CN102559957B - 离心式熔融炉渣急冷干式粒化及余热回收发电***和方法 - Google Patents

离心式熔融炉渣急冷干式粒化及余热回收发电***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种离心式熔融炉渣急冷干式粒化及余热回收发电***和方法，属于钢铁冶金炉渣处理及余能回收技术领域。本发明的***包括接渣装置、炉渣离心急冷粒化装置、炉渣缓冷装置、余热回收发电装置以及废气净化处理装置。利用独特的离心粒化装置将熔融炉渣急冷粒化，并使其迅速冷却为玻璃体态；再通过水冷式振动篦床进一步缓慢冷却换热，急冷与缓冷回收的余热通过双通道?型余热锅炉产生蒸汽，推动汽轮发电机组做功发电。本发明有效地解决了离心粒化装置在高温条件下的长期、安全稳定运行，顺利实现熔融炉渣急冷和干式粒化，在不影响炉渣的后续利用价值基础上，能高效、充分回收利用炉渣高温余热资源。

Description

离心式熔融炉渣急冷干式粒化及余热回收发电***和方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金炉渣处理及余能回收技术领域，特别是涉及一种离心式熔融炉渣急冷干式粒化及余热回收发电***及其方法。
背景技术
根据资料表明，中国钢铁工业的能源消耗占全国总能耗的10-15%，在钢铁生产中会产生大量的炉渣，每生产一吨生铁要副产0.3-0.6吨高炉渣，每生产一吨钢材要副产0.13吨钢渣。上述熔融炉渣的初始温度高达1400-1600℃，富含大量的显热资源，若不加以利用或直接水淬，则严重浪费能源和污染生态环境。
在中国，高炉渣的主要用途是作水泥的掺合料，所以水淬法是最主要的方式。水淬法是一种传统高炉渣急冷处理工艺，即将熔融炉渣置于冷渣池中，炉渣遇水急剧冷却并粒状，经过渣池沉淀后用吊车抓出置于堆放场上。水淬法主要有因巴法、图拉法、底滤法、拉萨法等。水淬法的主要缺陷有：（1）大量消耗新水，浪费水资源；（2）没有回收炉渣显热，严重浪费余热资源；（3）空气污染（SO2，H2S等气态硫化物）；（4）***维护工作量大；（5）粉磨时，水渣必须烘干，仍要消耗能源。
基于传统的高炉渣水淬处理技术存在以上缺点，国外（如日本、英国等）从上个世纪80年代就开始研究开发利用干法处理高炉渣，此方法不仅可以大幅度节约新水，还可以回收高炉渣的显热，另外，高炉渣粒化后可以达到传统的水处理高炉渣一样的效果。根据熔渣余热回收技术可以分为物理热回收法和化学热回收法，其中前者根据熔渣前处理方法的不同，又分为滚筒法、风淬法、连铸式余热锅炉法、转杯法和机械搅拌法；化学热回收法，利用熔融渣热，将熔渣热通过吸热化学反应加以利用回收，如甲烷水蒸气重整反应生产H2和CO，以及煤气化反应。
在中国国内，大多学者集中研究转杯或转碟离心粒化法处理熔融炉渣，根据其已发表的论文、专利等文献，均停留于理论研究或小型模拟实验阶段，还没有出现有效工业化的炉渣急冷粒化及余热回收的方法与技术。目前，离心粒化法在熔融炉渣粒化效果较好，但在急冷效果以及炉渣余热回收热效率方面很不理想。而且在长时间高温条件下，离心粒化装置的传动以及润滑问题没有得到很好的解决。
目前，熔融炉渣的余热是钢铁企业中唯一没有被有效利用的高温余热资源。高效、高品质地回收冶金熔融炉渣余热将成为钢铁企业降低综合能耗的一个重要手段。
