CN108359757A - 一种液态熔渣干式离心粒化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液态熔渣干式离心粒化装置，包括落渣管、粒化仓和粒化设备；粒化仓顶部中心设有开口，供落渣管伸入，落渣管外部有耐火材料层，与粒化设备对中布置；伸入粒化仓的落渣管外部设有落渣管固定装置；粒化仓内部敷设水冷壁受热面，水冷壁受热面采用膜式水冷壁，竖直布置；粒化仓壁面上还设有气膜冷却装置；粒化设备包括：粒化器、粒化器固定装置和粒化器驱动装置；粒化器固定在粒化器固定装置上；粒化器固定装置内部设有气流通道、多个风口。本发明，能够有效地防止伸入粒化仓的落渣管断裂落入粒化仓内，减少高温粒化渣粒粘壁情况的发生，防止转轴摆动及超温，保证离心粒化过程中***的安全、稳定运行。

Description

一种液态熔渣干式离心粒化装置

技术领域

本发明涉及高温液态熔渣余热回收技术领域，特别涉及一种液态熔渣干式离心粒化装置。

背景技术

中国目前是全球最大的钢铁生产国。2016年中国生铁产量约7.01亿吨，约占世界总产量的60％，在冶炼生铁的过程中同时会产生蕴含巨大热量的高炉渣。高炉渣的出炉温度一般在1400～1550℃之间，每吨渣含(1260～1880)×10³kJ的显热，相当于60kg标准煤。在我国现有的炼铁技术下，每生产1吨生铁副产0.3吨高炉渣，以目前我国生铁产量7.01亿吨进行计算，可折合产生约2.10亿吨以上的高炉渣，其显热量相当于约1261.8万吨标准煤。

干渣坑冷却法和水冲渣法是目前我国最常见的高炉渣处理方法。干渣坑法降温时产生大量水蒸气，同时释放出大量的H₂S和SO₂气体，腐蚀建筑、破坏设备和恶化工作环境。水冲渣法在处理过程浪费大量水资源，产生SO₂和H₂S等有害气体，也不能有效回收高温液态熔渣所含有的高品质余热资源。目前，这些处理方式已不能适应目前钢铁行业节能减排的迫切需求，而干式离心粒化法由于***能耗低，粒径小且均匀，产品附加值高等特点而受到广泛青睐。

在干法离心粒化过程中，液态熔渣滴落到高速旋转的粒化器表面，在离心力和摩擦力的作用下被甩出，在表面张力的作用下形成小液滴，这些微小的液滴与空间中的传热介质(一般为空气)进行强制对流换热，与周围环境进行辐射换热，使小液滴温度降低，进而发生相变，形成凝固层。随着温度进一步降低，液滴逐渐转变成固体小颗粒。目前干式粒化技术在液态熔渣粒化过程中普遍存在以下问题：

1、粒化渣粒粘壁现象。其原因主要是：高速旋转的粒化器提供给粒化渣粒的切向速度很大，一方面，导致粒化渣粒水平飞行距离较远，可到达粒化仓壁面；另一方面，虽然有对流和辐射换热，但粒化渣粒的飞行时间很短，其外表面仍旧未凝固或凝固层很薄，导致粘结在粒化仓壁面上影响辐射换热，严重时粘成大块，造成事故，导致***停机检修，既浪费大量人力物力，又会影响后续余热回收和高品质渣粒的回收。因此，需要采取相应的手段来防止粘壁现象的发生。

2、伸入粒化仓内的落渣管容易断裂。在粒化过程中，由于落渣管与高达1500℃的熔渣直接接触，落渣管易受高温熔渣的腐蚀、冲刷磨蚀。在这种情况下落渣管极易断裂，一方面断裂后的部分落渣管直接砸落到粒化设备上，给粒化设备造成损伤，严重时需要检修更换，造成经济损失；另一方面落渣管断裂后高温熔渣失去引导，对粒化器及其驱动设备进行大面积冲刷，致使粒化器及其驱动设备损坏，严重时整套粒化装置直接报废，需要停机更换，浪费大量人力及财力。因此，需要对伸入粒化仓内的落渣管采取一定措施防止其断裂掉落。

