CN212533044U - 一种基于煤气化方法的高温熔渣余热回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于煤气化方法的高温熔渣余热回收装置，包括一次热回收***和二次热回收***，一次热回收***包括熔渣槽、转筒粒化器和套筒，高温液态熔渣通过熔渣槽落在转筒粒化器中心进行粒化获得熔渣液滴，熔渣液滴与套筒顶部喷射出的煤粉及套筒下部进入的水蒸气混合，煤粉气化并生成合成气，熔渣液滴放热凝固成熔渣颗粒；二次热回收***包括回转筒和颗粒收集槽，凝固后的熔渣颗粒通过滑槽进入回转筒后与从回转筒下部射入的雾化水接触，熔渣颗粒进一步放热冷却，雾化水吸收熔渣颗粒热量产生水蒸气完成二次热回收，熔渣颗粒进入完成原料回收，本发明对冶金熔渣资源化利用，余热高效利用具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于冶金熔渣余热利用技术领域，涉及一种回收高炉熔渣余热的煤气化装置。
背景技术
钢铁工业是国民经济发展重要的基础产业，其能源消耗约占全国总能耗的 15％左右。高炉渣是钢铁工业主要的副产品，出炉温度为1450摄氏度～1550摄氏度，高品质余热丰富。每生产1吨生铁，约产生300kg高炉渣。国家***公布数据，2019年我国产出生铁约80936.5万吨，比去年增加了3831.1万吨，高炉渣的产量约2.43亿吨。若将其携带的高品质热量以70％的效率利用，相当回收约4.38×108GJ的热量，则每年可节约近1480万吨标准煤，减少温室气体和二氧化硫等大气污染物排放约2200万吨。因此，高效回收高炉渣余热对提高钢铁工业能源利用率，建设环境友好型社会具有重要意义。
目前应用最为广泛的熔渣热回收方法为干式物理余热回收工艺，可利用熔渣余热生成高温蒸汽。然而此工艺存在火用损耗较高、换热效率低等问题，亟待寻找更加高效的余热回收方法。随着现代技术的发展，清洁高效的煤气化技术成为具有发展潜力的节能减排技术。煤气化过程中包括部分氧化及还原反应，需要部分煤炭燃烧提供气化所需要的热量，以确保反应的进行。若将高炉熔渣余热回收与煤气化技术结合，可实现熔渣所携带高品质热量的综合回收和煤炭气化过程的燃耗节省，对满足钢铁冶金行业节能减排和加强煤炭清洁利用技术的推广具有重要的意义。
发明内容
针对干式物理余热回收工艺存在的问题，本发明的目的是：提供了一种利用煤气化方法回收熔渣余热的装置，它通过高炉渣提供煤气化反应及生产水蒸气所需要的热量以实现高温炉渣的热回收。
为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种高炉渣余热回收煤气化装置，包括一次热回收***和二次热回收***，所述一次热回收***通过滑槽与所述二次热回收***连接；
所述一次热回收***包括熔渣槽、转筒粒化器和套筒，高温液态熔渣通过熔渣槽落在转筒粒化器中心进行粒化获得熔渣液滴，熔渣液滴与套筒顶部喷射出的煤粉及套筒下部进入的水蒸气混合，煤粉气化并生成合成气，熔渣液滴放热凝固成熔渣颗粒；
所述二次热回收***包括回转筒和颗粒收集槽，凝固后的熔渣颗粒通过滑槽进入回转筒后与从回转筒下部射入的雾化水接触，熔渣颗粒进一步放热冷却，雾化水吸收熔渣颗粒热量产生水蒸气完成二次热回收，熔渣颗粒进入完成原料回收。
进一步的，所述一次热回收***还包括煤粉槽、水蒸气储罐、气固分离器，空冷器和合成气储罐，所述套筒顶部分别与煤粉槽、熔渣槽和气固分离器连接，所述转筒粒化器设置在所述套筒内部，并与所述熔渣槽连接，所述套筒下部分别连接所述水蒸气储罐和所述二次热回收***。
进一步的，所述粒化器为圆筒状，筒侧下部设置有若干个喷嘴，分多层等间距布置，外侧为绝热涂层。套筒分为旋转部分和固定部分。其中，旋转部分为内筒，固定部分为外筒，外筒包括套筒顶部及底部，均为耐高温材料。套筒的旋转部分通过滚轮轴承连接套筒固定部分。外筒表面进行隔热处理。反应得到的合成气从套筒上部排出，经过气固分离器，空冷器后收集到储罐，分离出的煤粉颗粒和水蒸气进行循环利用。