发明内容
针对现有离心式干式急冷粒化技术的不足，根据熔融炉渣急冷干式粒化的要求及炉渣的特性，本发明提供一种离心式熔融炉渣急冷干式粒化及余热回收发电的***，以达到有效急冷粒化熔融炉渣及回收高温余热资源的目的。本发明的另一目的是提供一种利用该***的方法。
为实现上述发明目的，本发明的发电***采用的技术方案如下：
离心式熔融炉渣急冷干式粒化及余热回收发电***，包括接渣装置、炉渣离心急冷粒化装置、炉渣缓冷装置、余热回收发电装置以及废气净化处理装置：
所述接渣装置由接渣罐和储渣罐组成；
所述炉渣离心急冷粒化装置由热管轴、转杯、电动机和一次鼓风机等组成，其中，热管轴一端与转杯相连接并置于离心粒化炉内，热管轴另一端与水冷夹套相连并置于离心粒化炉外；电动机与传动装置相连，传动装置与所述热管轴相连接并置于离心粒化炉外；所述热管轴与离心粒化炉上的高温轴承通过磁力环组非接触连接；所述离心粒化炉内的底部设有布风板，所述一次鼓风机与布风板入口相连接；
所述炉渣缓冷装置主要包括冷却机，冷却机内使用水冷式振动篦床；所述冷却机的炉渣入口通过炉渣导流槽与所述离心粒化炉相连，冷却机的冷却空气入口与二次鼓风机相连；所述冷却机的尾部设有破渣器；
所述余热回收发电装置主要包括余热锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器、冷却塔和热力除氧器；所述余热锅炉包括膜式水冷壁、汽包、二级过热器、一级过热器、二级蒸发器、一级蒸发器、省煤器和强制循环泵；所述离心粒化炉的高温余热抽风口通过高温风管与余热锅炉的高温入口相连接；所述冷却机的中温余热抽风口通过中温风管与余热锅炉的中温入口相连接；所述余热锅炉中温入口位于一级过热器下方；所述余热锅炉内从上到下依次设置所述二级过热器、一级过热器、二级蒸发器、一级蒸发器和省煤器；所述二级过热器通过主蒸汽母管与汽轮机的主汽门连接，所述汽轮机与发电机相连；所述汽轮机的乏汽出口与凝汽器相连，凝汽器的热井与凝结水泵的入口相连；所述冷却塔的下部水池与循环冷却水泵相连，循环冷却水泵与所述凝汽器的冷却水入口相连，所述凝汽器的冷却水出口与冷却塔的上部相连；所述凝结水泵的出口与热力除氧器的入口连接，同时锅炉补给水管也与所述热力除氧器的入口连接，热力除氧器的出口与余热锅炉给水泵的入口相连，余热锅炉给水泵的出口与所述省煤器的入口相连；
所述废气净化处理装置包括静电除尘器、引风机和烟囱，所述余热锅炉的排烟口及冷却机的余风口与静电除尘器的入口相连，静电除尘器的出口与引风机的入口相连，引风机的出口与烟囱相连。
在热管轴冷端设有水冷夹套，可以起到保护热管轴的作用，同时产生的热水可以供暖或制冷。热管轴与高温轴承之间通过磁力环组非接触式连接，实现高温条件下的高温轴承长期稳定运行。另外，离心粒化炉可采用高温、重力式、不锈钢-钠热管轴，以实现粒化装置在高温条件下的长寿命、安全运行。
本发明利用上述离心式熔融炉渣急冷干式粒化及余热回收发电***的方法：高炉炼铁产生的熔融炉渣经过铁渣分离后，由所述的接渣罐盛接并运输至储渣罐，再通过储渣罐上的炉渣溜槽将炉渣引至离心粒化炉内的转杯上，通过转杯高速旋转产生的离心力将熔融炉渣粒化并甩出，与一次鼓风机通入的冷却空气冷却，急冷至玻璃态颗粒；急冷后的炉渣颗粒由炉渣导流槽下落到水冷式振动篦床上利用二次鼓风机进行缓慢冷却；充分换热冷却后的炉渣颗粒在冷却机尾部经过破碎***进一步处理后落至料仓，最后经过链式运输机将处理好的炉渣送至成品库；高温废气从离心粒化炉高温余热抽风口通过高温风管送至余热锅炉高温入口，中温废气从冷却机中温余热抽风口通过中温风管补进余热锅炉中温入口，余热锅炉产生次高压次高温蒸汽, 蒸汽用来推动汽轮发电机发电；冷却机的余风与余热锅炉排出的废气混合后，经过静电除尘器处理后通过烟囱排出。
