CN102690908B - 一种高炉炉渣干法粒化的热力回收系统及其回收工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高炉炉渣干法粒化的热力回收系统及其回收工艺,属一种金属冶炼领域中的热力回收系统,包括炉渣干式粒化设备,换热装置以及余热锅炉装置,所述的炉渣干式粒化设备、换热装置均通过管道与余热锅炉装置相连通,且炉渣干式粒化设备与余热锅炉装置相连通的管道还与换热装置相连通,炉渣干式粒化设备用于将高炉炉渣粒化过程中所产生的热空气传输至余热锅炉装置中;本发明所提供的一种高炉炉渣干法粒化的热力回收系统及其回收工艺,其系统结构清晰,易于搭建,且工艺步骤简单,可用在各种类型的高炉炉渣连续处理系统中进行热力回收,应用范围广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属冶炼领域中的热力回收系统,更具体的说,本发明主要涉及一种高炉炉渣干法粒化的热力回收系统及其回收工艺。
背景技术
高炉炉渣是高炉炼铁产生的一种副产品,是一种性能良好的硅酸盐材料,经加工处理,主要用于制作建筑材料和化肥的原料。同时,高炉生产过程中,入炉的各种原、燃料经冶炼后,除获得铁水(炼钢生铁或铸造生铁)和副产品高炉煤气以外,铁矿石中的脉石,燃料中的灰分与熔剂融合就形成液态炉渣,其一般温度为1450~1650℃,定时从渣口、铁口排出。通常将从渣口排出的熔渣称为“上渣”,从铁口随同铁水排出的称为“下渣”,下渣中往往混有少量铁水。高炉炉渣的化学成分取决于原料成分、冶炼铁种、操作方法和冶炼过程中的炉况变化。高炉渣中主要成分为CaO、MgO、SiO2和A12O3,占总量的95%以上,这四种成分基本可以决定高炉渣的冶金性能。攀枝花钒钛磁铁矿含有较多的TiO2,包头白云鄂博矿含有较多的CaF2,用这些特殊铁矿石冶炼,炉渣中相应的TiO2、CaF2较多。除此之外,渣中还含有少量FeO、MnO和CaS以及一些微量化合物,其碱度一般为O.9~1.25。高炉冶炼正常进行时,炉渣成分变化不大,但在生产过程中有时需要调整炉料配比,此时炉渣成分相应变化,炉况变化炉渣成分也会改变,炉冷时渣中Feo、Si02含量会稍有增多。每生产1吨生铁要副产300~400Kg炉渣,排出温度在1450~1650℃,1t高炉渣约含1800MJ的热量,折合64Kg标准煤。2011年我国的高炉生铁产量为6.3亿t,高炉渣的产生量约为2.14亿t,所含热量折合1370万t标准煤。
目前,我国液态高炉炉渣90%以上采用水淬法制取水渣,水冷后的高炉炉渣可用于制造水泥等建筑材料,常用的水处理法有因巴法、图拉法、拉萨法等。该方法存在的主要问题有:水消耗严重,处理每吨炉渣耗水1吨,且产生的大量H2S和SOX气体随水蒸汽排入大气,造成环境污染。处理1t炉渣产生800m3水蒸汽,其中H2S含量19mg/m3,SO2含量4.319mg/m3;炉渣的余热没有得到有效的回收利用;同时水渣含水率高,作为水泥原料仍需干燥处理,需消耗一定的能源;系统的投资和运行成本高,一座日产2500t的高炉要建造两套水冲渣设备,建设投资一般在4000万元左右,在水冲渣过程中,含铁较高的炉渣易引起爆炸;并且水渣用途较单一。产生的H2S和SOX等有害气体随蒸汽排入大气,促进酸雨的形成,水淬渣的堆积占用了大量土地面积,甚至会出现扬沙,恶化工作环境,造成严重的环境污染。国内高炉渣余热回收利用仅限于冲渣水余热供暖,首钢、济钢、宣钢、鞍钢、本钢、莱钢、安钢等企业都有过采用冲渣水余热解决厂区部分采暖或浴室供热水的报道。但这种利用仅占高炉渣全部显热的很少部分,余热回收率低,仅为10%左右,且受时间和地域限制,在夏季和无取暖设施的南方地区,这部分能量只能浪费,因此推广应用受到了限制。