进一步的，所述气固分离器与所述套筒之间设有高压气泵，所述气固分离器与所述煤粉槽之间设有阀门，所述空冷器分别在与所述气固分离器和合成气储罐之间设有高压阀门，所述合成气储罐上设有第一压力表。
进一步的，所述二次热回收***还包括水蒸气储罐、蒸汽净化器、雾化水槽和折流板，所述回转筒上端分别与滑槽和蒸汽净化器连接，下端分别与所述颗粒收集槽和雾化水槽连接，所述水蒸气储罐上设有第二压力表，所述水蒸气储罐一端与所述滑槽连接，一端与所述蒸汽净化器连接，所述回转筒与蒸汽净化器之间设有高压气泵。
进一步的，所述回转筒侧面与回转筒顶部及底部均通过密封滚轮轴承连接，回转筒顶部与底部固定不动，回转筒侧面旋转，所述回转筒内设置有螺旋折流板。
进一步的，每个螺旋折流板平面为圆的四分之一，所述平面由两条直边一条弧边构成，所述平面上有两排沿径向排列的圆形缺口，每个螺旋折流板周期由四个螺旋折流板组成；各所述螺旋折流板周期内的相邻两块螺旋折流板布置方式相同，相邻螺旋折流板周期的相邻两折流板的布置方式与各周期内的相邻折流板布置方式相同。
进一步的，两排圆形缺口中每排缺口的连线与同一直边夹角分别为30°、 60°，所述折流板直边所夹侧边的中心点均位于腔体回转中心线上，相邻的所述折流板的直边与弧边所夹侧边的中心点重叠，被布置成一个近似连续的螺旋挡板。
所述滑槽连接套筒的外筒下部固定部分，熔渣粒化后颗粒经过滑槽进入回转筒，顺着折流板运动，与回转筒下部喷射进入的雾化水进行换热，水蒸气从回转筒上部排出，经过分离净化后进入蒸汽收集器或通过阀门进入套筒。收集到的熔渣颗粒可进行物料回收。
高温液态熔渣余热回收的过程及原理如下：
高温液态熔渣由熔渣槽引流从旋转的转筒粒化器正中心上方注入，并落在高速旋转的转盘中心，然后流入转筒侧面的喷嘴，熔渣在离心力的作用下压入喷嘴喷出。由于离心力的方向与熔渣的运动方向一致，离心力可直接用作熔渣喷溅压力。
从粒化器甩出来的液滴在飞行过程中，与套筒顶部设置的煤粉入口喷射出的煤粉混合。在旋转的条件下煤粉颗粒散布在内筒空间内，与液滴混合后附着在熔渣液滴表面。从套筒下部进入的水蒸气上升与被煤粉包裹的熔渣接触。在熔渣液滴提供热量、水蒸气作为气化剂的条件下，煤粉气化并生成合成气完成一次热回收，而液滴放热迅速凝固。熔渣液滴凝固成颗粒后撞击到旋转的内筒壁面并发生回弹，颗粒在套筒空间内飞行的时间延长，同一颗粒提供热量完成多次煤气化过程。收集到的气体混合物进行分离，获得的合成气向外输送利用，分离出的煤粉颗粒进行再利用，水蒸气冷凝后排出。
落入滑槽的熔渣颗粒进入回转筒进行二次热回收。从回转筒下方喷射入的雾化水吸收熔渣颗粒热量并生成水蒸气从回转筒上部排出到水蒸气分离器，分离出熔渣微小颗粒或灰尘，净化后的水蒸气进入套筒作气化剂或进入到水蒸气储罐。通过阀门控制进入套筒的水蒸气流量。
完成余热回收后的熔渣颗粒落入颗粒收集槽中，可用作水泥原料。
本发明具有以下有益效果：
(1)多层次充分利用高温液态熔渣资源，分段式回收熔渣余热，获得的颗粒粒度较高，附加价值大。
(2)套筒的内筒旋转可以使从内筒壁面喷入的煤粉更均匀地散布在套筒空间内，同时熔渣颗粒撞击内筒壁面后飞行时间增加，强化了热回收效率。
附图说明
图1为本实施例的高温熔渣余热回收装置结构示意图。
图2为本实施例的螺旋折流板平面结构示意图。
图3为本实施例的螺旋折流板立体结构示意图
图4为本实施例的螺旋折流板布置示意图。
其中，一次热回收***001，二次热回收***002；
煤粉槽1，熔渣槽2，高压气泵(3,19)，阀门(4,11,12,14,16，17，23,34,35) 气固分离器5，高压阀门(6,8)，空冷器7，第一压力表9，合成气储罐10；
密封滚轮轴承20，压力阀门(27)，滑槽28，外筒29，内筒30，水冷层31，喷嘴32，转筒粒化器33；
第二压力表13，水蒸气储罐(15,26)，蒸汽净化器18，密封滚轮轴承20，颗粒收集槽21，雾化水槽22，折流板24，回转筒25。
具体实施方案
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
1.如图1所示，本发明的高炉渣余热回收煤气化装置，包括一次热回收***001，二次热回收***002，所述一次热回收***001通过滑槽28与所述二次热回收***002连接；
