CN103924012A - 一种冶金熔渣干法粒化余热回收装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冶金熔渣干法粒化余热回收装置及方法，其通过对粒化体系和换热体系加以系统性的改造，大幅减少了块渣和渣棉的产生，使得粒化得到的冷却渣粒大小分布更加均衡，且具有较高的玻璃化程度，球形度良好，能够直接用于作为生产水泥等后续产品的原料，并且减小了转杯对熔渣进料流量的限制，使得旋转粒化过程中多孔旋转杯的旋转能能够得到充分的利用，也使得多孔旋转杯能够以更高的转速运行，以提高粒化处理效率，同时还采用了两级余热回收体系，兼顾了较高的换热效率和余热回收率，有效地解决了现有技术对冶金熔渣的干法粒化余热回收工艺中粒化处理效率低、粒化效果较差、换热效率不高、影响余热回收利用等问题。

Description

一种冶金熔渣干法粒化余热回收装置及方法

技术领域

本发明涉及冶金工程、环保节能领域，主要涉及冶金过程的节能减排、冶金熔渣的干法粒化，特别涉及一种冶金熔渣干法粒化的装置及其方法。

背景技术

冶金熔渣，是冶金行业在金属、合金冶炼过程中得到的一种副产品，其产量巨大。例如，每生产1吨高炉生铁排放350kg左右的熔渣，每生产1吨镍铁大约要产出30吨左右的熔渣，此外，转炉炼钢以及其它铁合金冶炼中亦排出大量熔渣。这些冶金熔渣一般排出温度在1400~1700℃，每吨熔渣蕴含的显热约为1.5GJ（1GJ=10⁹焦耳），属于高品质的余热资源。冶金熔渣所蕴含的热量不仅数量大，且品质高，因此，合理回收高温冶金熔渣余热对于冶金行业降低冶炼成本及节能减排意义重大。

目前，国内外普遍采用湿法工艺处理冶金熔渣。湿法工艺就是水淬熔渣，使熔渣快速冷却得到玻璃化渣的方法。但是，该工艺处理过程中不但无法对热量进行回收，还需要消耗大量新水，采用湿法工艺每处理1吨熔渣需要耗水0.62~0.95吨左右，产生的低温低压蒸汽很难加以利用完全蒸发；虽然北方部分地区在冬季利用湿法工艺处理冶金熔渣产生的热水取暖，但由于水中杂质较多，容易使得管道结垢堵塞，同时在水淬过程中易产生H₂S、SO₂等有害气体对空气造成污染，这些弊端都限制了热水取暖的使用。此外，利用湿法工艺处理冶金熔渣产生的水渣疏松多孔，含水量很大，水渣的进一步利用还需要进行脱水处理，消耗能量。假定水渣含水率为12%，矿渣烘干机的烘干效率为50%，水渣的烘干能耗约为0.543GJ/t，转换为干渣的能耗约为0.617GJ/t，能耗较大。

针对上述问题，研究人员提出了各种干法粒化余热回收工艺，其中转杯干法粒化法得到业内人员的普遍关注。但目前对于冶金熔渣的干法粒化余热回收工艺主要存在如下的缺陷：

缺陷一：粒化系统的粒化处理效率低。现有的基于转杯干法粒化法的干法粒化余热回收工艺中，其转杯旋转系统中转杯通常由水平设置的杯底和沿杯底边缘向上延伸的杯壁构成，杯壁相对于杯底的倾角通常在135°~150°，转杯在旋转驱动电机的带动下转动，使得进入转杯的熔渣在转杯旋转离心力的作用下，沿杯壁的倾斜方向从杯壁上边缘甩出，从而自由地离心分散粒化；由此，虽然能够达到粒化效果，但由于自由离心分散粒化生产的渣粒粒径很不均匀，容易产生换热效率较低的块渣和渣棉，影响后续的热量回收效率，并且自由离心分散粒化对于熔渣进料流量的限制较大，通常在转杯内的熔渣蓄积量超过转杯容积的1/4后，就容易导致熔渣涌出量过大，从而粒化率迅速降低，使得转杯的旋转能没有得到充分利用，熔渣的粒化处理效率较低，所得到的冷却渣往往还需要经过再次粉碎，才能够用于作为生产水泥等后续产品的原料，难以达到很好的熔渣处理效果。