3、粒化过程中转轴的摆动问题。由于粒化过程中转轴较长且高速旋转，会引起转轴的摆动，从而限制转轴转速的提高，影响粒化。因此，需要采取措施防止转轴的摆动。

4、粒化过程中转轴超温问题。液态熔渣流到粒化仓内的温度高达1400℃，在如此高温环境，转轴强度会下降，从而导致粒化器运行不稳定，影响粒化效果。因此，需要采取措施防止转轴超温。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液态熔渣干式离心粒化装置，以解决当前液态熔渣干式离心粒化过程中粒化渣粒粘壁、伸入粒化仓的落渣管易断裂、转轴摆动和转轴超温的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种液态熔渣干式离心粒化装置，包括落渣管、粒化仓和粒化设备；粒化仓顶部中心设有开口，供落渣管伸入，落渣管外部有耐火材料层，与粒化设备对中布置；伸入粒化仓的落渣管外部设有落渣管固定装置；粒化仓内部敷设水冷壁受热面，水冷壁受热面采用膜式水冷壁，竖直布置；粒化仓壁面上还设有气膜冷却装置；粒化设备包括：粒化器、粒化器固定装置和粒化器驱动装置；粒化器固定在粒化器固定装置上；粒化器固定装置内部设有气流通道，粒化器固定装置接触粒化器的底部设置扩展受热面；粒化器固定装置顶部开有多个第一风口，顶部第一风口的出风角度与粒化器边缘倾角相交，用于对粒化过程中形成的液膜或液丝进行外力破碎；粒化器固定装置侧面设有多个第二风口，第二风口与粒化器边缘倾斜角度平行或交叉，用于对粒化过程中液丝断裂形成的液滴进行冷却；第一风口和第二风口与气流通道连通。

进一步的，落渣管固定装置为锥形筒或围绕在落渣管外部及底部的螺旋冷管，螺旋冷管中通有冷却流体。

进一步的，落渣管固定装置外部涂能够耐1400℃以上温度的耐火材料。

进一步的，冷却流体可为水、空气、氮气等。

进一步的，还包括粒化器驱动装置和轴冷却风道；粒化器驱动装置包括电机和转轴；电机的输出轴与转轴的下端固定连接；转轴的上端与粒化器固定装置的底部固定连接；转轴上设有若干耐温叶片；轴冷却风道包括电机密封罩、风管内套筒、轴套筒和转轴；密封罩围绕在电机外周，风管内套筒和轴套筒套设于转轴的外周；耐温推力轴承和耐温定位轴承的内圈均固定在转轴上，外圈固定在风管内套筒内壁；轴套筒固定在其顶部耐温轴承的外圈和其下部的耐温轴承的外圈之间，将耐温叶片包围于其中；耐温推力轴承和耐温定位轴承上均设有供气流流道；密封罩与风管内套筒固定连接，通过通风口连通；风管内套筒外周布置有风管外套筒，风管内套筒与风管外套筒之间形成环形冷却风道，环形冷却风道顶部环形布置有若干风帽；风管外套筒底部开有环形冷却风道进风口。

进一步的，轴冷却风从密封罩风口进入，经过轴套筒内部对转轴冷却后，大部分进入粒化器固定装置的气流通道，从粒化器固定装置顶部和侧壁环形均布的多个第一风口和第二风口进入粒化仓，小部分从粒化器固定装置与风管内套筒之间狭小缝隙进入粒化仓。

进一步的，风帽的出风口低于第一风口和第二风口的出风口。

进一步的，转轴底部设有耐温推力轴承，转轴中部及上部设有一个或者多个耐温定位轴承，其中最上部定位轴承应尽量靠近粒化器固定装置底部。

进一步的，布置在粒化仓内壁上的气膜冷却装置处于粒化器所在高度位置；气膜冷却装置设置为一排或多排；气膜冷却装置为喷嘴或条状喷口，在粒化仓四壁上贴壁或者近壁布置，喷射冷却介质，冷却介质可为空气、氮气等，形成环形边缘风膜；气膜冷却装置与粒化仓壁面的距离及出口风速、出风角度能够调节。

