CN110117164A - 一种对熔融冶炼渣玻璃粒化和余热回收的装置及方法 - Google Patents

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彭犇
岳昌盛
郝以党
孙健
王会刚
胡天麒
张硕
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Abstract

本发明涉及一种对熔融冶炼渣玻璃粒化和余热回收的装置及方法，其包括：溜槽(1)、中间包(2)、导流槽(3)、粒化膛(4)、粒化风机(5)、鼓风槽(6)、管式换热器(8)、冷却风机(9)、螺旋出料器(10)、提升机，优选为斗式提升机(11)、成品仓(12)、板式换热器(14)、第一蒸汽管(15)、第二蒸汽管(15)、发电机组(16)和净化排放装置。通过装置将熔融冶炼渣转化成玻璃态颗粒有利于资源化利用，同时进行余热回收，实现熔融冶炼渣资源的最大化回收，实现熔融冶炼渣高效化、装备化、自动化、无害化、资源化处理，处理过程的实现超低排放，具有突出的工艺和环保优势。

Description

一种对熔融冶炼渣玻璃粒化和余热回收的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种熔融冶炼渣玻璃粒化和余热回收装置及方法，特别是一种高温液态冶炼渣高效转化成玻璃体进行粒化同时回收余热的装置及方法。
背景技术
我国是工业大国，钢铁、有色等高温冶炼企业众多，主要金属产量基本约为全球的50％以上。伴随大量金属生产产生了大量高温冶炼渣，如高炉矿渣、钢渣、铜渣、镍渣等大宗熔融冶炼渣。当前我国冶炼渣资源化利用率低，资源化利用率不到一半，仍有大量废渣堆弃，占据大量土地，存在重大的环境安全隐患。
冶炼渣中往往含有大量的无机材料，具有建材产品制备潜力，目前国内外冶炼渣往往简单的水淬、热泼或缓冷处理，处理后的冶炼渣往往售价低廉或直接外送，资源化利用水平有待提高。冶炼渣出渣温度往往在1300℃以上，吨渣热值往往不低于40公斤标煤，具有极高的热资源回收价值。但现有处理工艺中熔融冶炼渣余热资源白白浪费，无法有效回收，是重大的资源化浪费。我国冶炼渣年产生量在5亿吨以上，若实现渣热资源的全部利用将产生巨大的经济和环境效益，意义十分重大。
将冶炼渣进行玻璃化具有诸多的优势，有利于冶金渣的无害化、资源化利用。一方面快速的冷却玻璃化防止熔渣转变为晶体结构导致其胶凝活性降低，同时避免晶体结构硬度高不利于粉磨制备粉体材料应用于水泥或混凝土掺合料。玻璃化大幅度降低了冶炼渣中有害重金属元素离子态成分含量，具有重金属元素固化稳定化作用，可望实现冶炼渣的无害化处理。总结可知，冶炼渣的玻璃化过程十分重要，对于冶炼渣的资源化利用起到十分关键的作用。
发明内容
为了解决现有技术的缺陷，本发明采用玻璃粒化、余热回收一体化的装置，将熔融冶炼渣转化成玻璃态的颗粒，同时进行余热回收，实现熔融冶炼渣资源的最大化回收。本发明在较为经济的条件下实现熔融冶炼渣高效化、装备化、自动化、无害化、资源化处理，处理过程的实现超净排放，具有突出的工艺和环保优势，将显著的推动冶炼渣处理工艺技术的进步，早日实现冶炼渣零排放。