可见,熔融高炉渣干式粒化处理及余热回收已成为了钢铁企业环境保护及节能降耗的重要途径。在保证成品渣粒经济效益的前提下,常规干式粒化处理高温渣粒余热回收技术无法解决需兼顾粒化渣的冷却速率和余热回收效果的技术难题,在工程实践当中无法同时满足实用性和经济性。
发明内容
本发明的目的之一在于解决上述不足,提供一种高炉炉渣干法粒化的热力回收系统及其回收工艺,以期望解决现有技术中高温渣粒余热回收技术在保证余热回收效果的基础上无法兼顾粒化高炉炉渣渣粒的冷却速率等技术问题。
为解决上述的技术问题,本发明采用以下技术方案:
本发明一方面提供了一种高炉炉渣干法粒化的热力回收系统,包括炉渣干式粒化设备,换热装置以及余热锅炉装置,所述的炉渣干式粒化设备、换热装置均通过管道与余热锅炉装置相连通,且炉渣干式粒化设备与余热锅炉装置相连通的管道还与换热装置相连通,炉渣干式粒化设备用于将高炉炉渣粒化过程中所产生的热空气传输至余热锅炉装置中;炉渣干式粒化设备还通过传送装置与换热装置相连通,且炉渣干式粒化设备还用于将粒化后的高炉炉渣传送至换热装置中,而换热装置用于将换热冷却后的高炉炉渣排出,并将换热得到的热空气输送至余热锅炉装置中,与干式粒化设备将高炉炉渣粒化过程中所产生的热空气配合产生水蒸汽。
进一步的技术方案是:所述的炉渣干式粒化设备、换热装置与余热锅炉装置相连通的管道上设置有除尘设备,除尘设备用于过滤炉渣干式粒化设备与换热装置传输至余热锅炉装置的热空气中的灰尘。
进一步的技术方案是:所述的余热锅炉装置的蒸汽出口还通过管道与汽轮机相连通,且汽轮机也通过另一管道与余热锅炉装置相连通,且该另一管道上还设置有冷凝器,余热锅炉装置中所产生的蒸汽进入汽轮机做功后,由汽轮机与余热锅炉装置相连通的另一管道排出,并经过冷凝器液化,再次进入余热锅炉装置中。
更进一步的技术方案是:所述的汽轮机与余热锅炉装置相连通的另一管道上还设置有除氧设备,且除氧设备在该管道上设置在靠近余热锅炉装置的一端上,冷凝器在该管道上设置在靠近汽轮机一端上。
更进一步的技术方案是:所述的余热锅炉装置中从上至下依次设置有过热器段、蒸发器段与省煤器段,且它们都通过循环管道相互连通,所述的炉渣干式粒化设备通过管道与余热锅炉装置的过热器段相连通,换热装置通过管道与余热锅炉装置的蒸发器段相连通。
本发明另一方面提供了一种高炉炉渣干法粒化的热力回收工艺,所述的工艺采用上述的热力回收系统,按照如下步骤进行:
步骤A、一段冷空气进入炉渣干式粒化设备,炉渣干式粒化设备在一段冷空气进入炉渣干式粒化设备内部后受高炉炉渣粒化影响而产生的一段热空气传输至余热锅炉中;
步骤B、二段冷空气进入换热装置,粒化后的高炉炉渣进入换热装置后,换热装置将其换热所产生的二段热空气传输至余热锅炉装置中;
步骤C、余热锅炉装置在一段热空气与二段热空气一同或呈先后顺序进入后,产生蒸汽并输出至蒸汽动力装置中做功。
进一步的技术方案是:所述的热力回收工艺还包括步骤D、余热锅炉装置输出的蒸汽进入蒸汽动力装置中做功后,由蒸汽动力装置将蒸汽排出,排出的蒸汽经液化后再次进入余热锅炉装置,再次被蒸发为蒸汽,进入蒸汽动力装置中做功,以此循环。
更进一步的技术方案是:所述的一段热空气的温度为300至500摄氏度;所述的二段热空气的温度为700至900摄氏度;所述的步骤C中一段热空气与二段热空气进入余热锅炉装置产生蒸汽后混合从余热锅炉装置中排出,排出的热空气温度为100至200摄氏度。