进一步的，气膜冷却装置的出风口上带有风网，风网由耐火材料构成。

进一步的，轴冷却风有三种产生方式：

方式一，通过风机产生冷却风，从密封罩风口进入，大部分经过粒化器固定装置的气流流道流出，小部分从固定装置与风管内套筒之间狭小缝隙流出；

方式二，转轴上的耐温叶片随转轴的高速旋转产生冷却风，大部分经过粒化器固定装置的气流流道流出，小部分从固定装置与风管内套筒之间狭小缝隙流出；

方式三，风机出风与耐温叶片高速旋转出风配合作为轴冷却风，对轴冷却风道及转轴进行冷却。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)伸入粒化仓的落渣管外部设有落渣管固定装置，对伸入粒化仓的落渣管进行固定，可防止其断裂后落入粒化仓内，一方面直接砸落到粒化设备上，给粒化设备造成损伤；另一方面断裂后使得高温熔渣失去引导，对粒化器及其驱动设备进行大面积冲刷，致使粒化器及其驱动装置损坏，造成严重的事故，并带来巨大的经济损失。

(2)粒化仓内壁面设有气膜冷却装置，喷出的气流可形成环形边缘风膜，通过调节气膜冷却装置与壁面的距离及出口风速、出风角度，可在不扰乱粒化渣粒的飞行轨迹的前提下对飞行至粒化仓壁面的高温粒化渣粒进行冷却，防止粘壁，造成事故。

(3)粒化器固定装置内部设有气流流道，并可设有扩展受热面，使得在离心粒化过程中，大部分轴冷却风进入粒化器固定装置的气流流道内，对粒化器固定装置冷却。

(4)粒化器固定装置顶部开有多个风口，顶部风口的出风角度与粒化器边缘倾角相交，可对粒化过程中形成的液膜或液丝进行外力破碎，加强粒化效果。粒化器固定装置侧面设有多个风口，该风口与粒化器边缘倾斜角度平行或交叉，可对粒化过程中液丝断裂形成的液滴进行冷却，提高其玻璃体转化率。

(5)转轴上设有一个或者多个耐温定位轴承，最上部定位轴承应尽量靠近粒化器固定装置底部，一方面可改善高速旋转的转轴因机械结构不够精密而产生摆动，从而影响粒化效果的情况，另一方面可延长设备的寿命。

(6)转轴上设有一级、两级或者多级的小型耐温叶片，在粒化过程中，转轴带动耐温叶片高速旋转，一方面，会产生轴冷却风道的流动动力，加速轴冷却风对轴、粒化器固定装置的冷却，另一方面，耐温叶片也可作为肋片结构，强化转轴的整体散热。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明一种液态熔渣干式离心粒化装置的示意图；

图2为粒化设备示意图；

图3为粒化器固定装置示意图。

201-落渣管；202-耐火材料层；203-出口环形汇集集箱；204-粒化器固定装置；205-粒化仓；206-膜式水冷壁受热面；207-气膜冷却装置；208-进水集箱；209-电机；210-密封罩；211-联轴器；212-耐温推力轴承；216-风管外套筒；217-风管内套筒；218-通风孔；219-粒化器；220-风帽；221-耐温定位轴承；222-轴套筒；223-转轴；224-耐温叶片；225-环形风风口；226-通风口；227-密封罩风口；232-粒化器固定装置；233-气流流道；234-扩展受热面；235-第二风口；236-第一风口。

具体实施方式

请参阅图1～3所示，本发明一种液态熔渣干式粒化装置，包括落渣管201、粒化仓205和粒化设备；

粒化仓205为正方形或圆形，其上部为平顶或穹顶；粒化仓205顶部中心设有开口，供落渣管201伸入，落渣管201外部有耐火材料层202，与粒化设备对中布置；粒化仓205内部敷设水冷壁受热面206，该受热面采用膜式水冷壁，竖直布置；粒化仓5底部设置进水集箱208，粒化仓顶部设置出口环形汇集集箱203；水冷壁受热面206连通进水集箱208和出口环形汇集集箱203；粒化仓5壁面上设有气膜冷却装置207，对飞到粒化仓壁面的粒化渣粒进行冷却。

