CN102534073B - 用于造粒装置的蒸汽冷凝塔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于造粒装置的蒸汽冷凝塔。造粒装置(10)具有注水装置(20)和造粒槽(18)。蒸汽冷凝塔(30)位于造粒槽(18)上方，用于收集造粒槽(18)中产生的蒸汽。蒸汽冷凝塔(30)具有带喷水装置(40)和位于喷水装置(40)下方的集水装置(42)的蒸汽冷凝***。塔(30)配备有用于将过量蒸汽排放到大气中的通道(60)。通道(60)的入口(62)与冷凝塔(30)的下部区(44)相连通，且出口(64)布置为将蒸汽在冷凝塔(30)上方排放到大气中。而且，通道(60)配备有封闭装置(70)，用于通过通道(60)选择性地排放蒸汽。该装置可在冷凝能力设计成最大炉渣流速为8t/min的***中处理增加60％的炉渣，即大约+5t/min的炉渣，不会有蒸汽回流的风险。
Description
技术领域
本发明大致涉及一种用于熔融物料尤其是冶炼熔融物(诸如高炉炉渣)的造粒装置。更具体地，本发明涉及一种用于此类装置中的改进的蒸汽冷凝塔设计。
背景技术
所附图5中示出了这中类型的尤其是用于熔融高炉炉渣的现代造粒装置的一个实例，图5是一篇发表于2005年8月发行的Iron & SteelTechnology(钢铁技术)中的题为“Slag granulation system-Environmental process control”(炉渣造粒***——环境工艺控制)的论文的一部分。从图5可看出，这类装置通常包括注水装置2(也称为鼓风箱(blowing box))，用于将造粒水注入熔融物料流中(如经流道端1接收的炉渣)。从而实现熔融物料的造粒。该装置还具有造粒槽3，用于收集造粒水和已造粒物料，并在注水装置2下方用大量水来冷却颗粒。蒸汽冷凝塔通常具有由顶盖封闭的圆柱形外壳，蒸汽冷凝塔位于造粒槽上方，用于收集和冷凝造粒槽中产生的蒸汽。实际上，因为熔融物料的温度很高且淬火所需的水量很大，所以根据图5的装置通常会产生大量的蒸汽。为避免蒸汽排入大气造成污染，蒸汽冷凝塔包括一蒸汽冷凝***，通常为逆流式的。蒸汽冷凝***具有：喷水装置5，用于将水滴喷入蒸汽冷凝塔内产生的蒸汽中；以及集水装置6，位于喷水装置5下方，用于收集喷淋的冷凝液滴和已冷凝的蒸汽。
冶炼工艺中熔融物料的产生通常是循环的，且产生的流速会有相当大的波动。例如，在高炉的出渣操作期间，炉渣流速决不是恒定的。它显示的峰值可能是出渣操作期间的炉渣平均流速的四倍。这种峰值在短时间(例如几分钟)内会偶尔或定期发生。由此推定，在当前发展水平的典型的基于水的造粒装置中，存在引入炉渣导致的引入热流速的重要波动，因此，在此期间产生的蒸汽量也存在同样的波动。为了实现装置尺寸和成本之间的适当折衷，蒸汽冷凝能力通常不设计为处理峰值炉渣流量时可能产生的全部蒸汽流量。这种情况下可预见到过压释放活门(从图5所示顶盖中可看到)打开，以便将过量蒸汽排放到大气中。
然而，观察表明，实践中此类过压活门在过量的熔融物流速时并不总能可靠地打开。由此推定蒸汽被部分阻挡而无法通过过压活门排出，原因之一就是注水装置2不断产生的水“幕(curtain)”形成了“屏障(barrier)”。在蒸汽速度很高时，集水装置6也可能形成对蒸汽流的阻力。因此，过量蒸汽滞留在塔内，且随即产生过压。这可能导致冷凝塔下部入口处的蒸汽在造粒槽3进口处部分回流。尽管特别预见到内排风罩(hood)将内外隔离且从而避免不必要的空气进入塔内，但也阻止了蒸汽排出塔外。
这种逆向蒸汽流至少可能导致出铁场的能见度很低，这对操作人员来说显然是严重的安全风险。更不利的是，通过内排风罩回流的蒸汽可能引起蒸汽与炉渣流道口内的液态高温熔融物接触时生成大量的低密度炉渣颗粒(所谓的“爆米花”(popcorn))。这种高温颗粒在投入出铁场中时会产生甚至更严重的安全风险。
发明内容
因此，本发明的第一个目的在于提供一种蒸汽冷凝塔，其能够在造粒期间在峰值流速时更可靠地排放过量蒸汽，同时仅需较低的额外成本与现有造粒设备设计相匹配。该目的通过根据本发明的造粒装置和蒸汽冷凝塔实现。
本发明的另一个目的在于提供一种能够缩减设备的安装和运行成本的冷凝塔。
本发明大致涉及一种造粒装置和一种冷凝塔。
