高温炉渣利用系统.pdf

本发明涉及一种高温炉渣利用系统，包括螺旋自转式的风炉，用于将来自矿物燃烧炉的高温炉渣与空气进行换热；蒸汽蒸发器组，用于利用风炉输出的高温空气将水转换为高温热蒸汽；高压储气罐，用于存储蒸汽蒸发器组输出的高温热蒸汽；汽轮发电机，与高压储气罐相连并发电，最后通过并网控制电路装置实现并网。本发明实现了将高温炉渣余热转换为电能并实现了并网，从而有效利用了高温炉渣的余热，能大幅降低磷、铁、铝、铜等资源生产的耗能，具有很好的经济效益和社会效益。

1、  一种高温炉渣利用系统，其特征在于包括：
螺旋自转式的风炉(2)，用于将来自矿物燃烧炉(10)的高温炉渣与空气进行换热；
蒸汽蒸发器组(5)，用于利用风炉(2)输出的高温空气将水转换为高温热蒸汽；
高压储气罐(4)，用于存储蒸汽蒸发器组(5)输出的高温热蒸汽；
汽轮发电机(9)，与高压储气罐(4)相连并发电，最后通过并网控制电路装置实现并网。

2、  根据权利要求1所述的高温炉渣利用系统，其特征在于：所述风炉(2)的内壁上设有耐高温材料的螺纹，以在风炉(2)绕其中心轴自转时，将风炉(2)一端的进料口(2-1)的高温炉渣送至风炉(2)另一端的出料口(2-9)。

3、  根据权利要求2所述的高温炉渣利用系统，其特征在于：所述风炉(2)包括设于炉体外壁的至少2个齿条(2-4)、由同步调速电机(2-6)驱动的与各齿条(2-4)相啮合以驱动所述风炉(2)自转的齿轮(2-5)、以及对称设于炉体下方的用于支撑风炉(2)的至少两对承压轮(2-8)。

4、  根据权利要求2或3所述的高温炉渣利用系统，其特征在于：所述高温炉渣从矿物燃烧炉(10)流出经用于沉淀金属矿(1-1)的沉淀池(1)后，流至风炉(2)的进料口(2-1)。

5、  根据权利要求2或3所述的高温炉渣利用系统，其特征在于：所述风炉(2)的出料口(2-9)下方设有螺旋滚筒式的出渣机(3)，出渣机(3)的两端分别设有与所述出料口(2-9)相对的开口向上的入渣口(3-1)和开口向下的出渣口(3-2)，出渣机(3)内设有用于使炉渣向出渣口(3-2)作翻滚式位移的由电机驱动的螺旋杆(3-3)；在邻近入渣口(3-1)的一端所述出渣机(3)与所述蒸汽蒸发器组(5)的出气口相连，出渣机(3)的另一端具有用于连接有矿物预热干燥房(13)的出气口；在出渣机(3)向矿物预热干燥房(13)通干燥用的热气时，出渣机(3)的入渣口(3-1)和出渣口(3-2)闭合。

6、  根据权利要求1所述的高温炉渣利用系统，其特征在于：所述蒸汽蒸发器组(5)包括依次串联的第一级蒸汽蒸发器(5-1)、第二级蒸汽蒸发器(5-2)和第三级蒸汽蒸发器(5-3)；第一级蒸汽蒸发器(5-1)的底部设有燃烧室(5-4)，燃烧室(5-4)的底部与用于输送由矿物燃烧炉(10)排放的可燃气体的管路相连；燃烧室(5-4)的一侧为蒸汽蒸发器组(5)的高温空气入口，与用于输送来自风炉(2)的高温空气的管路相连。

