CN102162016B - 回收熔融高炉渣高温显热的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回收熔融高炉渣高温显热的方法及其系统，包括高炉渣沟、炉渣斗、渣斗提升机构、急冷单元、缓冷单元、冷渣粒循环单元、旋风除尘器、余热锅炉、冷凝单元、循环风机、加压风机；余热回收方法为：在急冷单元利用旋转式破碎轮、高压冷空气、挡渣板、冷渣粒、冷却水的复合式方法破碎并快速冷却熔融高炉渣，在缓冷单元中用冷却空气与凝固的高炉渣充分换热；从急冷单元和缓冷单元中出来的高温空气进入余热锅炉换热，转变成蒸汽或电力输出。本发明兼顾了高炉渣的后续利用和余热回收效率，冷凝水循环利用，成品渣中不含水或仅含少量水，渣的粒化效果更好，解决了高炉炼铁间断出渣与连续产热的矛盾。

Description

回收熔融高炉渣高温显热的方法及其系统

技术领域

本发明属于钢铁冶金节能减排、二次能源回收技术领域，特别涉及一种回收熔融高炉渣高温显热的方法及其系统。

背景技术

钢铁作为一种重要的结构材料及功能材料的位置,在可预见的时间范围内不会发生重大变化。钢铁工业属于资源、资金和科技密集型产业,涵盖了地质、采矿、选矿、炼铁、炼钢、轧制和金属制品等系列工程,是生产、经营、科技和经济的综合体。无论在过去和现在,还是在将来相当长的历史时期内,钢铁工业的发展水平仍然是衡量一个国家工业化和现代化水平高低的重要标志之一。2007年3月，十届全国人大五次会议作出决定，把GDP的增长作为预期性目标，把节能降耗和污染减排指标作为必须确保完成的约束性指标。这是对我国今后的经济建设和产业发展很重要的指导原则。钢铁工业作为我国的支柱产业之一，既是能耗大户也是污染物排放大户，做好节能减排工作是保证我国钢铁工业可持续发展的最重要的前提和条件。

随着我国经济的高速发展，近年来我国的钢铁产量也在高速增长。2009年，我国高炉生铁年产量已超过5.4亿吨，每生产1吨生铁产生300～600kg钢渣，年产高炉渣超过1.6亿吨。炼铁过程中产生的液态高炉渣温度在1400℃以上，普遍采用水淬的方式粒化并冷却高温液态高炉渣，生成适于大量用于水泥生产的高炉水渣。在水淬过程中，每冲制1吨高炉渣产生8～12吨温度约85℃的冲渣水，除北方部分钢铁企业在冬季利用少量冲渣水采暖外，其中所含的大量热量白白散失，造成工厂及周边环境热污染；高炉冲渣水循环使用，温度越高，冲渣过程中排放的硫化物越多，高炉水渣质量越差；每吨渣耗新水1t左右，造成水资源浪费和污染。液态高炉渣温度在1400℃以上，每吨渣的含热量约相当于60kg标煤的发热量。对一个高炉生铁产量500万吨/年的钢铁企业，每年产生高炉渣约150万吨，如能回收其中所含余热的50%，每年可节能折合标煤9万吨，回收高炉渣余热的效益很可观。