为了克服上述问题，本发明提出了一种烟囱或烟窗，下文称为通道(stack)，用于选择性地将过量蒸汽(不是烟气)排放到大气中。根据本发明的通道具有一个布置成与冷凝塔的下部区相连通的入口以及一个出口，该出口布置成在通道上方(例如在等于或高于冷凝塔的顶盖的高度处)将蒸汽释放到大气中。此外，根据本发明，为了允许按要求或需要来选择性地排放，通道优选地配备有任何适当的用于控制蒸汽通过通道的选择性排放的装置。有助于或限制排放的适当装置可包括任何类型的封闭装置，例如特别设计的“水幕”封闭装置和/或通道内侧的冷凝喷嘴和/或强制通风鼓风机或风扇。尽管这种排放控制装置的结构不太重要，但能够选择性地控制蒸汽通过通道的排放的可行方案是非常有利的。
所提出的通道具有无容置疑的安全排放任何不需要和潜在有害的过量蒸汽的优点，从而显著提高运行安全性。而且，所提出的通道允许设计具有小规模冷凝***的装置。实际上，配备有所提出的通道的装置能够处理与更高的炉渣流速相对应的总蒸汽流量，该蒸汽流量包括以常规方式冷凝的一部分蒸汽流量(通常是大部分)以及在有限时间内通过所提出的通道简单地排放到大气中的另一部分蒸汽流量(通常是小部分)。因此，与采用设计用于最大预期熔融物流速的整个装置的常规做法不同，该装置可设计为处理运行期间的大部分时间内发生的平均公称流速。从而能够大量地节省资金和运行费用。还应理解的是，优选的通道设计避免了冷凝塔内侧的过压，且在高于公称流速时安全地防止蒸汽回流到出铁场。仅通过选择性地排放，在公称流速和低于公称流速时本装置以传统方式运行，而不会蓄意将蒸汽释放到大气中。所提出的装置还具有能够进行被动设计(passive design)(利用自然通风)的其他优势，被动设计不需要增加水的流速，即不需要增加水泵、管道、阀门和冷却塔的投资和运行成本。此外，与将冷凝***的能力增加到相当安全裕度相比，用于设置所提出的通道的投资(资本支出)非常低。
具体地，本发明提供一种造粒装置，用于对冶炼设备中产生的熔融物料进行造粒，该造粒装置包括：注水装置，用于将造粒水注入到熔融物料流中，从而对熔融物料进行造粒；造粒槽，用于收集造粒水和已造粒物料；蒸汽冷凝塔，位于造粒槽上方，用于收集造粒槽中产生的蒸汽，蒸汽冷凝塔具有带顶盖的外壳和蒸汽冷凝***。该蒸汽冷凝***包括用于将水滴喷入蒸汽冷凝塔(30)中是喷水装置以及位于蒸汽冷凝塔内且位于喷水装置下方的用于收集已喷淋的水滴和冷凝蒸汽的集水装置。集水装置将塔分为蒸汽能够在其中冷凝的上部区和下部区，蒸汽能够从造粒槽通过下部区进入上部区。造粒装置还包括通道，用于选择性地将过量蒸汽排放到大气中，所述通道具有一个布置为与冷凝塔的下部区相连通的入口以及一个出口，出口布置为在冷凝塔的顶盖的高度处或高于该高度处释放蒸汽。
优选地，通道配备有用于控制蒸汽通过所述通道的选择性排放的装置，具体地配备有：封闭装置；和/或至少一个内部喷嘴，布置在通道内侧，用于将水滴喷入通道中；和/或鼓风机，用于形成通过通道的强制通风。
优选地，通道从集水装置下方延伸进入或通过顶盖中的开口。
优选地，通道布置在冷凝塔内侧。
优选地，通道布置在冷凝塔的内侧中央。
优选地，通道的出口延伸到顶盖之上的高度不超过通道总高度的15％。
优选地，通道由冷凝塔的外壳和/或顶盖支承。
优选地，封闭装置包括：同轴相对的水流喷嘴，用于在通道内形成水幕，所述相对的水流喷嘴优选地布置在通道的内侧中央；和/或可移动板。
优选地，喷水装置包括几个用于将水滴喷入蒸汽冷凝塔中的喷水喷嘴以及至少一个内部喷嘴，所述内部喷嘴布置在通道内侧，用于将水滴喷入通道中，具体地位于封闭装置的下方。
优选地，该造粒装置还包括脱水单元，尤其是具有旋转过滤转鼓的脱水单元，所述脱水单元具有集气罩，第一辅助管的入口端连接到集气罩且排出端具体地在封闭装置上方的高度处连接到通道。
优选地，该造粒装置还包括内排风罩，所述内排风罩伸入造粒槽中，以密封冷凝塔防止环境空气进入，第二辅助管的入口端连接到内排风罩且排出端具体地在封闭装置上方的高度处连接至通道。
优选地，该造粒装置还包括控制器装置，其被连接以操作封闭装置，从而选择性地限制或允许通过通道的蒸汽通路；和/或控制布置在通道内侧的至少一个喷嘴的运行。
优选地，通道具有的高度在10-25m的范围内，优选地在15-20m的范围内。
优选地，通道的内径和高度之间的比例在0.055≤d/h≤0.25的范围内，优选地在0.1≤d/h≤0.2的范围内。
优选地，所述用于控制选择性排放的装置包括封闭装置和至少一个布置在通道内侧用于将水滴喷入通道中的内部喷嘴；并且通道配置为自然通风。
