CN103642956A - 液态高炉渣粒化及多滚筒余热回收*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液态高炉渣粒化及多滚筒余热回收***，包括一级汽化滚筒粒化仓、二级汽化滚筒存储仓、三级滚筒冷却器以及余热回收***，所述一级汽化滚筒粒化仓的进料口设置有液态渣流槽以及粒化器，一级汽化滚筒粒化仓、二级汽化滚筒存储仓、三级滚筒冷却器串联连接；所述一级汽化滚筒粒化仓、二级汽化滚筒存储仓以及三级滚筒冷却器上均设置有汽水进出口；所述余热回收***包括通过输水管道连通的给水泵、除氧器以及汽包。本发明可以梯级利用高炉渣的余热生产出高品位的饱和蒸汽，并且通过固态渣的快速冷却提高废渣利用品位，整体过程连续运行不受高炉间歇周期的影响。

Description

液态高炉渣粒化及多滚筒余热回收***

技术领域

本发明涉及冶金节能环保技术领域，特别是一种高温液态炉渣的处理***。

背景技术

高炉渣是炼铁的副产品，高炉渣的排出温度在1400℃左右，每吨高炉渣所含热量达1.8GJ，约折合64kg标准煤所含热量。同时，在高炉渣处理工序最终排出的废渣之中，含有十分有用的活性成份，虽然因为处理工艺的不同其活性成分有所差别，但均可以作为筑路、水泥等行业的原料加以应用。

传统的处理高炉渣的主要方法为湿法水淬法，该方法工艺简单，并能够回收废渣副产品，但不能利用余热，且消耗大量冷却水，并产生有害气体，因此当前的技术主要是发展水淬法的替代工艺，也即干法余热回收工艺。各种干法粒化工艺可节省大量的水资源并且避免湿法所生成硫化物有害气体，具有代表性的干法工艺主要是风碎法和转杯法。其中：1）风碎法是采用压缩空气或氮气喷吹熔融渣液形成渣颗粒，2）转杯法则是利用高速旋转的转杯或转盘将倾倒在转杯（盘）上的渣液进行粒化。多年来，无论是风碎法还是转杯法都止步于工业性试验，并且比较多地将重点放在余热回收，而忽视渣产品的副加价值利用，或者，虽然也能实现渣产品利用，但却放弃了余热价值。总体来说，技术上没有同时实现两者的双收益，二者多成为互相制约的矛盾因素。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种能够同时回收高温液态高炉渣余热和实现废渣高品位利用的高炉渣处理***。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

液态高炉渣粒化及多滚筒余热回收***，包括一级汽化滚筒粒化仓、二级汽化滚筒存储仓、三级滚筒冷却器以及余热回收***，所述一级汽化滚筒粒化仓的进料口设置有与高炉出渣口连通的用于输送高炉渣的液态渣流槽以及对高炉渣进行破碎粒化的粒化器，一级汽化滚筒粒化仓的出料口通过下料管与二级汽化滚筒存储仓的进料口连通，二级汽化滚筒存储仓的出料口通过下料管与三级滚筒冷却器的进料口连通，三级滚筒冷却器的出料口通过下料管连通渣粒收集装置；所述一级汽化滚筒粒化仓、二级汽化滚筒存储仓以及三级滚筒冷却器上均设置有汽水进出口；所述余热回收***包括通过输水管道与水源连通的给水泵，给水泵的出水端通过输水管道连通除氧器以及汽包，从除氧器输出的冷却水依次经三级滚筒冷却器、二级汽化滚筒存储仓以及一级汽化滚筒粒化仓后流向汽包。

本发明的改进在于：所述一级汽化滚筒粒化仓、二级汽化滚筒存储仓以及三级滚筒冷却器上还分别设置有渣棉出口，渣棉出口连通抽风集棉***；所述抽风集棉***包括通过抽风管道分别与一级汽化滚筒粒化仓、二级汽化滚筒存储仓以及三级滚筒冷却器上的渣棉出口连通的捕棉器，捕棉器通过抽风管道连通引风机。

