CN112899418A - 一种熔融钢渣竖冷换热发电装置及方法 - Google Patents

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闾文
陈满科
张延平
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张硕
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Abstract

本发明提供了一种熔融钢渣竖冷换热发电装置及方法，包括：渣罐(1)、辊压破碎***(2)、提升装置(3)、竖冷换热***(4)、热能发电***(5)、烟气处理***(6)，所述渣罐(1)运输钢渣至辊压破碎***(2)，所述辊压破碎***(2)排出钢渣被提升装置(3)至竖冷换热***(4)，所述竖冷换热***(4)与热能发电***(5)通过烟气处理***(6)连通，所述辊压破碎***(2)、竖冷换热***(4)、热能发电***(5)通过循环风道连通，所述辊压破碎***(2)与竖冷换热***(4)通过钢渣输送通道连通。本发明实现熔融钢渣风冷换热‑热能发电的连续化生产，将钢渣潜热及余热回收利用，大幅度提高钢渣的处理效率与钢铁企业的效益。

Description

一种熔融钢渣竖冷换热发电装置及方法
技术领域
本发明涉及一种钢渣余热发电技术领域，特别是一种对熔融态钢渣进行热能回收发电处理的装置及方法。
背景技术
我国是钢铁生产大国，每年钢产量占全球产量50％以上。每生产一吨钢约产生钢渣0.12-0.14吨，年钢渣产生量超1亿吨。熔融钢渣含有可观的潜热及显热，具有重要的资源回收价值，若实现热能回收发电可以为钢铁企业节省可观的用电成本，因此，熔融钢渣热能回收发电具有重大的资源回收价值意义。
目前钢渣的预处理工艺热闷法、热泼法、滚筒法、风淬法等工艺，其中热闷法、热泼法、滚筒法均利用湿法处理钢渣，产生的蒸汽含尘量大、流量不稳定，均不能直接进入汽轮机发电，风淬法虽利用干法处理钢渣，但整个处理过程在一个较开放的环境中进行，污染严重，热量回收困难，这几种工艺均不能实现钢渣热能回收，是一种资源的浪费。
现有的钢渣辊压破碎工艺是将钢渣倾倒在半封闭的破碎空间内，采用移动的钢渣辊压破碎机进行破碎处理，***装备及配套动力等辅助***占地空间较大，破碎区对厂房跨度、高度等要求较高。因此需要加快研究可以适应快节奏炼钢生产、高效节能处理钢渣、利用热能的新工艺。
国内普遍应用的热态物料热能回收利用的工艺主要有干熄焦工艺、烧结环冷工艺。烧结环冷工艺主要在高温烧结物料段进行热能回收，处理环境比较开放，大部分热量放散在空气中无法回收得不到利用。干熄焦工艺利用干熄炉将燃烧焦炭熄灭，并回收热能进行发电，是比较成熟的工艺。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种熔融钢渣竖冷换热发电装置及方法，实现熔融钢渣风冷换热-热能发电的连续化生产，将钢渣潜热及余热回收利用，大幅度提高钢渣的处理效率与钢铁企业的效益。
本发明提供了一种熔融钢渣竖冷换热发电装置，包括：渣罐、辊压破碎***、提升装置、竖冷换热***、热能发电***、烟气处理***，其特征在于：所述渣罐运输钢渣至辊压破碎***，所述辊压破碎***排出钢渣被提升装置至竖冷换热***，所述竖冷换热***与热能发电***通过烟气处理***连通，所述辊压破碎***、竖冷换热***、热能发电***通过循环风道连通，所述辊压破碎***与竖冷换热***通过钢渣输送通道连通。
