CN109762607A - 一种熔渣余热驱动气化反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冶金工业余热余能回收利用技术领域，尤其涉及一种熔渣余热驱动气化反应装置，通过将喷吹管内置于搅拌棒内，并在搅拌桨的下表面设置物料出口，使得气化反应物料能够直接喷入气化炉内的熔渣中，协同机械搅拌，可以保证气化反应物料充分均匀搅拌，使得气化原料与气化剂充分接触，提供充足的气化时间，有效回收利用熔渣的余热，提高气化效率。因此，本发明的设备既能充分回收利用熔渣的余热，又能够有效提高气化原料的转化率，同时其操作简便，生产成本低，原料适应性强，有助于钢铁工业的节能减排。

Description

一种熔渣余热驱动气化反应装置

技术领域

本发明涉及冶金工业余热余能回收利用技术领域，尤其涉及一种熔渣余热驱动气化反应装置。

背景技术

钢铁企业是我国的耗能大户，钢铁企业的余热资源约占燃料消耗量的三分之一。随着一系列的技术的使用，使得钢铁企业的余热得到了回收，但是高炉渣的显热仍没有得到有效的回收利用。因此对高炉渣余热回收利用的研究成为近年来人们关注的焦点。

高炉渣余热余能回收利用的制约因素主要集中在三个方面：高炉渣的导热系数较低，相当一部分余热回收设备对熔渣流动性的要求比较高，以达到最佳的熔渣流量和风量的配比；高炉渣余热利用过程中的能耗与污染问题严重。传统的湿法处理方式对环境污染比较严重，干式粒化法则对装置的投资和运行成本要求较大；后续冷渣的利用是不可忽视的问题，冷却速度越快，它的性质就越接近于水泥材料的水硬性和强度。

当前高炉渣的处理方法主要有两类：水淬法和干式处理法。水淬法即用新水直接冲击高温熔渣使其温度迅速降低形成大量的玻璃态物质，而作为生产水泥的原料，产生的热水仅用于钢铁企业的厂区供暖及洗浴等用途，余热回收率仅有有限的10％左右。典型的水淬法主要为底滤法、因巴法、图拉法、拉萨法及名特克法。干式处理法主要有机械破碎法、风淬法及离心粒化法，回收高炉渣的显热，但是这些方式存在热回收率低、潜热未被利用、能耗大、处理困难等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种熔渣余热驱动气化反应装置，用以解决当前高炉熔渣高品质余热利用过程中存在余热利用率低、能耗大、污染环境、处理的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明实施例中提供一种熔渣余热驱动气化反应装置，其包括：

气化炉，所述气化炉的上端具有进渣口和出气口，熔渣通过所述进渣口输送至所述气化炉内；

气体收集器，通过所述出气口与所述气化炉密封连通，所述气化炉内的气化反应产生的气化剂通过所述出气口输送至所述气体收集器；

气化反应物料输送机构，用于输送气化反应物料，所述气化反应物料包括气化原料和气化剂；

搅拌复合喷吹机构，包括内置于所述气化炉内的搅拌棒，所述搅拌棒的一端穿过所述气化炉的顶部与所述气化反应物料输送机构连接；所述搅拌棒具有沿轴向延伸的第一中空腔，所述第一中空腔用于输送气化反应物料；在轴向方向上，所述搅拌棒上具有至少一层搅拌桨组，每一搅拌桨组包括若干个搅拌桨，所述搅拌桨具有沿径向延伸的第二中空腔，所述第二中空腔与第一中空腔连通，且所述搅拌桨的下表面具有若干个物料出口；