本发明的改进在于：所述一级汽化滚筒粒化仓、二级汽化滚筒存储仓以及三级滚筒冷却器均为通过支撑架支撑并横向放置的筒体结构，筒体的壁面采用膜式密排管串联布置而成，筒体通过设置在仓体外部的驱动机构驱动以筒体中心轴线为中心轴旋转；所述膜式密排管的进出水端与汽水进出口连通。

本发明的改进在于：所述水源与给水泵之间输水管道上设置有软化水箱，所述余热回收***中的每段输水管道上分别设置一水阀。

本发明的改进在于：所述捕棉器与引风机之间的每段抽风管道上分别设置一风阀。

本发明所述一级汽化滚筒粒化仓的具体结构为：所述一级汽化滚筒粒化仓包括相互连通的前置仓、中仓以及后置仓；所述液态渣流槽以及粒化器均设置在前置仓的进料口处，前置仓的后端与中仓的前端采用机械密封相连，中仓的后端与后置仓的前端采用机械密封相连，汽水进出口设置在后置仓的末端中心；所述中仓为采用膜式密排管串联布置而成的可回转筒体结构，中仓内腔中设置有螺旋输料冷却管，膜式密排管的进出水端分别通过管道连通汽水进出口。

本发明所述一级汽化滚筒粒化仓的改进在于：所述中仓内腔的中后段还布设有料幕防磨扬板。

本发明所述一级汽化滚筒粒化仓的改进在于：所述中仓的横截面为圆形或多边形，筒式中仓的纵剖面是矩形、两头小中间大的橄榄形或者一头大一头小的锥形结构。

本发明所述一级汽化滚筒粒化仓的改进在于：所述前置仓的上部以及后置仓的上部分别设置有朝向前置仓内腔和中仓内腔的速凝剂喷射装置。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明仅需一次热交换即可产生蒸汽，不同于热渣转换成热风、热风再转换为蒸汽的传统工艺，本发明采用多级滚筒对高炉渣进行冷却，实现了渣余热的梯级利用，同时将间歇供热转换为连续供热，提高了余热回收效率。水冷膜式滚筒可直接生产高温高压热水，只需闪蒸就可供蒸汽用户使用，提高了余热利用的品位。三级滚筒的设计，围绕高炉渣活性成份化学改变的各重要温度区间，以快速通过1200℃硅酸三钙分解点、700℃左右β相硅酸二钙分解点为目的，最大限度地保留了高炉渣的活性成份，提高了废渣的利用品位。

本发明多级滚筒的设计，便于调节各段缓存的渣量和存留时间，可有效缓解高炉运行间歇性与余热利用连续性之间矛盾。高温液态渣的冷却密闭进行，并不与水直接接触，无***危险和人身伤害隐患。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明所述一级汽化滚筒粒化仓的结构示意图。

其中：1、压缩空气机，2、粒化器 ，3、液态渣流槽，41-43、捕棉器，5、一级汽化滚筒粒化仓，51、前置仓，52、中仓，53、后置仓，54、渣棉出口，55、汽水进出口，56、筒壁，57、料幕防磨扬板，58、螺旋输料冷却管，59、速凝剂喷射装置，6、汽包，7、蒸汽用户，81-83、下料管，9、二级汽化滚筒存储仓，10、三级滚筒冷却器，11、除氧器，12、软化水箱，13、给水泵，14、引风机，15、排气筒，161-164、风阀，171-175 水阀。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

一种液态高炉渣粒化及多滚筒余热回收***，采用高压气体对高炉渣进行破碎，并采用多级串联滚筒形式对渣粒进行梯级降温和余热回收。

本实施例的结构如图1所示，包括三级串联滚筒、抽风集棉***以及余热回收***，其中三级串联滚筒包括一级汽化滚筒粒化仓5、二级汽化滚筒存储仓9和三级滚筒冷却器10；一级汽化滚筒粒化仓5的出料口通过下料管与二级汽化滚筒存储仓9的进料口连通，二级汽化滚筒存储仓9的出料口通过下料管与三级滚筒冷却器10的进料口连通，三级滚筒冷却器10的出料口通过下料管连通渣粒收集装置。