7、  根据权利要求6所述的高温炉渣利用系统，其特征在于：所述第一级蒸汽蒸发器(5-1)的出气口接第二级蒸汽蒸发器(5-2)的入气口，第二级蒸汽蒸发器(5-2)的出气口接第三级蒸汽蒸发器(5-3)的入气口，第三级蒸汽蒸发器(5-3)的出气口即为所述蒸汽蒸发器组(5)的出气口；第三级蒸汽蒸发器(5-3)的出气口串接有引风机(8)；
第三级蒸汽蒸发器(5-3)的入水口与用于预热软水的热水塔(21)相连；第三级蒸汽蒸发器(5-3)的出水口与第二级蒸汽蒸发器(5-2)的入水口相连，第二级蒸汽蒸发器(5-2)的出水口与第一级蒸汽蒸发器(5-1)的入水口相连，第一级蒸汽蒸发器(5-1)的高压蒸汽出口接输送高压储气罐(4)；
热水塔(21)的热气输入端与汽轮发电机(9)的废气出口相连。

8、  根据权利要求3所述的高温炉渣利用系统，其特征在于：所述风炉(2)与蒸汽蒸发器组(5)之间的气管上和/或所述蒸汽蒸发器组(5)的出气口设有至少一个引风机(8)；
所述风炉(2)内设有多个温度传感器，温度传感器与PLC相连；PLC经电机驱动控制电路与所述引风机(8)相连；
当所述风炉(2)内的温度高于预设高温值时，PLC经电机驱动控制电路控制所述引风机(8)减速运转，和/或减少运转状态下的引风机(8)的个数；
当所述风炉(2)内的温度低于预设低温值时，PLC经电机驱动控制电路控制所述引风机(8)加速运转，和/或增加运转状态下的引风机(8)的个数。

9、  根据权利要求2所述的高温炉渣利用系统，其特征在于：所述风炉(2)为底部具有底板且顶端具有开口的空心锥体或空心圆柱体；或所述风炉(2)由空心柱体段(2-10)和空心锥体段(2-11)构成一体，空心柱体段(2-10)的底端具有底板，空心锥体段(2-11)的顶端具有开口；
进料口(2-1)为设于所述底板中央的推拔式进料口，进料口(2-1)的外缘设有多个出风口(2-2-1)，与各出风口(2-2-1)相对处设有存风箱(2-3)；存风箱(2-3)具有与蒸汽蒸发器组(5)的高温空气入口相连的出风口；
在风炉(2)的进料口(2-1)停止进料时，所述进料口(2-1)闭合；所述顶端的开口为出料口(2-9)，也是风炉(2)的进风口，该进风口外端设有气缸控制的用于控制进风大小的挡风板(20)。