进一步地，所述辊压破碎***包括倒渣口、倾翻装置、台车、破碎辊、驱动装置、密闭罩、鼓风管、热风管、出渣口和筛分装置，倒渣口设置在辊压破碎***前端顶部，出渣口设置在辊压破碎***后端底部，倾翻装置设置在倒渣口下，台车、破碎辊、驱动装置设置在辊压破碎***腔体内部，密闭罩覆盖住整个辊压破碎***，鼓风管由辊压破碎***后端通入，热风从设置在辊压破碎***前端的热风管排出，筛分装置设置在出渣口下部。
进一步地，所述辊压破碎***的筛分装置由多个过滤架组成，所述过滤架具有L形本体，L形本体的竖直部共线间隔排列，L形本体的非竖直部沿水平方向放散射线状分布。
进一步地，所述筛分装置前端掉落钢渣粒度范围为0-20mm，中端掉落钢渣粒度范围为20-100mm，末端掉落钢渣粒度范围大于100mm，所述筛分装置前端掉落钢渣返回辊压破碎***，筛分装置中端掉落钢渣转运至竖冷换热***，筛分装置末端掉落钢渣的部分返回炼钢。
进一步地，所述辊压破碎***的倾翻装置为固定倾翻装置，倒渣口和辊压破碎***腔体都设置有装置盖，所述辊压破碎***的台车上铺设干渣垫层，垫层厚度不小于200mm。
进一步地，所述辊压破碎***的出渣口为蛤式开合结构，卸料时开启出渣口，处理过程中及卸料后出渣口为闭合状态，以实现处理过程中辊压破碎***的密闭。
进一步地，所述破碎辊包括破碎辊轴、破碎辊齿，破碎辊轴为中空回转体结构，破碎辊轴内部采用水冷方式进行保护，破碎辊轴可进行顺时针、逆时针两个方向的转动，破碎辊轴动力由驱动装置提供，所述破碎辊齿与破碎辊轴可更换的固接为一体。
进一步地，所述破碎辊轴上沿着螺旋线每360度可布置3-12个破碎辊齿，相邻两个破碎辊齿之间的夹角为30-120度，破碎辊齿与钢渣行进方向的夹角为30-80度。
进一步地，所述竖冷换热***包括竖冷炉、鼓风装置、出料装置、环形风道，鼓风装置设置于竖冷炉下端，出料装置设置于竖冷炉底部，环形风道设置于竖冷炉主体中上部。
进一步地，所述竖冷换热***的竖冷炉为竖式柱形结构，容积为辊压破碎***容积的4-7倍，竖冷炉内壁设有耐火材料，竖冷换热***的出料装置为螺旋出料装置。
进一步地，所述热能发电***包括换热装置、发电装置，所述烟气处理***包括一次除尘***、二次除尘***，一次除尘***设置在竖冷换热***与热能发电***之间上部，二次除尘***设置在竖冷换热***与热能发电***之间下部，一次除尘***排出热风进入热能发电***的换热装置，换热装置产生蒸汽驱动发电装置运行发电。
本发明还提供了一种根据上述的熔融钢渣竖冷换热发电装置进行换热发电的方法，包括如下步骤：
S1.熔融钢渣经由渣罐运至辊压破碎***，倾翻至台车上，由破碎辊将熔融钢渣翻拌固化，破碎成粒，并将钢渣推至出渣口，筛分卸料，辊压破碎过程中鼓入循环冷风实现对流换热，实现钢渣从1400-1600℃熔融态转变为1000-1200℃固态；
S2.吊运热态钢渣至竖冷换热***，鼓风装置通入循环冷风与钢渣进行对流换热，热风通过环形风道进入热能发电***，冷却至400-600℃的钢渣通过出料装置排出，进行热闷或其他安定性处理；
S3.步骤S1与步骤S2的热风通过一次除尘***后，进入热能发电***进行发电，冷却后的风通过二次除尘***，再经过循环风机重新鼓入辊压破碎***和竖冷换热***。
本发明采用辊压破碎机-竖冷炉对熔融钢渣破碎及热能回收，辊压破碎机将1400-1600℃熔融钢渣初冷破碎，1000-1200℃钢渣可以连续倒入竖冷炉，辊压破碎***及竖冷换热***共同运行，可实现熔融钢渣处理及热能回收发电的连续化生产，大幅度提高钢渣处理效率与热能回收利用率。该设备占地空间小，无需建设厂房，辊压破碎***及竖冷换热***可实现全封闭处理环境，处理过程中全部采用对流方式降温，降低了烟气处理***投资，热气直接进入热能发电***，为企业生产提供电能，节省可观的生产成本。总之该***装备自动化程度高，生产连续性好，处理效率高，空间占地小，热能回收利用，环境排放达标等优点，能够满足钢渣处理的环保排放及资源化利用要求。
