一种高炉炉顶设备用冷却及加热装置的制作方法

1.本实用新型属于高炉冷却与加热设备技术领域，涉及一种高炉炉顶设备用冷却及加热装置。


背景技术：

2.高炉炉顶布料器是无料钟装料设备中最靠近高炉本体的核心设备，为保证设备的正常运行，布料器需要通入密封氮气，以防止高炉内含尘煤气窜入；同时，通入的氮气还需具备冷却的作用，以维持布料器内适宜的工作温度；下阀箱位于布料器上方，一旦炉顶温度异常升高，同样需要通入氮气对下阀箱进行冷却。
3.布料器密封及冷却、下阀箱事故冷却一般采用的是常温氮气气源，通入炉顶设备后直接进入高炉内，不能回收。布料器及下阀箱在正常炉况下氮气消耗量约为800～1200nm3/h，事故状态下在2000nm3/h以上，特别是夏季，管道暴晒，氮气温度较高，导致换热效率低，不得不通入更多的氮气对设备进行冷却，运行成本居高不下。
4.同时炉顶设备中上、下密封阀阀座结露后易粘结灰尘，影响密封效果，因此，一般检测到阀座温度低于90℃，就要通入蒸汽对阀座进行加热，由此需要消耗约0.5t/h的蒸汽，同时，蒸汽本身容易析出水，导致管道腐蚀，增加维护成本。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的在于解决气源温度高，冷却系统换热效率低，运行成本高的问题，提供一种高炉炉顶设备用冷却及加热装置。
6.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高炉炉顶设备用冷却及加热装置，包括与下阀箱连接的下阀箱事故冷却系统、与布料器连接的布料器密封及冷却系统，还包括涡流管；所述涡流管设有涡流管进气口、涡流管冷气出口；所述涡流管冷气出口分别与布料器密封及冷却系统、下阀箱事故冷却系统连接。
7.本基础方案的原理在于：涡流管是一种能量分离装置，工作时高压气体由进气管进入喷嘴，在涡流室内形成高速旋转的气流，最后产生能量分离，形成冷、热两股气流，其中的冷气流温度较低，接入布料器密封及冷却系统与下阀箱事故冷却系统中。
8.本基础方案的有益效果在于：利用涡流管的能量分离作用，将气源分为冷、热两股气流，其中的冷气流温度较低，接入布料器密封及冷却系统、下阀箱事故冷却系统，对布料器和下阀箱进行冷却；进入冷却系统的气流温度更低，冷却效果更好。
9.进一步，还包括换热器；所述换热器设有换热器进气口、换热器出气口；所述涡流管还设有涡流管热气出口；所述涡流管热气出口与换热器进气口连接；所述换热器出气口分别与布料器密封及冷却系统、下阀箱事故冷却系统连接，有益效果：增加换热器，将涡流管道分离出的热气流通过换热器降温，而后通入冷却系统，气源再利用，降低使用成本。
10.进一步，所述涡流管冷气出口与布料器密封及冷却系统、下阀箱事故冷却系统之间设有混合气管；所述涡流管冷气出口与混合气管之间通过涡流管冷端出气管连接；所述
换热器出气口与混合气管之间通过换热器出气管连接；所述涡流管热气出口与换热器进气口之间通过涡流管热端出气管连接，有益效果：将涡流管产生的冷气与换热器产生的冷气在混合气管中混合，得到的气流温度比常温气源更低，并接入涡流管冷气出口与布料器密封及冷却系统、下阀箱事故冷却系统中，换热效率更高。
11.进一步，所述涡流管冷端出气管与换热器出气管上均设有流量阀，有益效果：根据设备温度情况，调节流量阀，控制气流流量，进而调整冷却效果。
12.进一步，所述涡流管热气出口与换热器之间设有换热器切断阀；所述换热器切断阀一端与涡流管热端出气管连接，另一端与换热器进气口连接，有益效果：通过换热器切断阀控制涡流管产生的热气流流向。
13.进一步，还包括密封阀阀座加热系统；所述密封阀阀座加热系统设于涡流管热气出口与换热器之间，并与换热器切断阀并联布置，有益效果：将涡流管分离出的热气流用于加热密封阀阀座，充分利用气流热能，采用热气流替代蒸汽，管道使用寿命得到提高。
14.进一步，所述密封阀阀座加热系统与换热器之间设有止回阀，有益效果：防止气体逆流。
15.进一步，所述涡流管热气出口与密封阀阀座加热系统之间设有加热系统切断阀，有益效果：通过加热系统切断阀控制气体是否流向密封阀阀座加热系统。
16.进一步，所述涡流管冷端出气管、涡流管热端出气管、换热器出气管、混合气管上均设有温度检测装置、压力检测装置；所述混合气管上还设有流量检测装置，有益效果：设置温度检测装置、压力检测装置、流量检测装置，便于监控装置状态。
17.本实用新型的有益效果在于：利用涡流管的能量分离原理，将气源分为冷、热两股气流，将涡流管分离出的热气流替代蒸汽，用于加热密封阀阀座，充分利用气流热能，管道使用寿命得到提高；而热气流通过换热器进行冷却，最终形成两股冷气流，混合后同时接入布料器密封及冷却系统、下阀箱事故冷却系统，对布料器和下阀箱进行冷却；同样体积的气源，冷却效率更高，从而减少了气源的用量，降低了成本。
18.本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
19.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
20.图1为本实用新型实施例结构示意图；
21.附图标记：1
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氮气气源；2
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涡流管；3
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换热器；4
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流量阀；5
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加热系统切断阀；6
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换热器切断阀；7
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布料器密封及冷却系统；8
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下阀箱事故冷却系统；9
