CN102776302B - 液态炉渣余热回收装置和利用该装置回收炉渣余热的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了液态炉渣余热回收装置和回收炉渣余热的方法，其中液态炉渣余热回收装置包括过热蒸汽发生器、蒸发器、破碎机、保温炉渣运输器和炉渣运送装置，破碎机位于蒸发器上方且两者连通，蒸发器与过热蒸汽发生器之间通形成循环蒸汽循环，过热蒸汽发生器上游有蒸汽加压装置和换热器，过热蒸汽发生器下游有换热器，过热蒸汽发生器内有液态炉渣，蒸汽由下至上进入过热蒸汽发生器内换热，保温炉渣运输器运输固态炉渣至破碎机，蒸发器顶部设置喷水装置，炉渣运送装置位于蒸发器下方。本发明的液态炉渣余热回收装置能够有效回收高炉炉渣的热量，并所得的蒸汽可以直接用于汽轮机发电，有效节省能源，使得发电无需燃料，无污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高炉冶炼过程中高温炉渣中后续处理装置，特别是涉及液态炉渣余热回收装置。
本发明还涉及利用上述液态炉渣余热回收装置对液态高温炉渣回收炉渣余热的方法。
背景技术
钢铁企业余热资源主要集中在炼焦、烧结、炼铁、炼钢和热轧工序，表现为产品余热、烟气余热、废渣显热及冷却水显热等。为了将氧化铁还原成为金属铁，理论上大约只需要150-250千克标准煤/吨铁（kgce/tFe）能量。目前一些现代化的钢铁厂，实际上的煤炭消耗大约在700kgce/tFe左右。多花费的500kgce/tFe能源消耗主要是由于两个原因造成：一个是热力学原因，即为了将氧化态的铁还原，高炉尾气中必须具有一定的还原势；另一个是为了将金属铁与杂质分离，而分离必须在高温液态下进行。
在高炉冶炼中，主要能量的携带者有以下三种，即：
1）具有一定潜能的气体，这部分能量约占可回收热量的25%左右。目前高炉煤气热值较低，约为850kCal/m3，一般回收利用水平还不够高，大多自用。要提高热值水平，需要进行富氧处理，或掺入高热值气体，如天然气或焦炉煤气，使热值至少达到1500-2000kCal/m3以上。
2）低温余热气体，可采用斯特林（Stirling）方式回收其余热。也可采用余热锅炉方式回收蒸汽或热水。
3）高温的液体和固体，包括高温铁水、炉渣等。这部分能量约占可回收热量的70-75%左右。现阶段，铁水余热的回收利用实现起来较为困难。相对而言，液态炉渣的热量回收利用则较为容易。
高炉渣的出炉温度在1400-1550℃之间，含有大量显热，具有很高的余热回收潜力。而我国的高炉渣有90%以上采用水淬法制取水渣，用于水泥原料等，而炉渣热量基本全部散失。国内高炉渣余热回收利用仅限于冲渣水余热供暖，余热回收率低，且受时间和地域限制。在夏季和无取暖设施的南方地区无法利用这部分能量。
发明内容
本发明是为了解决现有技术中的不足而完成的，本发明的目的是提供一种能够有效回收高炉炉渣的热量，并所得的蒸汽可以直接用于汽轮机发电，有效节省能源，使得发电无需燃料，无污染的液态炉渣余热回收装置。
本发明的液态炉渣余热回收装置，包括过热蒸汽发生器、蒸发器、破碎机、保温炉渣运输器和炉渣运送装置，所述破碎机位于所述蒸发器上方且两者连通，所述蒸发器与所述过热蒸汽发生器之间通过蒸汽通道形成循环蒸汽循环回路，所述过热蒸汽发生器的上游设有蒸汽加压装置和与去离子水进行换热的换热器，所述过热蒸汽发生器的下游设有换热器，所述过热蒸汽发生器内有液态炉渣，所述加压后的蒸汽由下至上进入所述过热蒸汽发生器内与所述液态炉渣接触换热并形成固态炉渣，所述保温炉渣运输器运输所述过热蒸汽发生器内的固态炉渣至破碎机，所述蒸发器顶部设置喷水装置，所述炉渣运送装置位于所述蒸发器下方。