缺陷二：换热系统效率不高，影响粒化效果和余热回收利用。现有的干法粒化余热回收工艺中，通常在同一炉体中完成粒化、换热过程，炉体内由下至上通入换热气体，干法粒化过程在炉体中的上部完成，粒化生产的固体渣粒堆砌在炉体中的下部进行换热后排出，换热得到的热气体从炉体上部通入到余热回收装置，对热气体进行余热回收利用；该换热系统中，气体由下至上是升温过程，从炉体下部通入的换热气体，先与堆砌在炉体下部的固体渣粒换热获得较高温度后，才与炉体上部干法粒化过程离心分散产生的熔滴进行热交换，这就使得离心分散产生的熔滴与换热气体的温差较低，不仅影响了干法粒化过程的换热效率、降低了余热回收率，而且较低的温差也不利于干法粒化过程中熔滴的迅速冷却，从而容易导致固体渣粒玻璃化程度不高、粒化率降低等问题，影响粒化效果；虽然可以通过增加换热气体流量来解决这一问题，但换热气体流量过大则容易导致换热后气体温度较低，难以对余热形成有效的回收利用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种冶金熔渣干法粒化余热回收装置，其通过对粒化体系和换热体系加以系统性的改造，以有效地解决现有技术对冶金熔渣的干法粒化余热回收工艺中粒化处理效率低、粒化效果较差、换热效率不高、影响余热回收利用等问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术手段：

一种冶金熔渣干法粒化余热回收装置，包括干法粒化器、螺旋给料器、流化床换热器和余热回收器；

所述干法粒化器具有一粒化腔体，且粒化腔体的围壁为保温材料；粒化腔体的顶部设有熔渣进料口和热风出口，底部设有粒化渣出料口，粒化腔体的下部还设置有用于向粒化腔体内喷吹室温空气且出风口倾斜向上的喷吹风机；粒化腔体内的中部位于熔渣进料口正下方处设置有旋转粒化系统，所述旋转粒化系统由旋转驱动电机和多孔旋转杯构成，旋转驱动电机通过支撑架固定支撑在粒化腔体的围壁上，多孔旋转杯可拆卸地安装在旋转驱动电机竖直向上的转轴上；所述多孔旋转杯具有一水平设置的杯底以及沿杯底边缘向上延伸的杯壁，多孔旋转杯的开口朝上且正对于熔渣进料口；多孔旋转杯的杯壁相对于杯底的倾角为90°~135°，杯壁上沿周向设有从杯底位置处自下而上排布成若干行的通孔，所述通孔的孔径为1~3mm，排布在同一行的相邻两个通孔边缘之间的间距为孔径的1~2倍，排布在相邻两行的相邻两个通孔边缘之间的间距为孔径的1.5~3倍，且每相邻两行的通孔交错排列；

所述流化床换热器具有一流化床体；流化床体的顶部设有出风口，上部设有粒化渣进料口，且粒化渣进料口通过螺旋给料器与干法粒化器的粒化渣出料口相连通；流化床体的底部设有冷渣出口，且流化床体的下部靠近冷渣出口处还设置有用于向流化床体内喷吹室温空气且出风口倾斜向上的冷风机；所述冷渣出口的下方沿出料方向设置有渣粒收集器；

所述干法粒化器的热风出口和流化床换热器的出风口均通过设置有除尘器的气流通道连通至余热回收器。

作为上述冶金熔渣干法粒化余热回收装置基础上的一种优化方案，所述干法粒化器中，多孔旋转杯的杯壁上沿周向从杯底位置处自下而上设置的通孔排布为4~10行。

作为上述冶金熔渣干法粒化余热回收装置基础上的一种优化方案，所述干法粒化器中，多孔旋转杯的杯壁上通孔的中轴线为水平方向。

作为上述冶金熔渣干法粒化余热回收装置基础上的一种优化方案，所述干法粒化器中，多孔旋转杯的杯壁厚度为杯壁上通孔孔径的0.5~2倍。

作为上述冶金熔渣干法粒化余热回收装置基础上的一种优化方案，所述干法粒化器中，喷吹风机的出风口倾斜向上，使得其喷吹冷空气的出风方向朝向位于粒化腔体内中部的多孔旋转杯。

作为上述冶金熔渣干法粒化余热回收装置基础上的一种优化方案，所述流化床换热器中，流化床体的下部和底部形成向冷渣出口处逐渐缩小的漏斗状，冷风机的出风口倾斜向上地设置于流化床体下部的漏斗状侧壁处。

作为上述冶金熔渣干法粒化余热回收装置的一种可选方案，所述余热回收器为干燥窑、热风炉或余热发电机锅炉。

相应地，本发明还提供了利用上述冶金熔渣干法粒化余热回收装置的干法粒化余热回收方法。为此，本发明采用了如下的技术手段：

一种冶金熔渣干法粒化余热回收方法，采用上述的冶金熔渣干法粒化余热回收装置按如下步骤实施：

（1）启动冶金熔渣干法粒化余热回收装置的旋转粒化系统、螺旋给料器、喷吹风机和冷风机，控制旋转粒化系统的多孔旋转杯转速为900~1800rpm，控制螺旋给料器从干法粒化器的粒化渣出料口向流化床体的粒化渣进料口进行送料的送料流量大于或等于干法粒化器熔渣进料口的最大进料流量，控制喷吹风机和冷风机分别向粒化腔体内和流化床体内喷吹室温空气；