更进一步的技术方案是:一段热空气与二段热空气在进入余热锅炉之间经过除尘;所述的步骤D中蒸汽做功后由蒸汽动力装置排出并液化,在液化后进入余热锅炉装置前经过除氧处理。
更进一步的技术方案是:所述的炉渣干式粒化设备在输出一段热空气至余热锅炉装置的同时向换热装置中引出二次风,使换热装置中的高炉炉渣渣粒散开。
与现有技术相比,本发明的有益效果之一是:通过炉渣干式粒化设备与换热装置相结合,以分段回收热能的方式,首先进入炉渣干式粒化设备中的一段冷空气满足了高炉炉渣干法粒化技术中对粒化渣粒高冷却速度的要求,而进入换热装置中的二段冷空气所产生的高热量热空气满足了系统中回收高品质热量用于产生高品质蒸汽的要求,且炉渣干式粒化设备中的一段热空气与换热装置中的二段热空气一同或呈先后顺序的引入余热锅炉装置,实现了高温的高炉炉渣余热的高效回收利用,并且通过汽轮机与余热锅炉装置之间的管道使得做功后的蒸汽可被回收并再次利用,因此余热锅炉装置产生蒸汽不再消耗新水,整个过程中无硫化氢及氧化硫产生,回收工艺安全环保。同时本发明所提供的一种高炉炉渣干法粒化的热力回收系统及其回收工艺,其系统结构清晰,易于搭建,且工艺步骤简单,可用在各种类型的高炉炉渣连续处理系统中进行热力回收,应用范围广阔。
附图说明
图1为本发明一种实施例的高炉炉渣干法粒化的热力回收系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
图1示出了发明的高炉炉渣干法粒化的热力回收系统结构示意图,参见图1所示,本发明的第一种实施例是一种高炉炉渣干法粒化的热力回收系统,包括炉渣干式粒化设备1,换热装置2以及余热锅炉装置3,所述的炉渣干式粒化设备1、换热装置2均通过管道与余热锅炉装置3相连通,且炉渣干式粒化设备1与余热锅炉装置3相连通的管道还与换热装置2相连通,炉渣干式粒化设备1的作用是将高炉炉渣粒化过程中所产生的热空气传输至余热锅炉装置3中。炉渣干式粒化设备1还通过传送装置与换热装置2相连通,且炉渣干式粒化设备1在整个热力回收系统中的另一个作用是将粒化后的高炉炉渣传送至换热装置2中,而换热装置2的作用是将换热冷却后的高炉炉渣排出,并将换热得到的热空气输送至余热锅炉装置3中,与炉渣干式粒化设备1将高炉炉渣粒化过程中所产生的热空气配合产生水蒸汽,按照前述的技术方案,通过将炉渣干式粒化设备1、换热装置2与余热锅炉装置3之间相互连通的管道,即可将高炉炉渣粒化以及换热所产生的热空气陆续或一同输出至余热锅炉装置3中用以产生蒸汽再输出至蒸汽动力装置中进行做功。前述的技术方案可将高炉炉渣粒化和换热所产生的热量全部或大部分回收并利用,能够解决本发明中的至少一个技术问题,因此可作为本发明较为基础的一种实施例。
按照上述实施例的技术方案可知,在系统运行过程中,将有两道热空气陆续或同时输出至余热锅炉装置3中,且由于该两道热空气是分别来自于换热装置2与炉渣干式粒化设备1,因此它们的温度也是不相同的,为使得余热锅炉装置3最大限度的利用这两道热空气的热量产生高品质的蒸汽输出,发明还对现有结构的余热锅炉装置3内部的结构进行了改进,具体为将余热锅炉装置3内部从上至下依次划分为过热器段、蒸发器段与省煤器段的形式,且它们都通过循环管道相互连通,所述的炉渣干式粒化设备1通过管道与余热锅炉装置3的过热器段相连通,换热装置2通过管道与余热锅炉装置3的蒸发器段相连通。进入余热锅炉装置3余热被利用产生蒸汽后,则通过余热锅炉装置3底部排出,同时为加速余热锅炉装置3中空气的流动速度,可在其底部增设引风装置8。按照前述的技术手段对余热锅炉装置3内部温度高低不同的区域进行划分,使得由换热装置2与炉渣干式粒化设备1所输送的不同温度区间值的热空气可最大限度的发挥其作用,热量损失较少,此种优选的余热锅炉装置3结构对于上述的基础实施例来说是本发明可以选择的一种优选实施例。