本发明涉及一种对熔融冶炼渣玻璃粒化和余热回收的装置，其包括：溜槽、中间包、导流槽、粒化膛、粒化风机、鼓风槽、管式换热器、冷却风机、螺旋出料器、提升机，优选为斗式提升机、成品仓、板式换热器、第一蒸汽管、第二蒸汽管、发电机组和净化排放装置；溜槽连接中间包，用于将熔融冶炼渣经溜槽流入中间包中，中间包经导流槽连接粒化膛，用于将中间包中的熔融冶炼渣经导流槽流落入粒化膛内，粒化膛和粒化风机通过鼓风槽连接，用于将粒化风机产生的冷风通过鼓风槽鼓出，以对导流槽流出的熔融冶炼渣进行急冷以转变成玻璃渣，粒化膛下方设置有管式换热器，使得高温的玻璃渣落入管式换热器进行热交换；管式换热器下方设置有螺旋出料器，用于将热交换后的玻璃渣送入到螺旋出料器；螺旋出料器经提升机连接成品仓，用于将螺旋出料器中的玻璃渣提升到成品仓中；冷却风机通过第一风管连接在管式换热器和螺旋出料器之间；用于将冷却风机产生的冷风从管式换热器和螺旋出料器之间鼓入对高温的所述玻璃渣进行补充降温；粒化膛的上端通过第二风管连接板式换热器，经粒化风机和冷却风机鼓入的冷风经热交换后，获得热风，热风经第二风管输送至板式换热器；板式换热器通过第三风管连接净化排放装置，板式换热器通过第一蒸汽管连接发电机组，管式换热器通过第二蒸汽管连接发电机组，管式换热器和板式换热器经换热产生压力蒸汽，压力蒸汽通过第一和第二蒸汽管输送至发电机组进行发电。
其中，净化排放装置包括布袋除尘器、引风机及烟囱，板式换热器通过第三风管连接布袋除尘器的入口端，布袋除尘器的出口端通过引风机连接烟囱，经板式换热器换热后的烟气经第三风管输送至袋式除尘器，在引风机的作用下经烟囱外排。
其中，所述溜槽、中间包、导流槽和粒化膛内部均设置耐火保温材料。
其中，所述导流槽具有细长型出口，所述细长型出口长宽比不低于10，以保证熔融冶炼渣呈液面状流入粒化膛。
其中，所述鼓风槽出口设置在导流槽的细长型出口正下方；鼓风槽出口设置有出气孔，保证鼓风流场均匀，鼓风槽和导流槽长度相对应以便于熔融冶炼渣玻璃粒化。
其中，所述第一、第二和第三风管外部设置有保温材料以进行外保温，第一和第二蒸汽管外部设置有保温材料以进行外保温。
其中，所述装置还包括中控***，中控***与中间包、粒化风机、管式换热器、冷却风机、螺旋出料器、提升机、成品仓、所述风管、板式换热器、所述蒸汽管、发电机组、袋式除尘器和引风机连接；中控***用于对中间包液面高度进行控制；中控***用于对粒化风机、管式换热器、冷却风机、螺旋出料器、提升机、板式换热器、发电机组、袋式除尘器和引风机进行开关控制及参数调节控制；中控***用于对成品仓的卸料进行控制；中控***用于和所述风管和所述蒸汽管的开度进行调节。
本发明还涉及一种采用上述的装置对熔融冶炼渣玻璃粒化和余热回收的方法，包括如下步骤：
(1)熔融冶炼渣经溜槽均匀流入中间包中，进而经导流槽均匀流落入粒化膛内，优选处理过程中通过控制中间包的液面高度以保证冶炼渣流动稳定的流入粒化膛；
(2)启动粒化风机，将粒化风机产生的冷风通过鼓风槽均匀鼓出对导流槽流出冶炼渣进行急冷，快速将熔融冶炼渣温度降低到800℃以下；熔融冶炼渣急冷转变为玻璃渣，优选玻璃渣的颗粒粒径在15mm以内；
(3)高温的玻璃渣落入管式换热器进行热交换，同时冷却风机将冷风从管式换热器和螺旋出料器之间鼓入对高温玻璃渣进行补充降温；
(4)玻璃渣降温到100℃以下经螺旋出料器出料，采用提升机将玻璃渣提升到成品仓进行存储；
(5)经粒化风机和冷却风机鼓入的冷风经热交换后，获得400℃以上热风，热风经第一风管输送至板式换热器；通过管式换热器和板式换热器换热后产生压力蒸汽，压力蒸汽通过第一和第二蒸汽管输送至发电机组进行发电；
(6)经板式换热器换热后的烟气温度降至200℃以下，通过第三风管连接净化排放装置以进行外排；优选通过第三风管输送至净化排放装置的袋式除尘器，在净化排放装置的引风机的作用下经净化排放装置的烟囱外排。
