CN103060495B - 一种熔融高炉渣粒化过程的螺旋振动床余热回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种熔融高炉渣粒化过程的螺旋振动床余热回收装置，该装置由粒化阶段螺旋振动床快冷单元及余热回收单元。所述粒化阶段螺旋振动床快冷单元，其螺旋结构可延长经干法粒化处理后的熔融高炉渣粒的降落距离，底部循环冷却空气通过筛床面孔隙与熔融渣粒逆流换热，提高冷却速度，实现高炉熔渣急冷处理目标，并有效防止熔融渣粒之间及渣粒和振动床面的粘结，得到尽可能多的玻璃体结构高炉渣粒；所述余热回收单元包括：配套除尘供风系统、二次冷却装置、余热利用装置。粒化阶段螺旋振动床冷却单元回收的高温风经除尘器、供风管路部分供给热风炉，其余供入二次冷却装置内继续换热升温，得700℃高温风进入余热锅炉产蒸汽发电。

Description

一种熔融高炉渣粒化过程的螺旋振动床余热回收装置
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，特别涉及熔融高炉渣液干法粒化处理中的凝固冷却处理过程的熔融高炉渣的螺旋振动床余热回收装置。 
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，到目前为止，高炉渣的余热回收问题一直没有得到很好的解决。 
针对水淬工艺处理过程中存在的不足，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℃），此阶段处理重点是粒化和快速凝固；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，此阶段余热回收处理相对容易，回收效率相对较高。 
上述两阶段中，粒化阶段是熔渣干法处理工艺过程的关键，也是难点。因为熔融状态下的高炉渣粘性和附着性很高但导热性却很差，而固体高炉渣料的玻璃体结构性能需要凝固过程达到急速冷却要求，即要求熔融渣粒凝固过程中有着极高的冷却速度才能实现高炉渣粒的玻璃体结构性能（高炉渣料玻璃体率达90%以上才可以做水泥原料），致使它比其他冶金熔渣更难处理。 
发明内容
为实现熔融高炉渣粒的急速冷却目的，解决熔融高炉渣干法粒化过程中冷却速度不够或渣粒粘结在器壁上等问题，以往方法是增大设备尺寸，加大冷却风量，导致粒化处理设备的尺寸较大，回收风温较低，致使高炉渣干法粒化处理设备实用化比较困难，至今没有实现大规模工业化推广应用。针对这一问题，本发明开发设计了一种熔融高炉渣粒化过程的螺旋振动床余热回收装置，使设备在保证急速冷却、防止粘结的前提下更加紧凑，提高粒化阶段余热回收效率。 
   本发明的技术方案是：一种熔融高炉渣粒化过程的螺旋振动床余热回收装置，该装置由粒化阶段螺旋振动床快冷单元和余热回收单元组成； 
所述粒化阶段螺旋振动床快冷单元包括具有水冷壁及保温层的粒化室壳体、螺旋振动筛床、高温风排风口、第一除尘器、冷却风供风机和供风管；所述螺旋振动筛床由振动电机、螺旋振动体支撑底座、螺旋振动支撑柱和螺旋振动体面板组成；
所述余热回收单元包括除尘系统、二次冷却室和余热利用装置；所述除尘系统由第二除尘器和气体分配室组成；所述二次冷却室设有渣粒入口、二次冷却气入口和高温空气出口；所述余热利用单元包括热风炉和余热锅炉；
所述带有水冷壁及保温层的粒化室壳体内的底部均匀铺设所述供风管，所述供风管的管壁顶端设有出风口，所述粒化室壳体内的底部的圆心位置设置所述螺旋振动体支撑底座，所述螺旋振动支撑柱固结在所述螺旋振动体支撑底座上，所述螺旋振动体面板安装所述螺旋振动支撑柱上，所述振动电机与所述螺旋振动体支撑底座固结，所述粒化室壳体的底部一侧设有渣粒出口，所述渣粒出口通过渣粒输送装置与所述二次冷却装置的渣粒入口连接，所述粒化室壳体的顶部设有高温风排风口，所述高温风排风口通过管路依次与第一除尘器和气体分配箱分别与所述热风炉和二次冷却室的二次冷却气入口连接，所述二次冷却室的高温空气出口通过第二除尘器与所述余热锅炉的一端连接，所述余热锅炉另一端通过管路与集气箱一端连接，岁数集气箱另一端与所述冷却风供风机连接。