10、  根据权利要求1所述的高温炉渣利用系统，其特征在于：所述风炉(2)包括：金属外壳体、设于金属外壳体内壁上的保温材料层和由耐高温材料构成的螺旋式螺纹。

高温炉渣利用系统
技术领域
本发明涉及一种高温炉渣利用系统。
背景技术
黄磷是一种非常重要的化工原料，用于生产磷酸、农药、洗涤剂、磷肥等数百种产品，广泛使用在肥料工业，食品工业，医药工业、农药工业，电子工业，纺织工业，饲料工业、玻璃工业、冶金工业和陶瓷工业等，在国防工业上也有重要地位。黄磷的生产原理是将磷矿石和还原剂焦丁在电炉的高温下起还原反应，从而将五氧化二磷中的磷还原成单质磷，同时产生出大量的尾气，尾气中一氧化碳的含量要占80-90％，目前的尾气基本被放空燃烧掉。
黄磷生产是高耗能行业，每生产1吨黄磷至少要消耗1.4万千瓦时电和1.6吨碳，中国现有的年产能为80万吨。同样，炼钢、炼铝、炼铜等行业，也存在类似问题。因此，如何降低黄磷等资源生产的耗能，以相应大幅降低温室气体排放，是我国急需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能大幅降低资源生产的耗能的高温炉渣利用系统
为解决上述技术问题，本发明的高温炉渣利用系统，包括螺旋自转式的风炉，用于将来自矿物燃烧炉的高温炉渣与空气进行换热；蒸汽蒸发器组，用于利用风炉输出的高温空气将水转换为高温热蒸汽；高压储气罐，用于存储蒸汽蒸发器组输出的高温热蒸汽；汽轮发电机，与高压储气罐相连并发电，最后通过并网控制电路装置实现并网。
进一步，所述风炉的内壁上设有耐高温材料的螺纹，以在风炉绕其中心轴自转时，将风炉一端的进料口的高温炉渣送至风炉另一端的出料口。
进一步，为使所述风炉实现绕其中心轴自转，风炉包括设于炉体外壁的至少2个齿条、由同步调速电机驱动的与各齿条相啮合以驱动所述风炉自转的齿轮、以及对称设于炉体下方的用于支撑风炉的至少两对承压轮。
进一步，为回收矿渣中的金属，如铁等，所述高温炉渣从矿物燃烧炉流出经用于沉淀金属矿的沉淀池后，流至风炉的进料口。
为进一步利用从所述风炉送出的炉渣的余热，风炉的出料口下方设有螺旋滚筒式的出渣机，出渣机的两端分别设有与所述出料口相对的开口向上的入渣口和开口向下的出渣口，出渣机内设有用于使炉渣向出渣口作翻滚式位移的由电机驱动的螺旋杆，翻滚状态下的炉渣，利于与出渣机内的气流充分换热；在邻近入渣口的一端所述出渣机与所述蒸汽蒸发器组的出气口相连，出渣机的另一端具有用于连接有矿物预热干燥房的出气口；在出渣机向矿物预热干燥房连通干燥用的热气时，出渣机的入渣口和出渣口闭合。
进一步，所述蒸汽蒸发器组包括依次串联的第一级蒸汽蒸发器、第二级蒸汽蒸发器和第三级蒸汽蒸发器；第一级蒸汽蒸发器的底部设有用于对第一级蒸汽蒸发器中的热蒸汽和水进一步加热并生成高温蒸汽送入储气罐4的燃烧室，燃烧室的底部与用于输送由矿物燃烧炉排放的可燃气体的管路相连；燃烧室的一侧为蒸汽蒸发器组的高温空气入口，与用于输送来自风炉的高温空气的管路相连。
进一步，所述第一级蒸汽蒸发器的出气口接第二级蒸汽蒸发器的入气口，第二级蒸汽蒸发器的出气口接第三级蒸汽蒸发器的入气口，第三级蒸汽蒸发器的出气口即为所述蒸汽蒸发器组的出气口；第三级蒸汽蒸发器的出气口串接有引风机。
进一步，第三级蒸汽蒸发器的入水口与用于预热软水的热水塔相连；第三级蒸汽蒸发器的出水口与第二级蒸汽蒸发器的入水口相连，第二级蒸汽蒸发器的出水口与第一级蒸汽蒸发器的入水口相连，第一级蒸汽蒸发器的高压蒸汽出口接输送高压储气罐；热水塔的热气输入端与汽轮发电机的废气出口相连，从而有效利用了汽轮发电机的废气的余热。