其中，上述步骤通过中控***进行离线操作进行控制。
其中，熔融冶炼渣经处理后所获得玻璃渣中玻璃体含量达到95％以上。优选最终运输至成品仓内的玻璃渣温度不超过80℃。优选熔融冶炼渣经该方法处理后吨渣发电量超过
25kWh。优选该方法处理后外排烟气浓度低于10mg/m3
本发明的技术方案如下：
一种熔融冶炼渣玻璃粒化和余热回收装置，其包括：溜槽，中间包，导流槽，粒化膛，粒化风机，鼓风槽，玻璃渣，管式换热器，冷却风机，螺旋出料器，斗式提升机，成品仓，风管，板式换热器，蒸汽管，发电机组，袋式除尘器，引风机，烟囱及中控***；溜槽连接中间包，中间包经导流槽连接粒化膛；粒化膛和粒化风机经鼓风槽连接；粒化膛下方为管式换热器，管式换热器和冷却风机经风管连接；管式换热器下方为螺旋出料器；螺旋出料器经斗式提升机连接成品仓；粒化膛、板式换热器、布袋除尘器、引风机及烟囱经风管连接；管式换热器、板式换热器和发电机组经蒸汽管连接。
本发明还涉及一种对熔融冶炼渣玻璃粒化和余热回收处理的方法，包括如下步骤：
(1)熔融冶炼渣经溜槽均匀流入中间包中，进而经导流槽均匀流落入粒化膛内，处理过程确保中间包控制一定的液面高度以保证冶炼渣流入粒化膛流量稳定。
(2)启动粒化风机，将冷风通过鼓风槽均匀鼓出对导流槽流出冶炼渣进行急冷，快速将熔融冶炼渣温度降低到800℃以下；熔融冶炼渣急冷转变为玻璃渣，玻璃渣颗粒粒径在15mm以内。
(3)高温的玻璃渣落入管式换热器进行热交换，同时冷却风机将冷风从管式换热器和螺旋出料器间鼓入对高温玻璃渣进行补充降温。
(4)玻璃渣降温到100℃以下经螺旋出料器出料，采用斗式提升机将玻璃渣提升到成品仓储存外售。
(5)经粒化风机和冷却风机鼓入的冷风经上述热交换后，获得400℃以上热风，热风经风管输送至板式换热器；经管式换热器和板式换热器经换热产生大量压力蒸汽，蒸汽通过蒸汽管输送至发电机组进行发电。
(6)经板式换热器换热后的烟气温度降至200℃以下，经风管输送至袋式除尘器，在引风机的作用下经烟囱外排。
本发明优点是装置上和方法上实现熔融冶炼渣玻璃粒化和余热回收处理，工艺过程简单，装备化自动化程度高，***处理周期短，经济成本合理，处理过程满足超低排放要求。通过该工艺处理后的冶炼渣胶凝性能、稳定性优良，能够实现固废的资源化、无害化处理，同时实现了渣热两种资源的有效回收利用。
附图说明
图1为熔融冶炼渣玻璃粒化和余热回收处理装置示意图。
图2为中间包、导流槽和鼓风槽位置关系示意图。
具体实施方式
一种对熔融冶炼渣玻璃粒化和余热回收处理装置如附图1所示，其包括：溜槽1、中间包2、导流槽3、粒化膛4、粒化风机5、鼓风槽6、管式换热器8、冷却风机9、螺旋出料器10、提升机，优选为斗式提升机11、成品仓12、板式换热器14、第一蒸汽管15、第二蒸汽管15、发电机组16和净化排放装置；溜槽1连接中间包2，用于将熔融冶炼渣经溜槽1流入中间包2中，中间包2经导流槽3连接粒化膛4，用于将中间包2中的熔融冶炼渣经导流槽3流落入粒化膛4内，粒化膛4和粒化风机5通过鼓风槽6连接，用于将粒化风机5产生的冷风通过鼓风槽6鼓出，以对导流槽3流出的熔融冶炼渣进行急冷以转变成玻璃渣7，粒化膛4下方设置有管式换热器8，使得高温的玻璃渣7落入管式换热器8进行热交换；管式换热器8下方设置有螺旋出料器10，用于将热交换后的玻璃渣7送入到螺旋出料器10；螺旋出料器10经提升机11连接成品仓12