本发明的液态炉渣余热回收装置还可以是：
所述过热蒸汽发生器包括壳体、位于壳体内的渣箱、位于所述壳体与所述渣箱之间的蒸汽管，所述蒸汽管的进气端与换热器连通，所述蒸汽管的出气端与汽轮机发电装置连接。
所述过热蒸汽发生器内的渣箱设置可打开的盖板和底板，所述盖板与所述底板上均设有供循环蒸汽进入渣箱内部的开口孔。
所述渣箱的上部尺寸小于所述渣箱的下部尺寸。
所述渣箱内壁上设置加固板。
所述渣箱外部设置翅片。
所述蒸汽通道为蛇形管或圆管。
所述保温炉渣运输器包括运力车和位于所述运力车上的保温箱。
所述破碎机为对辊式破碎机。
本发明的液态炉渣余热回收装置，由于包括过热蒸汽发生器、蒸发器、破碎机、保温炉渣运输器和炉渣运送装置，所述破碎机位于所述蒸发器上方且两者连通，所述蒸发器与所述过热蒸汽发生器之间通过蒸汽通道形成循环蒸汽循环回路，所述过热蒸汽发生器的上游设有蒸汽加压装置和与去离子水进行换热的换热器，所述过热蒸汽发生器的下游设有换热器，所述过热蒸汽发生器内有液态炉渣，所述加压后的蒸汽由下至上进入所述过热蒸汽发生器内与所述液态炉渣接触换热并形成固态炉渣，所述保温炉渣运输器运输所述过热蒸汽发生器内的固态炉渣至破碎机，所述蒸发器顶部设置喷水装置，所述炉渣运送装置位于所述蒸发器下方。这样相对于现有技术而言，直接利用液态高温炉渣的余热换热后的过热蒸汽直接用于汽轮机发电，而本身循环的蒸汽利用与液态炉渣的换热而升温并在冷却破碎后的炉渣过程中进一步吸热后再通过换热器和加压装置并最终通过与液态炉渣的换热而产生用于发电的过热装置，同时形成循环蒸汽，由于使用废弃的高温炉渣的余热进行发电，不需要再利用额外的资源，有效节省能源，而且无污染。
本发明的另一目的是提供一种高效回收余热，可以无需燃料，无污染的进行发电的利用上述的液态炉渣余热回收装置进行炉渣余热回收的方法。
本发明的回收炉渣余热的方法，包括循环进行以下步骤：
(1)高温炉渣进行换热：将液体高温炉渣加入过热蒸汽发生器内，同时由上至下通入循环蒸汽，循环蒸汽与液体高温炉渣换热，液体高温炉渣换热后成为蜂窝状固态炉渣，打开过热蒸汽发生器的底部，固态炉渣落入保温炉渣运输器内；
（2）固态炉渣运输和粉碎：将换热后冷却得到的固态炉渣使用保温炉渣运输器运输至破碎机进行破碎，然后将破碎的碎炉渣掉落至蒸发器内，喷淋冷却水并与通入所述蒸发器内的循环蒸汽换热，循环蒸汽进入蒸发器并与换热后形成的蒸汽一同由蒸发器蒸汽出口排至蒸汽通道内，换热后的炉渣通过炉渣运送装置运送至外部；
（3）饱和水蒸气加压：所述蒸发器内排出的循环蒸汽通过换热器与去离子水进行换热后形成汽液混合状态的去离子水，通过蒸汽加压装置加压后由下至上进入所述过热蒸汽发生器内进行循环换热，换热后的循环蒸汽从过热蒸汽发生器顶部出来，再与汽液混合状态的去离子水通过另外一个换热器进行二次换热，去离子水经过两次换热变为饱和蒸汽，二次换热后的循环蒸汽再次进入蒸发器，该饱和蒸汽进入过热蒸汽发生器的壳体内的蒸汽管内与液态炉渣再次进行换热形成过热蒸汽，换热后的过热蒸汽与汽轮机发电装置连通；
（4）循环：重复循环上述步骤。
本发明的回收炉渣余热的方法，由于使用上述步骤，可以直接利用液态高温炉渣的余热进行回收并进行发电，不需要燃料，而且无污染，对环境亲和性更好。
附图说明
图1本发明液态炉渣余热回收装置示意图。
图2本发明液态炉渣余热回收装置的过热蒸汽发生器示意图。
图3本发明液态炉渣余热回收装置的渣箱示意图。
图号说明
1…保温炉渣运输器 2…破碎机 3…蒸汽通道
4…过热蒸汽发生器 5…液态炉渣 6…蒸发器
