一种逆流式星形辊换热器高温渣余热利用系统的制作方法

本实用新型涉及一种逆流式星形辊换热器高温渣余热利用系统，属于化工余热利用技术领域。

背景技术：

火力发电厂锅炉、炼铁高炉、硅热法还原金属镁、铝热法还原金属钙等冶金、能源行业排放的高温渣、还原渣等，最高温度可达1600℃，携带了大量的显热，如果不对该余热进行回收利用或回收利用不当，会造成能源的极度浪费。以硅热法还原金属镁为例，每生产1吨金属镁，大约产生5.5吨还原镁渣，还原镁渣离开还原罐时温度约1200℃左右。江西理工大学陈金清教授等计算，在1200~25℃这个温度区间，还原镁渣的比热容为871j/kg*℃左右，即，每生产1吨金属镁所产生的还原镁渣，从1200℃冷却到25℃，所释放的显热相当于燃烧约192.5kg标煤所释放的热量。我国目前硅热法炼镁年产按90万吨计算，还原镁渣余热利用回收率按60%计算，回收利用的余热相当于约10.5万吨标煤燃烧释放的热量，同时减少了二氧化碳、二氧化硫、粉尘等有害物质的排放，既有着巨大的经济价值，又有着很大的社会和环保价值。

目前行业内对于还原镁渣的处理，一种是通过冷渣机，利用冷却水对热的还原镁渣进行喷淋冷却，同时产生少量的热水与水蒸气。其缺点在于，冷渣机属于半开放运动式系统，难以实现系统的密封，热水分离、水蒸气的收集难以实现，且可利用价值不高。另一种是通过余热锅炉，缺点是该设备为静态传热，传热效率低、处理能力有限。第三种是列管式换热器，利用重力使还原镁渣自上而下的下落，在下落过程中通过列管式换热器，加热换热器中的工质水，缺点是由于还原镁渣的导热性较差，当列管间距较大时，导热程大、热利用率低，而当列管间距较小时，渣的流动性差，容易“噎住”，另外高温还原渣有一定的粘结性，长时间运行后，容易出现渍管但难以清理。

对于火力发电厂高温渣，目前常见的处理方式，一种是通过循环冷却水冷却渣，循环水将渣余热带入冷却塔排入大气，虽然解决了渣快速冷却的问题，但是，渣热量没能有效利用，影响锅炉热效率，而且循环水的争锋也造成水资源在一定程度上的浪费，同时对环境也造成热污染。第二种是采用流化床冷渣器，通过流化介质（空气或低温烟气）对高温渣进行冷却后，低温渣排入除渣系统，受热的流化介质携带少量细颗粒由回风管送回炉膛。

技术实现要素：

本实用新型克服上述现有技术的不足，提供了一种逆流式星形辊换热器高温渣余热利用系统，本系统高温渣导热系数高、热交换速度快，能够对粉状高温废渣所携带的显热进行回收，既能提高能源利用效率，又可以减少热污染。

本实用新型采用以下技术方案实现：

一种逆流式星形辊换热器高温渣余热利用系统，包括高温渣仓、星形辊式换热系统、冷渣处理系统和工质循环系统，所述高温渣仓下方设置喂渣口，所述喂渣口连接星型辊式换热系统，所述星型辊式换热系统包括多台相互串联的星型辊式换热器，最后一道所述星型辊式换热器的出渣口连接冷渣处理系统，所述星型辊式换热器的换热工质连接工质循环系统；

所述高温渣仓通过耐火材料砌筑而成；

所述星型辊式换热器包括中空的星型辊、水套、轴承机构、传动机构、旋转接头、进渣口和出渣口，所述水套为筒形双层中空结构，包括水套外壳和水套内壁，水套内壁材质为导热耐腐蚀材料，所述水套外壳与水套内壁之间为换热工质空间，内部设置换热工质，所述换热工质空间连接工质循环系统；水套换热工质空间设置工质进口和工质出口，所述水套上端设有进渣口，下端设有出渣口；

所述水套的中空内腔内设置星型辊，所述星型辊为中空结构，外壁上设置若干互相平行的换热叶片，所述星形辊两端设置中空轴，所述中空轴上设置轴承机构和旋转接头，所述中空轴的中空内腔与所述星型辊的中空内腔相连通，所述中空轴通过旋转接头与工质循环系统连接；所述星形辊通过两端的中空轴上的轴承机构与水套连接并支撑；