伸入粒化仓205的落渣管201外部设有落渣管固定装置204，其固定装置结构众多，如在其外部设锥形筒、在其外部及底部围绕螺旋直径不断减小的管内通冷却水或冷却气体介质的螺旋冷管等，可对伸入粒化仓205的落渣管201进行固定，防止由于承受高温熔渣的直接腐蚀和冲刷磨蚀而断裂的落渣管落入粒化仓内，一方面直接砸落到粒化设备上，给粒化设备造成损伤；另一方面使得高温熔渣失去引导，对粒化器及其驱动设备进行大面积冲刷，致使粒化器及其驱动装置损坏，造成严重的事故，并带来巨大的经济损失。落渣管固定装置204外部涂可耐1400℃以上温度的耐火材料，防止其超温损坏；落渣管固定装置204内可通冷却水或空气、氮气等冷却气体介质，防止其超温损坏，其中，水的来源之一为出口环形汇集集箱203。

一排或多排气膜冷却装置207，如喷嘴、条状喷口等，在粒化仓四壁上贴壁或者近壁布置，喷射的冷却介质如空气、氮气等，形成环形边缘风膜；气膜冷却装置207的出风口上带有风网，风网由耐火材料构成，用于防止飞行的高温粒化渣粒飞入喷嘴风口内，致使喷嘴损坏，影响冷却效果；布置粒化仓四壁上的气膜冷却装置7处于粒化器219所在高度附近。调节气膜冷却装置与壁面的距离及出口风速、出风角度，可使得其在不扰乱粒化渣粒的飞行轨迹的前提下对飞行至粒化仓壁面的高温粒化渣粒进行冷却，防止粘壁。

粒化设备包括：粒化器219、粒化器固定装置232、粒化器驱动装置；粒化器219为盘状或杯状，边缘倾角为30°～60°，中心设有导流锥；粒化器219固定在粒化器固定装置232上；粒化器固定装置232内部设有气流通道233；粒化器固定装置232接触粒化器219的底部内设置扩展受热面234，如环形肋片等，能更好地对粒化器固定装置冷却；粒化器固定装置232顶部开有多个风口236，顶部风口的出风角度与粒化器边缘倾角相交，可对粒化过程中形成的液膜或液丝进行外力破碎，加强粒化效果；粒化器固定装置232侧面设有多个风口235，该风口与粒化器边缘倾斜角度平行或交叉，可对粒化过程中液丝断裂形成的液滴进行冷却，提高其玻璃体转化率。风口236和风口235与气流通道233连通。

粒化器驱动装置包括电机209、密封罩210、转轴223、轴套筒222、风管内套筒217、风管外套筒216和风帽220等。电机209与转轴223之间通过联轴器211联接；转轴上设置有若干耐温叶片224；转轴223底部设有耐温推力轴承212，转轴中部及上部设有一个或者多个耐温定位轴承221，其中最上部定位轴承应尽量靠近粒化器固定装置232底部，一方面可改善高速旋转的转轴因机械结构不够精密而产生摆动进而影响粒化效果的情况，另一方面可延长设备的寿命。

轴冷却风道包括电机密封罩210、风管内套筒217、轴套筒222和转轴223。密封罩210围绕在电机209外周，风管内套筒217和轴套筒222套设于转轴223的外周；转轴223底部设有耐温推力轴承212，转轴中部及上部设有一个或者多个耐温定位轴承221，其中最上部定位轴承应尽量靠近粒化器固定装置底部，一方面可改善高速旋转的转轴因机械结构不够精密而产生摆动，从而影响粒化效果的情况，另一方面可延长设备的寿命；耐温推力轴承212和耐温定位轴承221的内圈均固定在转轴223上，外圈固定在风管内套筒217内壁；轴套筒222固定在其顶部耐温轴承的外圈和其下部的耐温轴承的外圈之间，将耐温叶片224包围于其中；耐温推力轴承212和耐温定位轴承221上均设有供气流流道。转轴223顶部固定有粒化器固定装置232。