而在本发明上述的两个实施例在具体实施过程中,由于高炉炉渣本身具有大量的灰尘,如果直接输出至余热锅炉装置3中容易阻碍余热锅炉运行,例如灰尘造成其内部的各种通道堵塞,以及占用其内部的其它内部空间,造成蒸汽产生的质量下降等等,而且灰尘过多的进入余热锅炉装置3中还会降低设备的使用寿命。因此为更好的实现本发明,可在上述技术方案中所述的炉渣干式粒化设备1、换热装置2与余热锅炉装置3相连通的管道上再增设除尘设备4,除尘设备4的作用即是过滤炉渣干式粒化设备1与换热装置2输送至余热锅炉装置3的热空气中的灰尘,经过滤后的从热空气中分离出的灰尘通过除尘设备4下方排出,通过除尘设备而进入余热锅炉装置3的热空气中粉尘或灰尘的含量小,对其运行的影响也小,因此前述的技术手段与本发明上述的实施例相结合,可以构建为本发明的另一个或多个实现发明技术效果更好的实施例。
上述本发明的几个实施例中有提到余热锅炉装置3利用高炉炉渣换热以及造粒所产生的热空气产生蒸汽输出至蒸汽动力装置中做功,而此处发明人认为优选的蒸汽动力装置是汽轮机5,再次参考图1所示,余热锅炉装置3的蒸汽出口还通过管道与汽轮机5相连通,而汽轮机5也通过另一管道与余热锅炉装置3相连通,且该另一管道上还设置有冷凝器6,余热锅炉装置3与汽轮机5之间的两条管道即组成一个循环系统。该循环系统的循环周期为余热锅炉装置3中所产生的蒸汽进入汽轮机5做功后,由汽轮机5与余热锅炉装置3相连通的另一管道排出,并经过冷凝器6液化,再次进入余热锅炉装置3中,使得余热锅炉装置3中的液态水可以循环利用,消耗较少。而汽轮机5与余热锅炉装置3相连通的另一管道上还可以设置除氧设备7,除氧设备7的作用是进一步辅助提升余热锅炉装置3输出的蒸汽质量,除氧设备7在前述所提到的管道上设置在靠近余热锅炉装置3的一端上,冷凝器6在该管道上设置在靠近汽轮机5一端上,这样设置的目的为将做功后的蒸汽冷凝液化后立即进行除氧处理,然后再进入余热锅炉装置3中再次被气化为蒸汽。同时考虑到液化除氧后的液态水进入余热锅炉装置3中的动力来源,最好在除氧设备7与余热锅炉装置3之间再设置给水泵9,驱动液态水按照余热锅炉装置3与汽轮机5之间的两条管道即组成的循环系统循环流动。
在上述本发明几个实施例的基础上,本发明还另行提供一种实施例,该实施例与本发明上述的几个实施例都不相同,其实质是一种高炉炉渣干法粒化的热力回收工艺,而该工艺需要借助本发明上述几个实施例中的热力回收系统进行实施,采用上述的热力回收系统后,按照如下步骤进行:
步骤A、首先一段冷空气进入炉渣干式粒化设备1,炉渣干式粒化设备1在一段冷空气进入炉渣干式粒化设备1内部后受高炉炉渣粒化影响而产生的一段热空气传输至余热锅炉中;
步骤B、二段冷空气进入换热装置2,粒化后的高炉炉渣进入换热装置2后,换热装置2将其换热所产生的二段热空气传输至余热锅炉装置3中;
步骤C、余热锅炉装置3在一段热空气与二段热空气一同或呈先后顺序进入后,产生蒸汽并输出至蒸汽动力装置中做功。
需要说明的是,本发明此种实施例中的步骤A和步骤B仅仅为阐述说明本实施例的技术方案方便而将其分为两个步骤,在本实施例实施过程中,如满足相应的高炉炉渣条件,步骤A与步骤B完全可以颠倒进行或者同时进行,而在上述实施例的步骤中,还可以包含一个优选步骤,具体如下:
步骤D、余热锅炉装置3输出的蒸汽进入蒸汽动力装置中做功后,由蒸汽动力装置将蒸汽排出,排出的蒸汽经液化后再次进入余热锅炉装置3,再次被蒸发为蒸汽,进入蒸汽动力装置中做功,以此循环。
结合上述实施例的步骤,这些步骤中一些优选的技术参数为:一段热空气的温度为300至500摄氏度,但具体需要根据进入炉渣干式粒化设备1的高炉炉渣的初始温度确定,如进行粒化的是高炉炼铁刚产生,且炽热的高炉炉渣,那么一段热空气的温度可以控制在前述的温度范围内,例如400摄氏度、450摄氏度等等;换热装置2的换热效率较高,如果是前述情况的高炉炉渣,那么在换热装置2中产生的二段热空气温度可以达到700至900摄氏度的区间,例如800摄氏度、750摄氏度等;另外,在步骤C中一段热空气与二段热空气进入余热锅炉装置3产生蒸汽后混合从余热锅炉装置3中排出,排出的热空气温度在100至200摄氏度的温度范围内,例如120摄氏度、160摄氏度等等。
而对于上述的热力回收工艺实施例的技术方案中,更加优选的操作方式是一段热空气与二段热空气在进入余热锅炉之间经过除尘;所述的步骤D中蒸汽做功后由蒸汽动力装置排出并液化,在液化后进入余热锅炉装置3前经过除氧处理。
同时由于换热装置2在进行换热时高炉炉渣在其内部行动缓慢,为提高高炉炉渣进入换热装置2进行换热的效率,以及防止粒化后的高炉炉渣在换热装置2中发生堵塞,可以在炉渣干式粒化设备1在输出一段热空气至余热锅炉装置3的同时向换热装置2中引出二次风,使换热装置2中的高炉炉渣渣粒散开。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等,指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说,结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时,所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述,但是,应该理解,本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式,这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说,在本申请公开、附图和权利要求的范围内,可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外,对于本领域技术人员来说,其他的用途也将是明显的。
Claims (10)
1.一种高炉炉渣干法粒化的热力回收系统,包括炉渣干式粒化设备(1),换热装置(2)以及余热锅炉装置(3),其特征在于:所述的炉渣干式粒化设备(1)、换热装置(2)均通过管道与余热锅炉装置(3)相连通,且炉渣干式粒化设备(1)与余热锅炉装置(3)相连通的管道还与换热装置(2)相连通,炉渣干式粒化设备(1)用于将高炉炉渣粒化过程中所产生的热空气传输至余热锅炉装置(3)中,且同时向换热装置(2)引出二次风,使换热装置(2)装置中的高炉炉渣渣粒散开;炉渣干式粒化设备(1)还通过传送装置与换热装置(2)相连通,且炉渣干式粒化设备(1)还用于将粒化后的高炉炉渣传送至换热装置(2)中,而换热装置(2)用于将换热冷却后的高炉炉渣排出,并将换热得到的热空气输送至余热锅炉装置(3)中,所述炉渣干式粒化设备(1)将高炉炉渣粒化过程中所产生的热空气,与换热装置(2)换热得到的热空气陆续或一同输出,所述炉渣干式粒化设备(1)所产生的热空气输出至余热锅炉装置(3)的蒸发器段,换热装置(2)换热得到的热空气输出至余热锅炉装置(3)的过热器段,用以产生水蒸汽。
