钢珠除尘式矿热炉余热锅炉 【技术领域】
本发明涉及的是一种能以可靠、连续、有效的方式清除矿热炉余热锅炉受热面上的积灰，保证受热面的传热效率的钢珠除尘式矿热炉余热锅炉，属于一种余热锅炉技术领域。
背景技术
矿热炉，又称“埋弧电炉”，它主要是指用于生产金属硅、硅铁合金、锰硅合金、镍钛合金、电石等产品的电炉，该种矿热炉余热锅炉的烟气含尘量达5～20g/Nm3，烟气温度一般在300～900℃左右波动，烟气中大部分粉尘的直径为0.1～0.5um，并由球形微粒和这些微粒的球团组成，粉尘的特性是密度小、细而轻、胶结性能好、静电吸附和微粒间的吸附能力强、不宜沉降，灰中含SiO2、MgO、CaO、Fe2O3、Al2O3、P2O3、Na2O、C等多种纳米级微粒，这些微粒在不同的温度区和湿度下呈现不同的沾结性，严重影响这类埋弧电炉的烟气余热的回收利用、以及具有较高经济价值的烟尘的回收，这类余热锅炉至今未寻找到一种可靠的经济的清灰装置，如何有效地连续清除受热面上的积灰是该类余热锅炉能够稳定运行的关键点。据我们所知，目前矿热炉余热利用领域有以下多种除尘式矿热炉余热锅炉：
1、声波除尘式矿热炉余热锅炉：
每隔一段时间向受热面空间输入一定频率的声波，给烟气流以较强的扰动，达到清除受热面积灰的效果。其缺点是：不能连续清灰，在受热面的不同部位除尘效果差别很大，存在很多盲区，且由于锅炉负压较大，输入声波时会带入大量冷空气，严重影响了锅炉的热效率；不同部位的受热面因振动引起的外加应力值相差很大，其抗疲劳寿命不同。
2、压缩空气或高压蒸汽吹扫除尘矿热炉余热锅炉：
每隔一段时间向受热面空间输入压缩空气或高压蒸汽吹扫，达到清除受热面积灰的效果。其缺点是：不能连续清灰，在受热面的不同部位除尘效果差别很大，存在很多盲区；输入大量的冷空气或蒸汽，严重影响了锅炉的热效率；高速的风或蒸汽对贴近管壁的上述灰种有压实压紧的作用力；尤其蒸汽不能使用，水蒸汽的带入将大大增加这类灰的沾结特性，受潮的灰将严重影响低温区的收尘效果；大量的压缩空气或蒸汽将消耗大量的能源，非常不经济。
3、爆破、激波除尘矿热炉余热锅炉：
其原理与声波除尘类似，只是以一定量燃料的爆炸燃烧产生爆发冲击波代替声波，同样存在上述缺点，而且爆炸力较难控制，局部受热面易被损坏。
4、机械振打除尘矿热炉余热锅炉：
其工作原理是：通过振打锤周期性地击打与受热面紧密接触的振杆，使受热面管组形成整体振动，并且振动机械波沿受热面管子轴向传递至每一几何点，从而达到除尘目的。其优点是机械波的产生、传递在时间和空间维度上分布均匀，对于较大微粒、松撒类的灰，如水泥窑余热锅炉中的水泥灰尘，具有极其良好的除尘效果，已经广泛使用，缺点是对纳米级、胶结性能好、静电吸附和微粒间的吸附能力强、不宜沉降该类灰尘清灰效果差。
5、复合方法除尘矿热炉余热锅炉：
其工作原理是：在一套矿热炉余热锅炉上同时采用上述2种或2种以上的除尘方法。这种方法，系统复杂、投资、维护费用大，清灰效果也很不理想。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种以钢珠除尘方法解决矿热炉余热锅炉的受热面除尘问题，连续、稳定、有效、经济、可靠地清除受热面上灰尘的钢珠除尘式矿热炉余热锅炉。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，该余热锅炉至少包括有一由蛇形管组构成的锅炉受热面，一在锅炉受热面四周形成一个密封通道的锅炉烟气通道以及炉顶和炉底灰斗，所述的炉顶布置有一钢珠播撒装置，而在炉底灰斗下方设置有钢珠分离收集装置，在所述钢珠播撒装置和钢珠分离收集装置之间设置有循环式钢珠机械运输装置。
所述的循环式钢珠机械运输装置由主动轮，从动轮，双排链条，水平导轨，钢珠运输斗，机械卸料挡轮构成，所述的至少一个主动轮和至少三个从动轮被固定在锅炉构架上，环绕在上述主动轮和从动轮之间的双排链条上挂置有钢珠运输斗，在所述炉顶处设置有可将钢珠运输斗翻倒的机械卸料挡轮。