驱动机构，其传输轴与所述搅拌棒连接，用于驱动所述搅拌棒转动，以带动搅拌桨搅拌气化炉内的物料。

可选的，所述气化炉的侧壁的下端设置有若干个喷嘴，用于向所述气化炉内喷入气化剂。

可选的，所述喷嘴向下倾斜设置，且与所述搅拌棒的轴线的夹角为55°～80°。

可选的，所述搅拌棒的侧壁的对应搅拌桨组的下方的位置设置有导流片，所述导流片靠近搅拌桨组设置；

所述导流片向上倾斜设置，并与搅拌棒的轴线的夹角为30°～60°。

可选的，所述搅拌棒的侧壁与每一搅拌桨对应的位置设置有至少一片导流片。

可选的，所述熔渣余热驱动气化反应装置还包括：

至少一个储渣罐，用于存储熔渣，所述储渣罐的底端具有出渣口，所述出渣口设置有流量控制器，每一储渣罐的出渣口可与所述气化炉的进渣口连通。

可选的，所述气化炉的侧壁设置有导流管，所述导流管水平设置或向下倾斜设置，并与所述进渣口连通；

所述导流管与所述搅拌棒的轴线的夹角为0°～45°。

可选的，所述气化反应物料输送机构包括气化原料输送机构和气化剂输送机构；

所述气化原料输送机构和气化剂输送机构均与所述搅拌棒的第一中空腔连通，所述气化原料机构用于向所述搅拌棒的第一中空腔内输送气化原料，所述气化剂输送机构用于向所述搅拌棒的第一中空腔内输送气化剂。

可选的，所述气化炉的下端设置有排渣口，所述排渣口设置有流量控制器，用于控制熔渣的排出流量。

可选的，所述排渣口设置在所述气化炉的底面上。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

将喷吹管内置于搅拌棒内，并在搅拌桨的下表面设置物料出口，使得气化反应物料能够直接喷入气化炉内的熔渣中，协同机械搅拌，可以保证气化反应物料充分均匀搅拌，使得气化原料与气化剂充分接触，提供充足的气化时间，有效回收利用熔渣的余热，提高气化效率。因此，本发明的设备既能充分回收利用熔渣的余热，又能够有效提高气化原料的转化率，同时其操作简便，生产成本低，原料适应性强，有助于钢铁工业的节能减排。

附图说明

图1为熔渣余热驱动气化反应装置的使用过程示意图；

图2为图1中A处的搅拌桨组的结构示意图。

【附图标记说明】

1：气化炉；

10：进渣口；

11：出气口；

12：排渣口；

13：第一流量控制器；

14：导流片；

2：气体收集器；

3：搅拌棒；

30：第一中空腔；

4：搅拌桨组；

40：搅拌桨；

41：第二中空腔；

42：物料出口；

5：导流管；

6：气化原料输送机构；

7：气化剂输送机构；

8：流量计；

9：喷嘴；

100：驱动机构；

200：储渣罐；

201：出渣口；

202：第二流量控制器；

300：高炉；

301：渣沟。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合图1-图2所示，本发明实施例中提供一种熔渣余热驱动气化反应装置，包括：

气化炉1，所述气化炉1的上端具有进渣口10和出气口11，熔渣通过所述进渣口10输送至所述气化炉1内；

气体收集器2，通过所述出气口11与所述气化炉1密封连通，所述气化炉1内的气化反应产生的气化剂通过所述出气口11输送至所述气体收集器2；

气化反应物料输送机构，用于输送气化反应物料，所述气化反应物料包括气化原料和气化剂；

搅拌复合喷吹机构，包括内置于所述气化炉1内的搅拌棒3，所述搅拌棒3的一端穿过所述气化炉1的顶部与所述气化反应物料输送机构连接；所述搅拌棒3具有沿轴向延伸的第一中空腔30，所述第一中空腔30用于输送气化反应物料；在轴向方向上，所述搅拌棒3上具有至少一层搅拌桨组4，每一搅拌桨组4包括若干个搅拌桨40，所述搅拌桨40具有沿径向延伸的第二中空腔41，所述第二中空腔41与第一中空腔30连通，且所述搅拌桨40的下表面具有若干个物料出口42；

驱动机构100，其传输轴与所述搅拌棒3连接，用于驱动所述搅拌棒3转动，以带动搅拌桨40搅拌气化炉1内的物料。

上述技术方案中，将喷吹管内置于搅拌棒内，并在搅拌桨的下表面设置物料出口，使得气化反应物料能够直接喷入气化炉内的熔渣中，协同机械搅拌，可以保证气化反应物料充分均匀搅拌，使得气化原料与气化剂充分接触，提供充足的气化时间，有效回收利用熔渣的余热，提高气化效率。因此，本发明的设备既能充分回收利用熔渣的余热，又能够有效提高气化原料的转化率，同时其操作简便，生产成本低，原料适应性强，有助于钢铁工业的节能减排。