进一步，所述螺旋振动体面板的螺距和半径比大于0.3。 
进一步，所述螺旋振动体面板为耐高温强硬度材料制成，结构为孔板结构，厚度为3mm。 
进一步，所述的循环供风管路内的气体自气体分配箱出来后进入二次冷却室继续升温，得到高品质的余热能量供入余热锅炉产蒸汽，经锅炉利用冷却后进入集气箱循环利用。 
本发明的有益效果是：本发明具有以下特点： 
1、螺旋结构的振动床，在同等空间内相对延长了渣粒的流动距离，相应的可以减小粒化处理设备尺寸。
2、振动床面上开有适当间距的孔隙，便于冷却空气流过，振动床的振动力和冷却空气浮力共同作用于熔融渣粒，实现快速冷却并防止粘结。 
3、针对熔融高炉渣余热回收供风系统，粒化阶段回收的余热部分供给热风炉，大部分用于二次冷却余热回收装置中；充分换热后得到700℃高温风，通入余热锅炉用于产蒸汽发电；余热锅炉出来的循环风补充新风后供给粒化阶段冷风系统。 
附图说明
图1 为本发明熔融高炉渣粒化过程的螺旋振动床余热回收装置结构示意图。 
图2 为本发明熔融高炉渣喷吹粒化急冷处理——螺旋振动床冷却装置示意图。 
图3为本发明熔融高炉渣离心粒化急冷处理——螺旋振动床冷却装置示意图。 
图4 为本发明螺旋振动体立体示意图。 
图5 为本发明螺旋振动体结构的俯视图。 
图中： 
Ⅰ、粒化阶段螺旋振动床快冷单元；Ⅱ、余热回收单元；
1、导流管；2、熔融高炉渣液；3-1、喷嘴；3-2、离心粒化装置；4、粒化室壳体；5、螺旋振动床；5-1、螺旋振动体支撑底座；5-2、螺旋振动支撑柱；5-3、螺旋振动体面板；6、冷却空气进风管；7、渣粒输送装置；8、渣粒出口；9、振动电机； 10、第一除尘器；11、冷却风供风机；12、气体分配箱；13、热风炉；14、二次冷却室； 15、第二除尘器；16、余热锅炉；17、集气箱；18、高温风排风口；19、出风口；20、渣粒入口；21、二次冷却气入口；22、高温空气出口。
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1-5所示，本发明一种熔融高炉渣粒化过程的螺旋振动床余热回收装置，可应用于高炉渣的滚筒粒化处理、粒化轮粒化处理、风淬粒化处理和离心粒化处理等多种粒化方法处理过程中，该装置由粒化阶段螺旋振动床快冷单元Ⅰ和余热回收单元Ⅱ组成； 
所述粒化阶段螺旋振动床快冷单元Ⅰ包括具有水冷壁及保温层的粒化室壳体4、螺旋振动筛床5、高温风排风口18、第一除尘器10、冷却风供风机11和冷却通风管6；所述螺旋振动筛床5由振动电机9、螺旋振动体支撑底座5-1、螺旋振动支撑柱5-2和螺旋振动体面板5-3组成；
所述余热回收单元Ⅱ包括除尘系统、二次冷却室14和余热利用装置；所述除尘系统由第二除尘器15和气体分配室12组成；所述二次冷却室14设有渣粒入口20、二次冷却气入口21和高温空气出口22；所述余热利用单元包括热风炉13和余热锅炉16；
所述带有水冷壁及保温层的粒化室壳体4内的底部均匀铺设所述冷却通风管6，所述冷却通风管的管壁顶端设有出风口19，所述粒化室壳体4内的底部的圆心位置设置所述螺旋振动体支撑底座5-1，所述螺旋振动支撑柱5-2固结在所述螺旋振动体支撑底座5-1上，所述螺旋振动体面板5-3安装所述螺旋振动支撑柱5-2上，所述振动电机9与所述螺旋振动体支撑底座5-1固结，所述粒化室壳体4的底部一侧设有渣粒出口8，所述渣粒出口8通过渣粒输送装置7与所述二次冷却装置14的渣粒入口20连接，所述粒化室壳体4的顶部设有高温风排风口18，所述高温风排风口18通过管路依次与第一除尘器10和气体分配箱12分别与所述热风炉13和二次冷却室14的二次冷却气入口21连接，所述二次冷却室14的高温空气出口22通过第二除尘器15与所述余热锅炉16的一端连接，所述余热锅炉16另一端通过管路与集气箱17一端连接，岁数集气箱17另一端与所述冷却风供风机11连接。