优选地，通道的内径和高度之间的比例为d/h≤0.1，优选地为d/h≤0.055。
优选地，所述用于控制选择性排放的装置包括用于形成通过通道的强制通风的鼓风机。
优选地，集水装置包括一个或多个与排液管相连通的漏斗形集流器，用于回收工艺水。
优选地，集水装置包括漏斗形上部集流器和漏斗形下部集流器，所述漏斗形下部集流器围绕通道的下部同心地布置，所述漏斗形上部集流器具有直径比漏斗形下部集流器的外径小的中心开口。
应当理解的是，所提出的装置特别适合于高炉设备，但并不局限于此。
本发明还涉及一种冷凝塔，其工业应用为可单独用作现有造粒装置的翻新替换。
附图说明
从以下参照附图对几个非限制性实施方式的详细描述中，本发明的其他细节和优点将显而易见，附图中：
图1是根据本发明的配备有蒸汽冷凝塔的造粒装置的第一实施方式的方框示意图；
图2A至图2B以示意性垂直和水平剖面图示出了蒸汽冷凝塔在低于熔融物料峰值流速时的正常运行；
图3A至图3B以示意性垂直和水平剖面图示出了蒸汽冷凝塔在熔融物料峰值流速时通过通道排放蒸汽；
图4是根据本发明的配备有蒸汽冷凝塔的造粒装置的第二实施方式的方框示意图；
图5示出了根据现有技术的一种熟知的造粒装置。
所有附图中使用相同的参考标号来表示结构或功能类似的元件。
具体实施方式
为了说明本发明的第一实施方式，图1示出了设计用于高炉设备(该设备未示出)中的炉渣造粒的造粒装置10的图解视图。一般说来，装置10用于通过利用一股或多股较冷的造粒水流12对熔融高炉炉渣流14淬火而进行造粒。从图1看出，不可避免地与来自高炉的生铁接触的熔融炉渣流14从高温熔融物流道端16落入到造粒槽18中。运行过程中，通过一个或多个并联的高压水泵22供水的注水装置20(通常也称为“鼓风箱”)产生的造粒水流12冲击从高温流道端16落下的熔融炉渣14。注水装置20的适当配置例如在专利申请WO 2004/048617中有所描述。在老旧的造粒装置(未示出，但包括在内)中，熔融炉渣从高温流道落入到冷流道上，其中来自类似的注水装置的造粒水流夹带着冷流道上的炉渣流一起流至造粒槽。不管设计如何，在造粒水流12冲击熔融炉渣流14时实现造粒。
通过淬火，熔融炉渣14***成颗粒大小的“颗粒”，这些颗粒落入造粒槽18盛放的大量水中。这些炉渣“颗粒”通过与水换热完全固化成炉渣砂。应该注意的是，造粒水流12冲向造粒槽18的水面，从而形成了加速冷却炉渣的湍流。
众所周知，最初高温熔融物(＞1000℃)(诸如熔融炉渣)的淬火导致大量的蒸汽(即水蒸汽)。这种蒸汽通常会受到各种污染，其中之一是气态硫化物的污染。为了减少大气污染，造粒槽18中释放的蒸汽路由到通常垂直位于造粒槽18上方的蒸汽冷凝塔30。蒸汽冷凝塔30(下文简称为“塔30”)配备有通常为逆流式的蒸汽冷凝***，该蒸汽冷凝***包括喷水装置40和集水装置42。从图1看出，塔30是相对较大的建筑，具有外壳32。外壳32通常是圆柱形焊接钢板结构，但并非一定如此，且设置有顶盖34。塔30具有与所产生蒸汽的公称体积相应的一定的高度和直径。如图2A至2B和图3A至3B所示，塔30在顶盖34处可具有存有备用水的水池。
为了实现最好的效果，喷水装置40通常位于塔30的顶盖34附近。喷水装置包括多个喷水喷嘴47、49，用于将水滴喷入到在塔30内上升的蒸汽和水气中。喷水装置40用于蒸汽冷凝以及附加地改善有害蒸气的溶解。
集水装置42布置在塔30内且位于喷水装置40下方几米的垂直距离处。可以看出，集水装置42将塔30分成运行期间蒸汽在其中冷凝的虚拟上部区44和虚拟下部区46。运行过程中，蒸汽从造粒槽18上升，通过下部区46并通过集水装置42进入上部区44。通常，上部区44占据的高度比例比下部区46大得多。图1中的折线表明未示出塔30的全部高度，即喷水装置40和集水装置42之间的垂直距离通常大于图1所示的距离。
集水装置42配置为收集喷雾液滴和冷凝蒸汽所形成的掉落液滴。因此，集水装置42防止水回落到造粒槽18中，且通过排液管48允许回收相对清洁的工艺水。为此目的，集水装置42可包括至少一个漏斗形或杯形的上部集流器43和一个漏斗形的下部集流器45，如图1示意性所示。在这种情况下，集流器43、45之间的几个圆周分布开口允许蒸汽和水气从塔30的下部区46升入上部区44。为了使蒸汽的流动阻力最小，集流器43、45之间的分布开口优选地具有至少500mm的高度。集水装置42的其他设计也是可行的且包括在内。
