CN102268495B - 高炉炉渣粒化与余热利用工艺技术与装备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高炉炉渣粒化与余热利用工艺技术，其特征是：从高炉来的高温熔渣在渣一次冷却装置内，经一次冷却和三次粒化后，变成直径小于3mm、温度800-1000℃左右的细颗粒，经过高温排渣阀排出，进入渣框，被运送到渣二次冷却装置上部，沿着渣二次冷却装置内设置的若干层折板换热组件向渣二次冷却装置的下部下落；温度下降到200℃左右，从低温排渣阀排出；渣一次冷却装置可回收200℃的常压蒸汽的余热；渣二次冷却装置可回收600℃以上热循环空气的余热。提供一种高炉炉渣粒化与余热利用装备，主要包括渣一次冷却装置、渣二次冷却装置及余热锅炉等，其优点是熔渣的粒化效果好，渣粒尺寸小且均匀，新水耗量基本为零，环境污染小。

Description

高炉炉渣粒化与余热利用工艺技术与装备
技术领域：
本发明涉及一种炼铁技术领域，特别是涉及高炉炉渣粒化与余热利用工艺与装备技术领域。
背景技术：
高炉炼铁过程中，用大量的焦碳等燃料燃烧热熔化矿石冶炼出铁水，冶炼过程中同时产生大量的高炉液渣，这些高炉渣在冶炼过程中带有大量的显热，因此高炉渣是钢铁生产过程中所产生的主要产品之一，也是一种非常有利用价值的二次资源和二次能源。根据我国实际高炉生产数据，每炼一吨生铁生成约280-480kg的高炉渣，平均每炼一吨生铁按380kg渣计算，则每炼一吨生铁产生的渣的焓热相当于23.34kg标准煤的热量。
目前，在国内高炉渣的处理主要采用水淬的方法生产水渣，然后作为水泥或混凝土等建材使用。在高温熔渣的水淬过程中，不仅要消耗大量的水资源，同时还会产生大量的硫化氢等有害气体，同时高温熔渣所含的大量高品质余热资源也被白白浪费。该方法只注重了高炉渣作为二次资源的回收利用，而其中的大量高品质热能被白白浪费了，同时水淬法还会产生环境污染，消耗大量的水资源。
近年来，国内外开始研究的各种干渣处理方法，无论采用何种粒化原理，余热回收大都是采用大功率高压风机来实现，由于空气的比热较小，所以高温熔渣在高温段的冷却速度较小，从而使得生成的渣粒的矿物组成达不到作为水泥要求的活性，从而降低了渣粒的质量和使用价值，因此这些干渣处理方法主要是注重了高温熔渣作为二次能源的回收利用，而降低了作为二次资源的使用价值。同时，这些干渣处理技术还存在由于空气的比热较小，因此空气耗量必然大，这样必然造成风机功率、渣处理设备大，能耗高、系统复杂、设备重、占地和投资大等缺点，因此工业推广受到限制。
目前还没有一种能够在实现高炉渣的综合利用和利益最大化的同时，最大限度地高效利用高炉渣的热和材、系统简单、建设费用低的熔渣粒化和余热回收工艺技术与装备。据日本的研究成果，高炉渣粒化处理后的组织结构与高温熔渣的冷却速度有关，并且熔渣温度越高，要求的冷却速度越快。特别是高温熔渣在800-1000℃以上高温段，要求的冷却速度必须大于10℃/秒，冷却速度慢，则粒化后渣中玻璃体的含量就少，就会降低作为水泥添加料的活性，降低使用价值。因此本技术要解决的技术难题就是如何在高温段既要保证高炉渣要求的冷却速度，同时最大限度地利用高温段渣的余热。
发明内容：
本发明的目的就是克服现有技术的缺点，发明一种能够充分回收高炉渣的余热资源，同时又不降低处理后渣的使用价值，系统简单、投资小的高炉渣处理和余热回收工艺技术与装备，实现高炉渣的高效综合利用。