具体实施方式一：对于风淬粒化处理方法，采用附图2所示结构装置，高炉排出的1500℃左右的熔融渣2通过导流管1进入该粒化装置的粒化室壳体4内，经由喷嘴3-1喷射出的高压气体流束喷射破碎成熔融渣粒，渣粒在飞行、降落过程中经螺旋振动床5上，经底部冷却经风管6通入的冷却空气急速冷却并防止粘结，渣粒温度降至850℃~1000℃时经渣粒出口8流落至渣粒输送装置7上被输送到二次冷却室14中；换热后的高温风经高温风出口18喷出，经第一除尘器10除尘处理后，一部分输送到热风炉13内，另一部分部分缓慢输送到二次冷却室14内和渣粒充分换热后，得到700℃以上的高温风经第二除尘器15除尘处理后，进入余热锅16炉产蒸汽发电。滚筒粒化法、粒化轮粒化法也可采用该装置。 
具体实施方式二：对于离心粒化处理方法，采用附图3所示结构装置，高炉排出的1500℃左右的熔融渣2通过导流管1进入该粒化装置，经由离心粒化装置3-2粒化破碎成熔融渣粒，渣粒在飞行、降落过程中经螺旋振动床5上，经底部冷却经风管6通入的冷却空气急速冷却并防止粘结，渣粒温度降至850℃~1000℃时经渣粒出口8流落至渣粒输送装置7上被输送到二次冷却室14中；换热后的高温风经高温风出口18喷出，经第一除尘器10除尘处理后，一部分输送到热风炉13内，另一部分部分缓慢输送到二次冷却室14内和渣粒充分换热后，得到700℃以上的高温风经第二除尘器15除尘处理后，进入余热锅炉16产蒸汽发电。滚筒粒化法、粒化轮粒化法也可采用该装置。 

Claims (1)

1. 一种熔融高炉渣粒化过程的螺旋振动床余热回收装置，该装置由粒化阶段螺旋振动床快冷单元（Ⅰ）和余热回收单元（Ⅱ）组成；
所述粒化阶段螺旋振动床快冷单元（Ⅰ）包括具有水冷壁及保温层的粒化室壳体（4）、螺旋振动筛床（5）、高温风排风口（18）、第一除尘器（10）、冷却风供风机（11）和冷却通风管（6）；所述螺旋振动筛床（5）由振动电机（9）、螺旋振动体支撑底座（5-1）、螺旋振动支撑柱（5-2）和螺旋振动体面板（5-3）组成；
所述余热回收单元（Ⅱ）包括除尘系统、二次冷却室（14）和余热利用装置；所述除尘系统由第二除尘器（15）和气体分配箱（12）组成；所述二次冷却室（14）设有渣粒入口（20）、二次冷却气入口（21）和高温空气出口（22）；所述余热利用装置包括热风炉（13）和余热锅炉（16）；
所述具有水冷壁及保温层的粒化室壳体（4）内的底部均匀铺设所述冷却通风管（6），所述冷却通风管的管壁顶端设有出风口（19），所述粒化室壳体（4）内的底部的圆心位置设置所述螺旋振动体支撑底座（5-1），所述螺旋振动支撑柱（5-2）固结在所述螺旋振动体支撑底座（5-1）上，所述螺旋振动体面板（5-3）安装所述螺旋振动支撑柱（5-2）上，所述振动电机（9）与所述螺旋振动体支撑底座（5-1）固结，所述粒化室壳体（4）的底部一侧设有渣粒出口（8），所述渣粒出口（8）通过渣粒输送装置（7）与所述二次冷却室（14）的渣粒入口（20）连接，所述粒化室壳体（4）的顶部设有高温风排风口（18），所述高温风排风口（18）通过管路依次与第一除尘器（10）、气体分配箱（12）和热风炉（13）连接，所述气体分配箱（12）通过管道与所述二次冷却室（14）的二次冷却气入口（21）连接，所述二次冷却室（14）的高温空气出口（22）通过第二除尘器（15）与所述余热锅炉（16）的一端连接，所述余热锅炉（16）另一端通过管路与集气箱（17）一端连接，所述集气箱（17）另一端与所述冷却风供风机（11）连接；其中，所述螺旋振动体面板（5-3）的螺距和半径比大于0.3；所述螺旋振动体面板（5-3）为耐高温强硬度材料制成，结构为孔板结构，厚度为3mm；循环供风管路内的气体自气体分配箱（12）出来后进入二次冷却室（14）继续升温，得到高品质的余热能量供入余热锅炉（16）产蒸汽，经锅炉利用冷却后进入集气箱（17）循环利用。
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