作为另一种方案，所述风炉与蒸汽蒸发器组之间的气管上和/或所述蒸汽蒸发器组的出气口设有至少一个引风机。从而确保将风炉输出的高温空气引入蒸汽蒸发器组，实现将水转换为高温热蒸汽的目的。
进一步，所述风炉内设有多个温度传感器，温度传感器与PLC相连；PLC经电机驱动控制电路与所述引风机相连；当所述风炉内的温度高于预设高温值时，为防止将温度过高的高温空气送入蒸汽蒸发器组，PLC经电机驱动控制电路控制所述引风机减速运转，和/或减少运转状态下的引风机的个数；当所述风炉内的温度低于预设低温值时，为确保蒸汽蒸发器组能生成足够的高温蒸汽，PLC经电机驱动控制电路控制所述引风机加速运转，和/或控制多个引风机同时运转，和/或增加运转状态下的引风机的个数。
进一步，所述风炉为底部具有底板且顶端具有开口的空心锥体或空心圆柱体；或所述风炉由空心柱体段和空心锥体段构成一体，空心柱体段的底端具有底板，空心锥体段的顶端具有开口；为方便将沉淀池中的液态矿渣引入风炉内，进料口为设于所述底板中央的推拔式进料口，进料口的外缘设有多个出风口，与各出风口相对处设有存风箱；存风箱具有与蒸汽蒸发器组的高温空气入口相连的出风口；在风炉的进料口停止进料时，所述进料口闭合，所述顶端的开口为出料口，也是风炉的进风口，该进风口外端设有气缸控制的用于控制进风大小的挡风板。
进一步，为防止在出风口出风时，外部空气直接经进料口和出风口存风箱，在风炉的进料口停止进料时，所述进料口闭合；为使进入风炉的空气具有较长的换热行程并实现充分换热，所述出料口也是风炉的进风口。
进一步，为使所述风炉承载高温炉渣后不炉壁不发生熔化且整个风炉具有较好的保温性能，适于连续或间歇进料并防止风炉内的炉渣冷却结块，风炉包括：金属外壳体、设于金属外壳体内壁上的保温材料层和由耐高温材料构成的螺旋式螺纹。该螺旋式螺纹在风炉自转时能使风炉的进料口处的高温炉渣向出渣口作翻滚式位移，利于使高温炉渣与空气充分换热。
本发明相对于现有技术具有积极的效果：(1)本发明的高温炉渣利用系统，利用螺旋自转式的风炉将来自矿物燃烧炉的高温炉渣与空气进行换热，然后通过蒸汽蒸发器组将风炉输出的高温空气将水转换为高温热蒸汽，然后送入高压储气罐并驱动汽轮发电机发电，最后通过并网控制电路装置实现并网，从而有效利用了高温炉渣的余热，能大幅降低磷、铁、铝、铜等资源生产的耗能，节约能源并相应减少大量温室气体的排放，具有很好的经济效益和社会效益。(2)本发明中，风炉始终处于绕其水平中心轴自转的状态，使风炉内壁与高温炉渣的接触时间控制在一定长度内，可防止高温炉渣将炉壁熔化。另外，风炉为空心锥体，故而风炉的出料口的高度相对较高，可防止液态的高温炉渣直接从风炉的出料口流出；同时利于风炉内的空气温度分布均匀。(3)在风炉的出风口相对处设置存风箱，可确保将风炉送出的热风全部送至蒸汽蒸发器组。风炉内邻近风炉的出风口处具有较大空间，可确保有足够的高温空气送入蒸汽蒸发器组。(4)风炉为顶端具有开口的空心锥体，其顶端的开口相对较小，利于控制进风大小，也可防止热空气从所述顶端的开口溢出。
附图说明
图1为实施例1中高温炉渣利用系统的结构示意图；
图2为图1的矿物燃烧炉、沉淀池、水洗塔和沉降池的结构示意图；
图3为图1中风炉的剖面结构示意图；
图4为图1中风炉的侧视图；
图5为图1中出渣机和矿物预热干燥房的结构示意图；
图6为图1中汽轮发电机、高压储气罐和第一级蒸汽蒸发器的结构图；
图7为图1中第二、第三级蒸汽蒸发器的结构示意图；