从图1看出，混和有造粒水的固化炉渣砂在造粒槽18的底部被排放。混和物(浆液)被输送至脱水单元50。该脱水单元50的目的是分离已造粒物料(即炉渣砂)和水，即允许炉渣砂和工艺水的分别回收。从现有的装置或美国专利第4,204,855号的描述中可知脱水单元50的合适的普通配置，所以此处不再赘述。此类脱水单元包括一个旋转过滤转鼓52，例如美国专利第5,248,420号中更详细的描述。也可以使用任何其他静态或动态的装置为精细的固化熔融颗粒脱水。如图1进一步所示，造粒水回收槽54(通常称为“高温水槽”)与用于收集从已造粒炉渣砂分离的水的脱水单元50相关。大多数情况下，该造粒水回收槽54被认为是具有沉降隔间和清洁水隔间的沉降槽(见图1的右侧)，大量的无砂(“清洁”)水溢流到清洁水隔间中。
还如图1所示，可连接集水装置42的排液管48，以便将来自塔30的冷凝喷淋水输送到水回收槽54中。也可将冷凝喷淋水直接泵送至冷却***56或用于其他目的，如输送至注水装置20，或简单地丢弃。在图1所示的变型中，排液管48将水排入到水回收槽54的清洁水隔间内。大量无砂水从这个隔间被泵送至具有一个或多个冷却塔的冷却***56。来自冷却***56的冷却工艺水被回送至造粒装置10，作为工艺中的再利用。更具体地，一方面，冷水优选地通过一个供应管23被输送至注水装置20，另一方面，通过另一供应管58被输送至喷水装置40。供应管23配备有上述水泵22。反过来，供应管58配备有至少一个水泵57，或优选地配备有属于喷水装置40的两个并联水泵。因此，通过供应管58向喷水装置40的喷水喷嘴47、49供应来自冷却***56的再循环冷水。尽管工艺水的这种“闭合回路”配置是优选的，但开放回路的替代方案也包括在内，其中供应到喷水喷嘴47、49和/或注水装置20的水在使用后被处置。
根据可以理解的一个方面，根据本发明的塔30配备有通道60，用于将过量蒸汽排放到大气中。如图1示意性所示，通道60是一种与塔30操作性地相关的蒸汽排放烟囱。更具体地，图1所示的通道60具有布置为与下部区46相连通的下部入口62和布置为大致或略高于塔30的顶盖34的高度的上部出口64。通道60还配备有用于控制蒸汽通过通道60的选择性排放的装置。在图1的实施方式中，该装置包括一个封闭装置70，用于控制蒸汽从下部区46通过通道60进入到出口64上方的大气中的选择性排放。因此，通道60用作控制将蒸汽排放到大气中的可控烟囱。尤其如下文更显然，通道60使得能够排放超过塔30冷凝能力的蒸汽量。
在传统的***中，如图5所示，只要熔融物流速超过塔30的能力，经验表明会有蒸汽回流(逆流)的严重风险，例如逆流进入高温流道甚至进入流道端16上游的出铁场(未示出)。即便通过图1所示的顶盖34中的过压活门以及内排风罩80实现一定的回流阻力，但回流依然可能发生。在已知的方式中，内排风罩80(也如图5所示)的设置主要用于封闭塔30，防止环境空气“误”进入塔内。
与这种传统设计相反，所提出的通道60提供一种只要流速超过塔30公称能力就可靠排放过量蒸汽的可靠方案。应当理解的是，这种过量流速可能偶尔发生，例如在由于高炉出渣口处的问题导致熔融炉渣峰值的情况下。应当理解的是，通过本发明，可以考虑蒸汽冷凝能力较低的设备设计。实际上，通过将公称能力设计为低于预期的短期流速峰值，即与公认的设计规范(公称能力与预期的峰值流量一致)相反，配备有通道60的塔30依然可以可靠地运行。
考虑到给定直径的被动(passive)通道60的最优烟囱排风(通风)，通道60具有布置在集水装置42的集流器43、45下方的入口，以便入口62与下部区46直接相连通。换句话说，通道60从集水装置42下面延伸，穿过上部区44，进入或穿过顶盖34中的开口。由于入口62位于漏斗形的集流器43、45下方，所以通道60产生的通风能够将蒸汽直接排出下部区46，即从蒸汽产生的地方(造粒水面的正上方)排放。因此，除了最优通风之外，作为上述风险的主要来源，下部区46中的过压可通过所提出的通道60的配置而避免。而且，来自喷水装置40的水滴不会被吸入通过下部入口62，因为集水装置42依然会适当地收集水。
