CN103014201A - 一种熔融高炉渣气固喷射粒化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种熔融高炉渣气固喷射粒化装置及方法，该装置由熔渣导入单元、喷射剂供料单元、器壁冷却防粘单元、快速冷却排料单元和高温风排出单元组成，该方法采用高压气体与固体颗粒的混合物做喷射粒化剂，对高温熔融液态高炉渣流进行高速喷吹粒化，将其破碎成熔融渣粒；然后，渣粒在飞行过程中，被下部喷入的流化冷却气和经侧壁贴附射入的防粘冷却气，急剧冷却，快速凝固成固体颗粒，有效解决熔融渣粒粘结问题。该粒化方法可以极大的促进喷射剂的动能转换为颗粒表面能，提高喷射剂能量利用率，得到细小均匀渣粒，实现粒化急速冷却目的，获得高玻璃体率渣粒，保证熔融高炉渣物质资源利用性的同时高效回收渣中余热。
Description
技术领域
本发明属于高温固体废弃物处理及余热余能回收利用技术领域，特别涉及高温熔融渣液干法粒化处理的方法及其快冷防粘工艺。
背景技术
冶金工业是最大的耗能单位，年能耗达20GJ。自1980年以来，我国钢铁工业在节能方面取得很大成绩，但在余热资源回收利用方面，尚有不足，相关研究结果显示，烟气、冷却水和熔融渣的显热回收率都很低，其中渣显热的回收率最少，只有1.59%。钢铁工业熔渣包括炼铁高炉熔渣、炼钢熔渣、铁合金熔渣、有色冶炼熔渣等，我国以高炉渣比例最大，每炼1 t生铁约产生300kg~700kg高炉熔渣，出渣温度1500℃左右，2010年，我国生铁产量59733.34万t，以300kg渣/t铁计算，高炉渣量约1.8亿万t。堆积如山的高温熔融态高炉渣不能随意排放，必需经过冷却或其他相关处理，否则将非常危险。
目前我国钢铁企业大多数采用水淬工艺（也称湿法工艺）处理高炉渣，处理后的渣料可用作水泥原料或水泥添加料、混凝土骨料等。但堆积如山的高炉熔渣水淬冷却需消耗大量的水资源，冲渣过程中放出大量水蒸气和硫化物等有害气体对大气造成污染，且熔渣冷却后需干燥除湿又要额外耗能。另外，1500℃左右的熔融高炉渣比热约1.19kJ/(kg·℃)，凝固潜热50kcal/kg，1 t高炉熔渣约含1800 MJ显热和209MJ潜热，折合标煤约62kg/t渣，熔融渣热是一种高品质的余热资源，但水冷处理后的冲渣水热却是一种低品位余热，需经沉淀、除污后方可用于冬季取暖，其热利用率不到10%，夏季和无取暖设备的地方，这部分能量只能白白地浪费掉。
针对水淬工艺处理过程中存在的缺点，为有效回收蕴含在熔融高炉渣中的余热，目前正大力发展高炉渣的干法处理工艺。熔渣干法处理工艺主要分两个阶段：粒化阶段和二次冷却阶段。首先，粒化阶段（也指粒化凝固阶段）是将熔融渣粒化为细小颗粒，便于实现急速冷却为玻璃体结构物质以满足高炉渣处理后的物质品质要求，至渣粒不再重新粘结为准（渣粒平均温度大约降至 850℃~1000℃）；其次，二次冷却阶段是指继渣粒经粒化阶段的再次冷却阶段，此阶段的目的是高效回收高炉渣粒中的余热。粒化阶段是熔渣干法处理工艺的关键，也是难点。
粒化阶段核心技术工艺主要包括粒化方法及其实现粒化及快速冷却的配套装置，目前，熔渣干法粒化方法主要有滚筒法、转鼓法、离心法、粒化轮法和风淬法。
其中滚筒法、转鼓法、离心法和粒化轮法都是利用大型机械装置进行粒化，其核心部件滚筒、转鼓、离心转盘和粒化轮等都属易损部件，受其结构及制造成本限制不利于大型化推广应用，至今尚未有工业应用实例。风淬法及其热回收装置已于1981年成功应用于日本福山制铁所转炉钢渣工业化处理中，我国马钢1988年发表“钢渣风淬粒化装置”专利（专利号CN88211276），该技术在马钢、成钢、石钢等均有应用装置。但是由于高炉渣玻璃体结构冷却速度要求要比钢渣处理要求高很多，至今尚未实现高炉渣的干法处理余热回收工艺的工业化应用，但是钢渣的风淬法工业化应用为高炉渣干法处理余热回收工业工业化应用指明方向。