2.根据权利要求1所述的高炉炉渣干法粒化的热力回收系统,其特征在于:所述的炉渣干式粒化设备(1)、换热装置(2)与余热锅炉装置(3)相连通的管道上设置有除尘设备(4),除尘设备(4)用于过滤炉渣干式粒化设备(1)与换热装置(2)传输至余热锅炉装置(3)的热空气中的灰尘。
3.根据权利要求1所述的高炉炉渣干法粒化的热力回收系统,其特征在于:所述的余热锅炉装置(3)的蒸汽出口还通过管道与汽轮机(5)相连通,且汽轮机(5)也通过另一管道与余热锅炉装置(3)相连通,且该另一管道上还设置有冷凝器(6),余热锅炉装置(3)中所产生的蒸汽进入汽轮机(5)做功后,由汽轮机(5)与余热锅炉装置(3)相连通的另一管道排出,并经过冷凝器(6)液化,再次进入余热锅炉装置(3)中。
4.根据权利要求3所述的高炉炉渣干法粒化的热力回收系统,其特征在于:所述的汽轮机(5)与余热锅炉装置(3)相连通的另一管道上还设置有除氧设备(7),且除氧设备(7)在该管道上设置在靠近余热锅炉装置(3)的一端上,冷凝器(6)在该管道上设置在靠近汽轮机(5)一端上。
5.根据权利要求1所述的高炉炉渣干法粒化的热力回收系统,其特征在于:所述的余热锅炉装置(3)中从上至下依次设置有过热器段、蒸发器段与省煤器段,且它们都通过循环管道相互连通,所述的炉渣干式粒化设备(1)通过管道与余热锅炉装置(3)的蒸发器段相连通,换热装置(2)通过管道与余热锅炉装置(3)的过热器段相连通。
6.一种高炉炉渣干法粒化的热力回收工艺,其特征在于:所述的工艺采用权利要求1至5任意一项所述的热力回收系统,按照如下步骤进行:
步骤A、一段冷空气进入炉渣干式粒化设备(1),炉渣干式粒化设备(1)在一段冷空气进入炉渣干式粒化设备(1)内部后受高炉炉渣粒化影响而产生的一段热空气传输至余热锅炉中;
步骤B、二段冷空气进入换热装置(2),粒化后的高炉炉渣进入换热装置(2)后,换热装置(2)将其换热所产生的二段热空气传输至余热锅炉装置(3)中;
步骤C、余热锅炉装置(3)在一段热空气与二段热空气一同或呈先后顺序进入后,产生蒸汽并输出至蒸汽动力装置中做功。
7.根据权利要求6所述的高炉炉渣干法粒化的热力回收工艺,其特征在于:所述的热力回收工艺还包括
步骤D、余热锅炉装置(3)输出的蒸汽进入蒸汽动力装置中做功后,由蒸汽动力装置将蒸汽排出,排出的蒸汽经液化后再次进入余热锅炉装置(3),再次被蒸发为蒸汽,进入蒸汽动力装置中做功,以此循环。
8.根据权利要求6所述的高炉炉渣干法粒化的热力回收工艺,其特征在于:所述的一段热空气的温度为300至500摄氏度;所述的二段热空气的温度为700至900摄氏度;所述的步骤C中一段热空气与二段热空气进入余热锅炉装置(3)产生蒸汽后混合从余热锅炉装置(3)中排出,排出的热空气温度为100至200摄氏度。
9.根据权利要求7所述的高炉炉渣干法粒化的热力回收工艺,其特征在于:一段热空气与二段热空气在进入余热锅炉之前经过除尘;所述的步骤D中蒸汽做功后由蒸汽动力装置排出并液化,在液化后进入余热锅炉装置(3)前经过除氧处理。
10.根据权利要求6所述的高炉炉渣干法粒化的热力回收工艺,其特征在于:所述的炉渣干式粒化设备(1)在输出一段热空气至余热锅炉装置(3)的同时向换热装置(2)中引出二次风,使换热装置(2)中的高炉炉渣渣粒散开。
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