7…换热器 8…固态炉渣 9…壳体
10…渣箱 11…蒸汽管 12…炉渣运送装置
13…喷水装置 14…蒸汽加压装置 15…加固板
16…盖板 17…运力车 18…保温箱
19…底板
具体实施方式
下面结合附图的图1至图3对本发明的液态炉渣余热回收装置以及利用该液态炉渣余热回收装置进行炉渣余热回收的方法作进一步详细说明。
本发明的液态炉渣余热回收装置，请参考图1至图3，包括过热蒸汽发生器4、蒸发器6、破碎机2、保温炉渣运输器2和炉渣运送装置12，所述破碎机2位于所述蒸发器6上方且两者连通，所述蒸发器6与所述过热蒸汽发生器4之间通过蒸汽通道3形成循环蒸汽循环回路，所述过热蒸汽发生器4的上游设有蒸汽加压装置14和与去离子水进行换热的换热器7，所述过热蒸汽发生器4的下游设有换热器7，所述换热器7通入去离子水，所述过热蒸汽发生器4内有液态炉渣5，所述加压后的蒸汽由下至上进入所述过热蒸汽发生器4内与所述液态炉渣5接触换热并形成固态炉渣8，所述保温炉渣运输器2运输所述过热蒸汽发生器4内的固态炉渣8至破碎机2，所述蒸发器6顶部设置喷水装置13，所述炉渣运送装置12位于所述蒸发器6下方。具体分析为(1)炉渣流程：1300-1450℃的液态炉渣5由钢包倒入过热蒸汽发生器4内，经加压后的循环蒸汽从过热蒸汽发生器4底部向上冲吹液态炉渣5，冷却换热后液态炉渣5最终形成蜂窝状固态炉渣8（温度900-1000℃），炉渣包括钢渣，此时，过热蒸汽发生器4底部打开，固态炉渣8落入保温炉渣运输器2内，并由保温炉渣运输器2运送至破碎机2入口处，保温炉渣运输器2的底部打开固态炉渣8进入破碎机2进行破碎，破碎后的炉渣（600-800℃）通过蒸发器6入口进入蒸发器6落在设置在蒸发器6底部的炉渣运送装置12上，该炉渣运送装置12为履带运送装置。蒸发器6顶部设有喷水装置13进行喷水，炉渣运送装置12将破碎的炉渣运至蒸发器6出口排出，经喷水和循环蒸汽的冷却后钢渣温度200-300℃，作为尾渣外运处理。（2）循环蒸汽流程：循环蒸汽从蒸发器6蒸汽入口进入，蒸发器6顶部喷入的冷却水在与破碎的钢渣换热后形成蒸汽，与循环蒸汽合并一同与蒸发器6中破碎的钢渣逆流换热，换热后的循环蒸汽温度升高并从蒸发器6蒸汽出口排出至蒸汽通道3内，沿着蒸汽通道3进入过热蒸汽发生器4，进入过热蒸汽发生器4前，首先与进入过热蒸汽发生器4的去离子水在换热器7内进行换热，换热后的循环蒸汽进入蒸汽加压装置14进行加压，加压到15-20mpa，加压后的循环蒸汽从过热蒸汽发生器4的底部喷入，与液态炉渣5进行换热，使液态炉渣5降温冷却的同时形成蜂窝状固态炉渣8，从而解决炉渣内部传热慢的问题。循环蒸汽从过热蒸汽发生器4顶部喷出进入蒸汽通道3，后与进入过热蒸汽发生器4的去离子水在另一换热器7中进行换热，使去离子水经过两次换热后形成饱和蒸汽进入过热蒸汽发生器4的蒸汽管11内并间接与液态炉渣5换热得到过热蒸汽。（3）去离子水流程：去离子水首先与蒸发器6出来的循环蒸汽进行换热，然后与从过热蒸汽发生器4出来的高温循环蒸汽换热，经两次换热后形成饱和蒸汽，进入过热蒸汽发生器4的蒸汽管11内，与渣箱10内液态钢渣间接换热后形成过热蒸汽（其温度为300-450℃），过热蒸汽可用于汽轮机发电。
这样相对于现有技术而言，直接利用液态高温炉渣的余热换热后的过热蒸汽直接用于汽轮机发电，而本身循环的蒸汽利用与液态炉渣5的换热而升温并在冷却破碎后的炉渣过程中进一步吸热后再通过换热器7和加压装置并最终通过与液态炉渣5的换热而产生用于发电的过热装置，同时形成循环蒸汽，由于使用废弃的高温炉渣的余热进行发电，不需要再利用额外的资源，有效节省能源，而且无污染。