所述一次热回收***001包括熔渣槽2、转筒粒化器33和套筒，高温液态熔渣通过熔渣槽2落在转筒粒化器33中心进行粒化获得熔渣液滴，熔渣液滴与套筒顶部喷射出的煤粉及套筒下部进入的水蒸气混合，煤粉气化并生成合成气，熔渣液滴放热凝固成熔渣颗粒；
所述二次热回收***002包括回转筒25和颗粒收集槽21，凝固后的熔渣颗粒通过滑槽28进入回转筒25后与从回转筒25下部射入的雾化水接触，熔渣颗粒进一步放热冷却，雾化水吸收熔渣颗粒热量产生水蒸气完成二次热回收，熔渣颗粒进入完成原料回收。
一次热回收***001还包括煤粉槽1、水蒸气储罐26、气固分离器5，空冷器7和合成气储罐10，所述套筒顶部分别与煤粉槽1、熔渣槽2和气固分离器5 连接，所述转筒粒化器33设置在所述套筒内部，并与所述熔渣槽连接，所述套筒下部分别连接所述水蒸气储罐26和所述二次热回收***。
一次热回收***001中，套筒分为外筒29和内筒30。外筒29固定，包括套筒顶部、底部和外部侧面。内筒30旋转。内筒29和外筒30之间设有水冷层 31，内筒29与外筒30之间通过密封滚轮轴承20联接。
所述转筒粒化器33为圆筒状，侧下部设置有若干个喷嘴32，分多层等间距布置，外侧为绝热涂层。
所述气固分离器5与所述套筒之间设有高压气泵3，所述气固分离器5与所述煤粉槽1之间设有阀门4，所述空冷器7分别在与所述气固分离5和合成气储罐9之间设有高压阀门6和高压阀门8，所述合成气储罐5上设有第一压力表9。
二次热回收***002还包括水蒸气储罐15、蒸汽净化器18、雾化水槽22 和折流板24，所述回转筒25上端分别与滑槽28和蒸汽净化器18连接，下端分别与所述颗粒收集槽21和雾化水槽22连接，所述水蒸气储罐15上设有第二压力表13，所述水蒸气储罐15一端与所述滑槽28连接，一端与所述蒸汽净化器 18连接，所述回转筒25与蒸汽净化器18之间设有高压气泵19。
本实施例公开的一种基于煤气化方法的高温熔渣余热回收装置，具体操作过程如下：
高温液态熔渣通过熔渣槽2落在旋转的转筒粒化器33中心进行粒化获得直径1mm-4mm的熔渣液滴，液滴从转筒粒化器33的喷嘴32甩出到套筒内筒30 中。粒化过程中，内筒30旋转并且煤粉从套筒顶部设置的煤粉槽1经阀门34 控制进入内筒30。熔渣液滴与煤粉颗粒在内筒30相遇，煤粉颗粒附着在熔渣液滴的表面。由于熔渣热量的传递，此时煤粉颗粒吸热热解。压力阀门27打开，水蒸气从滑槽28侧边水蒸气储罐26进入内筒30，在上升过程中与被煤粉颗粒包裹的熔渣液滴混合，熔渣液滴不断将热量传递给煤粉颗粒和水蒸气，最终煤粉、水蒸气的温度上升至反应温度。在水蒸气作气化剂、熔渣液滴作为热源的条件下，煤粉气化生成合成气(CO、H2等)。煤气化过程需要吸收大量的热，熔渣液滴放热并迅速凝固成颗粒。气化反应获得的合成气混合着水蒸气、煤粉颗粒被高压气泵3从套筒顶部的出口压入气固分离器5，分离出的固体杂质经由阀门4回收至煤粉槽1，气体混合物通过高压阀门6压入空冷器7，分离出的水蒸气从阀门 12排出。获得的合成气最终被收集在合成气储罐10，以备输出利用。合成气储罐10上设置第一压力表9用来监控合成气储罐10的压力变化。
套筒的内筒30与外筒29之间设置水冷层31，部分熔渣液滴从转筒粒化器 33边缘飞出后撞击到内筒30壁面时未完全凝固，液滴粘结在内筒30壁面。水冷层31通过内筒30壁面与粘结液滴换热将液滴完全凝固，在内筒30旋转产生的离心力作用下，粘结的熔渣颗粒脱离内筒30壁面。
部分熔渣液滴从转筒粒化器33喷嘴32飞出后在与煤粉、水蒸气接触的过程中放热并凝固成颗粒。颗粒在下落过程中撞击内筒30壁面并回弹一定高度，再次撞击内筒30壁面后再次回弹一部分高度，重复数次后直至掉出套筒区域落入滑槽28。附着在熔渣液滴表面的煤粉气化后，内筒30空间中的煤粉颗粒可以再次附着熔渣表面并吸热气化。在熔渣液滴从粒化器33喷嘴32飞出到落入滑槽 28的飞行过程中，同一熔渣液滴可提供热量以完成多次煤气化过程。