所述一级汽化滚筒粒化仓5用于收集粒化器喷出的1400℃左右的高温液态渣粒，并进行第一级降温。其结构如图2所示，包括相互连通的前置仓51、中仓52以及后置仓53。前置仓51的前端设置有进料口，后置仓53的底部设置有出料口，前置仓51的后端与中仓52的前端采用机械密封相连，中仓的后端与后置仓的前端采用机械密封相连。中仓为可回转设备，而前置仓和后置仓不可回转。

前置仓51的前端设置有液态渣流槽3和粒化器2，前置仓的顶部设置有渣棉出口54，前置仓的底部设置有排渣口。液态渣流槽3连通高炉出渣口和前置仓的进料口，用于将高炉出渣口输出的高炉渣送入前置仓，同时前置仓也通过进料口与大气连通。

粒化器2的输入端通过管道连通压缩空气机1，该管道上设置有风阀161，调节高速风流量。粒化器2采用高速气体对液态渣流槽送入前置仓的高炉渣进行破碎粒化。前置仓底部排渣口的设置，主要用于排出掉落在前置仓中的高炉渣，也称之为事故排渣口。

中仓52横向设置，中仓通过并列设置的两套支撑架支撑，并通过设置在仓体外部的驱动机构驱动旋转，中仓在旋转过程中，以中仓的中心轴线为中心轴旋转。中仓为筒式围封结构，中仓的壁面采用膜式密排管串联布置而成，筒体直径为2～4m。在本实施例中筒式中仓的横截面为圆形，筒式中仓的纵剖面是矩形，即筒式中仓为圆柱体结构。当然筒式中仓的横截面还可以是多边形，筒式中仓的纵剖面还可以是两头小中间大的橄榄形或者一头大一头小的锥形结构。膜式密排管与余热回收***连通，膜式密排管中的换热介质为水、饱和水、欠饱和水或者汽水混合物中的一种。

筒式中仓的内腔中设置有螺旋输料冷却管58，用于在中仓回转过程中向后置仓输送渣料，同时起一定的冷却换热作用。中仓内腔的中后段还布设有料幕防磨扬板57，料幕防磨扬板57的板高高于中仓仓壁。料幕防磨扬板的作用在于输料的同时扬起浮动的固态渣粒形成料幕，既可控制液态渣的飞行距离，又避免了较大的液态渣粒或部分半液态渣粒产生粘壁效应，并将液态局部高热量间接转移至固态渣；另外，还可对高速射入的固态渣粒起到拦截作用，可以保护中仓后段的仓壁换热管免受直接冲刷，并起到强化换热的作用。

后置仓的末端中心设置有汽水进出口，汽水进出口的前端与膜式密排管连通，汽水进出口的后端通过管道与余热回收***连通。后置仓的末端底部设置有出料口，用于排出冷却并粉碎后的固态渣粒。后置仓的顶部设置有渣棉出口。

前置仓的上部和后置仓的上部分别设置有速凝剂喷射装置59，前置仓的速凝剂喷射装置朝向前置仓中部设置，后置仓的速凝剂喷射装置朝向中仓内腔设置，用于向前置仓和中仓喷射表面凝固剂、微粉防粘剂或相关液体介质，并能够根据渣粒的品质，调节速凝剂的流量，以提高渣成分的可利用率。

二级汽化滚筒存储仓，用于将渣温从900℃左右降至350℃左右，采用快进慢出方式，将一级汽化滚筒粒化仓输送来的间歇性进渣转变为连续出渣物料并完成二级换热。二级汽化滚筒存储仓结构与一级汽化滚筒粒化仓的中仓结构相同，为可回转设备。二级汽化滚筒存储仓的后端中部设置有汽水进出口，后端上部设置有渣棉出口。