（2）将1400~1700℃的冶金熔渣输送至干法粒化器的粒化腔体顶部的熔渣进料口，使得冶金熔渣通过熔渣进料口进入多孔旋转杯内，在多孔旋转杯的旋转离心力作用下，从多孔旋转杯杯壁的通孔甩出，形成一条熔渣液线，并随后破碎、粒化成熔滴；

（3）粒化产生的熔滴在飞行下落的过程中，与粒化腔体下部的喷吹风机喷吹进入粒化腔体内的室温空气进行对流换热，迅速凝固为800~1000℃的固态渣粒；

（4）固态渣粒从粒化腔体底部的粒化渣出料口进入螺旋给料器，由螺旋给料器将固态渣粒输送至流化床换热器的粒化渣进料口，进入流化床体内；

（5）进入流化床体的固态渣粒在从粒化渣进料口下落以及在进入流化床体内堆砌的过程中，与流化床体下部的冷风机喷吹进入流化床体内的室温空气进行二次换热，经二次换热后的冷却渣粒从流化床体底部的冷渣出口排放至渣粒收集器中加以收集；

（6）在步骤2~5的过程中，在喷吹风机和冷风机形成的喷吹气压作用下，粒化腔体内经过对流换热后的热空气以及流化床体内经过二次换热后的热空气分别通过粒化腔体顶部的热风出口和流化床体顶部的出风口流入气流通道，并通过除尘器加以除尘后送入余热回收器，对热空气进行余热回收利用。

作为上述冶金熔渣干法粒化余热回收方法的一种可选方案，所述步骤6中“对热空气进行余热回收利用”，是将除尘后的热空气送入干燥窑或热风炉用以烘干物料。

作为上述冶金熔渣干法粒化余热回收方法的另一种可选方案，所述步骤6中“对热空气进行余热回收利用”，是将除尘后的热空气送入余热发电锅炉用以余热发电。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的冶金熔渣干法粒化余热回收装置及其干法粒化余热回收方法，通过对粒化体系和换热体系加以系统性的改造，大幅减少了块渣和渣棉的产生，使得粒化得到的冷却渣粒大小分布更加均衡，且具有较高的玻璃化程度，球形度良好，能够直接用于作为生产水泥等后续产品的原料，达到了减少熔渣处理步骤、提高熔渣处理效果和熔渣利用率的目的。

2、本发明的冶金熔渣干法粒化余热回收装置，采用干法粒化方法对冶金熔渣进行粒化，避免了对新水的消耗，同时粒化过程中也不会因水冷过程产生H₂S、SO₂等污染大气的有害气体。

3、本发明的冶金熔渣干法粒化余热回收装置中，独特的旋转粒化系统设计使得多孔旋转杯杯壁能够更好的适应熔渣进料流量的变化，大大减小了转杯对熔渣进料流量的限制，使得旋转粒化过程中多孔旋转杯的旋转能能够得到充分的利用，也使得多孔旋转杯能够以更高的转速运行，以提高粒化处理效率。

4、本发明的冶金熔渣干法粒化余热回收装置及其方法，在提高粒化处理效率的同时，还采用了两级余热回收体系，兼顾了较高的换热效率和余热回收率，有效地解决了现有技术对冶金熔渣的干法粒化余热回收工艺中粒化处理效率低、粒化效果较差、换热效率不高、影响余热回收利用等问题。

