本發明涉及金屬冶煉技術領域，具體而言，尤其涉及一種氣基豎爐的余熱回收裝置及氣基豎爐。

背景技術：

氣基豎爐是還原鐵的主要反應器，也是熔融還原工藝預還原階段常用的反應器。豎爐中熱源主要來源于新鮮煤氣顯熱，為滿足供熱的需要，豎爐需通入大量新鮮煤氣，爐頂氣出爐溫度約為450℃，大約40％的能量被爐頂氣帶走，熱損失相對較大。

相關技術中，對爐頂氣的處理及利用方式主要有：通過洗滌、加壓處理后，作豎爐下部冷卻段的冷卻氣。完成冷卻過程后的爐頂氣再作為裂化劑與天然氣混合，然后通入轉化爐制取還原氣；爐頂氣經洗滌凈化后，大部分用氣體壓縮機加壓送入混合室與天然氣回收混合后，送入高溫重整爐進行催化重整制取還原氣，直接供給還原豎爐使用。少部分的爐頂氣作為燃料與適量的天然氣在混合室混合后送入轉化爐反應管外的燃燒；爐頂氣由換熱器換熱降溫后，經CO2脫除裝置和水蒸氣加濕裝置，與來自重整爐的氣體混合形成還原氣，共同進入加熱爐加熱后供豎爐使用。上述方式均存在豎爐爐頂氣顯熱沒有得到有效利用，造成能源浪費的問題。

技術實現要素：

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種氣基豎爐的余熱回收裝置，所述氣基豎爐的余熱回收裝置具有結構簡單、節能環保的優點。

本發明還提出一種氣基豎爐，所述氣基豎爐包括上述所述的氣基豎爐的余熱回收裝置。

根據本發明實施例的氣基豎爐的余熱回收裝置，所述氣基豎爐包括爐體和物料倉，所述余熱回收裝置包括：換熱倉，所述換熱倉具有物料入口、物料出口、爐頂氣入口和爐頂氣出口，所述物料入口與所述物料倉連通，所述物料出口與所述爐體連通，所述爐頂氣入口與所述爐體的排氣口連通，所述換熱倉內具有過料腔，所述過料腔與所述物料入口和所述物料出口分別連通；和氣體通道，所述氣體通道設在所述過料腔內，所述氣體通道兩端與所述爐頂氣入口和所述爐頂氣出口分別連通，所述氣體通道包括多個依次連通的U型段，所述U型段包括彎管段和兩段直管段，所述彎管段的兩端分別與兩個所述直管段連通，所述直管段在水平面內延伸。

根據本發明實施例的氣基豎爐的余熱回收裝置，通過在換熱倉內設置過料腔和氣體通道，可以利用氣體通道內的高溫爐頂氣對過料腔內的物料進行預熱，由此，使氣基豎爐的高溫爐頂氣的能量得到了回收利用，減輕了氣基豎爐預熱段的壓力，節能環保。而且，通過將氣體通道設置為多個沿水平方向延伸且依次連通的U型段，增大了氣體通道內爐頂氣的流量，而且增大了爐頂氣與物料的熱量交換面積，從而提高了爐頂氣與物料之間的熱交換效率。

在本發明的一些實施例中，所述直管段的橫截面積大于所述彎管段的橫截面積。由此，可以防止彎管段與過料腔內壁發生結構干涉，并且增大了爐頂氣的有效換熱面積。

可選地，所述直管段上與所述彎管段連接的位置處圓滑過渡。由此，可以減小爐頂氣在不同管段過渡流動時的阻力，提高了爐頂氣在氣體通道內流動時的流暢性。

根據本發明的一些實施例，所述過料腔內靠近所述物料入口的位置處形成有分散區。由此，物料可以通過分散區均勻分布到過料腔內。

在本發明的一些實施例中，所述換熱倉的靠近所述物料出口的位置處形成為倒錐形，所述物料出口位于所述倒錐形的底部窄口處。由此，物料可以沿倒錐形壁面集中流入到下方的物料出口，便于物料從過料腔排出。

可選地，所述氣體通道上與所述爐頂氣入口連通的位置處設有噴嘴。由此，可以通過噴嘴控制爐頂氣的流動方向和流動速度。

在本發明的一些實施例中，所述爐頂氣入口的上游設有開度可調的流量控制閥。由此，可以通過流量控制閥調節控制氣體通道內的爐頂氣的流量，以根據實際工況需要對爐頂氣的流量進行精確控制。