同时，熔融钢渣辊压破碎-热能回收处理，具有自动化程度高，生产连续性好，处理效率高，空间占地小，热能回收利用，环境排放达标等优点。该方法及装置大幅度提高了钢渣破碎处理-热能回收的装备化水平，可进行连续的热能回收发电处理，采用封闭环境内对流方式冷却钢渣，减少了含尘蒸汽排放，将有效降低钢渣处理投资，所得发电将有效降低钢渣处理生产运营成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种熔融钢渣竖冷换热发电装置的整体示意图；
图2a为本发明提供的一种熔融钢渣竖冷换热发电装置辊压破碎***示意图；
图2b为本发明提供的一种熔融钢渣竖冷换热发电装置破碎辊示意图；
图2c为本发明提供的一种熔融钢渣竖冷换热发电装置辊压破碎***筛分装置侧视与俯视的示意图；
图3为本发明提供的一种熔融钢渣竖冷换热发电装置的竖冷换热发电***示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1-3是根据本发明实施例的熔融钢渣竖冷换热发电装置及方法，如图所示，根据本发明的一种具体实施方式，提供一种熔融钢渣竖冷换热发电装置，所述熔融钢渣竖冷换热发电装置包括：渣罐1、辊压破碎***2、提升装置3、竖冷换热***4、热能发电***5、烟气处理***6，所述渣罐1运输钢渣至辊压破碎***2，所述辊压破碎***2排出钢渣被提升装置3至竖冷换热***4，所述竖冷换热***4与热能发电***5通过烟气处理***6连通，所述辊压破碎***2、竖冷换热***4、热能发电***5通过循环风道连通，所述辊压破碎***2与竖冷换热***4通过钢渣输送通道连通。
所述辊压破碎***2包括倒渣口7、倾翻装置8、台车9、破碎辊10、驱动装置、密闭罩11、鼓风管12、热风管13、出渣口14和筛分装置15，倒渣口7设置在辊压破碎***2前端顶部，出渣口14设置在辊压破碎***2后端底部，倾翻装置8设置在倒渣口7下，台车9、破碎辊10、驱动装置设置在辊压破碎***2腔体内部，密闭罩11覆盖住整个辊压破碎***2，实现密闭，鼓风管12由辊压破碎***2后端通入，热风从设置在辊压破碎***2前端的热风管13排出，筛分装置15设置在出渣口14下部。
竖冷换热***4包括竖冷炉16、鼓风装置17、出料装置18、环形风道19，鼓风装置17设置于竖冷炉16下端，出料装置18设置于竖冷炉16底部，环形风道19设置于竖冷炉16主体中上部。
热能发电***5包括换热装置20、发电装置21；烟气处理***6包括一次除尘***22、二次除尘***23，一次除尘***22设置在竖冷换热***4与热能发电***5之间，二次除尘***23设置在热能发电***5与竖冷换热***4之间。
具体地，如图1所示，所述熔融钢渣竖冷换热发电装置包括：渣罐1、辊压破碎***2、提升装置3、竖冷换热***4、热能发电***5、烟气处理***6。其中，所述的辊压破碎***2的倾翻装置8为固定倾翻装置，倒渣口7和辊压破碎***2腔体都设置有装置盖，以实现倒渣和转运过程中辊压破碎***2的密闭。
具体地，所述的辊压破碎***2的出渣口14为蛤式开合结构，卸料时开启出渣口14，处理过程中及卸料后出渣口14为闭合状态，以实现处理过程中辊压破碎***2的密闭；其中所述的辊压破碎***2的台车9上铺设干渣垫层，垫层厚度不小于200mm，实现熔融钢渣落料过程中的冲击力分散、保护台车9及吸收钢渣显热的功能；其中所述的破碎辊10包括破碎辊轴24、破碎辊齿25，破碎辊轴24为中空回转体结构，内部采用水冷方式进行保护，可实现顺时针、逆时针两个方向的转动。