需要说明的是，本发明中“上”“下”是指设备实际使用过程中的各结构的位置关系，仅是为了便于描述和理解，不具有其它限定意义。

本发明的技术方案适用于高炉熔渣的余热回收利用，高炉300的熔渣通过渣沟301输送至本发明的熔渣余热驱动气化反应装置。对高炉熔渣的余热回收利用时，气化原料可以为：煤粉，气化剂可以为二氧化碳，气化反应为：C+CO₂＝2CO。

当然，本发明的技术方案还适用于转炉、电炉、精炼炉以及部分有色冶炼等产生的废渣的余热回收利用。

其中，每一搅拌桨组4可以由6～8个搅拌桨40组成。需要说明的是，在此仅是举例说明，每一搅拌桨组4的搅拌桨40的个数可以根据实际需要进行设定，在此不作限定。

优选的，在所述气化炉1的侧壁设置导流管5，所述导流管5水平设置或向下倾斜设置，并与所述进渣口10连通，所述导流管5与所述搅拌棒3的轴线的夹角为0°～45°。通过设置导流管能够防止熔渣沿气化炉壁面流下，能够有效的冲击气化炉内的熔渣，形成较强烈的搅拌效果，增强对熔渣的搅拌效果。

可以理解的是，本发明实施例中当导流管与气化炉的侧壁垂直时，导流管为水平设置，导流管向上倾斜设置是指相对于水平设置，导流管的自由端朝向气化炉的上端转动，使得导流管向上倾斜。

在气化反应后，熔渣的余热被回收利用后冷却，可以在所述气化炉1的下端设置排渣口12，用于排出冷却后的熔渣。

还可以在所述排渣口12设置有第一流量控制器13，用于控制熔渣的排出流量，保证排渣口12处熔渣的温度尽可能降低，同时又高于熔渣的结晶温度，防止高炉熔渣的粘度迅速增大造成排渣困难，从而既有效回收利用熔渣余热又不影响熔渣的后续利用。

其中，第一流量控制器13可以为阀门。所述排渣口12可以设置在所述气化炉1的底面上，确保排渣彻底。基于此，还可以设置气化炉1的下端为上大下小的倒锥形，有利于排渣干净。

当然，也可以在气化炉的侧壁的下端设置排渣口。

本发明实施例中，设置所述气化反应物料输送机构包括气化原料输送机构6和气化剂输送机构7。所述气化原料输送机构6和气化剂输送机构7均与所述搅拌棒3的第一中空腔30连通，所述气化原料机构用于向所述搅拌棒3的第一中空腔30内输送气化原料，所述气化剂输送机构7用于向所述搅拌棒3的第一中空腔30内输送气化剂。该技术方案中，不同的物料通过不同给的输送机构进行输送，便于实现，操作简单。

还可以在气化剂输送机构7和搅拌棒3之间设置流量计8，用于检测气化剂的流量。

在熔渣的余热回收过程中，气化原料和气化剂的充分接触对气化反应具有很大的影响，为了进一步确保气化原料和气化剂的充分接触，在所述气化炉1的侧壁的下端设置若干个喷嘴9，用于向所述气化炉1内喷入气化剂，通过设置喷嘴9，使得气化剂由搅拌桨40下表面的物料出口42和喷嘴9同时喷入气化炉1内的熔渣中，以进一步保证气化原料和气化剂在熔渣内部及表面充分接触进行气化反应。

优选的，所述喷嘴9向下倾斜设置，且与所述搅拌棒3的轴线的夹角为55°～80°，以保证气化剂更加充分的与气化原料相接触，保证反应的充分进行。

可以理解的是，本发明实施例中当喷嘴与气化炉的侧壁垂直时，喷嘴为水平设置，喷嘴向下倾斜设置是指相对于水平设置，喷嘴的自由端朝向气化炉的下端转动，使得喷嘴向下倾斜。

其中，喷嘴9的个数、分布方式可以根据气化炉1的容积以及熔渣量等参数具体设置。例如：可以设置2～8个喷嘴9，若干个喷嘴9可以位于气化炉1的与搅拌棒3的轴线垂直的同一横截面上，而且还可以设置喷嘴9均匀分布在该横截面上，以保证气化原料和气化剂均匀接触，充分反应。

在实际应用过程中，气化炉内的熔渣高度为气化炉高度的0.5～0.75倍，能够保证有足够的气化反应时间完成气化反应，提高气化效率。

为了提高搅拌效果，本发明实施例中设置所述搅拌棒3上具有至少两层搅拌桨组4，以对气化炉1内的物料进行充分搅拌，使得气化原料和气化剂充分接触，有效回收利用熔渣的余热，提高气化效率。