尽管外部布置的通道(未示出)(例如固定于外壳32的外侧)包括在内并且是可行的，但塔30内侧的内部通道60是优选的。其中后一种配置利用外壳32作为通道60的挡风板。因为结构原因，直径相对较大的单个通道60优选地布置在外壳32的内侧中央，如图1所示。次优选的布置，例如两根直径上相对的小通道，也是可行的且包括在内。为了实现额外的通风，通道60可略突出超过顶盖34。如果通道60的出口64没有明显延伸到外壳32之上，即超过顶盖34的高度，尽管牺牲了潜在的辅助通风，但从结构原因来讲这也是有利的。在实践中，出口延伸到顶盖34之上的长度不应超过通道60的整体高度h(见图3A)的15％。通过图1所示的布置，通道60能够通过外壳32的结构容易地支承，和/或如果需要，通道可部分或全部地悬挂于顶盖34的结构上。因此，不需要额外的支承结构或额外增加通道60的壁厚。
可以理解的是，通道60的直径d(见图3A)和高度h(见图3A)的适当尺寸决定可通过通道60安全排放到大气中的蒸汽量(塔30的下部区46没有过压且没有和蒸汽回流相关的风险)。对于设计为被动的通道60，即仅具有自然通风的功能，通常需要内径d≥400mm。实践中，通道高度h通常在10-25m的范围内，优选地在15-20m的范围内，如果直径d与高度h之比为0.055≤d/h≤0.25，优选地在0.1≤d/h≤0.2的范围内，就能实现最优结果。如果装置10设计成用于高炉炉渣，则相应的通道60易于实现自然通风，能够以大约3-4t/min(过量流速)排放额外炉渣产生的蒸汽。因此，通过通道60，装置10能够在炉渣流速高于塔30的最大冷凝能力时安全运行。例如，通过将塔30设计成用于冷凝熔融物流速仅为8t/min时产生的蒸汽，装置可在峰值炉渣流速为11-12t/min时运行。应当理解的是，根据本发明的通道60因此允许处理能力增加高达50％，同时也增强了运行安全性。应当理解的是，d/h＜0.1或甚至d/h＜0.055的通道(未示出)也是可行的。然而，这种配置是不太优选的，且通常要求给这种小直径通道(未示出)配备电动排风机，以保证充分的抽吸，即人为通风以及避免相关的故障风险。
为了确保低于峰值的正常流速时的有效冷凝和减少污染，图1的通道60配备有上述可控封闭装置70。该封闭装置70用于“关闭”通道60，即在造粒装置10以公称流速或低于公称流速运行时，尤其是对于塔30的冷凝能力时或低于该冷凝能力时产生的蒸汽，关闭或至少大大限制入口62和出口64之间的蒸汽通路。换句话说，封闭装置70用于仅在要求或根据实际产生的蒸汽量而需要时选择性地通过通道60排放蒸汽。
封闭装置70可布置为略低于通道60的上部出口64，且优选地布置在通道60的上半部。在一个简单实施方式中，封闭装置70可包括一个简单的电机驱动的可移动板(未示出)，用于关闭通过通道60的通路。例如，一铰接活门或节气盘可布置在通道60的顶部或内部，例如布置在出口64处。然而，在图1至图4所示的优选配置中，封闭装置70不是传统的阀门，而是配置为形成可控“水幕”作为封闭器。在一个优选实施方式中，封闭装置70包括布置在通道60内侧的同轴相对的水流喷嘴72，用于在通道内形成水幕。相对的水流喷嘴72优选地布置在通道60的内侧中央。从根据图5的传统设计或从德国专利DE 3,619,857中通常可知相对的水流喷嘴72的适当概念。这种相对的水流喷嘴72产生已经发现可对蒸汽通路造成相当大阻力的膜状水“幕”、水“壁”或水“罩”。此外，封闭装置70的这种设计具有帮助蒸汽冷凝以及在缺水或缺电的情况下自动打开通过通道60的通路的优势。因此，所提出的封闭装置70提供了额外的运行安全性。所以，水流喷嘴72优选地通过向喷水装置40供应水的同一供应管58进行供水。封闭装置70的运行可通过额外的封闭器水泵74的操作进行控制，且基于任何适当的流速(例如炉渣流速)或过量蒸汽测量进行控制，例如热平衡计算或表示经由流道端16接收的熔融物的实际流速的其他测量。
可以理解的是，除了带有可控的封闭装置70的通道60之外，根据本发明的塔30的几个自身典型组件也经过了重新设计。
首先，当使用带有基于“水幕”式封闭装置70限制通路的通道60时，上部顶盖34处的安全活门的数量可减少，或完全省去。从图1可看出，集水装置42也需要重新设计。在一个可行的实施方式中，漏斗形的下部集流器45以盘状方式围绕通道60的下部同心地布置，且可由通道60支承。漏斗形的上部集流器43具有中心开口，该中心开口的直径小于漏斗形的下部集流器45的外径，以防止液滴回落到造粒槽18中。通过集流器之间的通路的流动阻力例如由于具有足够大自由横截面的开口而降到最低。其他设计也是可行的，例如直径径向向外增大的多个向外倾斜的盘，如图2A和图3A所示。