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：提供一种高炉炉渣粒化与余热利用工艺技术，其特征是：从高炉来的高温熔渣经过渣沟进入中间渣槽，然后从中间渣槽的熔渣水口进入熔渣一次冷却装置，在渣一次冷却装置内，高温熔渣在离心式渣粒化装置的作用下，一次粒化被甩成细小的液滴，这些细小的液滴在飞行过程中，与渣粒化喷水系统喷入渣一次冷却装置内的水雾充分接触而被一次冷却；由于水的冷却作用，细小的高温熔渣液滴表面迅速冷却凝壳，使细小液滴的内外产生很大的温差和热应力而二次粉碎粒化，这些粒化后的细小颗粒在惯性力的作用下继续向渣一次冷却装置的水冷壁飞去，最后与水冷壁相撞并进一步三次粒化，经过三次粒化和一次水冷后，高温熔渣被粒化冷却成直径小于3mm、温度800-1000℃左右的细颗粒，这些细颗粒积聚在渣一次冷却装置下部，然后经过高温排渣阀从渣一次冷却装置排出，并进入设置在高温排渣阀下方的渣框内；盛满一次冷却粒化渣的渣框，经运渣车和提升运渣车，被运送到渣二次冷却装置上部的受料斗，然后运渣车和提升运渣车均返回到原来位置，继续运送下一个渣框；而进入渣二次冷却装置上部的受料斗的一次冷却渣，在重力的作用下，沿着渣二次冷却装置内设置的若干层折板换热组件向渣二次冷却装置的下部下落；在下落过程中，一次冷却渣被从渣二次冷却装置下部进入的循环空气二次冷却，温度下降到200℃左右，最后从渣二次冷却装置下部的低温排渣阀排出；经过两次冷却后，高温熔渣变成了温度为200℃左右、粒度小于3mm的干渣；在渣一次冷却装置中，用于渣一次冷却的冷却水，经渣粒化喷水系统以水雾形式喷入渣一次冷却装置，并与渣粒化装置产生的细小渣液滴或未完全凝固的渣粒接触进行热交换，变为200℃左右的常压蒸汽，然后从渣一次冷却装置上部的排气口排出；在排蒸汽风机22的作用下，200℃的常压蒸汽进入有机蒸汽余热锅炉，与有机介质进行热交换，产生过热有机蒸汽，降温后的常压蒸汽变为热水进入粒化用水循环水池，在循环水泵的作用下重新进入渣一次冷却装置，开始下一个循环，有机蒸汽余热锅炉20产生的过热有机蒸汽，驱动有机蒸汽轮机和发电机发电，而降温降压后的有机介质经水冷凝器冷凝后，在有机蒸汽循环泵作用下再次进入有机蒸汽余热锅炉，开始下一个循环，回收200℃的常压蒸汽的余热；在渣二次冷却装置中，用于渣二次冷却的循环空气，在循环风机23的作用下，从渣二次冷却装置的下部进入，并与从渣二次冷却装置上部进入的800-1000℃的高炉渣进行热交换，产生600℃以上的热循环空气，由于热循环空气在与渣粒热交换过程中会携带大量的粉尘，所以热循环空气经旋风除尘器11进行初除尘后，进入水余热锅炉12，与循环水发生热交换，产生过热水蒸汽，由于进入水余热锅炉的循环空气中还含有较多的粉尘，所以水余热锅炉具有除尘作用，并设置在线清灰装置。从水余热锅炉出来的热循环空气降温到150℃左右，然后进入布袋除尘器13进行精除尘，除尘后的循环空气在循环风机的作用下开始下一个循环，水余热锅炉产生的过热水蒸汽，驱动蒸汽轮机和发电机发电，而降温降压后的水经冷凝器冷凝后，经循环水泵再次进入水余热锅炉，开始下一个循环，回收600℃以上的热循环空气的余热。
提供一种高炉炉渣粒化与余热利用装备，它包括运渣车、渣框、提升运渣车、中间渣槽、熔渣水口及相互连接的旋风除尘器、余热锅炉、布袋除尘器、余热锅炉循环水泵、水冷凝器、蒸汽轮机、发电机、循环风机、锅炉给水处理单元及相互连接的排蒸汽风机、有机媒体余热锅炉、粒化用水循环水池、循环水泵、有机媒体循环泵、有机蒸汽轮机，其特征是：在中间渣槽、熔渣水口的下部设置有渣一次冷却装置，渣一次冷却装置包括一个采用离心粒化方式的渣粒化装置和采用喷雾水冷方式的渣粒化喷水系统及水冷却方式的高温排渣阀；在渣一次冷却装置后面设置一个由运渣车、渣框、提升运渣车上料，由低温排渣阀出料的渣二次冷却装置采用低流阻的折板床换热方式；其特征还在于：余热锅炉设有在线自动清灰装置。
