CN102925599A - 一种高炉渣显热回收利用装置及回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高炉渣显热回收利用装置及回收方法，它是由一次热回收系统、渣粒输送系统和二次热回收系统组成，液化的高炉渣从储渣罐进入安装雾化喷头的粒化室内的转杯上，经雾化喷头喷出具有0.2~0.35MPa压力的水雾和空气形成的气固两相流，使高炉渣离开旋转的转杯时与气固两相流充分接触产生热交换，从而达到强化换热的目的，热交换后的高炉渣撞击粒化室的水冷壁形成固态渣粒沿壁滑落进入渣粒捕集器，完成余热的一次回收；经过水冷壁冷却后的高炉渣粒经气固分离器在排渣罐内进一步与空气进行热交换，完成余热的二次回收；两次换热过程得到的热空气和蒸汽经除尘器后进行后续利用，实现高炉渣的高效余热回收，同时获得满足水泥要求的玻璃相高炉渣粒。
Description
技术领域
本发明涉及能源回收利用领域，尤其涉及高炉渣显热回收利用装置及回收方法。
背景技术
在生产铁水的同时，高炉还产出大量的液态高炉渣。液态高炉渣蕴含着很高的热能，每吨高炉液态渣蕴含的热量约64kg标准煤所含的热量，属于高品位的余热资源，具有很高的回收利用价值。同时高炉渣是一种性能良好的硅酸盐材料，可以作为生产建筑材料和化肥的原料。急冷处理后的高炉渣具有潜在的水硬胶凝性能，是优良的水泥原料，因此国内外各研发机构在借鉴前人经验的基础上争相针对高炉渣的显热回收及其渣的资源化利用展开研究，目前干式显热回收系统占主导地位，虽取得了一定的成绩，但均没有取得工业上的突破。
专利“一种高炉熔渣干式显热回收系统和生产工艺”（申请号：200910086405.0）公开了一种高炉熔渣干式显热回收系统和生产工艺。整个系统和生产工艺包括熔渣中间包保温工艺、喷枪熔渣带出工艺、熔渣多股射流粒化换热工艺、冲击磨粉碎工艺和二冷流化床热回收工艺五项关键部分。高炉熔渣在中间包内通过吹氮饱和处理后，高速气流喷枪将其带出，途经射流磨高速气流渣粒互相撞击粒化，强化换热，渣粒下行经过平板冲击磨反弹破碎换热冷却；二冷流化床对渣粒热量二次回收，一次回收与二次回收的热量通过换热器转换成热能或电能。该方法用N2对高炉渣进行粒化和热量回收，虽节约了大量冷却水但需要大量N2，其造价昂贵，且热回收效率不高。
专利“高炉渣显热回收系统”（申请号：CN200810229556.2）公开了一种包含转杯、渣粒捕集器和余热锅炉的热回收系统。该方法是将高温液态炉渣流经高速旋转的转杯中并沿转杯的切线方向甩出，在此过程中破碎为渣粒，渣粒撞到渣粒捕集器的水冷壁进一步被冷却凝固并下滑到渣粒捕集器的底部，通过渣输送带输送到余热锅炉，将热量传递给管内的水，使水汽化产生蒸汽，冷却后的炉渣从余热锅炉底部排除。该方法在渣粒捕集器中单靠水冷壁来冷却渣粒很难达到渣粒化的效果，影响高炉渣的资源化再利用，且由于高炉渣导热系数低，单靠间壁式冷却热回收效率低。
专利“高炉液态渣的处理与能量回收方法及其用途”（申请号：CN200910019727.3）公开了一种高炉液态渣的处理与能量回收方法及用途，包括管网的设置、控制装置的设置等，其征在于：设置密闭空间，使高炉液态渣进入密闭空间内，在密闭空间内，将进入密闭空间内的高炉液态渣粒化，并使用流态水使其凝固；凝固后的固体渣的排渣温度≥密闭空间内的水的沸点；从密闭空间内，排出产生的固体渣及收集产生的流态水并加以利用。该方法在渣的粒化过程中有一定的效果，但是不仅后续产生的流态水回收利用困难、热效率低，而且设备复杂，控制困难。