喷水装置40的喷水喷嘴47、49的布置和类型也可根据通道60而改变。具体地，从图2B和图3B中最佳所示，多个喷水喷嘴47围绕通道60以圆形对称方式布置，用于将水滴喷入塔30的上部区44中。可在塔30的上部区44中的不同高度处设置几行水平的喷嘴，通常为一到四行，例如图2A和图3A所示的两行。优选地，喷水喷嘴47是所谓完顶体(full-cone)式的单独(不是相对的)喷嘴。因此，喷嘴47单独地布置，以形成不受限制的喷雾(与图5所示的同轴相对式相反)，喷嘴也可以向下或略微侧向地定向。作为一个额外的优势，这种喷嘴47以比图5所示喷水装置的喷嘴更低的压力运行，例如仅为1-1.5bar。
图2A和图2B示出所提出的塔30在熔融物的正常流速(即低于峰值)时的运行。进而，图3A和图3B示出通过通道60选择性排放蒸汽的状态，即产生过量蒸汽时的运行。从图2B和图3B还可看出，所提出的塔30包括一个或多个布置在通道60内侧的垂直隔开的喷水喷嘴49，优选地布置在通道中央，例如布置在通道60和塔30的同轴中心线上。这些喷水喷嘴49优选地与通道60外侧的喷水喷嘴47为同一类型的。从图3A和图3B看出，与外部喷水喷嘴47相反，通道60内的喷嘴49在过量流速期间关闭，以保证过量蒸汽通过通道60的不受限制的通路。这种关闭能够实现最大的排放流速，且避免将水滴和蒸汽一起排放。应当理解的是，通道60内侧的喷水喷嘴49的运行具有提高喷水装置40的整体冷凝效率的显著优势。实际上，由于内部喷水喷嘴49，仍旧利用塔30的整个横截面，包括通道60在上部区44内占据的空间(可能表示相当大的比例)进行冷凝。在一种简单的配置中，在通道60内侧运行的喷水喷嘴49连接到供应例如封闭器水泵74下游的“水幕”封闭装置70的同一供应管线。因此，当封闭装置70处于无效的“开启”状态时，喷嘴49的供应断开。另一方面，当封闭装置70处于有效的即“关闭”状态时，喷水喷嘴49运行。作为有益的副效应，喷水喷嘴49的运行进一步增大了通过通道60的流动阻力。为了正确地协作，通道60内侧的喷水喷嘴49布置在封闭装置70的高度之下。因此，可看出，内部喷水喷嘴49形成为用于控制选择性地通过通道排放蒸汽的装置或布置的一部分。然而，对于更小直径的通道和/或更大直径的外壳，可能没有内部喷嘴。尽管不必要，但也可设想成还包括强制通风鼓风机或风扇，用于增加装置中的强制通风来控制排放，例如在偶尔发生高流速的情况下。
图4示出根据第二优选实施方式的具有改进通道60’的造粒装置10’。下文仅详细描述与先前实施方式的不同之处，其余特征是相同的。
从图4可看出，封闭装置70尽管也包括同轴相对喷嘴72来形成“水幕”，但该封闭装置布置在通道60’上半部的较低部分处，例如布置在高度h的60％处。该配置使得通道60’能够实现额外的排放目的。具体地，如图4示意性所示，脱水单元50在脱水转鼓52上方具有一个集气罩53，该集气罩连接至封闭装置70上方的通道60’。因此，第一辅助管59的入口端连接至集气罩53，且其排出端进入略高于封闭装置70高度的内部通道60’。所以，来自脱水单元50的蒸汽从集气罩53被抽吸到通道60’，而没有额外的能量损失，即使当封闭装置70限制了来自塔30的下部区46的蒸汽(即正常流速)的通路时也如此。该配置具有正确排放来自脱水单元50的蒸汽的优势，且在比平常更高的高度(例如高于地面25-30m)处释放蒸汽，从而总体上减少脱水单元50和装置10’周围的能见度问题。类似地，如图4示意性所示，第二辅助管82的入口连接至内排风罩80，且其排出端在高于封闭装置70的高度处连接至通道60’。该措施将内排风罩80转换为分离罩(extraction hood)。在由高温流道端16和水流12上方的内排风罩80限制的空间内形成一定的通风。该措施通过避免水流12产生的蒸汽分流到流道和出铁场中而提供额外的安全性。