本发明的优点如下：
1. 利用热管轴与非接触式磁力环，解决了离心粒化设备在高温条件下的机械传动问题，保证粒化装置的长寿命、安全稳定运行。
2.离心粒化炉为炉渣急冷装置，冷却机为炉渣缓冷装置，炉渣急冷过程与缓冷过程分开进行，以避免不同能级的余热资源的直接混合造成的可用能（火用）损失。
3. 余热锅炉采用∏型结构、高温和中温两个烟气入口，以实现余热资源按能级的梯级利用，提高余热回收效率。
附图说明
图1是本发明离心式熔融炉渣急冷干式粒化及余热回收发电***结构图。
图2是图1中热管轴与轴承之间非接触式连接的结构图。
上述图中除已经标明的文字外，1-接渣罐，2-储渣罐，3-炉渣溜槽，4-一次鼓风机，5-电动机，6-水冷夹套，7-传动装置，8-高温轴承，9-热管轴，10-转杯，11-布风板，12-高温余热抽风口，13-离心粒化炉，14-炉渣导流槽，15-中温余热抽风口，16-冷却机，17-挡风墙，18-水冷振动篦床，19-破渣器，20-二次鼓风机，21-余风口，22-链式输送机，23-成品库，24-高温入口，25-膜式水冷壁，26-汽包，27-二级过热器，28-一级过热器，29-二级蒸发器，30-一级蒸发器，31-省煤器，32-强制循环泵，33-中温入口，34-余热锅炉，35-汽轮机，36-发电机，37-凝汽器，38-余热锅炉给水泵，39-凝结水泵，40-循环冷却水泵，41-冷却塔，42-热力除氧器，43-静电除尘器，44-引风机，45-烟囱，46-磁力环组。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明的离心式熔融炉渣急冷干式粒化及余热回收发电***包括接渣装置、炉渣离心急冷粒化装置、炉渣缓冷装置、余热回收发电装置以及废气净化处理装置，其中，接渣装置由接渣罐1和储渣罐2组成；炉渣离心急冷粒化装置主要由热管轴9、转杯10、电动机5和一次鼓风机4等组成，热管轴9一端与转杯10相连接并置于离心粒化炉13内，热管轴9的另一端与水冷夹套6相连，电动机5与传动装置7相连，传动装置7与热管轴9相连接并位于水冷夹套6的下方，传动装置7和水冷夹套6都置于离心粒化炉13的外部，热管轴9与离心粒化炉13上的高温轴承8通过磁力环组46非接触连接，离心粒化炉13内的底部设有布风板11，一次鼓风机4与布风板入口11相连接；炉渣缓冷装置主要包括冷却机16，冷却机16内使用水冷式振动篦床18；冷却机16的炉渣入口与炉渣导流槽14的出口相连，冷却机16的冷却空气入口与二次鼓风机20相连；冷却机16的尾部设有破渣器19。