完成一次热回收的熔渣颗粒落入滑槽28，此时熔渣颗粒的温度为800-900℃。颗粒通过滑槽28进入回转筒25后与从回转筒下部雾化水槽22射入的雾化水接触，雾化水流量通过阀门23控制。熔渣颗粒进一步放热冷却，雾化水吸收颗粒热量产生水蒸气，从高压气泵19压入蒸汽净化器18分离出固体杂质。净化后的水蒸气经由阀门17收集到水蒸气储罐15，设有第二压力表13监控蒸汽储罐15 压力。收集到的水蒸气一方面通过阀门16控制流量经过滑槽28到达套筒内筒 30，作为气化剂参与煤气化过程；另一方面水蒸气通过阀门14输送至外界利用。完成二次热回收后的熔渣颗粒从回转筒25底部进入颗粒收集槽21，获得的粒化颗粒为玻璃相球体，具有较高的球形度可用作优质水泥原料。
回转筒侧面与回转筒顶部及底部均通过密封滚轮轴承20连接。回转筒顶部与底部固定不动，回转筒侧面旋转。落入回转筒的熔渣颗粒随回转筒侧面的旋转而顺着螺旋折流板24翻滚，此时从雾化水槽22经由阀门23进入回转筒的雾化水与翻滚的熔渣颗粒充分接触，完成二次热回收。
如图2图3所示，系本发明折流板平面图和立体图。折流板24具有一定厚度N，其平面P为圆的四分之一，所述平面由两条直边L一条弧边K构成，所述平面上有两排沿径向排列的圆形缺口C，每排3个圆形缺口C，等间距排布。两排中每排缺口的连线与同一直边L夹角分别为30°、60°。布置时，每个螺旋折流板周期由四个折流板24组成，每个折流板24占壳程横截面的四分之一，所述折流板24均与热交换方向呈一定角度β，所述角度β的范围为20°～60°。所述折流板24直边L所夹侧边X1的中心点A均位于腔体回转中心线M上，相邻的所述折流板24的直边L与弧边K所夹侧边X2的中心点B重叠，被布置成一个近似连续的螺旋挡板。采用焊接固定的方式来加固折流板24，具体而言就是将折流板24的下侧弧边K’焊接在回转筒25壳体上加以固定。工作时，回转筒25 旋转，落下的熔渣颗粒在螺旋折流板24的引导下作旋转运动，熔渣颗粒与雾化水换热时间增加，以提高热回收效率。换热获得的水蒸气穿过圆形缺口C上升至水蒸气出口回收。
如图4所示，为本发明所用螺旋折流板布置图。为了更加均匀折流，采用折流板等距的设置方式，更确切地说，各螺旋折流板周期内的相邻两折流板24布置方式相同，相邻螺旋折流板周期的相邻两折流板24的布置方式与各周期内的相邻折流板24布置方式相同。
针对不同的高温液态熔渣处理量，可采用多样粒化器和不同倾斜角度的内筒壁面。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本发明的核心在于装置中的强化热回收方式，可以运用到钢铁工业的熔渣处理中。本发明的保护范围包括本发明原理和宗旨的前提下任何替换﹑变型﹑改进和润饰。
Claims (10)
1.一种基于煤气化方法的高温熔渣余热回收装置，其特征在于：包括一次热回收***和二次热回收***，所述一次热回收***通过滑槽与所述二次热回收***连接；
所述一次热回收***包括熔渣槽、转筒粒化器和套筒，高温液态熔渣通过熔渣槽落在转筒粒化器中心进行粒化获得熔渣液滴，熔渣液滴与套筒顶部喷射出的煤粉及套筒下部进入的水蒸气混合，煤粉气化并生成合成气，熔渣液滴放热凝固成熔渣颗粒；
所述二次热回收***包括回转筒和颗粒收集槽，凝固后的熔渣颗粒通过滑槽进入回转筒后与从回转筒下部射入的雾化水接触，熔渣颗粒进一步放热冷却，雾化水吸收熔渣颗粒热量产生水蒸气完成二次热回收，熔渣颗粒进入完成原料回收。
2.根据权利要求1所述的高温熔渣余热回收装置，其特征在于：所述一次热回收***还包括煤粉槽、水蒸气储罐、气固分离器，空冷器和合成气储罐，所述套筒顶部分别与煤粉槽、熔渣槽和气固分离器连接，所述转筒粒化器设置在所述套筒内部，并与所述熔渣槽连接，所述套筒下部分别连接所述水蒸气储罐和所述二次热回收***。
3.根据权利要求2所述的高温熔渣余热回收装置，其特征在于：所述套筒分为旋转部分和固定部分，所述旋转部分为内筒，所述固定部分为外筒，所述外筒包括套筒顶部和底部，所述内筒和外筒之间设有水冷层，所述旋转部分通过密封滚轮轴承连接所述固定部分。
4.根据权利要求2所述的高温熔渣余热回收装置，其特征在于：所述转筒粒化器为圆筒状，侧下部设置有若干个喷嘴，分多层等间距布置，外侧为绝热涂层。
