熱水輸出至中壓汽包，中壓汽包中的熱水通過中壓蒸發器加熱成汽水混合物，再回至中壓汽包進行汽水分離，分離出的飽和蒸汽進入中壓過熱器加熱成中壓過熱蒸汽，中壓過熱蒸汽最後輸出至汽輪發電機組主汽口發電。

所述高溫換熱區中設有用來回收燒結冷卻機第一段廢氣的第一段換熱組件以及用來回收燒結冷卻機第二段廢氣的第二段換熱組件，所述第一段換熱組件包括由上至下依次布置的第一中壓省煤器、第一中壓蒸發器以及中壓過熱器，所述第二段換熱組件包括由上至下依次布置的第二中壓省煤器和第二中壓蒸發器，經過第一中壓省煤器和第二中壓省煤器的熱水串聯或並聯後輸出至中壓汽包，中壓汽包中的熱水通過第一中壓蒸發器和第二中壓蒸發器加熱成汽水混合物，再經串聯或並聯後回至中壓汽包進行汽水分離，分離出的飽和蒸汽進入中壓過熱器加熱成中壓過熱蒸汽，中壓過熱蒸汽最後輸出至汽輪發電機組主汽口發電。

所述低溫換熱區包括由上至下依次布置的低壓過熱器、低壓蒸發器以及水加熱器，進入鍋爐的水先送到水加熱器中進行加熱後輸至低壓汽包，低壓汽包中的熱水通過低壓蒸發器加熱成汽水混合物後再回至低壓汽包進行汽水分離，分離出的飽和蒸汽進入低壓過熱器加熱成低壓過熱蒸汽，低壓過熱蒸汽最後輸出至汽輪發電機組補汽口發電。

《燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置》進一步提供一種燒結冷卻機廢氣的餘熱利用裝置，其特徵在於：包括直接安裝於燒結冷卻機上的雙溫雙壓餘熱鍋爐，所述雙溫雙壓餘熱鍋爐包括高溫換熱區組件、低溫換熱區組件、中壓汽包及低壓汽包，所述高溫換熱區組件直接與燒結冷卻機上的集氣罩相連，所述高溫換熱區組件通過煙氣管道與低溫換熱區組件相連。

所述高溫換熱區組件包括用來回收燒結冷卻機第一段廢氣的第一段換熱組件以及用來回收燒結冷卻機第二段廢氣的第二段換熱組件，所述第一段換熱組件包括由上至下依次布置的第一中壓省煤器、第一中壓蒸發器以及中壓過熱器，所述中壓過熱器與燒結冷卻機第一段廢氣進行輻射換熱和對流換熱；所述第二段換熱組件包括由上至下依次布置的第二中壓省煤器和第二中壓蒸發器，所述第二中壓蒸發器與燒結冷卻機第二段廢氣進行輻射換熱和對流換熱；經第一中壓省煤器、第二中壓省煤器後的燒結冷卻機廢氣通過串聯或並聯後輸出至低溫換熱區組件。

所述高溫換熱區組件與集氣罩之間設有插板閥。

所述雙溫雙壓餘熱鍋爐上設有第三段取風管，所述第三段取風管的一端與燒結冷卻機第三段廢氣相連通，所述第三段取風管的另一端與低溫換熱區組件相連通。

所述低溫換熱區組件包括由上至下依次布置的低壓過熱器、低壓蒸發器以及水加熱器，所述低溫換熱區組件的底端設有雙溫雙壓餘熱鍋爐的排氣裝置，所述雙溫雙壓餘熱鍋爐的廢氣經排風管路、循環風機、循環風閥門與燒結冷卻機風箱相連。

所述排風管路設有補冷風閥，所述補冷風閥通過管路與冷風源相連通。

在所述高溫換熱區組件和低溫換熱區組件之間設定煙囪。

改善效果

1、燒結冷卻機第一段靠近裝料區，燒結餅溫度較高（700℃～800℃），輻射熱量較大（廢氣溫度大於450℃）。《燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置》直接將燒結冷卻機第一、二段的廢氣經集氣罩導入餘熱鍋爐中，可以充分利用燒結餅的廢氣熱量（包括輻射熱和對流換熱），廢氣溫度能達到450℃以上，大大高於2010年4月前採用風管導入廢氣的溫度（風管導入時餘熱鍋爐進口廢氣溫度僅為400℃左右），從而提高了中壓過熱器出口端的蒸汽溫度，可進一步提高發電效率。