进一步地，还可以在所述搅拌棒3的侧壁的对应搅拌桨组4的下方的位置设置导流片14，所述导流片14靠近搅拌桨组4设置，且所述导流片14向上倾斜设置，用于对搅拌棒3的第一中空腔30内输送的物流进行导流，使其经由位置对应的搅拌桨40上的物料出口42喷入气化炉1内，有利于有效回收利用熔渣的余热，提高气化效率。

优选的，所述导流片14与搅拌棒3的轴线的夹角为30°～60°，更好得将搅拌棒3的第一中空腔30内输送的物流导流至位置对应的搅拌桨40中。

进一步地，可以在所述搅拌棒3的侧壁与每一搅拌桨40对应的位置设置至少一片导流片14，进一步提高气化效率。

本发明实施例中，所述熔渣余热驱动气化反应装置还包括：

至少一个储渣罐200，用于存储熔渣，所述储渣罐200的底端具有出渣口201，每一储渣罐200的出渣口201可与所述气化炉1的进渣口10连通。

上述技术方案中，通过设置储渣罐使得熔渣得以存储和缓冲，然后再输送至气化炉，以解决间歇排渣的问题，使得整个气化反应装置连续运行，同时储渣罐的设置也能够解决排渣过程流量不稳定的问题，使得整个气化反应装置在一个较稳定的条件下运行。

还可以在储渣罐200的出渣口201设置第二流量控制器202，用于控制输送至气化炉1内的熔渣的流量，使得熔渣的流量与气化炉1余热回收效率、气化效率以及熔渣排渣时间和流量相匹配。

优选地，设置至少两个储渣罐200，轮流使用，以保证渣流稳定和连续运行的需求，也能够适应间歇性短时间大流量的排渣行为。

结合图1和图2所示，本发明实施例中熔渣余热驱动气化反应装置具体包括：

至少一个储渣罐200，每一储渣罐200的出渣口201设置有第二流量控制器202，每一储渣罐200的出渣口201可与气化炉1的进渣口10连通；

气化炉1，所述气化炉1的上端具有进渣口10和出气口11，储渣罐200内的熔渣通过所述进渣口10输送至所述气化炉1内。所述气化炉1的侧壁设置导流管5，所述导流管5水平设置或向下倾斜设置，并与所述进渣口10连通，所述导流管5与所述搅拌棒3的轴线的夹角为0°～45°。气化炉1的底面的中心设置有排渣口12，所述排渣口12设置有第一流量控制器13。气化炉1的侧壁的下端设置若干个喷嘴9，用于向所述气化炉1内喷入气化剂。喷嘴9向下倾斜设置，且与所述搅拌棒3的轴线的夹角为55°～80°；

气体收集器2，通过所述出气口11与所述气化炉1密封连通，所述气化炉1内的气化反应产生的气化剂通过所述出气口11输送至所述气体收集器2；

气化原料输送机构6和气化剂输送机构7，气化原料输送机构6用于输送气化原料，气化剂输送机构7用于输送气化剂，气化剂输送机构7的气体输出口设置有流量计8；

搅拌复合喷吹机构，包括内置于所述气化炉1内的搅拌棒3，所述搅拌棒3的一端穿过所述气化炉1的顶部与气化原料输送机构6和气化剂输送机构7连接。所述搅拌棒3具有沿轴向延伸的第一中空腔30，所述第一中空腔30用于输送气化反应物料；在轴向方向上，所述搅拌棒3上具有两层搅拌桨组4，每一搅拌桨组4包括若干个搅拌桨40，所述搅拌桨40具有沿径向延伸的第二中空腔41，所述第二中空腔41与第一中空腔30连通，且所述搅拌桨40的下表面具有若干个物料出口42；

驱动机构100，其传输轴与所述搅拌棒3连接，用于驱动所述搅拌棒3转动，以带动搅拌桨40搅拌气化炉1内的物料。

其中，所述搅拌棒3的侧壁的对应搅拌桨40组4的下方的位置设置导流片14，所述导流片14靠近搅拌桨40组4设置，且所述导流片14向上倾斜设置，所述导流片14与搅拌棒3的轴线的夹角为30°～60°。