5.根据权利要求2所述的高温熔渣余热回收装置，其特征在于：所述气固分离器与所述套筒之间设有高压气泵，所述气固分离器与所述煤粉槽之间设有阀门，所述空冷器分别在与所述气固分离器和合成气储罐之间设有高压阀门，所述合成气储罐上设有第一压力表。
6.根据权利要求1所述的高温熔渣余热回收装置，其特征在于：所述二次热回收***还包括水蒸气储罐、蒸汽净化器、雾化水槽和折流板，所述回转筒上端分别与滑槽和蒸汽净化器连接，下端分别与所述颗粒收集槽和雾化水槽连接，所述水蒸气储罐上设有第二压力表，所述水蒸气储罐一端与所述滑槽连接，一端与所述蒸汽净化器连接，所述回转筒与蒸汽净化器之间设有高压气泵。
7.根据权利要求6所述的高温熔渣余热回收装置，其特征在于：所述回转筒侧面与回转筒顶部及底部均通过密封滚轮轴承连接，回转筒顶部与底部固定不动，回转筒侧面旋转，所述回转筒内设置有折流板。
8.根据权利要求7所述的高温熔渣余热回收装置，其特征在于：每个折流板平面为圆的四分之一，所述平面由两条直边一条弧边构成，所述平面上有两排沿径向排列的圆形缺口，每个螺旋折流板周期由四个折流板组成；各所述螺旋折流板周期内的相邻两块折流板布置方式相同，相邻螺旋折流板周期的相邻两折流板的布置方式与各周期内的相邻折流板布置方式相同。
9.根据权利要求7所述的高温熔渣余热回收装置，其特征在于：两排圆形缺口中每排缺口的连线与同一直边夹角分别为30°、60°，所述折流板直边所夹侧边的中心点均位于腔体回转中心线上，相邻的所述折流板的直边与弧边所夹侧边的中心点重叠，被布置成一个近似连续的螺旋挡板。
10.根据权利要求7所述的高温熔渣余热回收装置，其特征在于：所述折流板与热交换方向呈一定角度β，所述角度β的范围为20°～60°。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202021492910.3U CN212533044U (zh) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | 一种基于煤气化方法的高温熔渣余热回收装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202021492910.3U CN212533044U (zh) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | 一种基于煤气化方法的高温熔渣余热回收装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN212533044U true CN212533044U (zh) | 2021-02-12 |
Family
ID=74518396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202021492910.3U Active CN212533044U (zh) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | 一种基于煤气化方法的高温熔渣余热回收装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN212533044U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111719026A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-09-29 | 南京工业大学 | 一种基于煤气化方法的高温熔渣余热回收装置 |
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2020
- 2020-07-24 CN CN202021492910.3U patent/CN212533044U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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