本技術屬于礦物加工，尤其涉及一種高溫焙燒產品梯級冷卻余熱鍋爐。

背景技術：

1、我國鐵礦石中超過97％為復雜難選鐵礦石，其特點是鐵品位低、有用礦物嵌布粒度細、礦物組成復雜。還原焙燒-磁選是高效開發(fā)利用復雜難選鐵礦石的有效方法。在還原焙燒過程中，將赤鐵礦(α-fe2o3)、褐鐵礦(fe2o3·nh2o)和菱鐵礦(feco3)等轉化為強磁性的磁鐵礦(fe3o4)或磁赤鐵礦(γ-fe2o3)。然而，焙燒溫度一般在500℃以上，而磁選在室溫進行，因此高溫焙燒產品的冷卻過程至關重要。冷卻過程需要保護磁鐵礦不被氧化為赤鐵礦，同時回收冷卻過程的余熱，降低工藝能耗。

2、傳統(tǒng)的冷卻方式為水套換熱冷卻，冷卻過程為一段式冷卻。這種方式冷卻效率低，產生的熱未能有效利用，甚至將高品質的廢熱轉化為低品質的廢熱，造成能源利效率低下，大量能源浪費。因此，亟需一種高效的高溫焙燒產品冷卻裝置及方法。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術存在的不足，本實用新型提供一種高溫焙燒產品梯級冷卻余熱鍋爐，采用氮氣或蒸汽作為循環(huán)介質，能夠實現(xiàn)高溫焙燒產品的無氧化冷卻和余熱回收，梯級冷卻可顯著提高冷卻效率。

2、一種高溫焙燒產品梯級冷卻余熱鍋爐，包括流化床換熱器、汽包、除氧器、加藥裝置和排污系統(tǒng)，流化床換熱器頂部與氮氣循環(huán)系統(tǒng)或蒸汽循環(huán)系統(tǒng)的旋風分離器的入口相連接，旋風分離器的氣體出口與尾部煙道相連接，旋風分離器的下端固體出口與流化床換熱器相連接；尾部煙道與氮氣循環(huán)系統(tǒng)或蒸汽循環(huán)系統(tǒng)一端相連接，氮氣循環(huán)系統(tǒng)或蒸汽循環(huán)系統(tǒng)的另一端與流化床換熱器底部連接構成循環(huán)；

3、所述氮氣循環(huán)系統(tǒng)或蒸汽循環(huán)系統(tǒng)還包括加壓風機和布袋除塵器，尾部煙道與布袋除塵器相連接，加壓風機出風口通過安全閥ii與流化床換熱器連接；所述加壓風機和布袋除塵器間依次設置有電磁閥和安全閥i；如采用氮氣循環(huán)系統(tǒng)，氮氣發(fā)生器連接在電磁閥與安全閥i之間；如采用蒸汽循環(huán)系統(tǒng)，蒸汽發(fā)生器連接在電磁閥與安全閥i之間；加壓風機的出口與流化床換熱器底部的流化風裝置相連，閉環(huán)循環(huán)；

4、所述流化床換熱器、汽包、除氧器與排污系統(tǒng)的入口連接，汽包、除氧器與加藥裝置連接，除氧器與汽包相連，汽包出口與流化床換熱器連接，流化床換熱器的頂部出口與汽包入口連接。

5、所述流化床換熱器包括空床a、蒸發(fā)器a、高溫過熱器、低溫過熱器、蒸發(fā)器b、空床b、蒸發(fā)器c、蒸發(fā)器d、高溫省煤器九個模塊及低溫省煤器、低低溫省煤器，空床a位于流化床換熱器一端，對應于進料口；蒸發(fā)器a、高溫過熱器、低溫過熱器、蒸發(fā)器b、空床b、蒸發(fā)器c、蒸發(fā)器d、高溫省煤器靠近空床a依次布置；排料口設置在高溫省煤器一側；流化床換熱器的九個模塊的頂部通過回收母管與氮氣循環(huán)系統(tǒng)或蒸汽循環(huán)系統(tǒng)的旋風分離器的入口相連接；所述低溫省煤器、低低溫省煤器放置在尾部煙道內，低溫省煤器靠近旋風分離器一側布置；尾部煙道距離低低溫省煤器近的一側與氮氣循環(huán)系統(tǒng)或蒸汽循環(huán)系統(tǒng)一端相連接。

6、所述旋風分離器為蝸殼式旋風分離器。

7、所述高溫省煤器采用順列結構，其內包含三個回路，采用串聯(lián)布置；所述高溫省煤器布置在流化床換熱器出口；低溫省煤器采用錯列結構，與高溫省煤器形成雙級布置；內部設有聲波吹灰器，以防止積灰；低溫省煤器布置在尾部煙道內，用于吸收氮氣帶走的一部分熱量；低低溫省煤器采用錯列結構，分三組，串聯(lián)逆流布置在尾部煙道內，內部布置有聲波吹灰器。