2、該發明直接將廢氣經集氣罩導入餘熱鍋爐中，不僅從根本上解決了導氣風管中廢氣散熱量損失的問題，還進一步減小了系統的煙氣阻力損失，可降低循環風機的能耗。

3、該發明將燒結冷卻機第一、二段的廢氣先導入雙溫雙壓餘熱鍋爐的高溫換熱區換熱後再送入低溫換熱區進一步回收餘熱，廢氣經高溫換熱區換熱後降低了溫度，其體積隨溫度的降低而減小，因此，可減少連線高、低溫換熱區煙氣管道的管徑和低溫換熱區餘熱鍋爐的體積，降低鍋爐造價。

4、該發明直接將廢氣經集氣罩導入餘熱鍋爐，與有煙風管道布置在燒結冷卻機外部獨立的餘熱鍋爐系統相比，大大降低整個餘熱利用系統的工程造價。如該發明與一台360m2燒結機配套的環冷機餘熱鍋爐系統相比，可節約餘熱利用系統的工程造價250萬元。

附圖說明

圖1是《燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置》在套用實例中的俯視結構示意圖；

圖2是該發明在套用實例中略去第三取風管的主視結構示意圖；

圖3是該發明在套用實例中略去高溫組件的主視結構示意圖；

圖4是該發明在套用實例中略去低溫組件的右視結構示意圖。

圖例說明：1、集氣罩；2、插板閥；3、中壓過熱器；4、第一中壓蒸發器；5、第一中壓省煤器；6、煙囪；7、低壓過熱器；8、低壓蒸發器；9、水加熱器；10、燒結冷卻機廢氣排氣裝置；11、補冷風閥；12、循環風機；13、循環風閥門；14、冷卻機風箱；15、台車；16、第三段風量調節閥；17、第三段取風管；18、燒結冷卻機；19、雙溫雙壓餘熱鍋爐；20、第二中壓省煤器；21、第二中壓蒸發器；22、風管；23、排風管路；24、高溫換熱區組件；25、低溫換熱區組件；26、燒結冷卻機第一段廢氣；27、燒結冷卻機第二段廢氣；28、燒結冷卻機第三段廢氣；29、進燒結冷卻機風箱風量分配閥；30、中壓汽包；31、低壓汽包。

技術領域

《燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置》主要涉及到餘熱利用領域，特指一種燒結冷卻機廢氣熱量的回收利用領域。

權利要求

1.一種燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法，其特徵在於：餘熱鍋爐直接安裝於燒結冷卻機上，將燒結冷卻機第一段和第二段的廢氣直接經集氣罩導入餘熱鍋爐的高溫換熱區，在高溫換熱區中燒結冷卻機廢氣通過輻射換熱和對流換熱產生中溫中壓蒸汽後進入低溫換熱區，產生低溫低壓蒸汽；換熱後的燒結冷卻機廢氣接入燒結冷卻機風箱作為冷卻介質循環使用。

2.根據權利要求1所述的燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法，其特徵在於：所述燒結冷卻機第三段的廢氣經過煙氣管道引入餘熱鍋爐的低溫換熱區。

3.根據權利要求1或2所述的燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法，其特徵在於：所述高溫換熱區中設有中壓省煤器、中壓蒸發器以及中壓過熱器，經過中壓省煤器的熱水輸出至中壓汽包，中壓汽包中的熱水通過中壓蒸發器加熱成汽水混合物，再回至中壓汽包進行汽水分離，分離出的飽和蒸汽進入中壓過熱器加熱成中壓過熱蒸汽，中壓過熱蒸汽最後輸出至汽輪發電機組主汽口發電。

4.根據權利要求1或2所述的燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法，其特徵在於：所述高溫換熱區中設有用來回收燒結冷卻機第一段廢氣的第一段換熱組件以及用來回收燒結冷卻機第二段廢氣的第二段換熱組件，所述第一段換熱組件包括由上至下依次布置的第一中壓省煤器、第一中壓蒸發器以及中壓過熱器，所述第二段換熱組件包括由上至下依次布置的第二中壓省煤器和第二中壓蒸發器，經過第一中壓省煤器和第二中壓省煤器的熱水串聯或並聯後輸出至中壓汽包，中壓汽包中的熱水通過第一中壓蒸發器和第二中壓蒸發器加熱成汽水混合物，再經串聯或並聯後回至中壓汽包進行汽水分離，分離出的飽和蒸汽進入中壓過熱器加熱成中壓過熱蒸汽，中壓過熱蒸汽最後輸出至汽輪發電機組主汽口發電。