其中一组搅拌桨组4的搅拌桨40的下表面与搅拌棒3的端面平行，对应该组搅拌桨组40的位置无需对物料进行导流，因此不需要设置导流片，仅在对应另一组搅拌桨组40的位置设置导流片，简化了设备的结构。

上述熔渣余热驱动气化反应装置的喷吹管置于搅拌棒内，气化原料通过搅拌桨的物料出口喷入气化炉内，气化剂通过搅拌桨的物料出口和气化炉的侧壁上的喷嘴同时喷入气化炉内，并在对应搅拌桨的位置设置导流片，将物料引导至搅拌桨，能够保证气化原料和气化剂充分搅拌均匀，使得气化原料与气化剂充分接触，提供充足的气化时间，有效回收利用熔渣的余热，提高气化效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种熔渣余热驱动气化反应装置，其特征在于，其包括：

气化炉，所述气化炉的上端具有进渣口和出气口，熔渣通过所述进渣口输送至所述气化炉内；

气体收集器，通过所述出气口与所述气化炉密封连通，所述气化炉内的气化反应产生的气体通过所述出气口输送至所述气体收集器；

气化反应物料输送机构，用于输送气化反应物料，所述气化反应物料包括气化原料和气化剂；

搅拌复合喷吹机构，包括内置于所述气化炉内的搅拌棒，所述搅拌棒的一端穿过所述气化炉的顶部与所述气化反应物料输送机构连接；所述搅拌棒具有沿轴向延伸的第一中空腔，所述第一中空腔用于输送气化反应物料；在轴向方向上，所述搅拌棒上具有至少一层搅拌桨组，每一搅拌桨组包括若干个搅拌桨，所述搅拌桨具有沿径向延伸的第二中空腔，所述第二中空腔与第一中空腔连通，且所述搅拌桨的下表面具有若干个物料出口；

驱动机构，其传输轴与所述搅拌棒连接，用于驱动所述搅拌棒转动，以带动搅拌桨搅拌气化炉内的物料。

2.如权利要求1所述的熔渣余热驱动气化反应装置，其特征在于，所述气化炉的侧壁的下端设置有若干个喷嘴，用于向所述气化炉内喷入气化剂。

3.如权利要求2所述的熔渣余热驱动气化反应装置，其特征在于，所述喷嘴向下倾斜设置，且与所述搅拌棒的轴线的夹角为55°～80°。

4.如权利要求1所述的熔渣余热驱动气化反应装置，其特征在于，所述搅拌棒的侧壁的对应搅拌桨组的下方的位置设置有导流片，所述导流片靠近搅拌桨组设置；

所述导流片向上倾斜设置，并与搅拌棒的轴线的夹角为30°～60°。

5.如权利要求4所述的熔渣余热驱动气化反应装置，其特征在于，所述搅拌棒的侧壁与每一搅拌桨对应的位置设置有至少一片导流片。

6.如权利要求1-5任一项所述的熔渣余热驱动气化反应装置，其特征在于，所述熔渣余热驱动气化反应装置还包括：

至少一个储渣罐，用于存储熔渣，所述储渣罐的底端具有出渣口，所述出渣口设置有流量控制器，每一储渣罐的出渣口可与所述气化炉的进渣口连通。

7.如权利要求1-5任一项所述的熔渣余热驱动气化反应装置，其特征在于，所述气化炉的侧壁设置有导流管，所述导流管水平设置或向下倾斜设置，并与所述进渣口连通；

所述导流管与所述搅拌棒的轴线的夹角为0°～45°。

8.如权利要求1-5任一项所述的熔渣余热驱动气化反应装置，其特征在于，所述气化反应物料输送机构包括气化原料输送机构和气化剂输送机构；

所述气化原料输送机构和气化剂输送机构均与所述搅拌棒的第一中空腔连通，所述气化原料机构用于向所述搅拌棒的第一中空腔内输送气化原料，所述气化剂输送机构用于向所述搅拌棒的第一中空腔内输送气化剂。

9.如权利要求1-5任一项所述的熔渣余热驱动气化反应装置，其特征在于，所述气化炉的下端设置有排渣口，所述排渣口设置有流量控制器，用于控制熔渣的排出流量。

10.如权利要求9所述的熔渣余热驱动气化反应装置，其特征在于，所述排渣口设置在所述气化炉的底面上。