8、所述氮氣發(fā)生器為制氮機，生成的高壓氮氣進入氮氣管路。

9、所述加壓風機的進口與電磁閥出口相連接，用于將氮氣輸送到氮氣管路中；氮氣管路還包括連接制氮機、加壓風機、流化床換熱器、旋風分離器、尾部煙道的尾部受熱面和布袋除塵器的管道，用于輸送氮氣；管道連接處或曲折處設置有金屬補償器；且管道上設置有支架；制氮機的出口處、加壓風機的出口處、各布風板入口處、流化床換熱器頂部出口與加壓風機入口間設置的用于氮氣回收的管路入口處均設置有管道閥門；氮氣管路外部設有保溫層，且在制氮機出口處、加壓風機出口處、各布風管入口處、各氮氣回收管路入口處均安裝有溫度傳感器和壓力傳感器；

10、高壓氮氣流程為：補充氮氣→加壓風機加壓→流化床換熱器各模塊布風板及鐘罩式風帽→物料混合流化換熱→高溫氮氣出各模塊進入回收母管→旋風分離器除塵→尾部煙道的尾部受熱面降溫至50℃至100℃→布袋除塵器除塵→回到加壓風機進口；

11、所述蒸汽發(fā)生器為水管鍋爐，生成的高壓蒸汽進入蒸汽管路；

12、高壓蒸汽流程為：補充蒸汽→加壓風機加壓→流化床換熱器各模塊布風板及鐘罩式風帽→物料混合流化換熱→高溫蒸汽出各模塊進入回收母管→旋風分離器除塵→尾部煙道的尾部受熱面降溫至110℃至150℃→布袋除塵器除塵→回到加壓風機進口。

13、所述流化床換熱器的給料溫度為500-600℃，出料溫度為120-200℃；高溫焙燒物料的粒度為-200目占65％～90％，旋風分離器返回流化床換熱器內的物料粒度為-400目不低于80％；

14、高溫焙燒物料流程為：空床a→蒸發(fā)器a→高溫過熱器→低溫過熱器→蒸發(fā)器b→空床b→蒸發(fā)器c→蒸發(fā)器d→高溫省煤器→排料口，高溫焙燒物料經過逐層換熱，最終溫度達到工藝要求≤200℃，然后進入下一個工藝。

15、本實用新型的有益效果是：本實用新型的流化床換熱器中設置了兩個空床，為兩個冷卻階段，采用這種梯級冷卻技術，相較于傳統(tǒng)的冷卻方式，能夠實現(xiàn)高溫焙燒物料與冷卻介質之間更高效的換熱效率。梯級冷卻通過多級溫度調節(jié)，將高溫物料迅速降溫至目標溫度，從而有效地控制物料的熱量釋放并保護設備，避免因溫度驟降對設備造成的損壞。此外，本實用新型可采用氮氣或蒸汽作為冷卻介質，適用范圍更高。采用氮氣冷卻可根據(jù)需要以通過調節(jié)壓力和流量來精確調控冷卻產品溫度。采用氮氣冷卻時可保證冷卻產品的干燥度。采用蒸汽冷卻時，蒸汽具有更高的熱導率和比熱容，能夠更有效地吸收和傳遞熱量，從而提高冷卻效率。在相同的體積或質量條件下，蒸汽能夠吸收更多的熱量，有助于維持系統(tǒng)溫度的穩(wěn)定；蒸汽的獲取更為便利，制備成本更低，具有更顯著的經濟效益。因此在實際使用過程中，可根據(jù)需要選用氮氣或蒸汽作為冷卻介質。

技術特征：

1.一種高溫焙燒產品梯級冷卻余熱鍋爐，其特征在于：包括流化床換熱器、汽包、除氧器、加藥裝置和排污系統(tǒng)，流化床換熱器頂部與氮氣循環(huán)系統(tǒng)或蒸汽循環(huán)系統(tǒng)的旋風分離器的入口相連接，旋風分離器的氣體出口與尾部煙道相連接，旋風分離器的下端固體出口與流化床換熱器相連接；尾部煙道與氮氣循環(huán)系統(tǒng)或蒸汽循環(huán)系統(tǒng)一端相連接，氮氣循環(huán)系統(tǒng)或蒸汽循環(huán)系統(tǒng)的另一端與流化床換熱器底部連接構成循環(huán)；