本发明的液态炉渣余热回收装置，请参考图1至图3，上述技术方案具体可以是所述过热蒸汽发生器4包括壳体9、位于壳体9内的渣箱10、位于所述壳体9与所述渣箱10之间的蒸汽管11，所述蒸汽管11的进气端与换热器7连通，所述蒸汽管11的出气端与汽轮机发电装置连接。这样，过热蒸汽发生器4可以实现通过与液态炉渣5的换热而产生过热蒸汽。当然也可以是其他结构的过热蒸汽发生器4，只要是能够利用与液态炉渣5的换热而产生过热蒸汽用于汽轮机发电即可。
本发明的液态炉渣余热回收装置，请参考图1至图3，在上述技术方案的基础上还可以是：所述过热蒸汽发生器4内的渣箱10设置可打开的盖板16和底板19，所述盖板16与所述底板19上均设有供循环蒸汽进入渣箱10内部的开口孔。这样，盖板16的作用是方便循环蒸汽排出过热蒸汽发生器4，而底板19的作用是方便循环蒸汽由下至上冲吹液态炉渣5，吹力更大，冷却液态炉渣5的效果更好，换热更好。还可以是所述渣箱10的上部尺寸小于所述渣箱10的下部尺寸。最优选的是相差1-2cm，这样方便高温液态炉渣5凝固后向下排放。另外还可以是所述渣箱10内壁上设置加固板15。设置加固板15的优点是既可以防止渣箱10受热变形，有起到翅片热传导的作用。而且还可以是所述渣箱10外部设置翅片。这样保证蒸汽管11内蒸汽与渣箱10内的液态炉渣5的换热更加充分，产生过热蒸汽的效率更高，余热回收效率更高。还可以是所述蒸汽通道3为蛇形管或圆管。蛇形管或水平设置的圆管可以最大限度的与渣箱接触，增加换热面积。另外，还可以是所述保温炉渣运输器2包括运力车17和位于所述运力车17上的保温箱18。这样，运输时运力车17只起到运输作用，而且保温箱18起保温作用，向破碎机2中倾倒固态炉渣8时，重量减轻，方便倾倒。还可以是所述破碎机2为对辊式破碎机2。这样的破碎机的优点是耐磨，密封性能好
本发明的利用液态炉渣余热回收装置进行炉渣余热回收的方法，请参考图1至图3，包括循环进行以下步骤：
(1)高温炉渣进行换热：将液体高温炉渣加入过热蒸汽发生器4内，同时由上至下通入循环蒸汽，循环蒸汽与液体高温炉渣换热，液体高温炉渣换热后成为蜂窝状固态炉渣8，打开过热蒸汽发生器4的底部，固态炉渣8落入保温炉渣运输器2内；
（2）固态炉渣8运输和粉碎：将换热后冷却得到的固态炉渣8使用保温炉渣运输器2运输至破碎机2进行破碎，然后将破碎的碎炉渣掉落至蒸发器6内，喷淋冷却水并与通入所述蒸发器6内的循环蒸汽换热，循环蒸汽进入蒸发器6并与换热后形成的蒸汽一同由蒸发器6蒸汽出口排至蒸汽通道3内，换热后的炉渣通过炉渣运送装置12运送至外部；
（3）饱和水蒸气加压：所述蒸发器内排出的循环蒸汽通过换热器与去离子水进行换热后形成汽液混合状态的去离子水，通过蒸汽加压装置加压后由下至上进入所述过热蒸汽发生器内进行循环换热，换热后的循环蒸汽从过热蒸汽发生器顶部出来，再与汽液混合状态的去离子水通过另外一个换热器进行二次换热，去离子水经过两次换热变为饱和蒸汽，二次换热后的循环蒸汽再次进入蒸发器，该饱和蒸汽进入过热蒸汽发生器的壳体内的蒸汽管内与液态炉渣再次进行换热形成过热蒸汽，换热后的过热蒸汽与汽轮机发电装置连通；
（4）循环：重复循环上述步骤。
直接利用液态高温炉渣的余热换热后的过热蒸汽直接用于汽轮机发电，而本身循环的蒸汽利用与液态炉渣5的换热而升温并在冷却破碎后的炉渣过程中进一步吸热后再通过换热器7和加压装置并最终通过与液态炉渣5的换热而产生用于发电的过热装置，同时形成循环蒸汽，由于使用废弃的高温炉渣的余热进行发电，不需要再利用额外的资源，有效节省能源，而且无污染。