目前，关于高炉渣的风碎粒化工艺最成功的技术是20世纪80年代日本六大钢铁公司合作开发研究的风碎法高炉熔渣显热回收技术。该技术处理过程为：将高炉排出的1400℃以上的熔融炉渣导入风洞造粒部，采用3个均分渣流供渣，熔渣有喷嘴喷出的高速空气射流吹射粒化，喷嘴处空气流速可调，风洞尺寸为长25m、宽7m、高13m（处理能力为100t/h，已达工业化要求）。风洞内设有分散板使1050℃左右的渣粒碰板落下，下落过程中有风洞下部吹入的空气冷却，渣粒约在800℃左右排出风洞。成品渣中粒径小于5mm部分占95%以上，渣粒整体玻璃化率大于95%，粉碎性好，品质与水淬渣相当。但是，由于设备系统庞大，占地面积大、投资费用高以及系统过程能量损失过大等因素的限制，一直没有再进一步推广应用。
本发明针对风碎粒化工艺中存在的问题提出了气固喷射粒化方法及其配套快冷防粘系统。
发明内容
本发明提出了一种新的熔融渣干法粒化思路及快速冷却防粘系统，通过高速气体和固态颗粒混合射流将熔融液体高炉渣破碎，混合射流中的固体细颗粒可以极大的促进喷射剂的动能转换为颗粒表面能，提高喷射剂能量利用率，得到细小均匀颗粒，并通过水冷壁上的防粘风组及下部通入的流化冷却气流组成的快冷防粘系统，提高粒化阶段冷却速度，得到高质量玻璃体型颗粒，便于处理后的渣粒在保证物质资源利用性的同时高效回收渣中余热。
本发明主要内容如下：一种熔融高炉渣气固喷射粒化方法及装置，该装置由熔渣导入单元、喷射剂供料单元、器壁冷却防粘单元、快速冷却排料单元和高温风排出单元组成；
所述熔渣导入单元包括渣液导流管；
所述喷射剂供料单元由供风机、供料管道、固体颗粒加料器、球形方向调节座及喷嘴组成；
所述器壁冷却防粘单元由水冷壁和防粘供风管组；
所述快速冷却排料单元主由粒化室、振动床、冷却空气供风管路和渣粒输送装置组成；
所述高温风排放单元由高温风出口管路和滤网组成；
其中，所述供风机与所述供料管道一端连接，所述供料管道的另一端与所述粒化喷嘴连接，所述固体颗粒加料器设置在所述供料管道上，所述粒化喷嘴通过方向调节座安装在所述粒化室的一侧的侧壁上，所述粒化喷嘴插入所述粒化室内安装在所述球形方向调节座上，所述渣液导流管插入所述粒化室的器壁上设置在所述粒化喷嘴的上方，所述粒化室的另一侧的侧壁上设置所述水冷壁和防粘供风管组，所述高温风管路设置在所述粒化室的顶端，所述高温风管路内设置滤网，所述振动床以倾斜角度为15-30°角度安装在所述粒化室内的底部，所述冷却空气供风管路设置所述振动床的下端，所述粒化室一端的底部设有渣粒出口，所述渣粒输送装置设置所述渣粒出口下方。
进一步，所述粒化室为立式或卧式箱体。
进一步，所述导流管的截面呈扁圆形。
进一步，所述粒化喷嘴的喷射角度与水平方向夹角为0°~75°之间。
进一步，所述粒化喷嘴与所述供料风管通过螺旋接口连接。
进一步，所述振动床的振幅为5~20mm。
本发明的另一目的是提供上述装置的粒化方法，该方法具体包括以下步骤：
首先，将粒径小于1mm的水淬渣或风淬渣通过固体颗粒加料器3进入供风管道2内与供风机1提供的压力为0.35~1MPa的常温空气混合，固体细颗粒和空气的质量输送比为1.6~25，压缩空气和固体细颗粒混合气流在供风管道内输送稳定后，经粒化喷嘴5射流喷吹，将温度为1500℃的熔融态高炉渣液从渣液导流管6导入粒化室4粒化成熔融态液滴，然后液滴飞行进入快速冷凝区被凝固成固态细颗粒，实现粒化；通过粒化喷嘴5上的风量调节阀调节风量，控制出口气流风速，为保证渣液流粒化后的颗粒直径小于5mm出口气流速度需大于40m/s，为避免产生渣棉量过多喷吹速度需小于190m/s；熔融渣液和混合气流用量比为：150~250m3气/t渣。
本发明的有益效果是：
1、粒化喷嘴内采用的粒化冷却介质为压缩空气和固体细颗粒混合物，固体细颗粒可采用粒径小于1mm的水淬渣、风淬渣等颗粒物质。