三级汽化滚筒冷却器，用于将二级汽化滚筒存储仓送来的粒化渣由350℃降至200℃以内，采用均匀进料、均匀出料的连续工作模式。三级汽化滚筒冷却器的后端中部设置有汽水进出口，后端上部设置有渣棉出口。

所述余热回收***包括软化水箱12、给水泵13、除氧器11以及汽包6，软化水箱12的进水口通过输水管道与水源连通，软化水箱12的出水口通过输水管道与给水泵13的进水口连通，给水泵13的出水口通过输水管道与除氧器11的进水口连通，除氧器11的出水口通过输水管道与三级滚筒冷却器10的汽水进口连通，三级滚筒冷却器10的汽水出口通过输水管道与二级汽化滚筒存储仓9的汽水进口连通，二级汽化滚筒存储仓9的汽水出口通过输水管道与一级汽化滚筒粒化仓5的汽水进口连通，一级汽化滚筒粒化仓5的汽水出口通过输水管道与汽包6的进水口连通，汽包6的出水口通过管道与蒸汽用户7连通。

上述给水泵13与除氧器11之间的输水管道上设置有水阀171，除氧器11与三级滚筒冷却器10之间的输水管道上设置有水阀172，三级滚筒冷却器10的与二级汽化滚筒存储仓9之间的输水管道上设置有水阀173，二级汽化滚筒存储仓9与一级汽化滚筒粒化仓5之间的输水管道上设置有水阀174，一级汽化滚筒粒化仓5与汽包6之间的输水管道上设置有水阀175。水阀的设置用于分别控制相应输水管道的水流量。

抽风集棉***用于解决低碱度高炉渣在破碎过程易产生渣棉的收集问题，通过对渣粒在飞行和输送的中间环节抽风从而分离出渣中混杂的渣棉，并对渣棉进行拦截、收集和压缩打包。抽风集棉***主要针对高炉渣及与之相似的低碱度熔渣处理***予以配置，而对中高碱度炉渣，凡粒化过程无渣棉产生的均可不予配置。

抽风集棉***包括捕棉器、引风机14以及排气筒15。捕棉器共设置三个，分别针对一级汽化滚筒粒化仓5、二级汽化滚筒存储仓9以及三级滚筒冷却器10上的渣棉出口设置。其中，一级汽化滚筒粒化仓5前置仓的渣棉出口和后置仓的渣棉出口通过抽风管道连通捕棉器41，二级汽化滚筒存储仓9的渣棉出口通过抽风管道连通捕棉器42，三级滚筒冷却器10上的渣棉出口通过抽风管道连通捕棉器43，三个捕棉器分别通过抽风管道与引风机14连通，引风机通过抽风管道连通排气筒15。

上述三个捕棉器与引风机14之间的三个抽风管道上分别设置一风阀162~164，用于控制抽风量。

本发明的工作过程如下所述：

本发明在工作过程中，一级汽化滚筒粒化仓5的中仓、二级汽化滚筒存储仓9以及三级滚筒冷却器10分别在相应驱动机构的驱动下绕中心轴线旋转。

高温液态高炉渣从液态渣流槽送入一级汽化滚筒粒化仓5的前置仓中后，压缩空气机1向粒化器提供约0.6Mpa以上的空气（还可以是氮气或蒸汽等）压缩气体，高温液态高炉渣在粒化器的喷吹下粒化成平均直径2mm左右的固态或半固态颗粒散落于中仓之内，液态和半液态渣粒在中仓中快碰到中仓的换热冷却筒壁56上迅速凝结剥落，部分渣粒直接与料幕防磨扬板12所形成的料幕相撞落下，并在回转运动中完成与筒壁56的换热，完成温度从1400℃左右到900℃左右的快速冷却过程；随后，渣粒在螺旋输料冷却管的作用下送入后置仓，后置仓的渣粒经下料管81进入二级汽化滚筒存储仓进行第二阶段的冷却，二级汽化滚筒存储仓采用常规冷却方式将温度为900℃左右的渣粒降温到350℃左右；最后经下料管82进入三级滚筒冷却器进行第三阶段的冷却换热，换热至200℃以下排放，输出的冷渣可作为水泥添加原料。