本发明的利用液态炉渣5余热回收装置进行炉渣余热回收的方法，请参考图1至图3，所述步骤（2）排出的固体炉渣再进行余热锅炉回收余热，与冷水进行换热，得到90-95℃的热水。进一步利用炉渣的余热。
上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.液态炉渣余热回收装置，其特征在于：包括过热蒸汽发生器、蒸发器、破碎机、保温炉渣运输器和炉渣运送装置，所述破碎机位于所述蒸发器上方且两者连通，所述蒸发器与所述过热蒸汽发生器之间通过蒸汽通道形成循环蒸汽循环回路，所述过热蒸汽发生器的上游设有蒸汽加压装置和与去离子水进行换热的换热器，所述过热蒸汽发生器的下游设有换热器，所述过热蒸汽发生器内有液态炉渣，所述加压后的蒸汽由下至上进入所述过热蒸汽发生器内与所述液态炉渣接触换热并形成固态炉渣，所述保温炉渣运输器运输所述过热蒸汽发生器内的固态炉渣至破碎机，所述蒸发器顶部设置喷水装置，所述炉渣运送装置位于所述蒸发器下方。
2.根据权利要求1所述的液态炉渣余热回收装置，其特征在于：所述过热蒸汽发生器包括壳体、位于壳体内的渣箱、位于所述壳体与所述渣箱之间的蒸汽管，所述蒸汽管的进气端与换热器连通，所述蒸汽管的出气端与汽轮机发电装置连接。
3.根据权利要求2所述的液态炉渣余热回收装置，其特征在于：所述过热蒸汽发生器内的渣箱设置可打开的盖板和底板，所述盖板与所述底板上均设有供循环蒸汽进入渣箱内部的开口孔。
4.根据权利要求2所述的液态炉渣余热回收装置，其特征在于：所述渣箱的上部尺寸小于所述渣箱的下部尺寸。
5.根据权利要求2所述的液态炉渣余热回收装置，其特征在于：所述渣箱内壁上设置加固板。
6.根据权利要求2所述的液态炉渣余热回收装置，其特征在于：所述渣箱外部设置翅片。
7.根据权利要求2所述的液态炉渣余热回收装置，其特征在于：所述蒸汽通道为蛇形管或圆管。
8.根据权利要求1至7任意一权利要求所述的液态炉渣余热回收装置，其特征在于：所述保温炉渣运输器包括运力车和位于所述运力车上的保温箱。
9.根据权利要求1至7任意一权利要求所述的液态炉渣余热回收装置，其特征在于：所述破碎机为对辊式破碎机。
10.利用权利要求2至7任意一权利要求所述的液态炉渣余热回收装置进行炉渣余热回收的方法，其特征在于：包括循环进行以下步骤：
(1)高温炉渣进行换热：将液体高温炉渣加入过热蒸汽发生器内，同时由上至下通入循环蒸汽，循环蒸汽与液体高温炉渣换热，液体高温炉渣换热后成为蜂窝状固态炉渣，打开过热蒸汽发生器的底部，固态炉渣落入保温炉渣运输器内；
（2）固态炉渣运输和粉碎：将换热后冷却得到的固态炉渣使用保温炉渣运输器运输至破碎机进行破碎，然后将破碎的碎炉渣掉落至蒸发器内，喷淋冷却水并与通入所述蒸发器内的循环蒸汽换热，循环蒸汽进入蒸发器并与换热后形成的蒸汽一同由蒸发器蒸汽出口排至蒸汽通道内，换热后的炉渣通过炉渣运送装置运送至外部；
（3）饱和水蒸气加压：所述蒸发器内排出的循环蒸汽通过换热器与去离子水进行换热后形成汽液混合状态的去离子水，通过蒸汽加压装置加压后由下至上进入所述过热蒸汽发生器内进行循环换热，换热后的循环蒸汽从过热蒸汽发生器顶部出来，再与汽液混合状态的去离子水通过另外一个换热器进行二次换热，去离子水经过两次换热变为饱和蒸汽，二次换热后的循环蒸汽再次进入蒸发器，该饱和蒸汽进入过热蒸汽发生器的壳体内的蒸汽管内与液态炉渣再次进行换热形成过热蒸汽，换热后的过热蒸汽与汽轮机发电装置连通；
（4）循环：重复循环上述步骤。
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