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密封阀阀座加热系统；10
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止回阀；11
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涡流管冷端出气管；12
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涡流管热端出气管；13
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换热器进气管；14
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加热系统进气管；15
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加热系统出气管；16
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换热器出气管；17
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混合气管；18
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冷水进水管；19
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冷水回水管；20
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布料器；21
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下阀箱；22
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流量检测装置；23
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温度检测装置；24
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压力检测装置；201
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涡流管进气口；202
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涡流管冷气出口；203
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涡流管热气出口；301
‑
换热器进气口；302
‑
换热
器出气口。
具体实施方式
22.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
23.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
24.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
25.请参阅图1，为一种高炉炉顶设备用冷却及加热装置，包括与下阀箱21相连的下阀箱事故冷却系统8、与布料器20相连的布料器密封及冷却系统7，还包括涡流管2、换热器3；其中涡流管2设置有涡流管进气口201、涡流管冷气出口202、涡流管热气出口203；涡流管进气口201与氮气气源1连接；换热器3设置有换热器进气口301、换热器出气口302；涡流管热气出口203与换热器3之间安装有换热器切断阀6；涡流管热气出口203与涡流管热端出气管12连接；换热器切断阀6一端与涡流管热端出气管12连接，另一端通过换热器进气管13与换热器进气口301连接；混合气管17与布料器密封及冷却系统7、下阀箱事故冷却系统8连接；涡流管冷气出口202与混合气管17之间通过涡流管冷端出气管11连接；换热器出气口302与混合气管17之间通过换热器出气管16连接；涡流管冷端出气管11与换热器出气管16上均安装有流量阀4。
26.本实施例中，还设置有密封阀阀座加热系统9，密封阀阀座加热系统9安装在涡流管热气出口203与换热器进气口301之间，密封阀阀座加热系统9与换热器切断阀6并联布置；密封阀阀座加热系统9与上、下密封阀阀座连接；密封阀阀座加热系统9与涡流管热端出气管12之间安装有加热系统进气管14，加热系统进气管14上安装有加热系统切断阀5，密封阀阀座加热系统9与换热器进气管13之间安装有加热系统出气管15，加热系统出气管15上安装有止回阀10。
27.本实施例中，换热器3冷水由高炉净环水接至冷水进水管18，回水经冷水回水管19接至高炉净环水回水管。
28.本实施例中，涡流管冷端出气管11、涡流管热端出气管12、换热器出气管16、混合气管17上均安装有温度检测装置23、压力检测装置24；混合气管17上还安装有流量检测装
置22。
29.本实施例中，涡流管2分离出的热氮气流向分以下两种：
30.第一种，当上、下密封阀阀座高于90℃时，密封阀阀座加热系统9无需加热，换热器切断阀6打开，加热系统切断阀5关闭；氮气经涡流管2分离成冷氮气与热氮气，冷氮气经涡流管冷端出气管11流入混合气管17；热氮气经涡流管热端出气管12、换热器切断阀6进入换热器3进行热交换，而后经换热器出气管16与混合气管17中冷氮气混合，而后分别进入布料器密封及冷却系统7、下阀箱事故冷却系统8，供布料器20和下阀箱21使用。
31.第二种，当上、下密封阀阀座低于90℃时，密封阀阀座加热系统9需要加热，换热器切断阀6关闭，加热系统切断阀5打开：氮气经涡流管2分离成冷氮气与热氮气，冷氮气经涡流管冷端出气管11流入混合气管17；热氮气经涡流管热端出气管12、加热系统切断阀5进入密封阀阀座加热系统9，给密封阀阀座加热系统9提供热能，而后经加热系统出气管15、止回阀10，进入换热器进气管13，与换热器3热交换后，再经换热器出气管16与混合气管17中冷氮气混合后，经混合气管17分别进入布料器密封及冷却系统7、下阀箱事故冷却系统8，供布料器20和下阀箱21使用。
32.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。