2.、熔渣导入单元主要由导流管截面呈扁圆形（截面形状如附图3所示），倾斜角度由渣液流动性确定，以保证渣液顺利流入，尽可能使喷射垂直方向界面偏薄，便于粒化均匀。
3、喷射剂供料单元中增加喷嘴方向调节座，用于调节喷嘴的喷射角度（与水平方向夹角0°~75°之间可调），便于控制粒化距离和粒化效果，喷射角度0°~45°之间时粒化室尺寸结构为卧式（横向大于纵向），喷射角度45°~75°之间时粒化室尺寸结构设计为竖式（横向小于纵向）。
4、喷嘴是该装置易损部件，采用便宜更换方式连接，便于拆卸更换。
5、粒化装置组成中粒化室器壁冷却防粘单元采用水冷壁，增配防粘供风管组沿水冷内壁贴附射流喷入冷空气形成风幕，或直接喷吹接近器壁的颗粒，防止颗粒粘结在器壁上。
6、采用振动床底部通冷风组成快速冷却排料单元，熔融渣粒在飞行过程流经冷却风管路供入的冷却气流形成的流化床区域时快速凝固，冷却空气防止渣粒粘接、团聚等；冷却凝固后的渣粒沉降在振动床上，振动床倾斜角度为10°~30°，振幅为5~20mm。渣粒通过渣粒出口流落在渣粒输送装置上，输送到后续的二次冷却余热回收系统内。
7、高温风出口滤网通过侦测压力信号得高温风出口风速信息，防止渣粒被输送入高温风管路中；
8、高温风经由管路后进入除尘装置，然后进入后续余热利用系统。
附图说明
图1 为本发明高温熔渣气固粒化方法的工艺流程——卧式结构装置示意图。
图2 为本发明高温熔渣气固粒化方法的工艺流程——竖式结构装置示意图。
图3 为本发明高温熔渣气固粒化方法的工艺流程——渣液导流管界面形状示意图。
图中：1——供风机；2——供料管道；3——固体颗粒加料器；4——喷嘴方向调节座；5——粒化喷嘴；6——渣液导流管；7——粒化室；7-2——水冷壁；8——熔融渣液；9——高温风管路；10——滤网；11——防粘供风管组；12——渣粒输送装置；13——渣粒出口；14——冷却空气供风管路；15——振动。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1-3所示，一种熔融高炉渣气固喷射粒化装置，该装置由熔渣导入单元、喷射剂供料单元、器壁冷却防粘单元、快速冷却排料单元和高温风排出单元组成；
所述熔渣导入单元包括渣液导流管6；
所述喷射剂供料单元由供风机1、供料管道2、固体颗粒加料器3、球形方向调节座4及喷嘴5组成；
所述器壁冷却防粘单元由水冷壁7-1和防粘供风管组11；
所述快速冷却排料单元主由粒化室7、振动床15、冷却空气供风管路14和渣粒输送装置12组成；
所述高温风排放单元由高温风出口管路9和滤网10组成；
其中，所述供风机1与所述供料管道2一端连接，所述供料管道2的另一端与所述粒化喷嘴5连接，所述固体颗粒加料器3设置在所述供料管道2上，所述粒化喷嘴5通过方向调节座4安装在所述粒化室4的一侧的侧壁上，所述粒化喷嘴5插入所述粒化室4内安装在所述球形方向调节座4上，所述渣液导流管6插入所述粒化室4的器壁上设置在所述粒化喷嘴5的上方，所述粒化室4的另一侧的侧壁上设置所述水冷壁7-2和防粘供风11管组，所述高温风管路9设置在所述粒化室4的顶端，所述高温风管路9内设置滤网10，所述振动床15以倾斜角度为15-30°角度安装在所述粒化室4内的底部，所述冷却空气供风管路14设置所述振动床15的下端，所述粒化室的底部4一端的设有渣粒出口13，所述渣粒输送装置12设置所述渣粒出口13下方。