高温液态高炉渣在粒化过程中，一级汽化滚筒粒化仓、二级汽化滚筒存储仓和三级滚筒冷却器的膜式壁管内通过热水采用强制循环吸收滚筒内的熔渣热量产生饱和蒸汽，压力可达1.0Mpa以上。

粒化过程中产生的渣棉通过捕棉器在引风机的作用下完成收集分离，从引风机出来的热风最后经引风机14后由排气筒15排放（根据含尘情况决定是否加除尘器）。

同步粒化过程中，从水源输出的冷水经软化水箱软化后，在给水泵13的做功下进入除氧器11形成除氧水，除氧水依次进入三级滚筒冷却器10、二级汽化滚筒存储仓9和一级汽化滚筒粒化仓5进行换热升温，最后生成的高温高压热水进入汽包6，闪蒸成饱和蒸汽供蒸汽用户7使用。

下面以某试验项目的工程设计为例，对各级滚筒的工艺要求进行详细描述：

1、一级汽化滚筒粒化仓5的工艺要求

一级汽化滚筒粒化仓5属于高温段，整个降温区间从1400℃降到900℃。高炉渣以小液滴形式从前置仓破碎粒化喷入中仓内，前置仓为半封闭，渣粒在中仓内的自由飞行距离约8～10m，通过螺旋输料冷却管送料，中后部的料幕防磨扬板根据需要布置可形成料幕，以控制飞行距离和实现防磨防粘的功能，

每个处理周期为1.5h，循环往复，每天16个周期。其中，进渣仅持续30min，渣流量1.2t/min，炉渣以熔融态小液滴（凝固后1-5mm）形式进入中仓内；最后出渣口排出渣粒。整个周期中，采用间断进渣、连续出渣的方式；渣进口温度为1400℃左右，出渣温度约900℃；出渣流量为0.4t/min；冷却水流量为12.8t/h ，冷却水进口温度为220℃（汽水混合物），冷却水出口温度为220℃（汽水混合物），冷却水工作压力为2.5Mpa(G)，蒸汽间断生成，汽包连续输出蒸汽。汽水混合物为饱和水和饱和蒸汽组成，进出口水汽温度相同都为饱和温度，但焓值不同，因此可实现换热，因为汽水混合比例不同且水的蒸发潜热数值大大高于饱和水焓值。

2、二级汽化滚筒存储仓的工艺要求

二级汽化滚筒存储仓属于中温段，整个降温区间从900℃降到350℃，该设备为常规连续进料方式，但应充分考虑高炉渣的物化传热特性、对设备的磨损及滚动状态下的物料输送特性。

二级汽化滚筒存储仓工作过程中，采用快进慢出方式；渣处理量为24t/h，渣进口温度为900℃，渣出口温度为350℃；冷却水流量为12.8t/h ；冷却水进口温度为150℃，冷却水出口温度为220℃（汽水混合物），冷却水工作压力为2.5Mpa(G)。

    3、三级汽化滚筒冷却器的工艺要求

三级汽化滚筒冷却器属于低温段，整个降温区间从350℃降到250℃，该设备为常规连续进料方式，但应充分考虑高炉渣的物化传热特性、对设备的磨损及滚动状态下的物料输送特性。

在三级汽化滚筒冷却器工作过程中，采用均匀进料、均匀出料的连续工作模式；渣处理量为24t/h，渣进口温度为350℃，渣出口温度为250℃；冷却水流量为12.8t/h；冷却水进口温度为104℃，冷却水出口温度为150℃，冷却水工作压力为1.5Mpa(G)。

Claims (9)