进一步如图4所示，通道60’，尤其是其可控封闭装置70和内部喷嘴49均连接至控制器90，该控制器可整合到整个设备的工艺控制***中。控制器90运行连接到供给喷水装置40的水泵57的出口的远程可控自动阀92。因此，通过对阀92的开启和关闭进行控制，控制器间接控制封闭装置70的运行，以选择性地限制或允许通过通道60’的蒸汽通路。在优选布置中，布置在通道60’内侧的喷嘴49连接到阀92下游的封闭装置的供应管线。因此，阀92和控制器90还控制内部喷嘴49的运行，无需额外的费用。作为测量熔融物实际流速的读数，并从而推断造粒槽18上方的塔30内产生的蒸汽量，控制器90可连接到使脱水转鼓52旋转的转鼓电机55。实际上，使转鼓52旋转所需的扭矩表示脱水单元50所接收到的浆料的流速，且因此表示塔30的下部区46中产生的蒸汽量。其他测量表示所产生的蒸汽的值的可行方案(例如热平衡计算)当然也应包括在内。
总之，应当理解的是，本发明不仅能够明显提高基于水(尤其是用于高炉炉渣)的造粒装置10的操作安全性，此外，本发明还允许在降低冷凝能力下的可靠运行，所以投资和运行费用都很低。实际上，就高炉炉渣造粒装置而言，带有所提出的通道60、60’的造粒装置10能够可靠地处理与炉渣流量增加高达+60％相对应的过量蒸汽。这表示例如在冷凝能力设计为处理最大炉渣流速为8t/min(133.33kg/s)的***中增加大约+5t/min(83.33kg/s)的炉渣。
图例
10、10’ 造粒装置 52 旋转过滤转鼓
12 水流 53 集气罩
14 熔融物流 54 水回收槽
16 高温流道端 55 转鼓电机
18 造粒槽 56 冷却***
20 注水装置 57 水泵
22 高压水泵 58 (40的)供应管
23 (20的)供应管 59 第一辅助管
30 蒸汽冷凝塔 60、60’ 通道
32 塔的外壳 62 通道入口
34 塔的顶盖 64 通道出口
40 喷水装置 70 封闭装置
42 集水装置 72 相对的喷水喷嘴
43、45 集流器 74 封闭器水泵
47、49 喷水喷嘴 80 内排风罩
44 塔的上部区 82 第二辅助管
46 塔的下部区 90 控制器
48 排液管 92 远程控制阀
50 脱水单元。
Claims (24)
1.一种造粒装置(10)，用于对冶炼设备中产生的熔融物料进行造粒，所述造粒装置包括：
注水装置(20)，用于将造粒水注入到熔融物料流(14)中，从而对熔融物料进行造粒；
造粒槽(18)，用于收集造粒水和已造粒物料；
蒸汽冷凝塔(30)，位于所述造粒槽(18)上方，用于收集所述造粒槽(18)中产生的蒸汽，所述蒸汽冷凝塔(30)具有带顶盖(34)的外壳(32)和蒸汽冷凝***，所述蒸汽冷凝***包括：
喷水装置(40)，用于将水滴喷入所述蒸汽冷凝塔(30)中；以及
集水装置(42)，位于所述蒸汽冷凝塔(30)内且位于所述喷水装置(40)下方，用于收集已喷淋的水滴和冷凝蒸汽，
所述集水装置(42)将所述塔分为蒸汽能够在其中冷凝的上部区(44)和下部区(46)，蒸汽能够从所述造粒槽(18)通过所述下部区进入所述上部区(44)；
其特征在于，
通道(60)，用于选择性地将过量蒸汽排放到大气中，所述通道(60)具有一个布置为与所述冷凝塔(30)的所述下部区(44)相连通的入口(62)以及一个出口(64)，所述出口布置为在所述冷凝塔(30)的所述顶盖(34)的高度处或高于该高度处释放蒸汽。
2.根据权利要求1所述的造粒装置(10)，其特征在于，所述通道(60)配备有用于控制蒸汽通过所述通道(60)的选择性排放的装置，具体地配备有：
封闭装置(70)；和/或
至少一个内部喷嘴(49)，布置在所述通道(60)内侧，用于将水滴喷入所述通道(60)中；和/或
鼓风机，用于形成通过所述通道(60)的强制通风。
3.根据权利要求1所述的造粒装置(10)，其特征在于，所述通道(60)从所述集水装置(42)下方延伸进入或通过所述顶盖(34)中的开口。
4.根据权利要求1所述的造粒装置(10)，其特征在于，所述通道(60)布置在所述冷凝塔(30)内侧。
5.根据权利要求4所述的造粒装置(10)，其特征在于，所述通道(60)布置在所述冷凝塔(30)的内侧中央。
6.根据权利要求5所述的造粒装置(10)，其特征在于，所述通道(60)的所述出口(64)延伸到所述顶盖(34)之上的高度不超过所述通道(60)总高度的15％。
7.根据权利要求4所述的造粒装置(10)，其特征在于，所述通道(60)由所述冷凝塔(30)的所述外壳(32)和/或所述顶盖(34)支承。
8.根据权利要求2所述的造粒装置(10)，其特征在于，所述封闭装置(70)包括：
同轴相对的水流喷嘴(72)，用于在所述通道(60)内形成水幕，所述相对的水流喷嘴优选地布置在所述通道(60)的内侧中央；和/或
可移动板。