5.根據權利要求1或2所述的燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法，其特徵在於：所述低溫換熱區包括由上至下依次布置的低壓過熱器、低壓蒸發器以及水加熱器，進入鍋爐的水先送到水加熱器中進行加熱後輸至低壓汽包，低壓汽包中的熱水通過低壓蒸發器加熱成汽水混合物後再回至低壓汽包進行汽水分離，分離出的飽和蒸汽進入低壓過熱器加熱成低壓過熱蒸汽，低壓過熱蒸汽最後輸出至汽輪發電機組補汽口發電。

6.一種燒結冷卻機廢氣的餘熱利用裝置，其特徵在於：包括直接安裝於燒結冷卻機（18）上的雙溫雙壓餘熱鍋爐（19），所述雙溫雙壓餘熱鍋爐（19）包括高溫換熱區組件（24）、低溫換熱區組件（25）、中壓汽包（30）及低壓汽包（31），所述高溫換熱區組件（24）直接與燒結冷卻機（18）上的集氣罩（1）相連，所述高溫換熱區組件（24）通過煙氣管道與低溫換熱區組件（25）相連。

7.根據權利要求6所述的燒結冷卻機廢氣的餘熱利用裝置，其特徵在於：所述高溫換熱區組件（24）包括用來回收燒結冷卻機第一段廢氣（26）的第一段換熱組件以及用來回收燒結冷卻機第二段廢氣（27）的第二段換熱組件，所述第一段換熱組件包括由上至下依次布置的第一中壓省煤器（5）、第一中壓蒸發器（4）以及中壓過熱器（3），所述中壓過熱器（3）與燒結冷卻機第一段廢氣（26）進行輻射換熱和對流換熱；所述第二段換熱組件包括由上至下依次布置的第二中壓省煤器（20）和第二中壓蒸發器（21），所述第二中壓蒸發器（21）與燒結冷卻機第二段廢氣（27）進行輻射換熱和對流換熱；經第一中壓省煤器（5）、第二中壓省煤器（20）後的冷卻機廢氣通過串聯或並聯後輸出至低溫換熱區組件（25）。

8.根據權利要求7所述的燒結冷卻機廢氣的餘熱利用裝置，其特徵在於：所述高溫換熱區組件（24）與集氣罩（1）之間設有插板閥（2）。

9.根據權利要求6或7或8所述的燒結冷卻機廢氣的餘熱利用裝置，其特徵在於：所述雙溫雙壓餘熱鍋爐（19）上設有第三段取風管（17），所述第三段取風管（17）的一端與燒結冷卻機第三段廢氣（28）相連通，所述第三段取風管（17）的另一端與低溫換熱區組件（25）相連通。

10.根據權利要求6或7或8所述的燒結冷卻機廢氣的餘熱利用裝置，其特徵在於：所述低溫換熱區組件（25）包括由上至下依次布置的低壓過熱器（7）、低壓蒸發器（8）以及水加熱器（9），所述低溫換熱區組件的（25）底端設有冷卻機廢氣排氣裝置（10），所述冷卻機廢氣排氣裝置（10）經排風管路（23）、循環風機（12）、循環風閥門（13）與冷卻機風箱（14）相連。

11.根據權利要求10所述的燒結冷卻機廢氣的餘熱利用裝置，其特徵在於：所述排風管路（23）設有補冷風閥（11），所述補冷風閥（11）通過管路與冷風源相連通。

12.根據權利要求6或7或8所述的燒結冷卻機廢氣的餘熱利用裝置，其特徵在於：在所述高溫換熱區組件（24）和低溫換熱區組件（25）之間設定煙囪（6）。

實施方式

如圖1和圖4所示，《燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置》燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法為：雙溫雙壓餘熱鍋爐直接安裝於燒結冷卻機上，燒結用的冷卻機分為帶式冷卻機和環冷機，該實施例中是以燒結環冷機為例。將燒結環冷機第一段和第二段的廢氣（廢氣溫度範圍為500℃～360℃）直接經集氣罩導入高溫換熱區，在高溫換熱區中燒結環冷機的高溫廢氣通過輻射換熱和對流換熱產生中溫中壓蒸汽，由於沒有進風管道，因此，高溫換熱區能夠充分地與高溫廢氣進行熱交換，從而大幅度降低了熱量損失和系統阻力損失。高溫廢氣通過高溫換熱區後，溫度在250℃左右，再進入低溫換熱區，產生低溫低壓蒸汽，提高了餘熱利用效率。換熱後的燒結環冷機廢氣（廢氣溫度範圍為125℃～140℃）經過排氣裝置和熱風循環風機接入燒結環冷機的風箱，把它作為冷卻介質循環使用，能提高燒結環冷機排出廢氣的溫度，進而提高雙溫雙壓餘熱鍋爐高溫換熱區的蒸汽溫度，增加發電量。《燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置》還進一步利用燒結環冷機中的第三段廢氣（廢氣溫度範圍為360℃～250℃）的熱量，將燒結環冷機中第三段的廢氣經過較小的煙氣管道引入雙溫雙壓餘熱鍋爐的低溫換熱區。

