技术领域
[0001] 本
发明属于
煤化工技术领域，具体涉及一种基于联合冷却高温固体颗粒的余热回收系统及方法。
背景技术
[0002] 在煤化工生产过程中，许多产品均为固体颗粒，由于操作条件多为高温高压，所得固体颗粒的
温度通常很高。如果直接送入下一步工艺，如
包装、再加工，高温固体颗粒会对产品
质量造成不利影响，因此需要对高温固体颗粒进行冷却。下面以典型的高温固体颗粒，兰炭的生产加工为例，说明现有冷却技术中的问题。
[0003] 高温固体颗粒的
传热热阻大，以高温兰炭固体颗粒为例，传统的冷却方式如
水激冷法和干
熄焦法，难以实现快速且均匀冷却；现有的其他技术采用单一的水冷换热器对兰炭进行冷却，只有导热、
辐射与自然
对流三种传热方式，换热条件差，换热效果不明显，也有采用气体媒介做工质的干熄焦技术，先采用惰性气体在
流化床或固定床中冷却高温物料，被加热的惰性气体再在另一个对流换热器中把热量与需要加热的工质换热，被冷却的惰性气体再循环进入流化床或固定床开始另一次循环，这种方法首先气固两相流传热，然后气体外掠换热器传热，
传热系数小，换热器面积达，占地面积也大。
[0004] 兰炭又称半焦、焦粉。目前，兰炭主要有两种规格：一是土炼兰炭，二是机制兰炭；尽管两种规格的兰炭用的是同一种优质精煤炼制而成，但因生产工艺和设备的不同，其成本和质量也大不一样。其中优质的兰炭产于陕西的神木和府谷。
热解提质又称低温干馏，是指在隔绝空气或是非
氧化气氛下将低阶煤加热，最终得到焦油、煤气和兰炭的工艺过程。得到的兰炭的反应活性好，可以代替价格较高的
焦炭，用于化工、
冶炼、造气等行业。低温干馏生产的兰炭温度大约为500℃～600℃，需要将其冷却至250℃以下。传统冷却兰炭的方法有：水激冷法和干熄焦法。水激冷法是指，将冷水喷淋到兰炭上，迅速降低兰炭的温度，缺点是需要消耗大量的冷水，生产的兰炭
含水量较高(可达20％以上)品质差，而且易造成环境污染。干熄焦法是将兰炭投入干熄
焦炉，通入低温的惰性气体，冷却兰炭。该方法在余热利用系统中采用惰性气体作为热载体，在传输过程中
热损失较大，并且系统比较复杂，运行和维护
费用较高。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述
现有技术中的不足，提供一种基于联合冷却高温固体颗粒的余热回收系统及方法，采用高温固体颗粒与
锅炉膜式壁直接进行热交换的同时通以冷
风，针对易燃固体，气体可选用氮气，实现高温固体颗粒的快速冷却，便于后序工艺的进行。
[0006] 本发明采用以下技术方案：
[0007] 一种基于联合冷却高温固体颗粒的余热回收系统，包括膜式壁换热器，膜式壁换热器的上端与螺旋给料机连接，下端与螺旋出料机连接，膜式壁换热器的一侧通过管道与冷风循环装置连接，用于将热风冷却后送入膜式壁换热器的腔道实现循环；膜式壁换热器包括预热段、
蒸发段以及
过热段，预热段将冷水初步加热送往蒸发段产生
蒸汽然后进入过热段产生高温高压蒸汽。
[0008] 具体的，膜式壁换热器的一侧分别设置有出风口、膜式壁换热器入水口和膜式壁换热器入风口，出风口、膜式壁换热器入水口和膜式壁换热器入风口分别与冷风循环装置的外部换热器连接。
[0009] 进一步的，外部换热器上设置有入风口、冷水入口、出水口和出风口，膜式壁换热器出风口经
除尘器与入风口连接，出水口与膜式壁换热器入水口连接，出风口经送风机与膜式壁换热器入风口连接，壳程进口与冷水入口连通。
[0010] 更进一步的，除尘器下方设置有灰斗。
[0011] 具体的，膜式壁换热器内部设有布风管，布风管上方为膜式壁。
[0012] 具体的，螺旋给料机和螺旋出料机分别通过连接
法兰与膜式壁换热器的物料进、出口连接。
[0013] 具体的，膜式壁换热器的上方一侧设置有水蒸气出口，水蒸气出口通过管道与下端装置连通，下端装置上设置有冷凝水出口，膜式壁换热器中换
热管内的
流体经换热后送入下端设备再利用。
[0014] 8.根据
权利要求1至7中任一项所述的基于联合冷却高温固体颗粒的余热回收系统，其特征在于，膜式壁换热器设置在高温固体颗粒冷却装置中，由多
块膜式壁竖直排列组成。
[0015] 本发明的另一个技术方案是，一种基于联合冷却高温固体颗粒的余热回收方法，使用基于联合冷却高温固体颗粒的余热回收系统，包括以下步骤：
[0016] S1、高温固体颗粒流经螺旋给料机送入膜式壁换热器内的腔道中，在出料口螺旋给料机的控制下，与膜式壁充分换热，将热量传递给膜式壁内的水或蒸汽，实现高温固体颗粒的冷却降温；