图8为图1中热水塔的结构示意图；
图9为实施例1中高温炉渣利用系统的结构简图；
图10为另一种风炉的剖面结构示意图；
图11为空心圆柱体式的风炉的剖面结构示意图。
其中各附图标记为：1--沉淀池，1-1--金属矿，2--风炉，2-1--进料口，2-2--出风板，2-2-1--出风口，2-3--存风箱，2-4--齿条，2-5--齿轮，2-6--同步调速电机，2-7--自动阀门，2-8--承压轮，2-9--出料口，2-10--空心柱体段，2-11--空心锥体段，3--出渣机，3-1--入渣口，3-2--出渣口，3-3--螺旋杆，4--储气罐，5--蒸汽蒸发器组，5-1--第一级蒸汽蒸发器，5-2--第二级蒸汽蒸发器，5-3--第三级蒸汽蒸发器，5-4--燃烧室，8--引风机，9--汽轮发电机，10--矿物燃烧炉，11--水洗塔，12--沉降池，13--矿物预热干燥房，14--气缸，15--高压泵，16--操作台，20--挡风板，21--热水塔。
具体实施方式
(实施例1)
见图1-9，本实施例的高温炉渣利用系统包括：螺旋自转式的风炉2，用于将来自矿物燃烧炉10的高温炉渣与空气进行换热；蒸汽蒸发器组5，用于利用风炉2输出的高温空气将水转换为高温热蒸汽；高压储气罐4，用于存储蒸汽蒸发器组5输出的高温热蒸汽；汽轮发电机9，与高压储气罐4相连并发电，最后通过并网控制电路装置实现并网。
风炉2的内壁上设有耐高温材料的角度为10-60度的螺纹，风炉2的顶端为出料口2-9；风炉2的底端设有进料口2-1；在风炉2绕其水平中心轴自转时，所述螺纹将风炉2内邻近进料口2-1处的高温炉渣送至所述出料口2-9并输出。
见图3，风炉2为底部具有与侧壁一体的底板且顶端具有开口的空心锥体，为方便将沉淀池1中的液态矿渣引入风炉2内，所述进料口2-1为固定于风炉2端部的推拔式进料口；风炉2顶端的开口为所述出料口2-9，也为风炉2的进风口，该进风口外端设有液压控制的用于控制进风大小的挡风板20；底板的中央具有通孔，所述进料口2-1设于该通孔内，进料口2-1的外缘与该通孔内圈之间设有出风板2-2，出风板2-2上设有多个出风口2-2-1，与各出风口2-2-1相对处设有套在进料口2-1上的存风箱2-3；存风箱2-3的出风口2-2-1与蒸汽蒸发器组5的高温空气入口相连；在出风口2-2-1相对处设置存风箱2-3，以确保将风炉2送出的热风全部送至蒸汽蒸发器组5。存风箱2-3与外部支撑架相连，不随风炉2转动。底板包括由外及里的金属外侧板、保温材料层和耐高温材料层。
高温炉渣落入风炉2内后，随着风炉2的自转，风炉2内邻近进料口2-1一端的炉渣温度高于邻近风炉2顶端的炉渣温度，由于所述风炉2采用空心锥体，故而风炉2内邻近进料口2-1一端的空间相对于邻近风炉2顶端的空间较大，从而确保了出风口2-2-1一端具有足够的高温空气可送入蒸汽蒸发器组5；另外，风炉2为空心锥体，适于调节风炉2的出料口2-9出料的速度。
为使风炉2实现绕其中心轴自转，风炉2包括设于炉体外壁的至少2个齿条2-4、由同步调速电机2-6驱动的与各齿条2-4相啮合以驱动风炉2自转的齿轮2-5、以及对称设于炉体下方的用于支撑风炉2的至少两对承压轮2-8。
为回收矿渣中的金属，如铁等，所述高温炉渣从矿物燃烧炉10流出经用于沉淀金属矿1-1的沉淀池1后，流至风炉2的进料口2-1。