优选地，在破碎辊轴24上沿着螺旋线每360度可布置3-12个破碎辊齿25；相邻两个破碎辊齿25之间的夹角为30-120度。
优选地，破碎辊齿25与钢渣行进方向的夹角为30-80度。
进一步地，如图1-3所示，辊压破碎***2的驱动装置包括电机26和减速机27，电机26通过减速机27与破碎辊轴24连接；其中，竖冷换热***4的竖冷炉16采用竖式柱形结构，容积为辊压破碎***2处理能力的4-7倍，内壁设有耐火材料。
竖冷换热***4的出料装置18选用螺旋出料装置；其中，辊压破碎***2与竖冷换热***4所用的冷却风为经过除尘及换热处理后的循环风。
根据本发明的另一种具体实施方式，提供另一种采用上述装置对熔融钢渣竖冷换热发电的方法，包括以下步骤：(1)熔融钢渣经由渣罐1运至辊压破碎***2，倾翻至台车9上，由破碎辊10将熔融钢渣翻拌固化，破碎成粒，并将钢渣推至出渣口14，筛分卸料，辊压破碎过程中鼓入循环冷风实现对流换热，实现钢渣从1400-1600℃熔融态转变为1000-1200℃固态；(2)吊运热态钢渣至竖冷换热***4，鼓风装置17通入循环冷风与钢渣进行对流换热，热风通过环形风道19进入热能发电***5，冷却至400-600℃的钢渣通过出料装置18排出，进行热闷或其他安定性处理；(3)步骤(1)与步骤(2)的热风通过一次除尘***22后，进入热能发电***5进行发电，冷却后的风通过二次除尘***23，再经过循环风机重新鼓入辊压破碎***2和竖冷换热***4。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种熔融钢渣竖冷换热发电装置，包括：渣罐(1)、辊压破碎***(2)、提升装置(3)、竖冷换热***(4)、热能发电***(5)、烟气处理***(6)，其特征在于：所述渣罐(1)运输钢渣至辊压破碎***(2)，所述辊压破碎***(2)排出钢渣被提升装置(3)至竖冷换热***(4)，所述竖冷换热***(4)与热能发电***(5)通过烟气处理***(6)连通，所述辊压破碎***(2)、竖冷换热***(4)、热能发电***(5)通过循环风道连通，所述辊压破碎***(2)与竖冷换热***(4)通过钢渣输送通道连通。
2.根据权利要求1所述的熔融钢渣竖冷换热发电装置，其特征在于，所述辊压破碎***(2)包括倒渣口(7)、倾翻装置(8)、台车(9)、破碎辊(10)、驱动装置、密闭罩(11)、鼓风管(12)、热风管(13)、出渣口(14)和筛分装置(15)，倒渣口(7)设置在辊压破碎***(2)前端顶部，出渣口(14)设置在辊压破碎***(2)后端底部，倾翻装置(8)设置在倒渣口(7)下，台车(9)、破碎辊(10)、驱动装置设置在辊压破碎***(2)腔体内部，密闭罩(11)覆盖住整个辊压破碎***(2)，鼓风管(12)由辊压破碎***(2)后端通入，热风从设置在辊压破碎***(2)前端的热风管(13)排出，筛分装置(15)设置在出渣口(14)下部。
3.根据权利要求2所述的熔融钢渣竖冷换热发电装置，其特征在于，所述辊压破碎***(2)的筛分装置(15)由多个过滤架组成，所述过滤架具有L形本体，L形本体的竖直部共线间隔排列，L形本体的非竖直部沿水平方向放散射线状分布。
4.根据权利要求3所述的熔融钢渣竖冷换热发电装置，其特征在于，所述筛分装置(15)前端掉落钢渣粒度范围为0-20mm，中端掉落钢渣粒度范围为20-100mm，末端掉落钢渣粒度范围大于100mm，所述筛分装置(15)前端掉落钢渣返回辊压破碎***(2)，筛分装置(15)中端掉落钢渣转运至竖冷换热***(4)，筛分装置(15)末端掉落钢渣的部分返回炼钢。