，用于将螺旋出料器10中的玻璃渣7提升到成品仓12中；冷却风机9通过第一风管连接在管式换热器8和螺旋出料器10之间；用于将冷却风机9产生的冷风从管式换热器8和螺旋出料器10之间鼓入对高温的所述玻璃渣进行补充降温；粒化膛4的上端通过第二风管13连接板式换热器14，经粒化风机5和冷却风机9鼓入的冷风经热交换后，获得热风，热风经第二风管13输送至板式换热器14；板式换热器14通过第三风管13连接净化排放装置，板式换热器14通过第一蒸汽管15连接发电机组16，管式换热器8通过第二蒸汽管15连接发电机组16，管式换热器8和板式换热器14经换热产生压力蒸汽，压力蒸汽通过第一和第二蒸汽管15输送至发电机组16进行发电。净化排放装置包括布袋除尘器17、引风机18及烟囱19，板式换热器14通过第三风管13连接布袋除尘器17的入口端，布袋除尘器17的出口端通过引风机18连接烟囱19，经板式换热器14换热后的烟气经第三风管13输送至袋式除尘器17，在引风机18的作用下经烟囱19外排。
其中，所述溜槽1、中间包2、导流槽3和粒化膛4内部均设置耐火保温材料。述第一、第二和第三风管13外部设置有保温材料以进行外保温，第一和第二蒸汽管15外部设置有保温材料以进行外保温。
如图2所示，所述导流槽3具有细长型出口，所述细长型出口长宽比不低于10，以保证熔融冶炼渣呈液面状流入粒化膛4。所述鼓风槽6出口设置在导流槽3的细长型出口正下方；鼓风槽6出口设置有出气孔，保证鼓风流场均匀，鼓风槽6和导流槽3长度相对应以便于熔融冶炼渣玻璃粒化。
其中，中控***20与中间包2，粒化风机5，管式换热器8，冷却风机9，螺旋出料器10，斗式提升机11，成品仓12，风管13，板式换热器14，蒸汽管15，发电机组16，袋式除尘器17，引风机18连接；用于对中间包2液面高度控制，粒化风机5、管式换热器8、冷却风机9、螺旋出料器10、斗式提升机11、板式换热器14、发电机组16、袋式除尘器17、引风机18开关及参数调节，成品仓12卸料、风管13、蒸汽管15开度调节。
如图1和2所示，一种对熔融冶炼渣玻璃粒化和余热回收处理的方法，包括如下步骤：(1)熔融冶炼渣经溜槽1均匀流入中间包2中，进而经导流槽3均匀流落入粒化膛4内，处理过程确保中间包2控制一定的液面高度以保证冶炼渣流入粒化膛4流量稳定。(2)启动粒化风机5，将冷风通过鼓风槽6均匀鼓出对导流槽3流出冶炼渣进行急冷，快速将熔融冶炼渣温度降低到800℃以下；熔融冶炼渣急冷转变为玻璃渣7，玻璃渣7颗粒粒径在15mm以内。(3)高温的玻璃渣7落入管式换热器8进行热交换，同时冷却风机9将冷风从管式换热器8和螺旋出料器10间鼓入对高温玻璃渣进行补充降温。(4)玻璃渣7降温到100℃以下经螺旋出料器10出料，采用斗式提升机11将玻璃渣7提升到成品仓12储存外售。(5)经粒化风机5和冷却风机9鼓入的冷风经上述热交换后，获得400℃以上热风，热风经风管13输送至板式换热器14；经管式换热器8和板式换热器14经换热产生大量压力蒸汽，蒸汽通过蒸汽管15输送至发电机组16进行发电。(6)经板式换热器14换热后的烟气温度降至200℃以下，经风管13输送至袋式除尘器17，在引风机18的作用下经烟囱19外排。