为回收高炉渣中所含的大量高品位余热，国外很早就开展了相关研究，先后开发出冷却转鼓工艺（日本钢管公司NKK）、旋转滚筒工艺（日本住友金属和石川岛播磨重工）、机械搅拌法造粒工艺（日本住友金属）、机械搅拌法造粒工艺（日本川崎制铁）、Merotec熔渣粒化工艺（德国）、连铸连轧法平板状固化工艺（乌克兰）、风淬粒化工艺（日本新日铁、日本钢管、川崎制铁、神户制钢、住友金属和日新制钢）、离心（旋转杯）粒化工艺（英国、日本、澳大利亚）等。其中冷却转鼓法、风淬法和离心粒化法进行过工业试验。与国外相比，高炉渣高温显热回收的研究和应用在国内近几年才展开。其中，钢铁研究总院2004年开始研究高炉渣急冷干式粒化技术，对离心粒化与风淬相结合的工艺也进行过相关的实验；青岛理工大学与莱钢合作建立了能源与环境工程研究中心，在理论和实验方面就高炉渣干法粒化和流化床换热回收高炉渣余热进行了一些研究；重庆大学、东北大学、中冶京诚工程技术有限公司、中钢集团鞍山热能研究院等机构申请了用不同方法回收高炉渣显热的专利。回收高炉渣余热难度很大，存在很多技术难点，如：高炉渣排出量大、温度高、不连续，对设备的处理能力、耐温耐磨和调节能力要求很高；为生成合格的建筑材料替代料要求冷却速度很快，但快速冷却对设备的能耗和余热回收率都有不利的影响。因此，尽管国内外对回收高炉渣高温显热的研究较多，但仅有其中的冷却转鼓法、风淬法和离心粒化法进行过工业试验，目前尚无实现实际工业应用的成功案例。

发明内容

本发明的目的是提供一种回收熔融高炉渣高温显热的方法及其系统，高效回收高炉渣高温显热，降低高炉渣处理过程中的能耗及水耗，减少热污染和水污染，处理后的高炉渣与水淬渣品质相当。

有研究表明，如果要生成玻璃体含量足够高的高炉渣，在 800℃以上必须快速冷却，800℃以下可以缓冷，日本的风淬粒化工艺其第一阶段也是利用高压空气将高炉渣快速冷却到800℃以下。基于此，为了兼顾高炉渣的后续利用和余热回收效率，高炉渣的冷却分两段进行，即先后在急冷单元和缓冷单元中冷却：在急冷单元中，采用高压冷空气、循环冷渣粒、少量冷却水的复合方法将熔融高炉渣破碎并急速冷却到800℃以下，以保证渣成品中的玻璃体含量，从而不影响用渣制水泥或建筑材料的活性；在缓冷单元中，已凝固的高炉渣在缓冷换热器中与由循环风机送入的空气充分接触换热，提高余热回收率。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种回收熔融高炉渣高温显热系统，

其特征在于，该系统由高炉渣沟、炉渣斗、渣斗提升机构、急冷单元、缓冷单元、冷渣粒循环单元、旋风除尘器、余热锅炉、冷凝单元、循环风机、加压风机按顺序组成；所述急冷单元包括粒化轮组，冷渣粒出口，挡渣板组，冷却水喷嘴组，振动冷却床和冷却空气喷嘴组；所述粒化轮组包括至少两台在高度和水平方向上均有一定距离的旋转式破碎轮，在第一台破碎轮和挡渣板之间的上方布置冷渣粒出口，每台旋转式破碎轮对应配置一块挡渣板，旋转式破碎轮和挡渣板与高炉渣接触部分由耐火耐磨材料制成；所述振动冷却床与水平面有一定倾斜角，在振动冷却床上方接近急冷单元出口处布置有冷却水喷嘴组；所述缓冷单元包括热渣粒储仓和与热渣粒储仓相连的缓冷换热器；所述冷渣粒循环单元包括冷渣粒储仓，与冷渣粒储仓相连的冷渣粒输送管线，和与冷渣粒输送管线相连的炉渣筛分机，所述冷渣粒储仓与急冷单元的冷渣粒出口相连。