根據本發明的一些實施例，所述過料腔具有多個水平參考面，多個所述水平參考面沿上下方向間隔分布，每個所述水平參考面內均設有所述直管段，在相鄰的兩個所述水平參考面內，其中一個所述水平參考面的所述直管段與另一個所述水平參考面的所述直管段交錯分布。由此，可以提高過料腔內的空間利用率，增大了爐頂氣與物料之間的有效換熱面積。

進一步地，在相鄰的兩個所述水平參考面內，其中一個所述水平參考面的所述直管段與另一個所述水平參考面的所述直管段的最短距離為L1，所述L1滿足：50mm≤L1≤300mm；在同一所述水平參考面，相鄰的兩個所述直管段之間的距離為L2，所述L2滿足：50mm≤L2≤300mm。由此，可以增大物料與爐頂氣之間的換熱面積，從而提高換熱效率，并便于物料在過料腔內的流動。

根據本發明實施例的氣基豎爐，包括上述所述的氣基豎爐的余熱回收裝置。

根據本發明實施例的氣基豎爐，通過設置余熱回收裝置，可以利用排出的高溫爐頂氣對物料進行預熱，減輕了氣基豎爐的爐頂氣除塵冷卻和物料預熱段的壓力，降低了氣基豎爐的能量損失，提高了能源利用率，節能環保。而且，通過在過料腔內沿上下方向設置多層U型段，可以增大爐頂氣與物料之間的有效換熱面積，進而提高了爐頂氣與物料之間的換熱效率。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據本發明實施例的氣基豎爐的余熱回收裝置的結構示意圖；

圖2是根據本發明實施例的氣基豎爐的余熱回收裝置的局部結構示意圖。

附圖標記：

余熱回收裝置100，

換熱倉10，物料入口101，物料出口102，爐頂氣入口110，爐頂氣出口120，過料腔130，氣體通道140，U型段150，彎管段151，直管段152，圓滑過渡部153，分散區160，布料器161，出料區170，

氣基豎爐500，

爐體510，排氣口511，過濾器512，

物料倉520。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

下面參考圖1和圖2描述根據本發明實施例的氣基豎爐500的余熱回收裝置100。需要說明的是，氣基豎爐500可以用于金屬冶煉反應器，例如可以用于還原鐵等。

如圖1和圖2所示，根據本發明實施例的氣基豎爐500的余熱回收裝置100，氣基豎爐500包括爐體510和物料倉520，金屬冶煉過程可以在爐體510內進行，物料倉520可以用于為爐體510添加物料，例如，物料可以為用于為氣基豎爐500提供熱量的氧化球團等。余熱回收裝置100包括：換熱倉10和氣體通道140。

具體而言，如圖1和圖2所示，換熱倉10具有物料入口101和物料出口102，物料入口101與物料倉520連通，物料出口102與爐體510連通。換熱倉10內具有過料腔130，過料腔130與物料入口101和物料出口102分別連通。這里所述的“連通”既可以是指過料腔130與物料入口101和物料出口102直接連通，例如，圖1中的示例所示，過料腔130的上端(如圖1中所示的上下方向)與物料入口101連通，過料腔130的下端(如圖1中所示的上下方向)與物料出口102連通；也可以是指過料腔130與物料入口101和物料出口102間接連通，例如，可以在物料入口101與過料腔130之間連接布料器161等，以使物料均勻分布至過料腔130內。由此，物料倉520內的物料可以從物料入口101進入到換熱倉10內的過料腔130中，并可以從物料出口102流出換熱倉10進入到爐體510內。

換熱倉10還設置有爐頂氣入口110和爐頂氣出口120，爐頂氣入口110與爐體510的排氣口511連通，氣體通道140設在過料腔130內，氣體通道140兩端與爐頂氣入口110和爐頂氣出口120分別連通。由此，從氣基豎爐500排氣口511排除的高溫爐頂氣可以從爐頂氣入口110進入到氣體通道140內，并可與過料腔130內的物料進行熱量交換，以將熱量傳遞給物料，對物料進行預熱。

如圖1和圖2所示，氣體通道140包括多個依次連通的U型段150，U型段150包括彎管段151和兩段直管段152，彎管段151的兩端分別與兩個直管段152連通，直管段152在水平面內延伸。這里所述的“水平面”可以理解為，與如圖1中所示的左右方向平行并與圖1中所示的上下方向垂直的面。例如，圖2中的示例所示，直管段152可以沿前后方向延伸(如圖2中所示的前后方向)?？梢岳斫獾氖牵瑢型段150的直管段152設置為在水平面內延伸，可以在過料腔130內沿上下方向(如圖1中所示的上下方向)間隔設置多個U型段150。由此，通過設置將氣體通道140設置為多個依次連通的U型段150，增大了氣體通道140內爐頂氣的流量，而且可以增大爐頂氣與物料的熱量交換面積，從而提高了爐頂氣與物料之間的熱交換效率。

