[发明专利]直接利用高温烧结矿料显热产生蒸汽的系统及方法

说明书

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℃，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℃以下，空气则被加热到400-450℃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400-450℃，限制了热空气余热锅炉产生的蒸汽温度一般不超过400℃，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染。 

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℃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℃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℃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。