[0017] S2、氮气冷风经送风机送入膜式壁换热器内的腔道强化传热，经过整个膜式壁换热器腔室后，从出风口进入除尘器，去除携带的粉尘颗粒，然后经除尘器出口进入外部换热器；
[0018] S3、外部换热器内，热风与冷水进行换热，热风温度降低后送往风机；冷水温度升高，经换热器出水口送往膜式壁换热器入水口；
[0019] S4、膜式壁换热器内部布风管上方膜式壁中的水经整个换热过程后，成为高温高压的水蒸气，由水蒸气出口送往下端设备进行利用。
[0020] 具体的，基于联合冷却高温固体颗粒的余热回收系统包括膜式壁换热器，膜式壁换热器的上端与螺旋给料机连接，下端与螺旋出料机连接，内部设有布风管，布风管上方为膜式壁；膜式壁换热器的一侧分别设置有出风口、膜式壁换热器入水口和膜式壁换热器入风口，出风口经除尘器与外部换热器的入风口连接，膜式壁换热器入水口与外部换热器的出水口连接，膜式壁换热器入风口经送风机与外部换热器的出风口连接，膜式壁换热器的另一侧设置有水蒸气出口，水蒸气出口通过管道与下端装置连通，下端装置上设置有冷凝水出口。
[0021] 与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0022] 本发明一种基于联合冷却高温固体颗粒的余热回收系统，采用膜式壁换热器与风冷联合冷却高温固体颗粒，从传
热机理上改善了换热条件，增加了强制对流，极大的缩短了冷却时间；同时，冷风的扰动可以使同一平面上的兰炭冷却更加均匀，减少膜式壁换热板的数目，降低生产成本。
[0023] 进一步的，采用的膜式壁换热器，在高温固体颗粒流缓慢下滑的过程中碰撞到管壁会加剧颗粒流的混合使冷却更加均匀，也进一步强化了传热。
[0024] 进一步的，膜式壁换热器入风口处设置有布风管，使冷风更加均匀地进入到膜式壁换热的腔室中，实现最佳的换热效果；为保证高温固体颗粒充分冷却，采用冷风与颗粒流逆流布置，即布风管上方为膜式壁，同时膜式壁凹凸不平的表面增加了气流的扰动也使得高温颗粒流下落的过程中掺混更均匀。
[0025] 进一步的，采用螺旋进料机以及螺旋出料机可以实现换热器的自密封，提高了设备的
密封性，防止了过程中可能产生的有害气体的泄露；同时可以通过调节螺旋进、出料机的参数实现工况的自由改变，不仅可以实现连续进出料，而且极大地调高了设备的适应能
力。
[0026] 进一步的，冷却热风的外部换热器利用冷水回收热风的热量，冷水经换热后送入膜式壁换热器中，系统实现了
能量的多级回收，提高了能量的利用率。
[0027] 进一步的，所设置的膜式壁换热器由多块膜式壁竖直排列组成，增大了换热面积缩短了换热时间更加有效的回收高温固体颗粒的
显热；同时，两块竖直排列的膜式壁可以形成竖直的腔道，高温固体颗粒流通过腔道，依靠重力的作用在螺旋给料机的控制下能够实现缓慢的下移，不需要额外的动力输入即可使其流动，降低了系统能耗。膜式壁换热器分为三个部分，包括预热段、蒸发段以及再热段，在预热段实现冷水的预热，并且保证了出口的高温固体颗粒温度降低到
指定温度以下；蒸发段为热水全部蒸发为水蒸气的环节，保证了进入再热段的工质均为蒸汽；再热段是水蒸气加热成高温高压的
过热蒸汽的环节，经过再热段出口的蒸汽即可送往下端设备利用。膜式壁换热器的分级极大地提高了换热效率，为高温固体颗粒的冷却以及显热的回收提供了条件。
[0028] 本发明一种基于联合冷却高温固体颗粒的余热回收方法，通过风冷与水冷的联合冷却实现高温固体颗粒的迅速降温并且膜式壁换热器的使用极大地增加了换热面积使得余热的回收效率高；除尘器的设置保证了循环风的洁净与系统的安全性；外部换热器实现了余热的多级回收，提高了能量回收率。
[0029] 综上所述，本发明适用范围广，对于流动性好的高温固体颗粒均适用。对于易燃的高温物料，采用氮气作为冷风风源；对于不可燃物料可以直接采用空气。同样适用于非膜式壁换热器中。
[0030] 下面通过
附图和
实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0031] 图1为本发明的一种联合兰炭余热回收系统的结构示意图。
[0032] 其中：1.冷凝水出口；2.下端装置；3.水蒸气出口；4.螺旋给料机进口；5.螺旋给料机；6.膜式壁换热器；7.出风口；8.除尘器；9.入风口；10.外部换热器；11.冷水入口；12.出水口；13.出风口；14.膜式壁换热器入水口；15.送风机；16.膜式壁换热器入风口；17.螺旋出料机；18.连接法兰；19.膜式壁。