其中，上述步骤操作均可通过中控***20进行离线操作进行，通过编程实现对中间包2，粒化风机5，管式换热器8，冷却风机9，螺旋出料器10，斗式提升机11，成品仓12，风管13，板式换热器14，蒸汽管15，发电机组16，袋式除尘器17，引风机18的控制。其中，熔融冶炼渣经处理后所获得玻璃渣7中玻璃体含量达到95％以上。其中，该工艺处理后最终运输至成品仓12内的玻璃渣7温度不超过80℃。其中，熔融冶炼渣经该工艺处理后吨渣发电量超过25kWh。其中，该工艺处理后外排烟气浓度低于10mg/m3。

Claims (10)

1.一种对熔融冶炼渣玻璃粒化和余热回收的装置，其包括：溜槽(1)、中间包(2)、导流槽(3)、粒化膛(4)、粒化风机(5)、鼓风槽(6)、管式换热器(8)、冷却风机(9)、螺旋出料器(10)、提升机，优选为斗式提升机(11)、成品仓(12)、板式换热器(14)、第一蒸汽管(15)、第二蒸汽管(15)、发电机组(16)和净化排放装置；溜槽(1)连接中间包(2)，用于将熔融冶炼渣经溜槽(1)流入中间包(2)中，中间包(2)经导流槽(3)连接粒化膛(4)，用于将中间包(2)中的熔融冶炼渣经导流槽(3)流落入粒化膛(4)内，粒化膛(4)和粒化风机(5)通过鼓风槽(6)连接，用于将粒化风机(5)产生的冷风通过鼓风槽(6)鼓出，以对导流槽(3)流出的熔融冶炼渣进行急冷以转变成玻璃渣(7)，粒化膛(4)下方设置有管式换热器(8)，使得高温的玻璃渣(7)落入管式换热器(8)进行热交换；管式换热器(8)下方设置有螺旋出料器(10)，用于将热交换后的玻璃渣(7)送入到螺旋出料器(10)；螺旋出料器(10)经提升机(11)连接成品仓(12)，用于将螺旋出料器(10)中的玻璃渣(7)提升到成品仓(12)中；冷却风机(9)通过第一风管连接在管式换热器(8)和螺旋出料器(10)之间；用于将冷却风机(9)产生的冷风从管式换热器(8)和螺旋出料器(10)之间鼓入对高温的所述玻璃渣进行补充降温；粒化膛(4)的上端通过第二风管(13)连接板式换热器(14)，经粒化风机(5)和冷却风机(9)鼓入的冷风经热交换后，获得热风，热风经第二风管(13)输送至板式换热器(14)；板式换热器(14)通过第三风管(13)连接净化排放装置，板式换热器(14)通过第一蒸汽管(15)连接发电机组(16)，管式换热器(8)通过第二蒸汽管(15)连接发电机组(16)，管式换热器(8)和板式换热器(14)经换热产生压力蒸汽，压力蒸汽通过第一和第二蒸汽管(15)输送至发电机组(16)进行发电。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，净化排放装置包括布袋除尘器(17)、引风机(18)及烟囱(19)，板式换热器(14)通过第三风管(13)连接布袋除尘器(17)的入口端，布袋除尘器(17)的出口端通过引风机(18)连接烟囱(19)，经板式换热器(14)换热后的烟气经第三风管(13)输送至袋式除尘器(17)，在引风机(18)的作用下经烟囱(19)外排。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述溜槽(1)、中间包(2)、导流槽(3)和粒化膛(4)内部均设置耐火保温材料。
4.根据权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于，所述导流槽(3)具有细长型出口，所述细长型出口长宽比不低于10，以保证熔融冶炼渣呈液面状流入粒化膛(4)。
5.根据权利要求1-4之一所述的装置，其特征在于，所述鼓风槽(6)出口设置在导流槽(3)的细长型出口正下方；鼓风槽(6)出口设置有出气孔，保证鼓风流场均匀，鼓风槽(6)和导流槽(3)长度相对应以便于熔融冶炼渣玻璃粒化。