5、本发明的冶金熔渣干法粒化余热回收装置结构较为简单，生产实施和使用操作都较为简便，并且能够根据不同的应用情况方便地更换多孔旋转杯，可以在国内冶金企业推广应用。

附图说明

图1为本发明冶金熔渣干法粒化余热回收装置的结构示意图。

图2为本发明冶金熔渣干法粒化余热回收装置中多孔旋转杯一种具体实施结构的剖视结构示意图。

图3为本发明实施例中所得的冷却渣粒。

图1和图2中的附图标记：

10—干法粒化器；11—粒化腔体；12—熔渣进料口；13—热风出口；14—粒化渣出料口；15—喷吹风机；

20—螺旋给料器； 

30—流化床换热器；31—流化床体；32—出风口；33—粒化渣进料口；34—冷渣出口；35—冷风机；

40—余热回收器；

50—旋转粒化系统；51—旋转驱动电机；52—多孔旋转杯；53—杯底；54—杯壁；55—通孔；

60—渣粒收集器；

70—除尘器；

80—气流通道。

具体实施方式

为了解决现有技术对冶金熔渣的干法粒化余热回收工艺中粒化处理效率低、粒化效果较差、换热效率不高、影响余热回收利用等问题，本发明提供了一种冶金熔渣干法粒化余热回收装置，如图1所示。该装置主要由干法粒化器、螺旋给料器、流化床换热器和余热回收器构成。其中，干法粒化器具有一粒化腔体，且粒化腔体的围壁为保温材料，诸如粘土砖、硅藻土砖等；粒化腔体的顶部设有熔渣进料口和热风出口，底部设有粒化渣出料口，粒化腔体的下部还设置有用于向粒化腔体内喷吹室温空气且出风口倾斜向上的喷吹风机；粒化腔体内的中部位于熔渣进料口正下方处设置有旋转粒化系统，该旋转粒化系统由旋转驱动电机和多孔旋转杯构成，旋转驱动电机通过支撑架固定支撑在粒化腔体的围壁上，多孔旋转杯可拆卸地安装在旋转驱动电机竖直向上的转轴上。图2示出了本发明冶金熔渣干法粒化余热回收装置中多孔旋转杯一种具体实施结构，如图2所示，多孔旋转杯具有一水平设置的杯底以及沿杯底边缘向上延伸的杯壁，多孔旋转杯的开口朝上且正对于熔渣进料口；多孔旋转杯的杯壁相对于杯底的倾角为90°~135°（图2中示出的多孔旋转杯中，杯壁相对于杯底的倾角为90°），杯壁上沿周向设有从杯底位置处自下而上排布成若干行的通孔，所述通孔的孔径为1~3mm，排布在同一行的相邻两个通孔边缘之间的间距为孔径的1~2倍，排布在相邻两行的相邻两个通孔边缘之间的间距为孔径的1.5~3倍，且每相邻两行的通孔交错排列。系统中的流化床换热器具有一流化床体；流化床体的顶部设有出风口，上部设有粒化渣进料口，且粒化渣进料口通过螺旋给料器与干法粒化器的粒化渣出料口相连通；流化床体的底部设有冷渣出口，且流化床体的下部靠近冷渣出口处还设置有用于向流化床体内喷吹室温空气且出风口倾斜向上的冷风机；冷渣出口的下方沿出料方向设置有渣粒收集器。干法粒化器的热风出口和流化床换热器的出风口均通过设置有除尘器的气流通道连通至余热回收器。

