一种焙砂冷却换热余热回收系统及其方法与流程

本技术属于动力工程及工程热物理，具体涉及一种焙砂冷却换热余热回收系统及其方法。

背景技术：

1、在有色冶金、硫酸焙烧、氧化焙烧及矿物热处理等工业生产过程中，会连续产生大量高温焙砂。高温焙砂通常具有温度高、颗粒密度大、含热量高及易烧结等特点，为保证后续输送、储存及工艺处理的稳定运行，需要对焙砂进行冷却处理。目前，焙砂冷却工艺广泛应用于铜冶炼、锌冶炼、硫铁矿制酸及多种矿物焙烧工艺中。

2、现有技术中，高温焙砂冷却方式主要包括自然冷却、开式风冷及开式水冷等方式。其中，自然冷却主要依靠焙砂与环境空气进行热交换，存在冷却时间长、占地面积大及热量散失严重的问题；开式风冷方式通过空气与焙砂直接接触实现冷却，虽然能够提高冷却效率，但会导致大量高温烟气外逸，不仅造成热能损失，还容易引起粉尘扩散和环境污染；开式水冷方式则通过冷却水直接或间接带走焙砂热量，具有一定的冷却效果，但冷却过程中通常存在冷却水消耗量大、热量无法有效回收以及运行成本较高的问题。

3、此外，现有焙砂冷却设备在实际运行过程中还存在以下问题：高温焙砂在冷却过程中容易因温度下降而产生粘结、烧结及架桥现象，尤其是在换热管束间隙较小的情况下，焙砂容易在局部区域形成大块结团，进而堵塞物料流道，影响设备连续稳定运行；同时，传统换热器内部换热管排列较为紧密，虽然能够提高单位体积换热面积，但也进一步加剧了焙砂堵塞问题。

4、另一方面，现有焙砂冷却系统的进料口通常采用普通法兰或刚性连接结构，在高温工况下容易因热膨胀及设备振动产生缝隙，导致外界冷空气进入系统内部。一方面，漏风会降低系统整体热效率，增加热量损失；另一方面，空气进入后还可能影响焙砂冷却过程中的热平衡状态，不利于余热稳定回收。

5、同时，传统焙砂冷却系统中，焙砂排料多采用单一卸料结构，焙砂在设备内部整体同步下沉，容易形成静态料层，使局部粘结结构难以被破坏，进而造成物料结块堆积，影响排料稳定性和换热效果。

6、另外，现有冷却系统回收的热量通常未得到进一步利用，大多数仅通过冷却塔或循环冷却水系统将热量排放至环境中，未能与余热锅炉或蒸汽系统形成有效耦合，导致大量可利用热能浪费，同时增加了循环冷却水系统负荷及运行能耗。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的焙砂冷却过程中热量利用率低、冷却水耗量大、焙砂易粘结堵塞以及系统漏风漏热严重等问题，本技术提供一种焙砂冷却换热余热回收系统及其方法，通过将高温焙砂与换热水进行间接换热，实现焙砂冷却与余热回收一体化，同时利用宽间距换热管束结构及波浪式卸料结构，有效防止焙砂冷却过程中的粘结和堵塞，并将回收热量用于余热锅炉补给水加热，提高余热锅炉蒸汽产量，从而降低系统能耗及冷却水消耗。

2、为了解决技术问题，本技术的技术方案是：一种焙砂冷却换热余热回收系统，包括焙砂换热器、焙砂进料组件、换热水循环组件、卸料组件、余热锅炉系统和输送组件；

3、所述焙砂换热器内部设置有换热管束，换热管束内部用于通入换热水，换热管束外部用于通入高温焙砂；所焙砂换热器顶部设置有焙砂进口，底部设置有焙砂出口，高温焙砂由焙砂进口进入焙砂换热器后，在重力作用下向下流动，并与换热管束内部流动的换热水进行间接换热；

4、所述焙砂进料组件与焙砂换热器顶部的焙砂进口相连通；

5、所述换热水循环组件与焙砂换热器的换热管束相连通，用于通入换热水；

6、所述卸料组件与焙砂换热器底部的焙砂出口相连通，卸料组件包括多个星型卸灰阀，多个星型卸灰阀交替运行以使焙砂料层形成波浪式下沉运动；

7、所述余热锅炉系统与焙砂换热器相连通，焙砂换热器换热后的高温水进入余热锅炉系统；

8、所述输送组件设置于卸料组件下方，用于输送冷却后的焙砂。

9、优选的，所述焙砂换热器整体采用立式结构布置，焙砂换热器内部设置有多层换热管束，并划分为高温换热段和低温换热段，高温换热段布置于焙砂换热器上部区域，主要用于回收高温焙砂的大部分显热；低温换热段布置于焙砂换热器下部区域，用于进一步回收焙砂剩余热量。