本发明的技术方案还可以进一步完善：

作为优选，所述系统配置有两个炉渣斗，由渣斗提升机构提升控制，所述炉渣斗装有加热装置和保温设施，底部有可调整开闭数量的多个渣流口。 

作为优选，所述挡渣板设有角度位置调整装置。

作为优选，所述缓冷换热器为流化床或链篦机。

作为优选，所述冷凝单元包括与余热锅炉相连的冷凝器，与冷凝器相连的补水泵和循环水泵，所述循环水泵与急冷单元的冷却水喷嘴组相连。

一种回收熔融高炉渣高温显热的方法

其特征在于，包括以下过程：

（1）高炉炼铁工艺过程中，分时段排出1400℃以上的液态高炉渣，高炉渣经由渣沟流入炉渣斗；

（2）装满液态高炉渣的炉渣斗由渣斗提升机构提升至一定高度后定位于急冷单元上方并打开渣流口；

（3）重力作用下，液态高炉渣从炉渣斗的渣流口流出后落到有一定高度差的旋转式破碎轮上被破碎并抛落到挡渣板上，抛落过程中高炉渣与从冷却空气喷嘴喷出的高压冷却空气和从冷渣粒出口落下的冷渣粒接触换热，并因温差应力而破碎粒化；

（4）高炉渣与挡渣板碰撞破碎后反弹至第二级旋转式破碎轮上破碎并抛出，抛落过程中被从冷却空气喷嘴喷出的高压冷却空气冷却，高炉渣抛落到第二级挡渣板上，与挡渣板碰撞破碎后反弹至下方的振动冷却床上；

（5）高炉渣在倾斜的振动冷却床上与从下方吹入的高压冷却空气换热并冷却，布置在振动冷却床上方的冷却水喷嘴组喷出少量冷却水，冷却水对高炉渣进一步急冷破碎，冷却至800℃以下排出急冷单元；

（6）从急冷单元排出的高炉渣进入缓冷单元，经热渣粒储仓后进入缓冷换热器，在缓冷换热器中与从循环风机来的冷却空气换热冷却到300℃以下排出缓冷单元；

（7）从缓冷单元排出的高炉渣进入冷渣粒利用单元的炉渣筛分机，炉渣筛分机将高炉渣分成两部分，一部分被转运走，送去做水泥或建筑料，另一部分粒度合适的渣粒则通过冷渣粒输送管线送至冷渣粒储仓，经过冷渣粒出口进入急冷单元，与高温高炉渣接触换热，起到冷却和破碎高温高炉渣的作用；

（8）冷却空气在急冷单元和缓冷单元中与高温高炉渣换热后变成高温空气并分别引出，混合后进入旋风除尘器除尘，然后进入余热锅炉换热，转变成蒸汽或电力输出；

（9）换热后从余热锅炉排出的空气进入冷凝单元，在冷凝器中空气中的水蒸汽凝结成水，凝结水和补充的一部分冷却水通过循环水泵到达急冷单元的冷却水喷嘴，从喷嘴喷出，对高炉渣完成急冷；

（10）从余热锅炉排出的空气在冷凝器中冷凝除去水蒸气后排出冷凝器，经循环风机分别引到急冷单元和缓冷单元，与高温高炉渣换热。

作为优选，冷却水喷嘴组置于急冷单元的最后环节，冷却水喷嘴喷出的水量与单位时间处理的高炉渣量、上游环节冷却情况相关并可控制，范围在0～0.5t水/t渣，在确保急冷单元内高炉渣的冷却速度满足要求的同时，喷出的水全部或绝大部分受热蒸发，成品渣中不含水或仅含少量水。

与现有技术相比，采用本发明具有如下优点：

1、高炉渣分两段先后在急冷单元和缓冷单元中冷却，兼顾了高炉渣的后续利用和余热回收效率。在急冷单元中采用高压冷空气、循环冷渣粒、少量冷却水的复合冷却方法将高温熔融高炉渣急速冷却到800℃以下，保证了渣成品中玻璃体的含量与传统水淬渣相当，不影响用渣所制水泥的活性。在缓冷单元中凝固的高炉渣与空气充分接触换热，提高余热回收率和回收的余热品质，可产生中温中压蒸汽用于发电或工艺用汽；

2、与传统用水冷却相比仅消耗少量新水，节省冷却水耗量0.6～1t/t渣以上，循环冷却水量也大大减少，减小冷却水循环系统功耗，对换热后从余热锅炉排出的空气进行冷凝，冷凝水循环利用，消除了冷却水带来的环境污染；