9.根据权利要求2所述的造粒装置(10)，其特征在于，所述喷水装置(40)包括几个用于将水滴喷入所述蒸汽冷凝塔(30)中的喷水喷嘴(47)以及至少一个内部喷嘴(49)，所述内部喷嘴布置在所述通道(60)内侧，用于将水滴喷入所述通道(60)中，具体地位于所述封闭装置(70)的下方。
10.根据权利要求2所述的造粒装置(10)，还包括脱水单元，尤其是具有旋转过滤转鼓(52)的脱水单元(50)，所述脱水单元具有集气罩(53)，且其特征在于，第一辅助管(59)的入口端连接到所述集气罩(53)且排出端具体地在所述封闭装置(70)上方的高度处连接到所述通道(60)。
11.根据权利要求2所述的造粒装置(10)，还包括内排风罩(80)，所述内排风罩伸入所述造粒槽(18)中，以密封所述冷凝塔(30)防止环境空气进入，且其特征在于，第二辅助管(82)的入口端连接到所述内排风罩(80)且排出端具体地在所述封闭装置(70)上方的高度处连接至所述通道(60)。
12.根据权利要求2所述的造粒装置(10)，还包括控制器装置(90)，其被连接以：
操作封闭装置(70)，从而选择性地限制或允许通过所述通道(60)的蒸汽通路；和/或
控制布置在所述通道(60)内侧的至少一个喷嘴(49)的运行。
13.根据前述权利要求2或8-12中任一项所述的造粒装置(10)，其特征在于，所述通道(60)具有的高度在10-25m的范围内。
14.根据前述权利要求13所述的造粒装置(10)，其特征在于，所述通道(60)具有的高度在15-20m的范围内。
15.根据权利要求13所述的造粒装置(10)，其特征在于，所述通道(60)的内径(d)和高度(h)之间的比例在0.055≤d/h≤0.25的范围内。
16.根据权利要求15所述的造粒装置(10)，其特征在于，所述通道(60)的内径(d)和高度(h)之间的比例在0.1≤d/h≤0.2的范围内。
17.根据权利要求15所述的造粒装置(10)，其特征在于，
所述用于控制蒸汽通过所述通道(60)的选择性排放的装置包括封闭装置(70)和至少一个布置在所述通道(60)内侧用于将水滴喷入所述通道(60)中的内部喷嘴(49)；并且
所述通道配置为自然通风。
18.根据权利要求13所述的造粒装置(10)，其特征在于，所述通道(60)的内径(d)和高度(h)之间的比例为d/h≤0.1。
19.根据权利要求18所述的造粒装置(10)，其特征在于，所述通道(60)的内径(d)和高度(h)之间的比例为d/h≤0.055。
20.根据权利要求18所述的造粒装置(10)，其特征在于，所述用于控制蒸汽通过所述通道(60)的选择性排放的装置包括用于形成通过所述通道(60)的强制通风的鼓风机。
21.根据前述权利要求1至12中任一项所述的造粒装置(10)，其中，所述集水装置(42)包括一个或多个与排液管(48)相连通的漏斗形集流器(43、45)，用于回收工艺水。
22.根据权利要求21所述的造粒装置(10)，其中，所述集水装置(42)包括漏斗形上部集流器(43)和漏斗形下部集流器(45)，所述漏斗形下部集流器(45)围绕所述通道(60)的下部同心地布置，所述漏斗形上部集流器(43)具有直径比所述漏斗形下部集流器(45)的外径小的中心开口。
23.一种高炉设备，包括根据前述权利要求1至22中任一项所述的造粒装置(10)。
24.一种蒸汽冷凝塔，用于根据权利要求1至22中任一项所述的造粒装置中，所述塔配置为收集造粒槽(18)中产生的蒸汽，且具有带顶盖(34)的外壳(32)和蒸汽冷凝***，所述冷凝***包括：
喷水装置(40)，用于将水滴喷入所述蒸汽冷凝塔(30)中；以及
集水装置(42)，位于所述蒸汽冷凝塔(30)内且位于所述喷水装置(40)下方，用于收集已喷淋的水滴和冷凝蒸汽，
所述集水装置(42)将所述塔分为蒸汽能够在其中冷凝的上部区(44)和下部区(46)，蒸汽能够从所述造粒槽(18)通过所述下部区进入所述上部区(44)；
其特征在于，
通道(60)，用于选择性地将过量蒸汽排放到大气中，所述通道(60)具有一个布置为与所述冷凝塔(30)的所述下部区(44)相连通的入口(62)以及一个出口(64)，所述出口布置为在所述冷凝塔(30)的所述顶盖(34)的高度处或高于该高度处释放蒸汽。
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