所述的炉顶处设置有由播撒收集斗和风冷播撒球(锥)构成的钢珠播撒装置，所述的风冷播撒球(锥)置于播撒收集斗下方地扩撒口处中央。
本发明所述的钢珠分离收集装置主要由锥形收集斗，灰珠分离段和调节风门组成，所述的灰珠分离段位于锥形收集斗下方并相互连接，在所述的灰珠分离段的下部四周均匀布置有多个调节风门。
所述的钢珠分离装置的下方设置有主要由壳体，锥形帽，摇臂，配重块，连杆机构，凸块组成的钢珠锁风装料装置，所述的锥形帽与摇臂铰链连接，摇臂通过销轴固定在壳体上并可绕销轴转动，锥形帽在配重块和锅炉内烟气负压作用下处于关闭状态，所述的凸块固定在双排链条有钢珠运输斗的设定位置上。
本发明与现有技术相比，该钢珠除尘矿热炉余热锅炉能可靠、有效地清除这种密度轻、灰粒超级细、静电吸附强、比表面积大、分子间吸附力强、有一定经济价值的灰尘。其中钢珠除尘装置为纯机械装置，结构简单，运行可靠，整个除灰系统仅在一个电机的作用下，能完成钢珠循环运输、自动卸料、自动翻倒钢珠、自动播撒、自动清洗钢珠，最终实现矿热炉余热锅炉自动除灰的目的，整个系统可以通过调节电机的运转速度来调节余热锅炉受热面清灰速度和相对清洁度。
本类钢珠除尘矿热炉余热锅炉机构简单、钢珠可循环利用、能机械自动化高效运行、投资和运行费用低，除尘效果良好，能有效地清除和收集矿热炉余热锅炉受热面上的积灰和粘接尘，大力推进了矿热炉熔炼行业节能减排技术。
【附图说明】
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的钢珠分离收集装置和钢珠锁风装料装置的部分结构示意图。
图3是本发明的钢珠运输斗结构示意图。
图4是本发明的钢珠播撒装置结构示意图。
图5是本发明的钢珠分离收集装置结构示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示，本发明主要是由锅炉受热面AA、锅炉烟气通道BB、锅炉除尘装置CC三个相互关联的三大部件组成。
锅炉受热面AA：是由蛇形管组构成，管内流被加热的水或蒸汽，管外流高温含灰烟气，作用是将烟气侧的高温物理热高效地传递给管内的水或蒸汽，使管内的水或蒸汽具有一定利用价值的热能或势能。
锅炉烟气通道BB：在锅炉受热面四周形成一个密封的通道，迫使烟气逐一经过锅炉各级受热面，并在锅炉的顶部和底部形成能满足钢珠清灰装置特殊需求的炉顶和炉底灰斗。
锅炉除尘装置CC：是与本锅炉受热面、烟气通道结构、布局相适应的矿热炉余热锅炉关键设备，能可靠、有效地清除锅炉受热面上的积灰，且钢珠能高效、简洁、低能耗的重复使用。
本发明的工作原理是：矿热炉高温含灰烟气在锅炉烟气通道BB的作用下依次经过各级锅炉受热面AA，将烟气的热量传递给受热面内的水或蒸汽，在这个过程中含灰烟气也污染了受热面，这时根据受热面污染情况运行钢珠清灰装置CC以清除受热面的外表面粘接灰，即用有一定动能的钢珠对矿热炉余热锅炉受热面进行连续击打，以清除锅炉受热面上的灰尘。该钢珠清灰装置CC主要有4个关键装置：钢珠机械运输装置A、钢珠播洒装置B、钢珠分离收集装置C、钢珠锁风装料装置D，如图1所示，一个大的机械运输循环系统，不断把从锅炉底部收集分离出来的钢珠，运输到锅炉的顶部，并通过播洒装置将钢珠均匀的播洒在锅炉受热面上，钢珠从上至下在受热面间跳动，不断下降，最终和部分灰粒落入锅炉下部的钢珠分离收集装置，分离后的钢珠通过下部的钢珠锁气装料装置，被装入挂在链条上的钢珠运输斗中，再次被运往炉顶，这样循环清理锅炉受热面上的灰尘。清下来的细小微粒被烟气带出锅炉并进入后部收尘系统，收集下来的灰是一种具有较高经济价值的产品，如微硅粉等。
图1所示，本发明所述的钢珠机械运输装置A，它主要由主动轮A1、从动轮A2、双排链条A3、水平导轨A4、钢珠运输斗A5、机械卸料挡轮A6、链条张紧装置A7等组成。主动轮A1和三个从动轮A2都被固定在锅炉构架上，其中下部的两个从动轮的位置可以在导轨里稍微调整，以便通过链条张紧装置A7，使整个双排链条适当张紧，在双排链条之间均匀的挂有钢珠运输斗A5，钢珠运输斗可绕其自身的销轴转动，使钢珠运输斗无论在链水平运动还是垂直运动的过程中，都始终能保持水平。载满钢珠的钢珠运输斗送至炉顶时，炉顶的机械卸料挡轮A6就会将钢珠运输斗内的钢珠翻倒在余热锅炉顶部的钢珠收集斗中。