本发明的有益效果是：高炉渣在800-1000℃以上高温段余热回收采用离心粒化和喷水冷却，产生200℃的常压蒸汽，然后采用特别适合于200℃左右余热回收的有机媒体法，回收200℃的常压蒸汽所含的余热，产生有机蒸汽发电；高炉渣在800-1000℃以下的低温段，采用低流阻的折板床换热器和循环空气冷却，产生600℃以上的热循环空气，然后采用余热锅炉法，回收600℃以上的热循环空气所含的余热，产生水蒸汽发电。由于高温熔渣采用机械离心力、水淬应力、惯性力三次粒化工艺，熔渣的粒化效果好，渣粒尺寸小且均匀；高温熔渣在高温阶段采用水淬进行初次冷却，确保渣粒在固化温度以上的冷却速度满足水泥活性要求；与风淬法炉渣处理工艺相比，炉渣的二次冷却采用循环空气回收余热，由于溶渣在高温阶段的余热采用水冷却产生常压蒸汽方式，充分利用了水的汽化潜热，使得循环空气的流量比风淬法小很多，从而使管道、设备的尺寸大大减小，循环风机的功率大大降低，节约能源；与水淬法炉渣处理工艺相比，由于初次冷却充分利用了水的汽化潜热，从而使水淬流量大大减少，不足水淬法的1/14，同时外排的蒸汽还采用有机余热锅炉冷凝回收，因此本发明的新水耗量基本为零，节约了大量的新水资源；与水淬法炉渣处理工艺相比，由于没有外排废气，所以本工艺不会产生环境污染。
附图说明：
图1是本发明实施例高炉炉渣粒化与余热利用工艺技术与装备示意图；
附图中：1.运渣车；2.渣框；3.高温排渣阀；4.渣粒化喷水系统；5.渣粒化装置；6.渣一次冷却装置；7.中间渣槽；8.熔渣水口；9.提升运渣车；10.渣二次冷却装置；11.旋风除尘器；12.余热锅炉；13.布袋除尘器；14.余热锅炉循环水泵；15.水冷凝器；16.蒸汽轮机；17.发电机；18.有机蒸汽轮机；19.有机媒体循环泵；20.有机媒体余热锅炉；21.循环水泵；22.排蒸汽风机；23.循环风机；24.低温排渣阀；25.锅炉给水处理单元；26.粒化用水循环水池；
附图中：
Figure BDA0000077035560000061
二次冷却循环空气
Figure BDA0000077035560000062
余热锅炉水
Figure BDA0000077035560000063
常压蒸汽
炉渣粒化冷却水
Figure BDA0000077035560000065
有机媒体
具体实施方式：
下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明：
本发明技术方案的具体实施方式，其核心包含如下两点：一是高炉渣在800-1000℃以上高温段由于要求的冷却速度高，采用离心粒化和喷水冷却，产生200℃的常压蒸汽，然后采用特别适合于200℃左右余热回收的有机媒体法，回收200℃的常压蒸汽所含的余热，产生有机蒸汽发电；二是高炉渣在800-1000℃以下的低温段，采用低流阻的折板床换热器和循环空气冷却，产生600℃以上的热循环空气，然后采用余热锅炉法，回收600℃以上的热循环空气所含的余热，产生水蒸汽发电。如附图1所示：提供一种高炉炉渣粒化与余热利用工艺技术，其特征是：从高炉来的高温熔渣经过渣沟进入中间渣槽7，然后通过熔渣水口8进入熔渣一次冷却装置6，在渣一次冷却装置6内，高温熔渣在离心式渣粒化装置5的作用下，一次粒化被甩成细小的液滴，这些细小的液滴在飞行过程中，与渣粒化喷水系统4喷入渣一次冷却装置6内的水 雾充分接触而被一次冷却；由于水的冷却作用，细小的高温熔渣液滴表面迅速冷却凝壳，使细小液滴的内外产生很大的温差和热应力而二次粉碎粒化，这些粒化后的细小颗粒在惯性力的作用下继续向渣一次冷却装置6的水冷壁飞去，最后与水冷壁相撞并进一步三次粒化，经过三次粒化和一次水冷后，高温熔渣被粒化冷却成直径小于3mm、温度800-1000℃左右的细颗粒，这些细颗粒积聚在渣一次冷却装置6下部，然后经过高温排渣阀3从渣一次冷却装置6排出，并进入设置在高温排渣阀3下方的渣框2内；盛满一次冷却粒化渣的渣框2，经运渣车1和提升运渣车9，被运送到渣二次冷却装置10上部的受料斗，然后运渣车1和提升运渣车9均返回到原来位置，继续运送下一个渣框2；而进入渣二次冷却装置10上部的受料斗的一次冷却渣，在重力的作用下，