3、急冷单元所用冷却水量可控并使喷出的水全部或绝大部分受热蒸发，成品渣中不含水或仅含少量水，节约后续利用环节的烘干能耗；

4、与仅用高压空气粒化高炉渣相比，利用旋转式破碎轮、高压冷空气、挡渣板、冷渣粒、冷却水的复合式方法的破碎功耗大幅降低，渣的粒化效果更好，粒度小且均匀，有利于急冷和缓冷单元的气-渣热交换，对于后续综合利用也更有利；

5、配置了两个炉渣斗交替使用，且缓冷单元中设置了热渣粒储仓，可解决高炉炼铁间断出渣与连续产热的矛盾。

附图说明

图1是本发明的一种系统结构和流程示意图。

附图标记说明：1、高炉渣沟，2、炉渣斗，3、提升机构，4、急冷单元，41、粒化轮组，42、冷渣粒出口，43、挡渣板组，44、冷却水喷嘴组，45、振动冷却床，46、冷却空气喷嘴组，5、缓冷单元，51、热渣粒储仓，52、缓冷换热器，6、冷渣粒循环单元，61冷渣粒储仓，62、冷渣粒输送管线，63、炉渣筛分机，7、旋风除尘器；8、余热锅炉，9、冷凝单元，91、冷凝器，92、补水泵，93、循环水泵，10、循环风机， 11、加压风机。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

如图所示，熔融高炉渣高温显热回收系统由高炉渣沟1、炉渣斗2、渣斗提升机构3、急冷单元4、缓冷单元5、冷渣粒循环单元6、旋风除尘器7、余热锅炉8、冷凝单元9、循环风机10、加压风机11组成。

具体的，高炉渣沟1通常是高炉本身结构的一部分，是高炉渣由高炉排出后的通道。炉渣斗2由耐火材料制成，盛放由高炉渣沟1流出的液态高温高炉渣；为保证炉渣的流动性，炉渣斗2装有加热保温装置；为了减少两次出渣间的等待时间，稳定渣处理的流量从而连续产热，系统配置两个炉渣斗交替使用，并在炉渣斗底部设有多个渣流口并可调整开闭数量。渣斗提升机构3可将盛满熔融高炉渣的炉渣斗2由渣沟1下方提升至急冷单元4上方，也可将空的炉渣斗2送至渣沟1下方，等待下一次出渣。

具体的，急冷单元4包括粒化轮组41、冷渣粒出口42、挡渣板组43、冷却水喷嘴组44、振动冷却床45和冷却空气喷嘴组46。粒化轮组41包括至少两台在高度和水平方向上均有一定距离的旋转式破碎轮，落到其上的高炉渣将由于破碎轮高速旋转而被撞击并抛出。每台破碎轮下方布置至少一个冷却空气喷嘴，由加压风机来的高压冷空气对破碎轮抛出的高炉渣进行冷却和破碎，并将高炉渣吹扫到挡渣板上。在第一台破碎轮和挡渣板之间的上方布置冷渣粒出口42，冷渣粒从其中落下，与高温液态高炉渣接触换热，高温液态高炉渣因温差应力而破碎粒化。每台破碎轮对应配置一块挡渣板，高炉渣在其上碰撞破碎。旋转式破碎轮和挡渣板与高炉渣接触部分由耐火耐磨材料制成。为适应不同的高炉渣处理工况，挡渣板装有位置和角度调整机构，振动冷却床与水平面有一定倾斜角，高炉渣在振动冷却床上边振动边往前运动，加压风机11来的冷却空气分多路从下向上穿过振动冷却床，与高炉渣换热。在振动冷却床上方接近急冷单元出口处布置冷却水喷嘴组44，将少量冷却水喷在呈凝固态的高炉渣层上，使得高炉渣急冷收缩并进一步破碎。冷却水喷嘴喷出的水量与单位时间处理的高炉渣量、上游环节冷却情况相关并可控制，范围在0～0.5t水/t渣，在确保急冷单元内高炉渣的冷却速度满足要求的同时，喷出的水全部或绝大部分受热蒸发，减少成品渣的含水率。经喷水处理后的高炉渣冷却到800℃以下，然后排出急冷单元，进入缓冷单元。冷却空气与高炉渣换热后变成高温空气，少量冷却水与高炉渣接触后蒸发变成高温蒸汽，高温空气和高温蒸汽的混合物从急冷单元顶部引出。