本发明的冶金熔渣干法粒化余热回收装置，对于粒化体系和换热体系加以系统性的改造，以从整体上提高装置的粒化处理效率和换热效率。首先，本发明冶金熔渣干法粒化余热回收装置的干法粒化器中，采用了有别于现有技术的旋转粒化系统，减小了旋转粒化系统中转杯的杯壁相对于杯底的倾角（减小至90°~135°之间），并在杯壁上沿周向排布设置通孔，形成多孔旋转杯；由此，在旋转粒化系统旋转制粒的过程中，由于转杯的杯壁相对于杯底的倾角减小，从而进入多孔旋转杯的冶金熔渣再难以杯壁的上边缘甩出，而是使得多孔旋转杯中的冶金熔渣在旋转离心力作用下被迫从杯壁上的通孔中挤涌而出，形成直径与通孔孔径相当的熔渣液线，并随后破碎、粒化成熔滴，从而大幅减少了块渣和渣棉的产生；多孔旋转杯杯壁上通孔的孔径为1~3mm，被甩出的熔滴大小受到通孔孔径的限制，因此使得熔滴冷却后得到的冷却渣粒大小也主要分布在1~3mm的区间，无需再次进行粉碎处理便能够用于作为生产水泥等后续产品的原料，达到减少熔渣处理步骤、提高熔渣处理效果和利用率的目的；并且，由于多孔旋转杯杯壁上的通孔从杯底位置处自下而上设置有多层，在旋转粒化过程中，当熔渣进料流量较小、转杯内的冶金熔渣蓄积量较少时，多孔旋转杯内的冶金熔渣仅从杯壁上靠近杯底位置处的低层通孔中涌出，而当熔渣进料流量较大、转杯内的冶金熔渣蓄积量较多时，孔旋转杯内难以从低层通孔涌出的冶金熔渣被离心至转杯内较高位置后，也能够从高层孔中涌出，达到同样良好的粒化效果，从而使得多孔旋转杯杯壁能够更好的适应熔渣进料流量的变化，大大减小了转杯对熔渣进料流量的限制，使得旋转粒化过程中多孔旋转杯的旋转能能够得到充分的利用，也使得多孔旋转杯能够以更高的转速运行，以提高粒化处理效率；多孔旋转杯杯壁上的通孔之间，排布在同一行的相邻两个通孔边缘之间的间距为孔径的1~2倍，排布在相邻两行的相邻两个通孔边缘之间的间距为孔径的1.5~3倍，且每相邻两行的通孔交错排列，这样是保证多空旋转杯杯壁上通孔的分布情况不会过于密集而致使从不同通孔涌出的熔渣液线或熔滴因距离过近而重新相互结团，影响粒化效果，也保证通孔的分布情况不会过于稀疏而导致多空旋转杯杯壁上通孔数量较少造成转杯内蓄积的熔渣无法快速排出。同时，为了配合旋转粒化系统，保证较好的粒化效果，同时兼顾余热回收率，本发明冶金熔渣干法粒化余热回收装置采用了两级余热回收体系；第一级换热，是在干法粒化器中，由粒化腔体下部的喷吹风机向粒化腔体内喷吹室温空气，使得多孔旋转杯粒化产生的熔滴在飞行下落的过程中与室温空气进行对流换热，保证了熔滴与换热空气具有较大的换热温差，使得熔滴能够迅速凝固为固态渣粒，更有利于增强固体渣粒的玻璃化程度，并且较大的换热温差也更有利于提高第一级换热的换热效率和余热回收率；第一级换热得到的固态渣粒从粒化腔体底部的粒化渣出料口进入螺旋给料器，由螺旋给料器将固态渣粒输送至流化床换热器的粒化渣进料口，进入流化床体内，之所以采用螺旋给料器而没有直接采用直通管道进行送料，是为了能够通过螺旋给料器控制干法粒化器到流化床换热器的送料速度，使得螺旋给料器从干法粒化器的粒化渣出料口向流化床体的粒化渣进料口进行送料的送料流量大于或等于干法粒化器熔渣进料口的最大进料流量，避免干法粒化器中固体渣粒在粒化腔体内堆砌而阻挡住粒化腔体下部的喷吹风机出风口，导致喷吹风机喷吹的室温空气被堆砌的固体渣粒加热过后才与多孔旋转杯粒化产生的熔滴换热而影响熔滴对流换热的效率及其冷却为固体渣粒的玻璃化程度；从干法粒化器送入流化床换热器的固态渣粒温度约为800~1000℃，依然具有较多的余热，因此第二级换热，是在流化床换热器中，由流化床体下部的冷风机向流化床体内喷吹室温空气，使得进入流化床体的固态渣粒在从粒化渣进料口下落以及在进入流化床体内堆砌的过程中与室温空气进行二次换热，同样保证了固态渣粒与换热空气具有较大的换热温差，也保证了第二级换热的换热效率和余热回收率；在冶金熔渣干法粒化余热回收装置运行过程中，第一级换热和第二级换热是同步并行持续运行的，在第一级和第二级换热过程中，在喷吹风机和冷风机形成的喷吹气压作用下，粒化腔体内经过对流换热后的热空气以及流化床体内经过二次换热后的热空气分别通过粒化腔体顶部的热风出口和流化床体顶部的出风口流入气流通道，并通过除尘器加以除尘后送入余热回收器，对热空气进行余热回收利用，而经二次换热后的冷却渣粒从流化床体底部的冷渣出口排放至渣粒收集器中加以收集。