沿着渣二次冷却装置10内设置的若干层折板换热组件向渣二次冷却装置10的下部下落；在下落过程中，一次冷却渣被从渣二次冷却装置10下部进入的循环空气二次冷却，温度下降到200℃左右，最后从渣二次冷却装置10下部的低温排渣阀24排出；经过两次冷却后，高温熔渣变成了温度为200℃左右、粒度小于3mm的干渣；在渣一次冷却装置6中，用于渣一次冷却的冷却水，经渣粒化喷水系统4以水雾形式喷入渣一次冷却装置6，并与渣粒化装置5产生的细小渣液滴或未完全凝固的渣粒接触进行热交换，变为200℃左右的常压蒸汽，然后从渣一次冷却装置6上部的排气口排出；在排蒸汽风机22的作用下，200℃的常压蒸汽进入有机蒸汽余热锅炉，与有机介质进行热交换，产生过热有机蒸汽，降温后的常压蒸汽变为热水进入粒化用水循环水池26，在循环水泵21的作用下重新进入渣一次冷却装置6，开始下一个循环，有机蒸汽余热锅炉20产生的过热有机蒸汽，驱动有机蒸汽轮机18和发电机17发电，而降温降压后的有机介质经水冷凝器15冷凝后，在有机蒸汽循环泵19作用下再次进入有机蒸汽余热锅炉20，开始下一个循环，回收200℃的常压蒸汽的余热。在渣二次冷却装置10中，用于渣二次冷却的循环空气，在循环风机23的作用下，从渣二次冷却装置10的下部进入，并与从渣二次冷却装置10上部进入的800-1000℃的高炉渣进行热交换，产生600℃以上的热循环空气，由于热循环空气在与渣粒热交换过程中会携带大量的粉尘，所以热循环空气经旋风除尘器11进行初除尘后，进入水余热锅炉12，与循环水发生热交换，产生过热水蒸汽，由于进入水余热锅炉12的循环空气中还含有较多的粉尘，所以水余热锅炉12具有除尘作用，并设置在线清灰装置。从水余热锅炉12出来的热循环空气降温到150℃左右，然后进入布袋除尘器13进行精除尘，除尘后的循环空气在循环风机23的作用下开始下一个循环，水余热锅炉12产生的过热水蒸汽，驱动蒸汽轮机16和发电机17发电，而降温降压后的水经冷凝器15冷凝后，经循环水泵14再次进入水余热锅炉12，开始下一个循环，回收600℃以上的热循环空气的余热。
如图1所示：提供一种高炉炉渣粒化与余热利用装备，它包括运渣车1、渣框2、提升运渣车9、中间渣槽7、熔渣水口8及相互连接的旋风除尘器11、余热锅炉12、布袋除尘器13、余热锅炉循环水泵14、水冷凝器15、蒸汽轮机16、发电机17、循环风机23、锅炉给水处理单元25及相互连接的排蒸汽风机22、有机媒体余热锅炉20、粒化用水循环水池26、循环水泵21、有机媒体循环泵19、有机蒸汽轮机18，在中间渣槽7、熔渣水口8的下部设置有包括一个采用离心粒化方式的渣粒化装置5和采用喷雾水冷方式的渣粒化喷水系统4及水冷却方式的高温排渣阀3的渣一次冷却装置6，在渣一次冷却装置6后面设置一个由运渣车1、渣框2、提升运渣车9上料，由低温排渣阀出料的渣二次冷却装置采用低流阻的折板床换热方式；余热锅炉12设有在线自动清灰装置。

Claims (3)

1.一种高炉炉渣粒化与余热利用工艺，其特征是：从高炉来的高温熔渣经过渣沟进入中间渣槽（7），然后从中间渣槽（7）的熔渣水口（8）进入熔渣一次冷却装置（6），在渣一次冷却装置（6）内，高温熔渣在离心式渣粒化装置（5）的作用下，一次粒化被甩成细小的液滴，这些细小的液滴在飞行过程中，与渣粒化喷水系统（4）喷入渣一次冷却装置（6）内的水雾充分接触而被一次冷却；由于水的冷却作用，细小的高温熔渣液滴表面迅速冷却凝壳，使细小液滴的内外产生很大的温差和热应力而二次粉碎粒化，这些粒化后的细小颗粒在惯性力的作用下继续向渣一次冷却装置（6）的水冷壁飞去，最后与水冷壁相撞并进一步三次粒化，经过三次粒化和一次水冷后，高温熔渣被粒化冷却成直径小于3mm、温度800-1000℃的细颗粒，这些细颗粒积聚在渣一次冷却装置（6）下部，然后经过高温排渣阀（3）从渣一次冷却装置（6）排出，并进入