10、优选的，所述换热管束采用多层水平排列结构，且换热管束之间采用宽间距d布置，焙砂在宽间距d之间的粘结力小于焙砂自身的重力。

11、优选的，所述焙砂进料组件包括进料套管、承插连接结构和找平钢板，所述进料套管底部连接找平钢板，找平钢板安装在焙砂进口处，进料套管中套装有承插连接结构，承插连接结构底部与找平钢板固定，承插连接结构连接焙烧炉排料出口，焙烧炉排料出口输送焙烧炉产生的高温焙砂，高温焙砂经承插连接结构进入焙砂换热器顶部。

12、优选的，所述承插连接结构在承口与插口之间设置柔性耐火密封材料，柔性耐火密封材料为耐火纤维密封材料、柔性耐火浇注料或耐火陶瓷纤维材料。

13、优选的，所述换热水循环组件包括软水箱、循环水泵、除氧器和循环管路，软水箱通过循环管路连接循环水泵，循环水泵通过循环管路连接焙砂换热器的换热水进口，软水箱的换热水经过循环水泵加压后通过焙砂换热器的换热水进口进入换热管束的低温换热段，与低温换热段外部流动的焙砂进行间接换热，低温换热段的换热水通过循环管路进入除氧器，除氧器除氧后将换热水通过循环水泵输入换热管束的高温换热段，与高温换热段外部流动的高温焙砂进行间接换热，焙砂换热器的换热水出口通过循环管路连接余热锅炉系统。

14、优选的，所述软水箱连接低温的循环水泵，除氧器连接高温的循环水泵。

15、优选的，所述卸料组件包括四个星型卸灰阀，四个星型卸灰阀设置于焙砂换热器底部，并按照预设时序交替运行，以形成焙砂料层的波浪式下沉运动。

16、优选的，所述输送组件为输送机，输送机设置于卸料组件下方，冷却后的焙砂经星型卸灰阀排出后进入输送机，并通过输送机输出。

17、优选的，一种焙砂冷却换热余热回收方法，包括如下步骤：

18、步骤1：利用权利要求1~9任一项所述的一种焙砂冷却换热余热回收系统进行余热回收，焙烧炉排料出口输送焙烧炉产生的高温焙砂，通过焙砂进料组件进入焙砂换热器顶部；

19、步骤2：高温焙砂在重力作用下向下流动，并依次经过换热管束的高温换热段和低温换热段；

20、步骤3：换热水通过换热水循环组件进入焙砂换热器内部，与换热管束外部流动的高温焙砂进行间接换热；

21、步骤4：多个星型卸灰阀采用交替运行模式，使焙砂料层形成波浪式下沉运动，以破坏焙砂粘结结构；所述交替运行模式包括两种工况，第一种工况为：基数编号的星型卸灰阀全部开启，偶数编号的星型卸灰阀全部关闭；第二种工况为：基数编号的星型卸灰阀全部关闭，偶数编号的星型卸灰阀全部开启，两种工况交替运行，交替时间为2~10s；

22、步骤5：换热后的高温水进入和余热锅炉系统，用于余热锅炉系统补水；

23、步骤6：冷却后的焙砂经卸料组件排出，并通过输送组件输出。

24、与现有技术相比，本技术的优点在于：

25、（1）本技术焙砂冷却换热余热回收系统通过将高温焙砂与换热水进行间接换热，实现了焙砂冷却与余热回收一体化，摒弃了传统开式风冷及开式水冷方式中热量直接散失的工艺形式，可显著提高焙砂余热利用效率，降低系统能耗及冷却水消耗；

26、（2）本技术采用承插连接结构结合柔性耐火密封材料封堵，可有效降低系统运行过程中的漏风及漏热，提高系统整体热效率；

27、（3）本技术采用宽间距换热管束结构，焙砂在宽间距d之间的粘结力小于焙砂自身的重力，并结合多个星型卸灰阀交替运行形成波浪式料层下沉运动，可持续破坏焙砂冷却过程中的粘结结构，有效避免焙砂架桥、结块及堵塞问题，提高设备运行稳定性；

28、（4）本技术将焙砂换热后的高温水直接作为余热锅炉系统的补给水，可提高余热锅炉蒸汽产量，实现焙砂显热的梯级利用，从而降低余热锅炉补水加热负荷，提高系统整体能源利用率。