在整个机械运输系统中，本发明选用大循环机械运输方式，这种运输方式对钢珠的提升效率高，其运输效率远远大于高速风力输送效率，非常适合连续运行。主动轮A1的运转速度可在一定范围内调整，即整个运输系统的速度和运输量可调整，以便于根据锅炉入口烟气含尘量及锅炉热面积灰情况来调整钢珠除尘系统的强度。整个运输通道不易被钢珠团、灰团、金属块等异物卡塞。系统磨损小，克服了老式高速风力运输的磨损性、不经济和噪音等问题。
图3所示为本发明的钢珠运输斗及卸料方式，本发明所述的钢珠运输斗能满足装料量需要，在水平和垂直运动过程中始终保持水平运输、便于翻倒卸料、便于装料、能对双排链起到定位作用、斗翻转灵活等功能需求。图中所示的钢珠运输斗A5主要由“V”形斗A5-1、凸边块A5-2、连接块A5-3、连接轴A5-4组成。在锅炉顶部钢珠运输斗的下方一特定的位置设计一个机械卸料挡轮A6、当钢珠运输斗运行到这里时，钢珠运输斗的特制凸边块将与机械卸料挡轮相遇，使钢珠运输斗倾倒，并使钢珠运输斗的倾倒角达到25°以上，以便将钢珠运输斗内粘灰的钢珠倾倒干净。
图4所示，本发明所述的钢珠播撒装置B采用球面或锥面机械冲击播撒，它主要由两部分组成，播撒收集斗B1和风冷播撒球(锥)B2，它被设置在所述的炉顶处；所述的风冷播撒球(锥)置于播撒收集斗下方的扩撒口处中央，钢珠从播撒收集斗B1的管道内流出，冲击出口处的播撒球(锥)B2，钢珠播撒开来，并抛向锅炉受热面。
图5所示，本发明所述的钢珠收集分离装置C主要由锥形收集斗C1、灰珠分离段C2、调节风门C3组成。上部下落的钢珠和部分灰粒被锥形收集斗C1集中收集到锥形的下部，珠和灰进入有一定清洗高度的圆柱形灰珠分离段C2中，在C2下部的四周均匀的布有多个调节风门C3，调节C3的开度可调节从风门进入分离段的清洗风量(因为几乎所有的矿热炉余热锅炉都是负压运行的，开启调节风门，清洗风会自动吸入炉内)，清洗风在穿过钢珠堆积体后将浮灰全部带入锅炉尾部收尘器。本装置特点是结构简单、分离有效；能将有较高经济价值的灰集中回收，减少二次污染(其本身的纯度要求较高)；减少了锅炉灰斗下部除灰系统，同时改善了工作环境。
图2所示的钢珠锁风装料装置D为纯机械联动钢珠锁风卸料装置，它主要由壳体D1、锥形帽D2、摇臂D3、配重块D4、连杆机构D5、凸块D6等组成。上部与钢珠收集分离装置C连接，下部对准钢珠运输斗A5，锥形帽D2与摇臂D3铰链接，摇臂通过销轴固定在壳体D1上并可绕销轴转动，锥形帽在配重块D4和锅炉内烟气负压的作用下处于关闭状态(配重块的大小和位置可根据负压大小和上部钢珠存量来适当调整)，锥形帽的上部可堆积一定量的钢珠。凸块D6固定在双排链条A3有钢珠运输斗A5的设定位置上，当凸块随双排链条运行到连杆机构D5正下方时，将带动连杆机构旋转，这时将使锥形帽向下运行，并开启钢珠装料锁风装置，钢珠下落到其正下方的钢珠运输斗A5中，随着双排链的继续前进，凸块与连杆机构脱开，锥形帽在配重块D4和负压的作用下自行关闭。本装置中，可调整连杆机构与凸块的高度来调整锥形帽的开度，从而调整放钢珠的量。本装置主要有以下优点：①不容易被异物卡塞、卡死；②纯机械结构，无气动、电动元件，可靠性高；③适合在高温、高灰污染环境中连续运行；④本装置可调节性好、结构简单；⑤本装置的驱动能量来源于整个钢珠运输系统唯一动能装置———主动轮(变频电机驱动)，与整个系统的联动性好，能耗低。在整个钢珠锁风装料装置中，由于采用锥形落珠门为外开式，不容易被异物卡塞、卡死；且由于是纯机械结构，无气动、电动元件，可靠性高，开启动能仅来源于下部链条的水平运动，实现了与机械运输系统的机械连锁；本发明所述的装置关闭依靠烟道内的负压和可调节重锤的作用来实现，既节能又可靠；另外能有效锁风，大大减少漏入炉内的冷空气量。