所述星型辊式换热系统中上一道星型辊式换热器的出渣口连接下一道星型辊式换热器的进渣口，所述进渣口中轴线与所述星型辊中轴线不在同一直线上，存在偏心距d；

所述冷渣处理系统包括冷渣仓和设置于冷渣仓内的除尘喷嘴，所述除尘喷嘴环绕设置于冷渣仓的冷渣入口周围，所述除尘喷嘴通过供水管连接除尘液储罐；

所述工质循环系统包括储水箱、高压循环水泵、进入星形辊式换热器的供水管道、连接星形辊式换热器工质出口到用热单位的供热管道、用热单位、冷却水回流管道和补水管道，所述储水箱的出水通过汲水管连接高压循环水泵，所述高压循环水泵通过供水管道连接最下道星型辊式换热器的水套换热工质空间和星型辊的中空内腔，所述最上道星型辊式换热器的水套换热工质空间工质出口和星型辊的中空内腔通过供热管道连接用热单位，所述用热单位用完的冷却水通过冷却水回流管道连接储水箱。

所述星型辊式换热系统中上一道星型辊式换热器的出渣口连接下一道星型辊式换热器的进渣口，所述星型辊式换热系统中下一道星型辊式换热器的工质出口连接上一道星型辊式换热器的工质进口；

所述耐火材料包括但不限于高铝耐火砖、轻质保温耐火砖。

所述偏心距d与水套内壁半径r4形成比例关系：偏心率e，e=d/r4，所述偏心率e范围为“0＜e＜1”之间。

所述储水箱还设置有补水管。

所述各个管道和进出口均设置阀门。

所述工质循环系统内的换热工质为水，但不限于水。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型克服了高温渣导热系数低、热交换速度慢等缺点。适用但不限于热还原法制备镁、钙、钠、铁以及其他工业生产过程中的渣、还原渣以及发电厂锅炉渣等粉状高温废渣所携带的显热进行回收，既能提高能源利用效率，又可以减少热污染。

附图说明

图1为本实用新型逆流式换热高温渣余热利用工艺路线图。

图2为本实用新型逆流式换热高温渣余热利用系统结构示意图。

图3为本实用新型星形辊式换热器结构示意图。

图4为图3的a-a向剖面图。

图5为本实用新型偏心距d示意图。

图中，星型辊1、水套2、轴承机构3、旋转接头5、进渣口6、出渣口7、换热空间9、传动方向10、换热叶片11、中空轴12、高温渣仓13、喂渣口14、齿轮15、星型辊式换热器16、冷渣仓17、除尘喷嘴18、冷渣入口19、供水管20、水套外壳21、水套内壁22、对接法兰23、密封圈槽24、储水箱25、高压循环水泵26、汲水管27、供水管道28、供热管道29、用热单位30、冷却水回流管道31、补水管道32。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本实用新型做进一步说明：

一种逆流式星形辊换热器高温渣余热利用系统，包括高温渣仓13、星形辊式换热系统、冷渣处理系统和工质循环系统，所述高温渣仓下方设置喂渣口14，所述喂渣口连接星型辊式换热系统，所述星型辊式换热系统包括多台相互串联的星型辊式换热器16，最后一道所述星型辊式换热器的出渣口连接冷渣处理系统，所述星型辊式换热器的换热工质连接工质循环系统；

所述高温渣仓13通过耐火材料砌筑而成；

所述星型辊式换热器包括中空的星型辊1、水套2、轴承机构3、旋转接头5、进渣口6和出渣口7，所述水套为筒形双层中空结构，包括水套外壳21和水套内壁22，水套内壁材质为导热耐腐蚀材料，所述水套外壳与水套内壁之间为换热工质空间，内部设置换热工质，所述换热工质空间连接工质循环系统；

所述水套上端设有进渣口6，下端设有出渣口7，所述水套外壳22的进渣口和出渣口位置设置有对接法兰23，所述水套内壁的进渣口和出渣口位置设置有密封圈槽24；

所述水套通过对接法兰23连接高温渣装置，所述水套上的密封圈槽24通过连接密封圈将水套内壁与高温渣装置完全隔绝密封，防止换热工质渗入水套与星型辊之间的换热空间内。

所述水套的中空内腔内设置星型辊1，所述星型辊1为中空结构，外壁上设置若干互相平行的换热叶片11，所述星形辊两端设置中空轴12，所述中空轴上设置轴承机构3和旋转接头5，所述中空轴12通过旋转接头5与换热工质管道连接，所述星形辊1通过两端的中空轴12上的轴承机构3与水套2连接并支撑；所述中空轴的中空内腔与所述星型辊的中空内腔相连通，所述星型辊中空内腔结构中设置换热工质。所述中空轴通过旋转接头与工质循环系统连接；

所述星型辊1一端中空轴上设置齿轮15，所述齿轮15连接传动机构，所述传动机构包括传动齿轮和给传动齿轮提供动力的电机；图3中旋转箭头10所示为传动机构带动星型辊转动的传动方向。