2.根據(jù)權利要求1所述的一種高溫焙燒產品梯級冷卻余熱鍋爐，其特征在于：所述流化床換熱器包括空床a、蒸發(fā)器a、高溫過熱器、低溫過熱器、蒸發(fā)器b、空床b、蒸發(fā)器c、蒸發(fā)器d、高溫省煤器九個模塊及低溫省煤器、低低溫省煤器，空床a位于流化床換熱器一端，對應于進料口；蒸發(fā)器a、高溫過熱器、低溫過熱器、蒸發(fā)器b、空床b、蒸發(fā)器c、蒸發(fā)器d、高溫省煤器靠近空床a依次布置；排料口設置在高溫省煤器一側；流化床換熱器的九個模塊的頂部通過回收母管與氮氣循環(huán)系統(tǒng)或蒸汽循環(huán)系統(tǒng)的旋風分離器的入口相連接；所述低溫省煤器、低低溫省煤器放置在尾部煙道內，低溫省煤器靠近旋風分離器一側布置；尾部煙道距離低低溫省煤器近的一側與氮氣循環(huán)系統(tǒng)或蒸汽循環(huán)系統(tǒng)一端相連接。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種高溫焙燒產品梯級冷卻余熱鍋爐，其特征在于：所述旋風分離器為蝸殼式旋風分離器。

4.根據(jù)權利要求2所述的一種高溫焙燒產品梯級冷卻余熱鍋爐，其特征在于：所述高溫省煤器采用順列結構，其內包含三個回路，采用串聯(lián)布置；所述高溫省煤器布置在流化床換熱器出口；低溫省煤器采用錯列結構，與高溫省煤器形成雙級布置；內部設有聲波吹灰器，以防止積灰；低溫省煤器布置在尾部煙道內，用于吸收氮氣帶走的一部分熱量；低低溫省煤器采用錯列結構，分三組，串聯(lián)逆流布置在尾部煙道內，內部布置有聲波吹灰器。

5.根據(jù)權利要求2所述的一種高溫焙燒產品梯級冷卻余熱鍋爐，其特征在于：所述氮氣發(fā)生器為制氮機，生成的高壓氮氣進入氮氣管路。

6.根據(jù)權利要求5所述的一種高溫焙燒產品梯級冷卻余熱鍋爐，其特征在于：所述加壓風機的進口與電磁閥出口相連接，用于將氮氣輸送到氮氣管路中；氮氣管路還包括連接制氮機、加壓風機、流化床換熱器、旋風分離器、尾部煙道的尾部受熱面和布袋除塵器的管道，用于輸送氮氣；管道連接處或曲折處設置有金屬補償器；且管道上設置有支架；制氮機的出口處、加壓風機的出口處、各布風板入口處、流化床換熱器頂部出口與加壓風機入口間設置的用于氮氣回收的管路入口處均設置有管道閥門；氮氣管路外部設有保溫層，且在制氮機出口處、加壓風機出口處、各布風管入口處、各氮氣回收管路入口處均安裝有溫度傳感器和壓力傳感器；

7.根據(jù)權利要求2所述的一種高溫焙燒產品梯級冷卻余熱鍋爐，其特征在于：所述流化床換熱器的給料溫度為500-600℃，出料溫度為120-200℃；高溫焙燒物料的粒度為-200目占65％～90％，旋風分離器返回流化床換熱器內的物料粒度為-400目不低于80％；

技術總結
本技術涉及一種高溫焙燒產品梯級冷卻余熱鍋爐，包括流化床換熱器，頂部與氮氣循環(huán)系統(tǒng)或水蒸氣循環(huán)系統(tǒng)的旋風分離器的入口相連接，旋風分離器與尾部煙道、流化床換熱器相連接；尾部煙道與氮氣循環(huán)系統(tǒng)或水蒸氣循環(huán)系統(tǒng)一端相連接，另一端與流化床換熱器底部連接構成循環(huán)；氮氣循環(huán)系統(tǒng)或水蒸氣循環(huán)系統(tǒng)還包括加壓風機和布袋除塵器，加壓風機出口與流化床換熱器底部的流化風裝置相連，閉環(huán)循環(huán)；流化床換熱器、汽包、除氧器與排污系統(tǒng)連接，汽包、除氧器與加藥裝置連接，除氧器與汽包相連，汽包與流化床換熱器連接，流化床換熱器的頂部出口與汽包連接。本技術采用氮氣或水蒸氣作為循環(huán)介質，能夠實現(xiàn)高溫焙燒產品的無氧化冷卻和余熱回收。

技術研發(fā)人員：靳建平,張強,孫永升,李艷軍,韓躍新,高鵬,王明星
受保護的技術使用者：東北大學
技術研發(fā)日：20240423
技術公布日：2024/12/12