具体的，缓冷单元5包括热渣粒储仓51和缓冷换热器52。冷却到800℃以下的高炉渣进入缓冷单元5后首先进入热渣粒储仓51，然后进入缓冷换热器52。由热渣粒储仓51中进入缓冷换热器52的高炉渣量根据余热锅炉的产热情况确定。缓冷换热器52的一种实施例为流化床，高炉渣在其中与循环风机10来的冷却空气充分换热。作为另一种实施例，缓冷换热器52也可以是链篦机。高炉渣在缓冷单元中冷却到300℃以下排出，进入冷渣粒循环单元。冷却空气与高炉渣换热后变成高温空气从缓冷单元顶部引出。

具体的，冷渣粒循环单元6包括冷渣粒储仓61、冷渣粒输送管线62和炉渣筛分机63，其中冷渣粒储仓61与急冷单元的冷渣粒出口42相连。冷却到300℃以下的高炉渣从缓冷单元排出后进入炉渣筛分机63，高炉渣在炉渣筛分机中分成两部分：一部分渣粒被转运走，送去做水泥或建筑料，另一部分粒度合适的渣粒则通过冷渣粒输送管线62送至冷渣粒储仓，经过冷渣粒出口进入急冷单元，与高温高炉渣接触换热，起到冷却和破碎高温高炉渣的作用。

具体的，从急冷和缓冷单元引出的高温空气和高温蒸汽混合后进入旋风除尘器7，在旋风除尘器7中除去尘粒，然后进入余热锅炉8换热，余热锅炉的给水吸热后变成中温中压蒸汽输出，用于发电或工艺。换热冷却后的空气和蒸汽混合物进入冷凝单元9。

具体的，冷凝单元9包括冷凝器91、补水泵92和循环水泵93。急冷单元4的冷却水喷嘴组44与冷凝单元相连。从余热锅炉8排出的空气和蒸汽混合物在冷凝单元9中与冷凝水换热冷却后分成两路：一路是冷却后的空气，由循环风机分别送往缓冷单元5和急冷单元4，其中送往急冷单元4的冷却空气先由加压风机11加压，然后进入急冷单元4，由冷却空气喷嘴组46喷出，对高炉渣进行冷却和破碎；另一路是蒸汽放热后凝结成的少量水，这部分水与补水泵92来的水汇合后由循环水泵送往急冷单元4，由冷却水喷嘴组44喷出，对振动冷却床45上的高炉渣进行急冷。至此分别完成冷却水和冷却空气的循环。

Claims (2)

1.一种回收熔融高炉渣高温显热系统，其特征在于，该系统由高炉渣沟（1）、炉渣斗（2）、渣斗提升机构（3）、急冷单元（4）、缓冷单元（5）、冷渣粒循环单元（6）、旋风除尘器（7）、余热锅炉（8）、冷凝单元（9）、循环风机（10）、加压风机（11）按顺序组成；所述急冷单元（4）包括粒化轮组（41），冷渣粒出口（42），挡渣板组（43），冷却水喷嘴组（44），振动冷却床（45）和冷却空气喷嘴组（46）；所述粒化轮组（41）包括至少两台在高度和水平方向上均有一定距离的旋转式破碎轮，在第一级破碎轮和挡渣板之间的上方布置冷渣粒出口（42），每台旋转式破碎轮对应配置一块挡渣板；所述振动冷却床（45）与水平面有一定倾斜角，在振动冷却床上方接近急冷单元出口处布置有冷却水喷嘴组（44）；所述缓冷单元（5）包括热渣粒储仓（51）和与热渣粒储仓相连的缓冷换热器（52）；所述冷渣粒循环单元（6）包括冷渣粒储仓（61），与冷渣粒储仓相连的冷渣粒输送管线（62），和与冷渣粒输送管线相连的炉渣筛分机（63），所述冷渣粒储仓（61）与急冷单元的冷渣粒出口（42）相连；所述系统配置有两个炉渣斗（2），由渣斗提升机构（3）提升控制，所述炉渣斗（2）装有加热装置和保温设施，底部有可调整开闭数量的多个渣流口；所述挡渣板设有角度位置调整装置；所述缓冷换热器（52）为流化床或链篦机；所述冷凝单元（9）包括与余热锅炉（8）相连的冷凝器（91），与冷凝器相连的补水泵（92）和循环水泵（93），所述循环水泵（93）与急冷单元的冷却水喷嘴组（44）相连。