密封罩210与风管内套筒217固定连接，通过通风口226连通，轴冷却风从密封罩风口227进入，经过轴套筒222内部对转轴223冷却后，大部分进入粒化器固定装置232的气流通道233，从粒化器固定装置232顶部和侧壁环形均布的多个风口236和风口235进入粒化仓，小部分从粒化器固定装置232与风管内套筒217之间狭小缝隙进入粒化仓。风管内套筒217外周布置有风管外套筒216，风管内套筒217外周布置有风管外套筒216之间形成环形冷却风道，环形冷却风道顶部环形布置有若干风帽220，风帽220的出风口低于风口236和风口235的出风口。在风管外套筒216底部开有环形冷却风道进风口225。

在本发明中，粒化器固定装置232由左右两部分组成，通过销钉、抱箍固定。粒化器219损坏时，拆下销钉，可以取下粒化器219和粒化器固定装置232，拆下销钉、抱箍，可以将粒化器固定装置232的左右两部分拆开，取下环形卡箍后就可取下粒化器219。当粒化器219出现开裂时，由于粒化器底座及固定装置的存在，开裂的粒化器219不会被甩飞，同时液态熔渣不会直接滴落到传动装置和电机209上，在停机检修之前保证***安全。同时，只需更换粒化器219就可以，减少了一般粒化器219因受损而更换整个粒化装置的费用。粒化器固定装置232内部开有流线型流动通道233；同时粒化器底座底部侧面与风道内套筒217之间的缝隙很小，便于由粒化器底座下部送来的风大部分都能进入到流线型流动通道233，对粒化器固定装置232进行冷却，同时便于由粒化器底座送来的风吹到粒化器219的边缘，以加强粒化。

本发明中，采用空心法兰对转轴223和粒化器固定装置232进行连接，空心法兰使粒化器底座和转轴223之间有一段空气绝热层以阻断粒化器219和转轴223之间热量传递，使粒化器底座的热量不至于传递到转轴223上，保证粒化器219能够安全、稳定运行，更好的实现粒化效果。

轴冷却风有三种产生方式：方式一，通过风机产生冷却风，从密封罩风口227进入，大部分经过粒化器固定装置的环形风道进入粒化仓，小部分从固定装置与风管内套筒217之间狭小缝隙进入粒化仓；方式二，在转轴223上设有一级、两级或者多级的小型耐温叶片224，通过转轴的高速旋转产生冷却风，大部分经过粒化器固定装置232的环形风道进入粒化仓，小部分从固定装置与风管内套筒217之间狭小缝隙进入粒化仓。转轴223上设有一级、两级或者多级的小型耐温叶片224，随转轴223高速旋转，一方面，会产生轴冷却风道的流动动力，加速轴冷却风对轴、粒化器固定装置的冷却，另一方面，耐温叶片224也可作为肋片结构，强化转轴223的整体散热；方式三，风机出风与小型耐温叶片高速旋转出风配合作为轴冷却风，对轴冷却风道及转轴等部件进行冷却。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明而非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施方式对本发明已进行了详细说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种液态熔渣干式离心粒化装置，其特征在于：包括落渣管(201)、粒化仓(205)和粒化设备；

粒化仓(205)顶部中心设有开口，供落渣管(201)伸入，落渣管(201)外部有耐火材料层(202)，与粒化设备对中布置；伸入粒化仓(5)的落渣管(201)外部设有落渣管固定装置(204)；粒化仓内部敷设水冷壁受热面(206)，水冷壁受热面采用膜式水冷壁，竖直布置；粒化仓(205)壁面上还设有气膜冷却装置(207)；

粒化设备包括：粒化器(219)、粒化器固定装置(232)和粒化器驱动装置；粒化器固定在粒化器固定装置(232)上；粒化器固定装置内部设有气流通道(233)，粒化器固定装置接触粒化器的底部设置扩展受热面(234)；粒化器固定装置顶部开有多个第一风口(236)，顶部第一风口的出风角度与粒化器边缘倾角相交，用于对粒化过程中形成的液膜或液丝进行外力破碎；粒化器固定装置(232)侧面设有多个第二风口(235)，第二风口与粒化器边缘倾斜角度平行或交叉，用于对粒化过程中液丝断裂形成的液滴进行冷却；第一风口和第二风口与气流通道(233)连通；粒化器驱动装置用于驱动粒化器旋转。