5.根据权利要求2所述的熔融钢渣竖冷换热发电装置，其特征在于，所述辊压破碎***(2)的倾翻装置(8)为固定倾翻装置，倒渣口(7)和辊压破碎***(2)腔体都设置有装置盖，所述辊压破碎***(2)的台车(9)上铺设干渣垫层，垫层厚度不小于200mm。
6.根据权利要求2所述的熔融钢渣竖冷换热发电装置，其特征在于，所述辊压破碎***(2)的出渣口(14)为蛤式开合结构，卸料时开启出渣口(14)，处理过程中及卸料后出渣口(14)为闭合状态，以实现处理过程中辊压破碎***(2)的密闭。
7.根据权利要求2所述的熔融钢渣竖冷换热发电装置，其特征在于，所述破碎辊(10)包括破碎辊轴(24)、破碎辊齿(25)，破碎辊轴(24)为中空回转体结构，破碎辊轴(24)内部采用水冷方式进行保护，破碎辊轴(24)可进行顺时针、逆时针两个方向的转动，破碎辊轴(24)动力由驱动装置提供，所述破碎辊齿(25)与破碎辊轴(24)可更换的固接为一体。
8.根据权利要求7所述的熔融钢渣竖冷换热发电装置，其特征在于，所述破碎辊轴(24)上沿着螺旋线每360度可布置3-12个破碎辊齿(25)，相邻两个破碎辊齿(25)之间的夹角为30-120度，破碎辊齿(25)与钢渣行进方向的夹角为30-80度。
9.根据权利要求1所述的熔融钢渣竖冷换热发电装置，其特征在于，所述竖冷换热***(4)包括竖冷炉(16)、鼓风装置(17)、出料装置(18)、环形风道(19)，鼓风装置(17)设置于竖冷炉(16)下端，出料装置(18)设置于竖冷炉(16)底部，环形风道(19)设置于竖冷炉(16)主体中上部。
10.根据权利要求9所述的熔融钢渣竖冷换热发电装置，其特征在于，所述竖冷换热***(4)的竖冷炉(16)为竖式柱形结构，容积为辊压破碎***(2)容积的4-7倍，竖冷炉(16)内壁设有耐火材料，竖冷换热***(4)的出料装置(18)为螺旋出料装置。
11.根据权利要求1所述的熔融钢渣竖冷换热发电装置，其特征在于，所述热能发电***(5)包括换热装置(20)、发电装置(21)，所述烟气处理***(6)包括一次除尘***(22)、二次除尘***(23)，一次除尘***(22)设置在竖冷换热***(4)与热能发电***(5)之间上部，二次除尘***(23)设置在竖冷换热***(4)与热能发电***(5)之间下部，一次除尘***(22)排出热风进入热能发电***(5)的换热装置(20)，换热装置(20)产生蒸汽驱动发电装置(21)运行发电。
12.根据权利要求1-11任一所述的熔融钢渣竖冷换热发电装置进行换热发电的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.熔融钢渣经由渣罐(1)运至辊压破碎***(2)，倾翻至台车(9)上，由破碎辊(10)将熔融钢渣翻拌固化，破碎成粒，并将钢渣推至出渣口(14)，筛分卸料，辊压破碎过程中鼓入循环冷风实现对流换热，实现钢渣从1400-1600℃熔融态转变为1000-1200℃固态；
S2.吊运热态钢渣至竖冷换热***(4)，鼓风装置(17)通入循环冷风与钢渣进行对流换热，热风通过环形风道(19)进入热能发电***(5)，冷却至400-600℃的钢渣通过出料装置(18)排出，进行热闷或其他安定性处理；
S3.步骤S1与步骤S2的热风通过一次除尘***(22)后，进入热能发电***(5)进行发电，冷却后的风通过二次除尘***(23)，再经过循环风机重新鼓入辊压破碎***(2)和竖冷换热***(4)。
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