本发明的冶金熔渣干法粒化余热回收装置，对于具体实施而言，对于多孔旋转杯的材质的选用，具体根据冶金熔渣与所选材质的润湿情况来确定，优选采用石墨等与冶金熔渣润湿性较差的材质，以降低冶金熔渣与多孔旋转杯的粘附度，利于冶金熔渣从多孔旋转杯中甩出制粒。同时，多孔旋转杯的杯壁上沿周向从杯底位置处自下而上设置的通孔优选排布为4~10行，具体的行数决定于所选取的转杯的杯壁高度。作为优选设置方案，虽然多孔旋转杯的杯壁相对于杯底的倾角可以为90°~135°，但无论杯壁采用怎样的倾角设置，多孔旋转杯的杯壁上通孔的设置方向，都最好使得通孔的中轴线为水平方向设置，这主要是为了保证熔滴始终能被迅速的水平甩出，以减少熔渣在转杯内的滞留时间。由于多孔旋转杯在旋转时产生的离心力是水平向外的，如果杯壁上通孔的中轴线与水平方向存在一定的夹角，则会相应的增加多孔旋转杯中熔渣被离心力甩出时所受到的阻力，从而影响熔渣在转杯内的滞留时间；若熔渣不能及时从通孔排出，长时间粘附在杯壁上则容易形成凝固渣层，使得转杯的有效容积减小，导致旋转能利用率降低。此外，多孔旋转杯的杯壁厚度最好设置为杯壁上通孔孔径的0.5~2倍，因为若杯壁厚度过大，则杯壁上通孔的轴向长度相应增加，容易导致熔渣在通孔中粘附，极易使通孔堵塞，造成通孔利用率下降。在干法粒化器中，喷吹风机的出风口倾斜向上的设置角度，最好能够使得其喷吹冷空气的出风方向朝向位于粒化腔体内中部的多孔旋转杯，这样的设置，使得冷空气直接朝向转杯进行喷吹，一方面保证了冷空气直吹向转杯并具有有一定的风速，使得较快的风速进一步帮助转杯甩出的渣线破碎成熔滴，另一方面让熔滴直接与风速冷空气接触而快速冷却固化，从而增强冷却后所得固态渣粒的玻璃化程度。而在流化床换热器中，流化床体的下部和底部最好能够形成向冷渣出口处逐渐缩小的漏斗状，并且冷风机的出风口倾斜向上地设置于流化床体下部的漏斗状侧壁处，这样的设置，一方面使得流化床体中的固态渣粒在漏斗状区域形成短暂堆砌、减缓固态渣粒的排除速度，另一方面使得冷风机送出的冷空气与短暂堆砌的固态渣粒充分地进行二次换热，从而有利于提高二次换热的效率。此外，本发明冶金熔渣干法粒化余热回收装置中对余热回收器的选择，可以根据具体的热能利用需要而定，例如可以选用干燥窑、热风炉、余热发电机锅炉等，用以将热空气的余热回收用于烘干物料或者余热发电。

从具体操作过程而言，利用本发明冶金熔渣干法粒化余热回收装置进行冶金熔渣干法粒化和余热回收处理的实施步骤如下：

（1）启动冶金熔渣干法粒化余热回收装置的旋转粒化系统、螺旋给料器、喷吹风机和冷风机，控制旋转粒化系统的多孔旋转杯转速为900~1800rpm，控制螺旋给料器从干法粒化器的粒化渣出料口向流化床体的粒化渣进料口进行送料的送料流量大于或等于干法粒化器熔渣进料口的最大进料流量，控制喷吹风机和冷风机分别向粒化腔体内和流化床体内喷吹室温空气；

（2）将1400~1700℃的冶金熔渣输送至干法粒化器的粒化腔体顶部的熔渣进料口，使得冶金熔渣通过熔渣进料口进入多孔旋转杯内，在多孔旋转杯的旋转离心力作用下，从多孔旋转杯杯壁的通孔甩出，形成一条熔渣液线，并随后破碎、粒化成熔滴；

（3）粒化产生的熔滴在飞行下落的过程中，与粒化腔体下部的喷吹风机喷吹进入粒化腔体内的室温空气进行对流换热，迅速凝固为800~1000℃的固态渣粒；

（4）固态渣粒从粒化腔体底部的粒化渣出料口进入螺旋给料器，由螺旋给料器将固态渣粒输送至流化床换热器的粒化渣进料口，进入流化床体内；

（5）进入流化床体的固态渣粒在从粒化渣进料口下落以及在进入流化床体内堆砌的过程中，与流化床体下部的冷风机喷吹进入流化床体内的室温空气进行二次换热，经二次换热后的冷却渣粒从流化床体底部的冷渣出口排放至渣粒收集器中加以收集；

（6）在步骤2~5的过程中，在喷吹风机和冷风机形成的喷吹气压作用下，粒化腔体内经过对流换热后的热空气以及流化床体内经过二次换热后的热空气分别通过粒化腔体顶部的热风出口和流化床体顶部的出风口流入气流通道，并通过除尘器加以除尘后送入余热回收器，对热空气进行余热回收利用。