2.根据权利要求1所述的一种液态熔渣干式离心粒化装置，其特征在于：落渣管固定装置为锥形筒或围绕在落渣管(201)外部及底部的螺旋冷管，螺旋冷管中通有冷却流体。

3.根据权利要求2所述的一种液态熔渣干式离心粒化装置，其特征在于，落渣管固定装置(204)外部涂能够耐1400℃以上温度的耐火材料。

4.根据权利要求1所述的一种液态熔渣干式离心粒化装置，其特征在于，冷却流体为水、空气或氮气。

5.根据权利要求1所述的一种液态熔渣干式离心粒化装置，其特征在于：还包括轴冷却风道；

粒化器驱动装置包括电机(209)和转轴(223)；电机(209)的输出轴与转轴(223)的下端固定连接；转轴的上端与粒化器固定装置(232)的底部固定连接；转轴上设有若干耐温叶片(224)；

轴冷却风道包括电机密封罩(210)、风管内套筒(217)、轴套筒(222)和转轴(223)；密封罩(210)围绕在电机(209)外周，风管内套筒(217)和轴套筒(222)套设于转轴(223)的外周；耐温推力轴承(212)和耐温定位轴承(221)的内圈均固定在转轴(223)上，外圈固定在风管内套筒(217)内壁；轴套筒(222)固定在其顶部耐温轴承的外圈和其下部的耐温轴承的外圈之间，将耐温叶片(224)包围于其中；耐温推力轴承(212)和耐温定位轴承(221)上均设有供气流流道(218)；

密封罩(210)与风管内套筒(217)固定连接，通过通风口(226)连通；

风管内套筒(217)外周布置有风管外套筒(216)，风管内套筒(217)与风管外套筒(216)之间形成环形冷却风道，环形冷却风道顶部环形布置有若干风帽(220)；风管外套筒底部开有环形冷却风道进风口(225)。

6.根据权利要求5所述的一种液态熔渣干式离心粒化装置，其特征在于：轴冷却风从密封罩风口进入，经过轴套筒内部对转轴冷却后，大部分进入粒化器固定装置的气流通道，从粒化器固定装置顶部和侧壁环形均布的多个第一风口和第二风口进入粒化仓，小部分从粒化器固定装置与风管内套筒之间狭小缝隙进入粒化仓。

7.根据权利要求5所述的一种液态熔渣干式离心粒化装置，其特征在于：风帽的出风口低于第一风口和第二风口的出风口。

8.根据权利要求1所述的一种液态熔渣干式离心粒化装置，其特征在于：布置在粒化仓内壁上的气膜冷却装置(207)处于粒化器所在高度位置；

气膜冷却装置(207)设置为一排或多排；气膜冷却装置(207)为喷嘴或条状喷口，在粒化仓四壁上贴壁或者近壁布置，喷射冷却介质，冷却介质可为空气或氮气，形成环形边缘风膜；气膜冷却装置与粒化仓壁面的距离及出口风速、出风角度能够调节。

9.根据权利要求8所述的一种液态熔渣干式离心粒化装置，其特征在于：气膜冷却装置(207)的出风口上带有风网，风网由耐火材料构成。

10.根据权利要求5所述的一种液态熔渣干式离心粒化装置，其特征在于，轴冷却风有三种产生方式：

方式一，通过风机产生冷却风，从密封罩风口(227)进入，大部分经过粒化器固定装置的气流流道(233)流出，小部分从固定装置与风管内套筒(217)之间狭小缝隙流出；

方式二，转轴(223)上的耐温叶片(224)随转轴的高速旋转产生冷却风，大部分经过粒化器固定装置(232)的气流流道(233)流出，小部分从固定装置与风管内套筒(217)之间狭小缝隙流出；

方式三，风机出风与耐温叶片高速旋转出风配合作为轴冷却风，对轴冷却风道及转轴进行冷却。