如圖1、圖3所示，一種燒結冷卻機廢氣的餘熱利用裝置，包括直接安裝於燒結冷卻機18上的雙溫雙壓餘熱鍋爐19，該實施例中燒結冷卻機18為燒結環冷機，雙溫雙壓餘熱鍋爐19包括高溫換熱區組件24、低溫換熱區組件25、中壓汽包30及低壓汽包31，高溫換熱區組件24直接與燒結冷卻機18上的集氣罩1相連，高溫換熱區組件24通過煙氣管道與低溫換熱區組件25相連。

參見圖2，該實施例中，高溫換熱區組件24採用箱體式設計，高溫換熱區組件24包括用來回收燒結冷卻機第一段廢氣26的第一段換熱組件以及用來回收燒結冷卻機第二段廢氣27的第二段換熱組件，第一段換熱組件包括由上至下依次布置的第一中壓省煤器5、第一中壓蒸發器4以及中壓過熱器3，中壓過熱器3與燒結冷卻機第一段廢氣26進行輻射換熱和對流換熱；第二段換熱組件包括由上至下依次布置的第二中壓省煤器20和第二中壓蒸發器21，第二中壓蒸發器21與燒結冷卻機第二段廢氣27進行輻射換熱和對流換熱，經第一中壓省煤器5、第二中壓省煤器20後的燒結冷卻機廢氣通過串聯或並聯後經風管22輸出至低溫換熱區組件25。高溫換熱區組件24與集氣罩1之間設有插板閥2，用來控制廢氣的通斷。高溫換熱區組件24的汽水流程為：第一中壓省煤器5與第二中壓省煤器20的熱水通過串聯或並聯後輸出至中壓汽包30；中壓汽包30中的熱水通過第一中壓蒸發器4與第二中壓蒸發器21加熱成汽水混合物，通過串聯或並聯後再回至中壓汽包30進行汽水分離，分離出的飽和蒸汽進入中壓過熱器3加熱成中壓過熱蒸汽；中壓過熱蒸汽最後輸出至汽輪發電機組主汽口發電（圖中未示出）。

低溫換熱區組件25包括由上至下依次布置的低壓過熱器7、低壓蒸發器8以及水加熱器9，進氣方式為由上至下。低溫換熱區組件25的汽水流程為：鍋爐給水先進入水加熱器9進行加熱後輸至低壓汽包31，低壓汽包31中的熱水通過低壓蒸發器8加熱成汽水混合物後再回至低壓汽包31進行汽水分離，分離出的飽和蒸汽進入低壓過熱器7加熱成低壓過熱蒸汽，低壓過熱蒸汽最後輸出至汽輪發電機組補汽口發電（圖中未示出）。低溫換熱區組件25的底端設有燒結冷卻機廢氣排氣裝置10，燒結冷卻機廢氣排氣裝置10經排風管路23、循環風機12、循環風閥門13與冷卻機風箱14相連，該冷卻機風箱14位於台車15的下方。排風管路23設有補冷風閥11，補冷風閥11可以通過管路與冷風源相連通，用於調節冷卻介質的溫度。進燒結冷卻機風箱風量分配閥29可根據環冷機礦料冷卻情況，調節進入風箱的熱風量，使礦料的冷卻達到工藝要求。《燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置》在高溫換熱區組件24和低溫換熱區組件25之間設定煙囪6，一旦餘熱鍋爐發生故障時，燒結冷卻機18的廢氣可排至大氣，燒結冷卻機18恢復到原有工作狀態。該系統採用雙溫雙壓餘熱鍋爐，儘可能地利用了燒結冷卻機廢氣的餘熱。

該實施例中，雙溫雙壓餘熱鍋爐19上設有第三段取風管17，第三段取風管17的一端與燒結冷卻機第三段廢氣28相連通，第三段取風管17的另一端與低溫換熱區組件25相連通，第三段取風管17上設有第三段風量調節閥16。

榮譽表彰

2016年12月7日，《燒結冷卻機廢氣的餘熱利用方法及其裝置》獲得第十八屆中國專利優秀獎。