为利用从风炉2送出的炉渣的余热，风炉2的出料口2-9下方设有螺旋滚筒式的出渣机3，出渣机3的两端分别设有与所述出料口2-9相对的开口向上的入渣口3-1和开口向下的出渣口3-2，出渣机3内设有用于使炉渣向出渣口3-2作翻滚式位移的由电机驱动的螺旋杆3-3，翻滚状态下的炉渣，利于与出渣机3内的气流充分换热；在邻近入渣口3-1的一端所述出渣机3与所述蒸汽蒸发器组5的出气口相连，出渣机3的另一端具有用于连接有矿物预热干燥房13的出气口；在出渣机3向矿物预热干燥房13通干燥用的热气时，出渣机3的入渣口3-1和出渣口3-2闭合。矿物预热干燥房13包括用于堆放矿物的通气孔板13-1，出渣机3的出气口经通气管延伸至通气孔板13-1底部。
所述蒸汽蒸发器组5包括依次串联的第一级蒸汽蒸发器5-1、第二级蒸汽蒸发器5-2和第三级蒸汽蒸发器5-3；第一级蒸汽蒸发器5-1的底部设有用于对第一级蒸汽蒸发器5-1中的热蒸汽和水进一步加热并生成高温蒸汽送入储气罐4的燃烧室5-4，燃烧室5-4的底部与用于输送由矿物燃烧炉10排放的经水洗塔11过滤的可燃气体的管路相连；燃烧室5-4的一侧为蒸汽蒸发器组5的高温空气入口，与用于输送来自风炉2的高温空气的管路相连。
所述第一级蒸汽蒸发器5-1的出气口接第二级蒸汽蒸发器5-2的入气口，第二级蒸汽蒸发器5-2的出气口接第三级蒸汽蒸发器5-3的入气口，第三级蒸汽蒸发器5-3的出气口即为所述蒸汽蒸发器组5的出气口；第三级蒸汽蒸发器5-3的出气口串接有引风机8。第三级蒸汽蒸发器5-3的入水口经高压泵15与用于预热软水的热水塔21相连；第三级蒸汽蒸发器5-3的出水口与第二级蒸汽蒸发器5-2的入水口相连，第二级蒸汽蒸发器5-2的出水口与第一级蒸汽蒸发器5-1的入水口相连，第一级蒸汽蒸发器5-1的高压蒸汽出口接输送高压储气罐4；热水塔21的热气输入端与汽轮发电机9的废气出口相连，从而有效利用了汽轮发电机9的废气的余热。
所述风炉2内设有多个温度传感器，温度传感器与操作台16中的PLC相连；PLC经电机驱动控制电路与所述引风机8相连；当所述风炉2内的温度高于预设高温值时，PLC经电机驱动控制电路控制所述引风机8减速运转，和/或减少运转状态下的引风机8的个数；当所述风炉2内的温度低于预设低温值时，PLC经电机驱动控制电路控制所述引风机8加速运转，和/或增加运转状态下的引风机8的个数。
为防止在出风口2-2-1出风时，外部空气直接经进料口2-1和出风口2-2-1存风箱2-3，在风炉2的进料口2-1停止进料时，所述进料口2-1通过由气缸14控制的动阀门2-7密封闭合；为使进入风炉2的空气具有较长的换热行程并实现充分换热。
为使所述风炉2能承受住高温炉渣，风炉2包括：金属外壳体、设于金属外壳体内壁上的保温材料层和由耐高温材料构成的螺旋式螺纹。该螺旋式螺纹在风炉2自转时能使风炉2的进料口2-1处的高温炉渣向出渣口3-2作翻滚式位移，利于使高温炉渣与空气充分换热。
作为另一种实施方案，所述风炉2与蒸汽蒸发器组5之间的气管上和/或所述蒸汽蒸发器组5的出气口设有至少一个引风机8。从而确保将风炉2输出的高温空气引入蒸汽蒸发器组5，实现将水转换为高温热蒸汽的目的。
所述并网是指：将汽轮发电机9发出的交流电送入可供矿物燃烧炉10使用的电网中。
见图10，作为一种可替代的实施方式，所述风炉2由空心柱体段2-10和空心锥体段2-11构成一体。风炉2采用两段结构，其中空心柱体段2-10空间相对较大，适于容纳较多高温矿渣。
见图11，作为另一种可替代的实施方式，所述风炉2整体为空心圆柱体，适于连续进料的工作方式。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。