这些干式显热回收方法的回收介质均是气体，其不足指出在于气体的热容量小，在回收高炉渣的显热时需要大量的气体，且往往存在换热不充分、冷却强度不足的问题。因此，选用合理的冷却介质并采用合理的方式在高炉渣粒化的过程中高效回收高炉渣的高温显热，提高热回收效率，就成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高炉渣显热回收利用装置及回收方法，高效地回收高炉渣的高温显热，而且粒化后的高炉渣可满足制造水泥的要求。
本发明的一种高炉渣余热回收利用装置，由一次热回收系统、渣粒输送系统和二次热回收系统组成，其中一次热回收系统包括粒化室、转杯、耐高温电机、雾化喷头、保护装置、风机、蓄水池，渣粒输送系统包括渣粒输送器、电机、气固分离器，二次热回收系统由排渣罐、鼓风机、进气嘴、低温除尘器组成。
带冷却壁的粒化室安装在储渣罐下方、粒化室内安装保护装置，转杯及雾化喷头固定在保护装置上，转杯由耐高温电机驱动，粒化室上部安装排气孔，排气孔接带有高温除尘器的混合气体管道；
带冷却壁的渣粒输送器安装在粒化室下方，由电机驱动将高炉渣粒再次冷却后，送到气固分离器内；气固分离器上部接高温气体管道与粒化室上的混合气体管道合并；
雾化喷头、粒化室冷却壁及渣粒输送器冷却壁的用水由蓄水池8供应，雾化喷头内的空气由风机供应；
气固分离器接排渣罐，排渣罐底部安装进气嘴，进气嘴接鼓风机，排渣罐下方配有输送带，排渣罐上部安装带有低温除尘器的热空气管道。
采用上述一种高炉渣余热回收利用装置的回收方法：液化的高炉渣从储渣罐进入安装雾化喷头的粒化室内的转杯上，经雾化喷头喷出0.2~0.35MPa压力的水雾和空气形成的气固两相流，使高炉渣离开旋转的转杯时与气固两相流充分接触产生热交换，从而达到强化换热的目的，热交换后的高炉渣撞击粒化室的水冷壁形成固态渣粒沿壁滑落进入渣粒捕集器，完成余热的一次回收；经过水冷壁冷却后的高炉渣粒经气固分离器在排渣罐内进一步与空气进行热交换，完成余热的二次回收；两次换热过程得到的热空气和蒸汽经除尘器后进行后续利用，实现高炉渣的高效余热回收，同时获得满足水泥要求的玻璃相高炉渣粒。
采用本发明具有可以实现以下明显效果：
本发明由于采用一次热回收系统、渣粒输送系统和二次热回收系统对液态高炉渣进行回收，尤其通过在粒化室内设置雾化喷头，产生由水雾和空气组成的两相流，使高炉渣和两相流充分接触，换热效果好，同时由于转杯的粒化作用，无需靠高压两相流对高炉渣进行再次粒化，而雾化两相流仅起热量回收作用，故可节约大量水资源。采用本发明高炉渣的热回收率达65%以上，高炉渣的玻璃化率达95%以上，粒径小于5mm，满足作为水泥原料的要求，实现资源的再利用。
附图说明
图1为本发明设备示意图。
图中：1储渣罐、2粒化室、3转杯、4雾化喷头、5保护装置、6耐高温电机、7风机、8蓄水池、9渣粒输送器、10电机、11气固分离器、12排渣罐、13鼓风机、14进气嘴、15输送带、16低温除尘器、17排气孔、18混合气体管道、19高温除尘器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明装置的位置关系及工艺流程进行详细介绍。