2.一种回收熔融高炉渣高温显热的方法，其特征在于：包括以下过程：

（1）高炉炼铁工艺过程中，分时段排出1400℃以上的液态高炉渣，高炉渣经由高炉渣沟流入炉渣斗；

（2）装满液态高炉渣的炉渣斗（2）由渣斗提升机构（3）提升至一定高度后定位于急冷单元（4）上方并打开渣流口；

（3）重力作用下，液态高炉渣从炉渣斗（2）的渣流口流出后落到有一定高度差的第一级旋转式破碎轮上被破碎并抛落到第一级挡渣板上，抛落过程中高炉渣与从冷却空气喷嘴喷出的高压冷却空气和从冷渣粒出口落下的冷渣粒接触换热，并因温差应力而破碎粒化；

（4）高炉渣与第一级挡渣板碰撞破碎后反弹至第二级旋转式破碎轮上破碎并抛出，抛落过程中被从冷却空气喷嘴喷出的高压冷却空气冷却，高炉渣抛落到第二级挡渣板上，与第二级挡渣板碰撞破碎后反弹至下方的振动冷却床上；

（5）高炉渣在倾斜的振动冷却床（45）上与从下方吹入的高压冷却空气换热并冷却，布置在振动冷却床上方的冷却水喷嘴组（44）喷出少量冷却水，冷却水对高炉渣进一步急冷破碎，冷却至800℃以下排出急冷单元（4）；冷却水喷嘴组（44）置于急冷单元（4）的最后环节，冷却水喷嘴喷出的水量与单位时间处理的高炉渣量、上游环节冷却情况相关并可控制，范围在0～0.5t水/t渣，在确保急冷单元内高炉渣的冷却速度满足要求的同时，喷出的水全部或绝大部分受热蒸发，成品渣中不含水或仅含少量水；

（6）从急冷单元（4）排出的高炉渣进入缓冷单元（5）经热渣粒储仓（51）后进入缓冷换热器（52），在缓冷换热器中与从循环风机（10）来的冷却空气换热冷却到300℃以下排出缓冷单元（5）；

（7）从缓冷单元（5）排出的高炉渣进入冷渣粒循环单元的炉渣筛分机（63），炉渣筛分机将高炉渣分成两部分，一部分被转运走，送去做建筑料，另一部分粒度合适的渣粒则通过冷渣粒输送管线（62）送至冷渣粒储仓（61），经过冷渣粒出口（42）进入急冷单元（4），与高温高炉渣接触换热，起到冷却和破碎高温高炉渣的作用；

（8）冷却空气在急冷单元（4）和缓冷单元（5）中与高温高炉渣换热后变成高温空气并分别引出，混合后进入旋风除尘器（7）除尘，然后进入余热锅炉（8）换热，转变成蒸汽或电力输出；

（9）换热后从余热锅炉（8）排出的空气进入冷凝单元（9），在冷凝器（91）中空气中的水蒸汽凝结成水，凝结水和补充的一部分冷却水通过循环水泵（93）到达急冷单元的冷却水喷嘴组（44），从喷嘴喷出，对高炉渣完成急冷；

（10）从余热锅炉（8）排出的空气在冷凝器（91）中冷凝除去水蒸气后排出冷凝器，

经循环风机（10）分别引到急冷单元（4）和缓冷单元（5），与高温高炉渣换热。

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