1.液态高炉渣粒化及多滚筒余热回收***，其特征在于：包括一级汽化滚筒粒化仓（5）、二级汽化滚筒存储仓（9）、三级滚筒冷却器（10）以及余热回收***，所述一级汽化滚筒粒化仓（5）的进料口设置有与高炉出渣口连通的用于输送高炉渣的液态渣流槽（3）以及对高炉渣进行破碎粒化的粒化器（2），一级汽化滚筒粒化仓（5）与二级汽化滚筒存储仓（9）、二级汽化滚筒存储仓（9）与三级滚筒冷却器（10）之间分别通过下料管串联连通，三级滚筒冷却器（10）的出料口通过下料管连通渣粒收集装置；

所述一级汽化滚筒粒化仓（5）、二级汽化滚筒存储仓（9）以及三级滚筒冷却器（10）上均设置有汽水进出口；

所述余热回收***包括通过输水管道与水源连通的给水泵（13），给水泵的出水端通过输水管道连通除氧器（11）以及汽包（6），从除氧器输出的冷却水依次经三级滚筒冷却器（10）、二级汽化滚筒存储仓（9）以及一级汽化滚筒粒化仓（5）后流向汽包（6）。

2.根据权利要求1所述的液态高炉渣粒化及多滚筒余热回收***，其特征在于：所述一级汽化滚筒粒化仓（5）、二级汽化滚筒存储仓（9）以及三级滚筒冷却器（10）上还分别设置有渣棉出口，渣棉出口连通抽风集棉***；所述抽风集棉***包括通过抽风管道分别与一级汽化滚筒粒化仓（5）、二级汽化滚筒存储仓（9）以及三级滚筒冷却器（10）上的渣棉出口连通的捕棉器，捕棉器通过抽风管道连通引风机（14）。

3.根据权利要求2所述的液态高炉渣粒化及多滚筒余热回收***，其特征在于：所述一级汽化滚筒粒化仓（5）、二级汽化滚筒存储仓（9）以及三级滚筒冷却器（10）均为通过支撑架支撑并横向放置的筒体结构，筒体的壁面采用膜式密排管串联布置而成，筒体通过设置在仓体外部的驱动机构驱动以筒体中心轴线为中心轴旋转；所述膜式密排管的进出水端与汽水进出口连通。

4.根据权利要求3所述的液态高炉渣粒化及多滚筒余热回收***，其特征在于：所述水源与给水泵之间输水管道上设置有软化水箱（12），所述余热回收***中的每段输水管道上分别设置一水阀。

5.根据权利要求4所述的液态高炉渣粒化及多滚筒余热回收***，其特征在于：所述捕棉器与引风机之间的每段抽风管道上分别设置一风阀。

6.根据权利要求2至5任一项所述的液态高炉渣粒化及多滚筒余热回收***，其特征在于：所述一级汽化滚筒粒化仓（5）包括相互连通的前置仓（51）、中仓（52）以及后置仓（53）；所述液态渣流槽（3）以及粒化器（2）均设置在前置仓的进料口处，前置仓（51）的后端与中仓（52）的前端采用机械密封相连，中仓（52）的后端与后置仓（53）的前端采用机械密封相连，汽水进出口设置在后置仓的末端中心；

所述中仓（52）为采用膜式密排管串联布置而成的可回转筒体结构，中仓内腔中设置有螺旋输料冷却管（58），膜式密排管的进出水端分别通过管道连通汽水进出口。

7.根据权利要求6所述的液态高炉渣粒化及多滚筒余热回收***，其特征在于：所述中仓内腔的中后段还布设有料幕防磨扬板（57）。

8.根据权利要求6所述的液态高炉渣粒化及多滚筒余热回收***，其特征在于：所述中仓的横截面为圆形或多边形，筒式中仓的纵剖面是矩形、两头小中间大的橄榄形或者一头大一头小的锥形结构。

9.根据权利要求6所述的液态高炉渣粒化及多滚筒余热回收***，其特征在于：所述前置仓的上部以及后置仓的上部分别设置有朝向前置仓内腔和中仓内腔的速凝剂喷射装置（59）。

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