如图所示：本发明由一次热回收系统、渣粒输送系统和二次热回收系统组成，其中一次热回收系统包括粒化室2、转杯3、耐高温电机6、雾化喷头4、保护装置5、风机7、蓄水池8，渣粒输送系统包括渣粒输送器9、电机10、气固分离器11，二次热回收系统由排渣罐12、鼓风机13、进气嘴14、低温除尘器16组成。
带冷却壁的粒化室安装在储渣罐下方、粒化室内安装保护装置5，转杯3及雾化喷头4固定在保护装置5上，转杯3由耐高温电机6驱动，粒化室上部安装排气孔，排气孔17接带有高温除尘器19的混合气体管道18；
带冷却壁的渣粒输送器9安装在粒化室2下方，由电机10驱动，将高炉渣粒再次冷却后，送到气固分离器11内；气固分离器11上部接高温气体管道与粒化室上的混合气体管道合并，气固分离器11下部接排渣罐12；
雾化喷头、粒化室冷却壁及渣粒输送器冷却壁的用水由蓄水池8供应，雾化喷头内的空气由风机供应；
排渣罐12上部安装带有低温除尘器16的热空气管道，排渣罐12底部安装进气嘴14，进气嘴14接鼓风机13，排渣罐12下方配有输送带15。
本发明工艺流程如下，储渣罐1中的高温液态高炉渣经其下部垂直进入粒化室2内的由耐高温电机6带动的高速旋转的转杯3表面后，在重力、离心力和摩擦力的作用下，熔渣被破碎成液滴、收缩并凝固成椭球状或球状颗粒，同时在脱离转杯3后与由鼓风机7和蓄水池8经雾化喷头4产生的空气和水雾两相流充分接触，进行对流和传导换热，强化了换热效果，其中5为保护装置，一方面保护电机系统不受高温影响，一方面对雾化喷头4起到支撑作用。经两相流换热的高炉渣粒撞击粒化室2的水冷壁，与由来自蓄水池8的水进行间壁换热形成固态渣粒，沿水冷壁滑落进入由电机10带动的渣粒输送器9，至此完成高炉渣的粒化和余热的一次回收。在此过程中，通过转杯3的高速旋转粒化，水雾和空气两相流与高炉渣的充分接触换热及水冷壁与高炉渣的间壁式换热，高炉渣被冷却到900℃以下，粒径达5mm。这样在旋转粒化系统中，高温的熔渣下落到转杯3上的瞬间受到与转杯3的撞击力和转杯3的高速旋转所对熔渣产生的离心力作用，使熔渣粒化并飞出杯外；另一方面转杯高速旋转时在转杯3表面形成由杯心径向向外扩展的水汽薄膜层，以防炉渣粘在转杯3上。在雾化冷却系统中避免了高炉渣粒沿粒化室3的水冷壁下落时重新粘结，同时由于转杯3的粒化作用，无需靠高压两相流对高炉渣进行再次粒化，而雾化两相流仅起回收高炉渣热量的作用，故可节约大量用水。
冷却的高炉渣粒及部分高温气体在渣粒输送器9的旋转轴的带动下经管道沿切线方向进入气固分离器11，高炉渣粒通过气固分离器11的下部进入排渣罐12。通过鼓风机13经管道由进气嘴14向排渣罐12内鼓入冷空气，使冷空气与高炉渣粒逆向接触换热，既增大了接触面积又延长了接触时间，再次冷却的高炉渣粒由排渣罐12的下部排出，经输送带15被运走，至此完成了高炉渣余热的二次回收。在此过程中，冷空气与高炉渣粒的逆向接触换热，高炉渣被冷却到200℃以下。
在一次热回收系统中由雾化喷头4产生的气液两相流与高炉渣充分换热所形成的高温气体由排气孔17进入混合气体管道18，经高温除尘器19除尘与气固分离器11中分离掉渣粒的高温气体混合后进行后续利用；二次热回收系统中产生的热空气经低温除尘器16后进入下一道工序。至此完成高炉渣余热的高效梯级利用。
下面介绍几个采用上述装置及方法处理液态高炉渣的实施例。