具体实施方式
[0033] 本发明提供了一种基于联合冷却高温固体颗粒的余热回收系统及方法，高温固体颗粒缓慢流过锅炉膜式壁，固体颗粒携带的热量通过热传导传递给换热管壁，进而传递给管内的工质水或蒸汽；冷风的存在，增加了内部扰动，增大了固体颗粒流与膜式壁的换热系数，使得固体颗粒冷却的更均匀、速率更快。管内的热水充分吸收固体颗粒的显热，产生高温高压的蒸汽用于发电或供用户使用。固体颗粒在余热回收系统出口处的温度降低至250℃以下。该方法具有显著的优点，既能达到冷却的目的，又能高效传热，为有效利用高温固体颗粒的显热提供了条件。
[0034] 请参阅图1，本发明一种基于联合冷却高温固体颗粒的余热回收系统，包括膜式壁换热器6和冷风循环装置。
[0035] 膜式壁换热器6包括预热段、蒸发段以及过热段三部分组成，其中过热段上端的高温固体颗粒流入口与螺旋给料机5连通，螺旋给料机5上设置有螺旋给料机进口4；膜式壁换热器6下端的高温固体颗粒流出口通过连接法兰18与螺旋出料机17连通，膜式壁换热器6内部设有布风管，布风管上方为膜式壁19，此外膜式壁换热器三段之间通过水和水蒸气出入口相连通。
[0036] 膜式壁换热器6上方两侧分别设置有出风口7和水蒸气出口3；膜式壁换热器6下方一侧设有膜式壁换热器入水口14和膜式壁换热器入风口16，膜式壁换热器6通过出风口7、膜式壁换热器入水口14和膜式壁换热器入风口16与冷风循环装置连接。
[0037] 冷风循环装置包括外部换热器10，外部换热器10上设置有入风口9、冷水入口11、出水口12和出风口13，膜式壁换热器出风口7经除尘器8与入风口9连接，除尘器8下方设置有灰斗，出水口12与膜式壁换热器入水口14连接，出风口13与送风机15的入风口连接，送风机15的出风口与膜式壁换热器入风口16连接，壳程进口与冷水入口11连通，除尘器8出口的热风经外部换热器10冷却后由送风机15送入膜式壁换热器6的腔道，实现循环。
[0038] 膜式壁换热器6上方设有水蒸气出口3，与下端装置2连通，下端装置2上设置有冷凝水出口1，膜式壁换热器6中换热管内的流体，进一步换热之后送入下端设备2进行利用。
[0039] 布风管与送风机15通过法兰相连接，风机出口处设置有
阀门。
[0040] 膜式壁换热器6设置在高温固体颗粒冷却装置中，由多块膜式壁竖直排列组成。
[0041] 螺旋给料机5和螺旋出料机17分别通过连接法兰与膜式壁换热器6的物料进、出口相连接。
[0042] 具体工作过程为：
[0043] 螺旋给料机5将兰炭颗粒送入膜式壁换热器6中，兰炭颗粒流在重力的作用下，向下流动，通过膜式壁换热器下部的螺旋出料机17，控制出料速度。冷风经由送风机15从膜式壁换热器入风口16送入换热器内部腔室，与兰炭颗粒流逆向流动，形成强制对流，从换热机理上，强化了兰炭颗粒流与换热器的换热效果；充分换热后，冷风变为热风，从膜式壁换热器出风口7送出，进入除尘器8，去除携带的固体颗粒。
[0044] 接下来，热风进入外部换热器10，与冷水进行热交换；换热结束后，冷风送往送风机，冷水送往膜式壁换热器入水口，这一过程实现了热风的热量回收，以及冷风的循环利用。冷水在膜式壁换热器内的管道中流动，充分换热后，变为水蒸气，从膜式壁换热器上端的水蒸气出口进入下端设备进行利用，达到回收兰炭显热的效果。
[0045] 以冷却高温固体颗粒兰炭为例，说明该余热回收系统运行时的关键参数。
[0046] 高温兰炭颗粒流进入系统的温度为600℃，在膜式壁换热器中冷却，出口温度降低到250℃以下(针对不同的高温固体颗粒，冷却温度可以通过调节冷水流量与物料流量的参数冷却至需要的温度)；外部换热器冷水入口温度为室温，冷水出口温度为40℃左右，然后进入到膜式壁换热器预热段中，充分换热后，达到90℃左右进入蒸发段；在蒸发段，是热水蒸发为水蒸气的主要环节，蒸发段出口热水全部变为
饱和蒸汽由出口进入过热段再次加热；在过热段，水蒸气充分吸收高温固体颗粒的显热变成高温高压的水蒸气，通过出口送入下端设备加以利用。
[0047] 以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案
基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