6.根据权利要求1-5之一所述的装置，其特征在于，所述第一、第二和第三风管外部设置有保温材料以进行外保温，第一和第二蒸汽管(15)外部设置有保温材料以进行外保温。
7.根据权利要求1-6之一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括中控***(20)，中控***(20)与中间包(2)、粒化风机(5)、管式换热器(8)、冷却风机(9)、螺旋出料器(10)、提升机(11)、成品仓(12)、所述风管(13)、板式换热器(14)、所述蒸汽管(15)、发电机组(16)、袋式除尘器(17)和引风机(18)连接；中控***(20)用于对中间包(2)液面高度进行控制；中控***(20)用于对粒化风机(5)、管式换热器(8)、冷却风机(9)、螺旋出料器(10)、提升机(11)、板式换热器(14)、发电机组(16)、袋式除尘器(17)和引风机(18)进行开关控制及参数调节控制；中控***(20)用于对成品仓(12)的卸料进行控制；中控***(20)用于和所述风管(13)和所述蒸汽管(15)的开度进行调节。
8.一种采用权利要求1-7之一所述的装置对熔融冶炼渣玻璃粒化和余热回收的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)熔融冶炼渣经溜槽(1)均匀流入中间包(2)中，进而经导流槽(3)均匀流落入粒化膛(4)内，优选处理过程中通过控制中间包(2)的液面高度以保证冶炼渣流动稳定的流入粒化膛(4)；
(2)启动粒化风机(5)，将粒化风机(5)产生的冷风通过鼓风槽(6)均匀鼓出对导流槽(3)流出冶炼渣进行急冷，快速将熔融冶炼渣温度降低到800℃以下；熔融冶炼渣急冷转变为玻璃渣(7)，优选玻璃渣(7)的颗粒粒径在15mm以内；
(3)高温的玻璃渣(7)落入管式换热器(8)进行热交换，同时冷却风机(9)将冷风从管式换热器(8)和螺旋出料器(10)之间鼓入对高温玻璃渣进行补充降温；
(4)玻璃渣(7)降温到100℃以下经螺旋出料器(10)出料，采用提升机(11)将玻璃渣(7)提升到成品仓(12)进行存储；
(5)经粒化风机(5)和冷却风机(9)鼓入的冷风经热交换后，获得400℃以上热风，热风经第一风管(13)输送至板式换热器(14)；通过管式换热器(8)和板式换热器(14)换热后产生压力蒸汽，压力蒸汽通过第一和第二蒸汽管(15)输送至发电机组(16)进行发电；
(6)经板式换热器(14)换热后的烟气温度降至200℃以下，通过第三风管(13)连接净化排放装置以进行外排；优选通过第三风管(13)输送至净化排放装置的袋式除尘器(17)，在净化排放装置的引风机(18)的作用下经净化排放装置的烟囱(19)外排。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：上述步骤通过中控***(20)进行离线操作进行控制。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于：熔融冶炼渣经处理后所获得玻璃渣(7)中玻璃体含量达到95％以上。优选最终运输至成品仓(12)内的玻璃渣(7)温度不超过80℃。优选熔融冶炼渣经该方法处理后吨渣发电量超过25kWh。优选该方法处理后外排烟气浓度低于10mg/m3。
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