在上述操作流程的步骤1中，控制旋转粒化系统的多孔旋转杯转速为900~1800rpm，是为了与多孔旋转杯杯壁上的通孔尺寸相配合，以控制粒化生产的渣粒尺寸；在多孔旋转杯的通孔孔径确定的条件下，更快的转速能够适当减小粒化所得冷却渣粒的粒径，相应地也更有利于提高旋转粒化系统的粒化处理效率。对于具体应用实施而言，多孔旋转杯杯壁上的通孔尺寸可以根据具体应用需要而设定；并且，由于本发明冶金熔渣干法粒化余热回收装置中旋转粒化系统的多孔旋转杯与转驱动电机的转轴之间采用可拆卸安装结构，因此具体应用中可以设计通孔孔径大小不同的多个多孔旋转杯（例如设计三个多孔旋转杯，通孔孔径大小分别为1mm、2mm、3mm），以备在不同应用场合下更换使用。而步骤1中控制螺旋给料器从干法粒化器的粒化渣出料口向流化床体的粒化渣进料口进行送料的送料流量大于或等于干法粒化器熔渣进料口的最大进料流量，是为了避免干法粒化器中固体渣粒在粒化腔体内堆砌而阻挡住粒化腔体下部的喷吹风机出风口，导致喷吹风机喷吹的室温空气被堆砌的固体渣粒加热过后才与多孔旋转杯粒化产生的熔滴换热而影响熔滴对流换热的效率及其冷却为固体渣粒的玻璃化程度。采用本发明冶金熔渣干法粒化余热回收方法，其两次换热得到的热风经除尘处理后，可以送入干燥窑或热风炉用以烘干物料，也可以送入余热发电锅炉用以余热发电等。而收集到的冷却渣粒，其玻璃化程度很高（一般可达95%左右），并且其渣粒粒径分布均匀，球形度良好，过程中产生的渣棉极少，能够直接运往水泥厂作为生产水泥的原料，冷却渣粒的利用率高。

由此可以看到，本发明的冶金熔渣干法粒化余热回收装置及其干法粒化余热回收方法，通过对粒化体系和换热体系加以系统性的改造，大幅减少了块渣和渣棉的产生，使得粒化得到的冷却渣粒大小分布更加均衡，且具有较高的玻璃化程度，球形度良好，能够直接用于作为生产水泥等后续产品的原料，达到了减少熔渣处理步骤、提高熔渣处理效果和熔渣利用率的目的，并且减小了转杯对熔渣进料流量的限制，使得旋转粒化过程中多孔旋转杯的旋转能能够得到充分的利用，也使得多孔旋转杯能够以更高的转速运行，以提高粒化处理效率，同时还采用了两级余热回收体系，兼顾了较高的换热效率和余热回收率，有效地解决了现有技术对冶金熔渣的干法粒化余热回收工艺中粒化处理效率低、粒化效果较差、换热效率不高、影响余热回收利用等问题。

下面结合实施例对本发明的技术方案及其效果作进一步的说明。

实施例一：

实施例一中，采用本发明冶金熔渣干法粒化余热回收装置对熔渣进行粒化和余热回收操作。本实施例中冶金熔渣干法粒化余热回收装置所用的多孔旋转杯，直径为40mm，高度为135mm，壁厚为2mm，转杯杯壁倾角为135°，转杯开孔孔径为1mm。本实施例中所用的冶金熔渣，为高炉炼钢所得的高炉熔渣，其主要成分如表1所示：

表1 熔渣主要的化学成分（wt%）

本实施例中，将冶金熔渣干法粒化余热回收装置的多孔旋转杯转速分别设定为900、1200、1500和1800rpm，熔渣温度为1450℃，采用本发明的冶金熔渣干法粒化余热回收装置及方法进行粒化和余热回收操作，并对粒化渣粒的平均粒径、球形度和非晶化率等指标进行了分析，所得结果如表2和表3所示：

表2 转杯开孔孔径为1mm时的渣粒粒度组成（wt%）

表3 转杯开孔孔径为1mm时的粒化结果

实施例二：

实施例二中，冶金熔渣干法粒化余热回收装置所用的多孔旋转杯，直径为40mm，高度为135mm，壁厚为3mm，转杯倾角为110°，转杯开孔孔径为2mm。本实施例中，将冶金熔渣干法粒化余热回收装置的多孔旋转杯转速分别设定为900、1200、1500和1800rpm，采用本发明的冶金熔渣干法粒化余热回收装置及方法对实施例一中所述的高炉熔渣进行粒化和余热回收操作，熔渣温度为1450℃，熔渣主要成分件表1，并对粒化渣粒的平均粒径、球形度和非晶化率等指标进行了分析，所得结果如表4和表5所示：

表4 转杯开孔孔径为2mm时的渣粒粒度组成（wt%）

表5 转杯开孔孔径为2mm时的粒化结果

实施例三：

实施例三中，冶金熔渣干法粒化余热回收装置所用的多孔旋转杯，直径为40mm，高度为135mm，壁厚为5mm，转杯倾角为90°，转杯开孔孔径为3mm。本实施例中，将冶金熔渣干法粒化余热回收装置的多孔旋转杯转速分别设定为900、1200、1500和1800rpm，采用本发明的冶金熔渣干法粒化余热回收装置及方法对实施例一中所述的高炉熔渣进行粒化和余热回收操作，熔渣温度为1450℃，熔渣主要成分件表1，并对粒化渣粒的平均粒径、球形度和非晶化率等指标进行了分析，所得结果如表6和表7所示：