根據本發明實施例的氣基豎爐500的余熱回收裝置100，通過在換熱倉10內設置過料腔130和氣體通道140，可以利用氣體通道140內的高溫爐頂氣對過料腔130內的物料進行預熱，由此，使氣基豎爐500的高溫爐頂氣的能量得到了回收利用，減輕了氣基豎爐500預熱段的壓力，節能環保。而且，通過將氣體通道140設置為多個沿水平方向延伸且依次連通的U型段150，增大了氣體通道140內爐頂氣的流量，而且可以增大爐頂氣與物料的熱量交換面積，從而提高了爐頂氣與物料之間的熱交換效率。

在本發明的一些實施例中，如圖1和圖2所示，直管段152的橫截面積大于彎管段151的橫截面積，U型段150的管徑為：50mm-300mm?？梢岳斫獾氖?，過料腔130可以設置為沿上下方向(如圖1中所示的上下方向)延伸的圓筒形結構，氣體通道140在過料腔130內沿水平方向(如圖1中所示的左右方向)延伸。由于，U型段150的彎管段151靠近過料腔130的內壁，由此，將彎管段151的管徑設置為小管徑，可以有效防止彎管段151與過料腔130內壁之間的干涉。而將直管段152的管徑設置較大，則可以有效提高爐頂氣在氣體通道140內的流通量，以提高爐頂氣與物料之間的換熱效率。

可選地，直管段152上與彎管段151連接的位置處圓滑過渡。如圖2所示，在直管段152與彎管段151的連通處設置有圓滑過渡部153。由此，當爐頂氣從直管段152流入至彎管段151或從彎管段151流入到直管段152時，圓滑過渡部153可以減小爐頂氣在不同管段流動過渡時的阻力，從而增加了爐頂氣體在氣體通道140內流動的流暢性。

根據本發明的一些實施例，過料腔130內靠近物料入口101的位置處形成有分散區160。如圖1所示，在過料腔130的上端(如圖1中所示的上下方向)靠近物料入口101的位置設置有分散區160，分散區160上端(如圖1中所示的上下方向)的口徑可以小于分散區160的下端(如圖1中所示的上下方向)的口徑。由此，當物料從物料入口101進入到過料腔130時，分散區160可以使物料均勻的分布至過料腔130內，有利于提高爐頂氣與物料之間的換熱效率。進一步地，在物料入口101與分散區160之間可以設置有布料器161，以使物料更加均勻的分布至下方(如圖1中所示的上下方向)過料腔130內，從而有利于物料均勻受熱。

在本發明的一些實施例中，換熱倉10的靠近物料出口102的位置處形成為倒錐形，物料出口102位于倒錐形的底部窄口處。如圖1所示，在過料腔130的下方(如圖1中所示的上下方向)設置有倒錐形的出料區170，通過將將出料區170設置為倒錐形，可以使過料腔130內的物料集中流入至下方(如圖1中所示的上下方向)的物料出口102，有利于物料從物料出口102流出換熱倉10。

可選地，氣體通道140上與爐頂氣入口110連通的位置處設有噴嘴。噴嘴的直徑可以為5mm-10mm。由此，可以通過噴嘴將爐頂氣噴入至氣體通道140內，而且可以通過噴嘴控制爐頂氣的流向和流速，以提高爐頂氣與物料之間的熱交換效率。

在本發明的一些實施例中，爐頂氣入口110的上游設有開度可調的流量控制閥(圖中未示出)。由此，可以通過調節流量控制閥，控制爐頂氣流量的大小。需要說明的是，這里所述的“上游”可以理解為按爐頂氣在余熱回收裝置100內的流動方向所理解的上游(如圖1中箭頭所示的爐頂氣的流動方向)。在實際的金屬冶煉過程中，可以根據實際的工礦需求，控制爐頂氣流量的大小，以對爐頂氣與物料之間的熱量交換過程進行精確控制，使爐頂氣熱量得到更充分的利用，提高爐頂氣顯熱利用率。

根據本發明的一些實施例，過料腔130具有多個水平參考面，多個水平參考面沿上下方向間(如圖1中所示的上下方向)隔分布，每個水平參考面內均設有直管段152，在相鄰的兩個水平參考面內，其中一個水平參考面的直管段152與另一個水平參考面的直管段152交錯分布。如圖1所示，在過料腔130內，直管段152沿水平方向(如圖1中所示的左右方向)間隔排布，多個沿水平方向間隔排布的直管段152位于同一個水平面上，形成一層U型段150。在過料腔130內，沿上下方向(如圖1中所示的上下方向)間隔分布有多層U型段150，而且相鄰的兩層U型段150之間直管段152交錯分布。爐頂氣在多層U型段150之間沿S形由下至上流動(如圖1中箭頭所示的爐頂氣的流動方向)。由此，可以使過料腔130內形成梯度分布的溫度場，并可充分利用過料腔130的有限空間，布置多個U型段150，以提高爐頂氣與物料間的換熱效率。