余热回收发电装置主要包括余热锅炉34、汽轮机35、发电机36、凝汽器37、冷却塔41、热力除氧器42；余热锅炉34包括膜式水冷壁25、汽包26、二级过热器27、一级过热器28、二级蒸发器29、一级蒸发器30、省煤器31和强制循环泵32；离心粒化炉13的高温余热抽风口12通过高温风管与余热锅炉34的高温入口24相连接；冷却机16的中温余热抽风口15通过中温风管与余热锅炉34的中温入口33相连接；余热锅炉34的中温入口33位于一级过热器28下方；余热锅炉34内从上到下依次设置二级过热器27、一级过热器28、二级蒸发器29、一级蒸发器30和省煤器31；二级过热器27通过主蒸汽母管与汽轮机35的主汽门连接，汽轮机35与发电机36相连；汽轮机35的乏汽出口与凝汽器37相连，凝汽器37的热井与凝结水泵39的入口相连；冷却塔41的下部水池与循环冷却水泵40相连，循环冷却水泵40与凝汽器37的冷却水入口相连，凝汽器37的冷却水出口与冷却塔41的上部相连；凝结水泵39的出口与热力除氧器42的入口连接，同时锅炉补给水管也与热力除氧器42的入口连接，热力除氧器42的出口与余热锅炉给水泵38的入口相连，余热锅炉给水泵38的出口与省煤器31的入口相连。
本发明的离心式熔融炉渣急冷干式粒化及余热回收发电***：利用独特的离心粒化装置熔融炉渣急冷并干式粒化，再通过水冷式振动篦床进行缓慢冷却；高温废气从离心粒化炉高温余热抽风口通过高温风管送至余热锅炉高温入口，中温废气从冷却机中温余热抽风口通过中温风管补进余热锅炉中温入口，余热锅炉产生次高压次高温蒸汽, 蒸汽用来推动汽轮发电机发电。
实现本发明方法的具体实施例如下：
1、1400-1600℃的熔融炉渣经过接渣罐1送入储渣罐2中存储。
2、储渣罐中的熔融炉渣通过炉渣流槽3进入离心粒化炉13，在离心粒化装置的作用下破碎至5mm以下的小颗粒，同时利用一次鼓风机4鼓入的冷空气将其温度急冷至900℃左右。
3、热管轴上部的水冷夹套产生80℃左右的热水，进入管网以便于后续的集中供暖或制冷。
4、经破碎和急冷后的炉渣颗粒落至冷却机16内的水冷式振动篦床18上，与冷却机的二次鼓风机20鼓入的冷空气换热，经充分冷却换热与再次破碎处理后的炉渣送入成品库23，炉渣颗粒温度降至150℃以下。
5、高温废气（约850℃）从离心粒化炉高温余热抽风口12通过高温风管送至余热锅炉高温入口24，中温废气（约650℃）从冷却机中温余热抽风口15通过中温风管补进余热锅炉中温入口33，余热锅炉34产生次高温次高压（485℃，5.3MPa）蒸汽，推动汽轮机35与发电机36实现热能转换为电能。经过计算分析，在实现炉渣玻璃体含量不低于90%的基础上，吨渣余热回收净发电量约为80kWh/t.slag，***余热回收效率约为52%。
以上所述仅为本发明的一个实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.离心式熔融炉渣急冷干式粒化及余热回收发电***，包括接渣装置、炉渣离心急冷粒化装置、炉渣缓冷装置、余热回收发电装置以及废气净化处理装置，其特征在于：所述接渣装置由接渣罐(1)和储渣罐(2)组成；
所述炉渣离心急冷粒化装置包括热管轴(9)、水冷夹套(6)、转杯(10)、电动机(5)、传动装置(7)、高温轴承(8)、一次鼓风机(4)、布风板(11)和离心粒化炉(13)，其中，热管轴(9)一端与转杯(10)相连接并置于离心粒化炉(13)内，热管轴(9)另一端与水冷夹套(6)相连并置于离心粒化炉(13)外；电动机(5)与传动装置(7)相连，传动装置(7)与所述热管轴(9)相连接并置于离心粒化炉(13)外；所述热管轴(9)与离心粒化炉(13)上的高温轴承(8)通过磁力环组(46)非接触连接；所述离心粒化炉(13)内的底部设有布风板(11)，所述一次鼓风机(4)与布风板(11)入口相连接；