所述换热叶片11的轴线方向与所述星型辊1的轴线方向一致。

所述水套内壁22材料选择钢铁、铜及其合金、铝及其合金中的一种。

所述星型辊式换热系统中上一道星型辊式换热器的出渣口连接下一道星型辊式换热器的进渣口，所述星型辊式换热系统中下一道星型辊式换热器的工质出口连接上一道星型辊式换热器的工质进口；

所述冷渣处理系统包括冷渣仓17和设置于冷渣仓内的除尘喷嘴18，所述除尘喷嘴环绕设置于冷渣仓的冷渣入口19周围，所述除尘喷嘴18通过供水管20连接除尘液储罐；

所述工质循环系统包括储水箱25、高压循环水泵26、进入星形辊式换热器16的供水管道28、连接星形辊式换热器工质出口到用热单位的供热管道29、用热单位30、冷却水回流管道31和补水管道32，所述储水箱25的出水通过汲水管27连接高压循环水泵26，所述高压循环水泵26通过供水管道28连接最下道星型辊式换热器的水套换热工质空间和星型辊的中空内腔，所述最上道星型辊式换热器的水套换热工质空间工质出口和星型辊的中空内腔通过供热管道29连接用热单位30，所述用热单位30用完的冷却水通过冷却水回流管道31连接储水箱25。所述储水箱25还设置有补水管32。

每一套所述工质循环系统可以对应供给一到多套星型辊式换热系统的换热工质，如图2所示为一套工质循环系统供给两套星型辊式换热系统的换热工质。

所述耐火材料包括但不限于高铝耐火砖、轻质保温耐火砖等耐火材料。使用这些保温良好的耐火材料砌筑而成，既不因仓内渣的高温而失效，又可以防止仓内高温渣所携带显热的流失。其作用在于，储存从渣源运输来的高温渣，保障整个系统工作的可持续性。

所述各个管道和进出口均设置阀门等零部件。

所述工质循环系统内的换热工质为水，但不限于水。

实际生产中，使用逆流式星形辊换热器高温渣余热系统进行余热利用方法，包括：高温渣流程与工质循环流程，所述高温渣的传输方向与工质的受热过程传输方向相反；

高温渣流程包括：从高温渣仓喂渣口出来的高温渣，从上到下经过多道星形辊式换热器换热后，进入冷渣处理环节；

所述高温渣在星型辊式换热系统中，从上到下第一道星形辊式换热器，高温渣进入第一道星形辊式换热器换热空间内，高温渣受星形辊转动的带动，运动到出渣口位置，下落到第二道次星形辊换热器的进渣口，所述第一道星形辊式换热器对高温渣进行打散、搅拌，使第一道次星形辊换热器换热过程中未冷却的内层高温渣重新分配，在第二道次星形辊换热器中进行冷却，依此类推，直到经过该星型辊式换热系统的最后一道次星形辊式换热器冷却，从其出渣口脱离后进入底部冷渣处理系统。

星型辊式换热器内的换热过程为：水套固定不动，随着星形辊的转动，持续有换热叶片旋转移动到进渣口位置，上述形成换热空间9并分切进渣口进入的高温渣，执行换热过程。上述换热空间随着星形辊的转动而移动，当移动到出渣口位置，上述换热空间失去水套内壁的约束，该换热空间中经过冷却的高温渣脱离换热空间离开该换热空间，换热过程结束。经过出渣口后的相邻两道换热叶片，在出渣口脱渣后，继续转动，与水套内壁形成无渣状态的空间，直到旋转移动到进渣口位置，接受新进的高温渣，重复所述的换热过程。多道次间高温渣受跌落及换热器形状等因素作用，可以实现高温渣的搅拌与再分配，从而使换热空间中内层由于导热性差而未能冷却的高温渣再分配到外层，在下一道次换热器中进行换热冷却。

所述进渣口中轴线与所述星型辊中轴线不在同一直线上，存在偏心距d；所述偏心距d与水套内壁半径r4形成比例关系：偏心率e，e=d/r4，所述偏心率e范围为“0＜e＜1”之间。具有的优点是：

1）防止e=0时可能存在的高温渣压力过大塞死换热器现象；

2）减少星形辊转动过程中的动力消耗，如果偏心率与渣的流量、密度匹配合适，可以实现无动力转动，传动机构仅作为辅助动力及安全保障，有效节约能源及生产成本。

工质循环流程包括：冷态工质，从下到上经过多道星形辊式换热器换热后，进入用热单位进行热态工质供热后，在用热单位降温的冷态工质进行回收。

高压循环水泵从储水箱将工质通过供水管道泵送进入星形辊式换热器链最后一道次星形辊式换热器的水套及中控轴腔，依次经过倒数第二道次、第三道次……直至第一道次星形辊换热器的出水口，形成水蒸气或热水，输送到用热单位。在用热单位做功完成冷凝/冷却的工质回流到储水箱，进入下一循环。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。