進一步地，在相鄰的兩個水平參考面內，其中一個水平參考面的直管段152與另一個水平參考面的直管段152的最短距離為L1，L1滿足：50mm≤L1≤300mm。經過試驗驗證，當L1滿足：50mm≤L1≤300mm時，可以使過料腔130內形成梯度均勻變化的溫度場，并有利于爐頂氣在氣體通道140內的順暢流動，使爐頂氣與物料之間具有較高的換熱效率。

可選地，在同一水平參考面，相鄰的兩個直管段152之間的距離為L2，L2滿足：50mm≤L2≤300mm。經過試驗驗證，當L2滿足：50mm≤L2≤300mm。時，可以提高過料腔130的空間利用率，并可以使物料和爐頂氣具有良好的流動性。

在本發明的一些示例中，換熱倉10的高度可以為3m-20m。由此，可以根據實際的工況需求，在換熱倉10內布置相應數量的U型段150的層數，以保證爐頂氣與物料之間的換熱效率。

根據本發明實施例的氣基豎爐500，包括上述的氣基豎爐500的余熱回收裝置100。

根據本發明實施例的氣基豎爐500，通過設置余熱回收裝置100，可以利用排出的高溫爐頂氣對物料進行預熱，減輕了氣基豎爐500的物料預熱段的壓力，降低了氣基豎爐500的能量損失，提高了能源利用率，節能環保。而且，通過在過料腔130內沿上下方向設置多層U型段150，可以增大爐頂氣與物料之間的有效換熱面積，進而提高了爐頂氣與物料之間的換熱效率。

下面參照圖1和圖2以兩個具體的實施例詳細描述根據本發明實施例的氣基豎爐500的余熱回收裝置100。值得理解的是，下述描述僅是示例性說明，而不是對本發明的具體限制。

實施例一：

如圖1所示，氣基豎爐500包括爐體510和物料倉520，爐體510用于金屬的冶煉，物料倉520可以為爐體510添加熱源物料，例如，物料可以為氧化球團等，用以為金屬冶煉過程中提供熱量?？梢岳斫獾氖?，在金屬冶煉過程中，產生的爐頂氣具有較高的溫度，從排氣口511排除的爐頂氣的溫度約為450℃。

余熱回收裝置100可以對氣基豎爐500排除的高溫爐頂氣的熱量進行回收利用，用以提高能源利用率，節能環保。如圖1所示，余熱回收裝置100包括：換熱倉10和氣體通道140。

其中，如圖1所示，在氣基豎爐500的頂壁設置有排氣口511，高溫爐頂氣可以從排氣口511排出氣基豎爐500。在排氣口511出可以設置有過濾器512，以對爐頂氣進行初步過濾。

如圖1所示，換熱倉10的頂部中心位置設置有物料入口101，且物料入口101與上方(如圖1中所示的上下方向)的物料倉520連通。物料入口101的下端(如圖1中所示的上下方向)為分散區160，分散區160的上方(如圖1中所示的上下方向)設置有布料器161，從物料入口101進入的物料可以經分散區160均勻分分布至過料腔130內。換熱倉10的下端(如圖1中所示的上下方向)形成倒錐形出料區170，物料出口102位于出料區170的最低端的窄口處，物料出口102與氣基豎爐500連通，物料可以從物料出口102流入至氣基豎爐500內。

換熱倉10的內部設置有過料腔130，過料腔130的上端(如圖1中所示的上下方向)連通物料入口101，過料腔130的下端(如圖1中所示的上下方向)連通物料出口102。在過料腔130內設置有氣體通道140，氣體通道140包括多個依次連通的U型段150，U型段150包括彎管段151和兩段直管段152，如圖2所示，直管段152的橫截面積大于彎管段151的橫截面積，直管段152的管徑為200mm。彎管段151的兩端分別與兩個直管段152連通，直管段152與彎管段151的連通處設置有圓滑過渡部153。直管段152在水平面內延伸，且直管段152在過料腔130內沿水平方向間隔分布。多個U型段150在過料腔130內沿上下方向(如圖1中所示的上下方向)間隔分布為20層。相鄰兩層的U型段150中，直管段152交錯分布，多層U型段150在過料腔130內呈S型分布。同一層中，相鄰的兩個直管段152的最短距離為L1，L1＝100mm,相鄰的兩層U型段150中，其中一層的直管段152與相鄰層直管段152之間的最小距離為L2，L2＝200mm。