设置在高温排渣阀（3）下方的渣框（2）内；盛满一次冷却粒化渣的渣框（2），经运渣车（1）和提升运渣车（9），被运送到渣二次冷却装置（10）上部的受料斗，然后运渣车（1）和提升运渣车（9）均返回到原来位置，继续运送下一个渣框（2）；而进入渣二次冷却装置（10）上部的受料斗的一次冷却渣，在重力的作用下，沿着渣二次冷却装置（10）内设置的若干层折板换热组件向渣二次冷却装置（10）的下部下落；在下落过程中，一次冷却渣被从渣二次冷却装置（10）下部进入的循环空气二次冷却，温度下降到200℃，最后从渣二次冷却装置（10）下部的低温排渣阀（24）排出；经过两次冷却后，高温熔渣变成了温度为200℃、粒度小于3mm的干渣；在渣一次 冷却装置（6）中，用于渣一次冷却的冷却水，经渣粒化喷水系统（4）以水雾形式喷入渣一次冷却装置（6），并与渣粒化装置（5）产生的细小渣液滴或未完全凝固的渣粒接触进行热交换，变为200℃的常压蒸汽，然后从渣一次冷却装置（6）上部的排气口排出；在排蒸汽风机（22）的作用下，200℃的常压蒸汽进入有机蒸汽余热锅炉，与有机介质进行热交换，产生过热有机蒸汽，降温后的常压蒸汽变为热水进入粒化用水循环水池（26），在循环水泵（21）的作用下重新进入渣一次冷却装置（6），开始下一个循环，有机蒸汽余热锅炉（20）产生的过热有机蒸汽，驱动有机蒸汽轮机（18）和发电机（17）发电，而降温降压后的有机介质经水冷凝器（15）冷凝后，在有机蒸汽循环泵（19）作用下再次进入有机蒸汽余热锅炉（20），开始下一个循环，回收200℃的常压蒸汽的余热；在渣二次冷却装置（10）中，用于渣二次冷却的循环空气，在循环风机（23）的作用下，从渣二次冷却装置（10）的下部进入，并与从渣二次冷却装置（10）上部进入的800-1000℃的高炉渣进行热交换，产生600℃以上的热循环空气，由于热循环空气在与渣粒热交换过程中会携带大量的粉尘，所以热循环空气经旋风除尘器（11）进行初除尘后，进入水余热锅炉（12），与循环水发生热交换，产生过热水蒸汽，由于进入水余热锅炉（12）的循环空气中还含有较多的粉尘，所以水余热锅炉（12）具有除尘作用，并设置在线清灰装置，从水余热锅炉（12）出来的热循环空气降温到150℃，然后进入布袋除尘器（13）进行精除尘，除尘后的循环空气在循环风机（23）的作用下开始下一个循环，水余热锅炉（12）产生的过热水蒸汽，驱动蒸汽轮机（16）和发电机（17）发电，而降温降压后的水经冷凝器（15） 冷凝后，经循环水泵（14）再次进入水余热锅炉（12），开始下一个循环，回收600℃以上的热循环空气的余热。
2.一种高炉炉渣粒化与余热利用装备，它包括运渣车（1）、渣框（2）、提升运渣车（9）、中间渣槽（7）、熔渣水口（8）及相互连接的旋风除尘器（11）、余热锅炉（12）、布袋除尘器（13）、余热锅炉循环水泵（14）、水冷凝器（15）、蒸汽轮机（16）、发电机（17）、循环风机（23）、锅炉给水处理单元（25）及相互连接的排蒸汽风机（22）、有机媒体余热锅炉（20）、粒化用水循环水池（26）、循环水泵（21）、有机媒体循环泵（19）、有机蒸汽轮机（18），其特征是：在中间渣槽（7）、熔渣水口（8）的下部设置有渣一次冷却装置（6），渣一次冷却装置（6）包括一个采用离心粒化方式的渣粒化装置（5）和采用喷雾水冷方式的渣粒化喷水系统（4）及水冷却方式的高温排渣阀（3）；在渣一次冷却装置（6）后面设置一个由运渣车（1）、渣框（2）、提升运渣车（9）上料，由低温排渣阀（24）出料的渣二次冷却装置（10），渣二次冷却装置（10）采用低流阻的折板床换热方式。
3.如权利要求2所述的一种高炉炉渣粒化与余热利用装备，其特征是：余热锅炉（12）设有在线自动清灰装置。 
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