以尺寸为Φ2.4m的转杯粒化器为例，在转杯下方安装6个压力为0.35MPa雾化喷头，如图1所示。其中熔渣温度1500℃，熔渣量为500kg/h～3000 kg/h，转杯转速800rpm～1100rpm，雾化量：风量500～900m3/h、水量0.1～0.8m3/h，水冷壁内水流量为1 kg/s，鼓风机鼓入排渣罐内的冷却风量为2600～13500m3/h。
实施例1
熔渣量为540kg/h，所含的热量为1001.7MJ，经转杯3高速旋转甩出后，其中转速为1000rpm，与雾化喷头喷出的高压气液两相流充分接触，其中雾化风量为900m3/h，雾化水量0.17m3/h。在此过程中，高炉渣被破碎为5mm的高炉渣粒，同时气液两相流吸收高炉渣的热量升温变为温度为500℃的混合气体，高温混合气体经排气孔17进入混合气体管道18，经高温除尘器19除尘后进行后续利用。高炉渣撞击粒化室2的水冷壁进一步冷却使高炉渣达到850℃，然后冷却的高炉渣沿粒化室2的水冷壁滑落至渣粒输送器9，避免了高炉渣粒重新粘结。850℃的高炉渣由渣粒输送器9经气固分离器11进入排渣罐12。由鼓风机13经进气嘴14向排渣罐12通入2800m3/h的冷风，高炉渣与冷风经二次换热冷却至150℃，冷风吸热变为300℃的高温空气通过低温除尘器16后进入下一道工序。
根据热平衡，回收的热量包括粒化室2内的气液两相流吸收高炉渣的热量和排渣罐内冷却空气吸收高炉渣的热量，经计算两相流及冷却空气吸收的热量为701.82MJ，则热回收率为70.06%。经检验高炉渣粒玻璃化率为96.3%，满足作为水泥原料的要求。
实施例2及3的工艺流程如实施例1，其具体参数参见下表。
Claims (2)
1.一种高炉渣显热回收利用装置，其特征在于，它是由一次热回收系统、渣粒输送系统和二次热回收系统组成，其中一次热回收系统包括粒化室、转杯、电机、雾化喷头、保护装置、风机、蓄水池，渣粒输送系统包括渣粒输送器、电机、气固分离器，二次热回收系统由排渣罐、鼓风机、进气嘴、除尘器组成；
带冷却壁的粒化室安装在储渣罐下方，粒化室内安装保护装置，转杯及雾化喷头固定在保护装置上，转杯由耐高温电机驱动，粒化室上部安装排气孔，排气孔接带有除尘器的混合气体管道；
带冷却壁的渣粒输送器安装在粒化室下方，由电机驱动将高炉渣粒再次冷却后，送到气固分离器内；气固分离器上部接高温气体管道与粒化室上的混合气体管道合并；
雾化喷头、粒化室冷却壁及渣粒输送器冷却壁的用水由蓄水池供应，雾化喷头内的空气由风机供应；
气固分离器接排渣罐，排渣罐底部安装进气嘴，进气嘴接鼓风机，排渣罐下方配有输送带，排渣罐上部安装带有除尘器的热空气管道。
2.一种采用权利要求1所述的高炉渣余热回收利用装置的回收方法，其特征在于，液化的高炉渣从储渣罐进入安装雾化喷头的粒化室内的转杯上，经雾化喷头喷出具有0.2~0.35MPa压力的水雾和空气形成的气固两相流，使高炉渣离开旋转的转杯时与气固两相流充分接触产生热交换，热交换后的高炉渣撞击粒化室的水冷壁形成固态渣粒沿壁滑落进入渣粒捕集器，完成余热的一次回收；经过水冷壁冷却后的高炉渣粒经气固分离器在排渣罐内进一步与空气进行热交换，完成余热的二次回收；两次换热过程得到的热空气和蒸汽经除尘器后进行后续利用。
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