在換熱倉10下端的側壁右下方(如圖1中所示的上下左右方向)設置有爐頂氣入口110，在換熱倉10上端的左側壁(如圖1中所示的上下左右方向)上設置有爐頂氣出口120，氣體通道140最下層的U型段150與爐頂氣入口110連通，氣體通道140最上層的U型段150與爐頂氣出口120連通，爐頂氣入口110與氣體通道140的連通處設置有噴嘴，爐頂氣入口110與氣基豎爐500的排氣口511連通，爐頂氣入口110的上游設有開度可調的流量控制閥。由此，從氣基豎爐500的排氣口511排出的高溫爐頂氣可以從爐頂氣入口110進入到氣體通道140內，高溫爐頂氣在氣體通道140內從下往上依次流過每個U型段150，并與過料腔130內的物料進行熱量交換，以對物料進行預熱。

需要說明的是，如圖1所示，物料倉520內的物料從物料入口101進入到過料腔130內，物料為直徑為6mm-16mm的待加熱氧化球團。在過料腔130內與氣體通道140內的高溫爐頂氣進行熱量交換，溫度升高。經過預熱后的物料(溫度約為440℃)從物料出口102進入到氣基豎爐500內部，并經過進一步加熱燃燒對氣基豎爐500內的金屬進行冶煉。

如圖1所示，從排氣口511排出的高溫爐頂氣(溫度為450℃左右)首先經過過濾器512進行初步過濾，初步過濾后的高溫爐頂氣的主要成分為：H2(38.2％)，CO(20.0％)，CH4(1.9％)，H2O(21.0％)，CO2(16.4％)，N2(2.5％)。經過初步過濾后的高溫爐頂氣以666735Nm3/h的流量從爐頂氣入口110經噴嘴進入到氣體通道140內，高溫爐頂氣在氣體通道140內流動，并與過料腔130內的物料進行熱量將換，以將熱量傳遞給物料，對物料進行預熱。由此，使爐頂氣的預熱得到了回收利用。經過熱量交換后的爐頂氣(溫度降低為約182℃)，最后從爐頂氣出口120排出換熱倉10。在換熱倉10的周壁上設置有保溫層，以防止換熱倉10內的熱量散失，造成能源浪費。

可以理解的是，爐頂氣在氣體通道140內沿多層U型段150從下至上(如圖1中所示的上下方向)的流動過程中與物料進行熱量交換，換熱倉10內不同區域形成溫度不同的溫度場。如圖1所示，在過料腔130的底部，溫度為400℃-450℃；在過料腔130中部，溫度為350℃-375℃；在過料腔130的上部，溫度為150℃-170℃。分散區160的溫度為30℃，分散區160的溫度為442℃。不同區域的溫度場的溫度可以通過調節U型段150的層數、直管段152間的間距以及爐頂氣流量等實現。

由此，通過在換熱倉10內設置過料腔130和氣體通道140，可以利用氣體通道140內的高溫爐頂氣對過料腔130內的物料進行預熱，由此，使氣基豎爐500的高溫爐頂氣的能量得到了回收利用，減輕了氣基豎爐500預熱段的壓力，節能環保。而且，通過將氣體通道140設置為多個依次連通的U型段150，增大了氣體通道140內爐頂氣的流量，而且可以增大爐頂氣與物料的熱量交換面積，從而提高了爐頂氣與物料之間的熱交換效率。

實施例二：

與實施例一不同的是，在該實施例中，高溫爐頂氣以568767Nm3/h的流量流入至換熱倉10內。在過料腔130內沿上下方向(如圖1中所示的上下方向)間隔分布有40層U型段150，同一層中，相鄰的兩個直管段152之間的距離為L1，L1＝100mm。相鄰的兩層U型段150中，其中一層直管段152與另一層相鄰的直管段152之間的距離為L2，L2＝100mm。換熱倉10內各區域的溫度場分布為：在過料腔130底部，溫度為443℃-448℃；在過料腔130中部，溫度為360℃-372℃；在過料腔130的上部，溫度為101℃-125℃。分散區160的溫度為25℃，出料區170的溫度為445℃。

由此，通過增加氣體通道140的U型段150沿上下方向(如圖1中所示的上下方向)的層數，增大了爐頂氣與物料之間的熱量交換面積，降低了預熱過程中高溫爐頂氣的流量。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。