所述炉渣缓冷装置主要包括冷却机(16)，冷却机内使用水冷式振动篦床(18)；所述冷却机的炉渣入口通过炉渣导流槽(14)与所述离心粒化炉相连，冷却机的冷却空气入口与二次鼓风机(20)相连；所述冷却机的尾部设有破渣器(19)；
所述余热回收发电装置主要包括余热锅炉(34)、汽轮机(35)、发电机(36)、凝汽器(38)、冷却塔(41)和热力除氧器(42)；所述余热锅炉为∏型结构方式，包括膜式水冷壁(25)、汽包(26)、二级过热器(27)、一级过热器(28)、二级蒸发器(29)、一级蒸发器(30)、省煤器(31)和强制循环泵(32)；所述离心粒化炉的高温余热抽风口(12)通过高温风管与余热锅炉的高温入口(24)相连接；所述冷却机的中温余热抽风口(15)通过中温风管与余热锅炉的中温入口(33)相连接；所述余热锅炉中温入口位于一级过热器下方；所述余热锅炉内从上到下依次设置所述二级过热器、一级过热器、二级蒸发器、一级蒸发器和省煤器；所述二级过热器通过主蒸汽母管与汽轮机的主汽门连接，所述汽轮机与发电机相连；所述汽轮机的乏汽出口与凝汽器相连，凝汽器的热井与凝结水泵的入口相连；所述冷却塔的下部水池与循环冷却水泵(40)相连，循环冷却水泵与所述凝汽器的冷却水入口相连，所述凝汽器的冷却水出口与冷却塔的上部相连；所述凝结水泵(39)的出口与热力除氧器的入口连接，同时锅炉补给水管也与所述热力除氧器的入口连接，热力除氧器的出口与余热锅炉给水泵的入口相连，余热锅炉给水泵的出口与所述省煤器的入口相连；
所述废气净化处理装置包括静电除尘器(43)、引风机(44)和烟囱(45)，所述余热锅炉的排烟口及冷却机的余风口(21)与静电除尘器的入口相连，静电除尘器的出口与引风机的入口相连，引风机的出口与烟囱相连。
2.根据权利要求1所述的离心式熔融炉渣急冷干式粒化及余热回收发电***，其特征在于，所述接渣罐和储渣罐的外表均敷设绝热保护层。
3.根据权利要求1所述的离心式熔融炉渣急冷干式粒化及余热回收发电***，其特征在于，所述离心粒化炉的外侧敷设绝热保护层，其内侧敷设高温耐磨层。
4.根据权利要求1所述的离心式熔融炉渣急冷干式粒化及余热回收发电***，其特征在于，所述热管轴为不锈钢-钠热管轴。
5.利用如权利要求1所述的离心式熔融炉渣急冷干式粒化及余热回收发电***的发电方法，其特征在于，高炉炼铁产生的熔融炉渣经过铁渣分离后，由所述接渣罐盛接并运输至储渣罐，再通过储渣罐上的炉渣溜槽将炉渣引至离心粒化炉内的转杯上，通过转杯高速旋转产生的离心力将熔融炉渣粒化并甩出，与一次鼓风机通入的冷却空气冷却，急冷至玻璃态颗粒；急冷后的炉渣颗粒由炉渣导流槽下落到水冷式振动篦床上利用二次鼓风机进行缓慢冷却；充分换热冷却后的炉渣颗粒在冷却机尾部经过破碎***进一步处理后落至料仓，最后经过链式运输机将处理好的炉渣送至成品库；高温废气从离心粒化炉高温余热抽风口通过高温风管送至余热锅炉高温入口，中温废气从冷却机中温余热抽风口通过中温风管补进余热锅炉中温入口，余热锅炉产生次高压次高温蒸汽，蒸汽用来推动汽轮发电机发电；冷却机的余风与余热锅炉排出的废气混合后，经过静电除尘器处理后通过烟囱排出。
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