高炉排出的1500℃左右的熔融渣8通过导流管6进入粒化室7内，供风机1将经由粒化喷嘴5喷射出的掺有适量固体颗粒的压力为0.35~1MPa高压气体流束喷射破碎成熔融渣粒，熔融渣粒的平均粒径1~3mm为宜，粒化喷嘴5喷射角度小于45°时采用示意图1所示卧式结构装置，喷嘴5喷射角度45°~75°时采用示意图2所示竖式结构装置，渣粒在飞行、降落过程中经由水冷壁7-2和底部冷却空气供风管路14吹出的冷却风快速冷却，使温度降至850℃~1000℃时渣粒降落到底部振动床15上，防粘供风管组11沿水冷内壁贴附射流喷入冷空气形成风幕，或直接喷吹接近器壁的颗粒，防止颗粒粘结在器壁上；振动床15以5~20mm的振幅震动，使渣粒随振动床15然后经由渣粒出口13流落至渣粒输送装置12上被输送到后续余热利用系统，粒化室4内的高温风经高温风出口管路9和滤网10过滤后排出，并回收利用。
Claims (7)
1.一种熔融高炉渣气固喷射粒化装置，其特征在于，该装置由熔渣导入单元、喷射剂供料单元、器壁冷却防粘单元、快速冷却排料单元和高温风排出单元组成；
所述熔渣导入单元包括渣液导流管（6）；
所述喷射剂供料单元由供风机（1）、供料管道（2）、固体颗粒加料器（3）、球形方向调节座（4）及喷嘴（5）组成；
所述器壁冷却防粘单元由水冷壁（7-2）和防粘供风管组（11）；
所述快速冷却排料单元主由粒化室（7）、振动床（15）、冷却空气供风管路（14）和渣粒输送装置（12）组成；
所述高温风排放单元由高温风出口管路（9）和滤网（10）组成；
其中，所述供风机（1）与所述供料管道（2）一端连接，所述供料管道（2）的另一端与所述粒化喷嘴（5）连接，所述固体颗粒加料器（3）设置在所述供料管道（2）上，所述粒化喷嘴（5）通过方向调节座（4）安装在所述粒化室（7）的一侧的侧壁上，所述粒化喷嘴（5）插入所述粒化室（7）内安装在所述球形方向调节座（4）上，所述渣液导流管（6）插入所述粒化室（7）的器壁上设置在所述喷嘴（5）的上方，所述粒化室（7）的另一侧的侧壁上设置所述水冷壁（7-2）和防粘供风管组（11），所述高温风管路（9）设置在所述粒化室的顶端，所述高温风管路（9）内设置滤网（10），所述振动床（15）以倾斜角度为15°~30°安装在所述粒化室（7）内的底部，所述冷却空气供风管路（14）设置所述振动床（15）的下端，所述粒化室（7）一端的底部设有渣粒出口（13），所述渣粒输送装置（12）设置所述渣粒出口（13）下方。
2.根据权利要求1所述的熔融高炉渣气固喷射粒化装置，其特征在于：所述粒化室（7）为立式或卧式箱体。
3.根据权利要求1或2所述的熔融高炉渣气固喷射粒化装置，其特征在于，所述导流管（6）的截面呈扁圆形。
4.根据权利要求1或2所述的熔融高炉渣气固喷射粒化装置，其特征在于，所述粒化喷嘴（5）的喷射角度与水平方向夹角为0°~75°之间。
5.根据权利要求1或2所述的熔融高炉渣气固喷射粒化装置，其特征在于，所述粒化喷嘴（5）与所述供料风管（2）通过螺旋接口连接。
6.根据权利要求1或2所述的熔融高炉渣气固喷射粒化装置，其特征在于，所述振动床（15）振幅为5~20mm。
7. 一种权利要求1所述的熔融高炉渣气固喷射粒化装置的粒化方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
首先，将粒径小于1mm的水淬渣或风淬渣通过固体颗粒加料器（3）进入供风管道（2）内与供风机（1）提供的压力为0.35~1MPa的常温空气混合，固体细颗粒和空气的质量输送比为1.6~25，压缩空气和固体细颗粒混合气流在供风管道内输送稳定后，经粒化喷嘴（5）射流喷吹，将温度为1500℃的熔融态高炉渣液从渣液导流管（6）导入粒化室（4）粒化成熔融态液滴，然后液滴飞行进入快速冷凝区被凝固成固态细颗粒，实现粒化；通过粒化喷嘴（5）上的风量调节阀调节风量，控制出口气流风速，为保证渣液流粒化后的颗粒直径小于5mm出口气流速度需大于40m/s，为避免产生渣棉量过多喷吹速度需小于190m/s；熔融渣液和混合气流用量比为：150~250m3气/t渣。
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