表6 转杯开孔孔径为3mm时的粒度组成（wt%）

表7 转杯开孔孔径为3mm时的粒化结果

图3所示为实施例中开孔孔径为2mm，转速为1500rpm，粒化所得到的冷却渣粒。通过图3所示的冷却渣粒情况，可以看到，采用本发明冶金熔渣干法粒化余热回收装置即方法得到的冷却渣粒，其玻璃化程度很高，并且其渣粒粒径分布均匀，球形度良好，渣棉极少，能够直接运往水泥厂作为生产水泥的原料，冷却渣粒的利用率高。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种冶金熔渣干法粒化余热回收装置，其特征在于，包括干法粒化器、螺旋给料器、流化床换热器和余热回收器；

所述干法粒化器具有一粒化腔体，且粒化腔体的围壁为保温材料；粒化腔体的顶部设有熔渣进料口和热风出口，底部设有粒化渣出料口，粒化腔体的下部还设置有用于向粒化腔体内喷吹室温空气且出风口倾斜向上的喷吹风机；粒化腔体内的中部位于熔渣进料口正下方处设置有旋转粒化系统，所述旋转粒化系统由旋转驱动电机和多孔旋转杯构成，旋转驱动电机通过支撑架固定支撑在粒化腔体的围壁上，多孔旋转杯可拆卸地安装在旋转驱动电机竖直向上的转轴上；所述多孔旋转杯具有一水平设置的杯底以及沿杯底边缘向上延伸的杯壁，多孔旋转杯的开口朝上且正对于熔渣进料口；多孔旋转杯的杯壁相对于杯底的倾角为90°~135°，杯壁上沿周向设有从杯底位置处自下而上排布成若干行的通孔，所述通孔的孔径为1~3mm，排布在同一行的相邻两个通孔边缘之间的间距为孔径的1~2倍，排布在相邻两行的相邻两个通孔边缘之间的间距为孔径的1.5~3倍，且每相邻两行的通孔交错排列；

所述流化床换热器具有一流化床体；流化床体的顶部设有出风口，上部设有粒化渣进料口，且粒化渣进料口通过螺旋给料器与干法粒化器的粒化渣出料口相连通；流化床体的底部设有冷渣出口，且流化床体的下部靠近冷渣出口处还设置有用于向流化床体内喷吹室温空气且出风口倾斜向上的冷风机；所述冷渣出口的下方沿出料方向设置有渣粒收集器；

所述干法粒化器的热风出口和流化床换热器的出风口均通过设置有除尘器的气流通道连通至余热回收器。

2.根据权利要求1所述的冶金熔渣干法粒化余热回收装置，其特征在于，所述干法粒化器中，多孔旋转杯的杯壁上沿周向从杯底位置处自下而上设置的通孔排布为4~10行。

3.根据权利要求1所述的冶金熔渣干法粒化余热回收装置，其特征在于，所述干法粒化器中，多孔旋转杯的杯壁上通孔的中轴线为水平方向。

4.根据权利要求1所述的冶金熔渣干法粒化余热回收装置，其特征在于，所述干法粒化器中，多孔旋转杯的杯壁厚度为杯壁上通孔孔径的0.5~2倍。

5.根据权利要求1所述的冶金熔渣干法粒化余热回收装置，其特征在于，所述干法粒化器中，喷吹风机的出风口倾斜向上，使得其喷吹冷空气的出风方向朝向位于粒化腔体内中部的多孔旋转杯。

6.根据权利要求1所述的冶金熔渣干法粒化余热回收装置，其特征在于，所述流化床换热器中，流化床体的下部和底部形成向冷渣出口处逐渐缩小的漏斗状，冷风机的出风口倾斜向上地设置于流化床体下部的漏斗状侧壁处。

7.根据权利要求1所述的冶金熔渣干法粒化余热回收装置，其特征在于，所述余热回收器为干燥窑、热风炉或余热发电机锅炉。

8.一种冶金熔渣干法粒化余热回收方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的冶金熔渣干法粒化余热回收装置按如下步骤实施：

（1）启动冶金熔渣干法粒化余热回收装置的旋转粒化系统、螺旋给料器、喷吹风机和冷风机，控制旋转粒化系统的多孔旋转杯转速为900~1800rpm，控制螺旋给料器从干法粒化器的粒化渣出料口向流化床体的粒化渣进料口进行送料的送料流量大于或等于干法粒化器熔渣进料口的最大进料流量，控制喷吹风机和冷风机分别向粒化腔体内和流化床体内喷吹室温空气；

（2）将1400~1700℃的冶金熔渣输送至干法粒化器的粒化腔体顶部的熔渣进料口，使得冶金熔渣通过熔渣进料口进入多孔旋转杯内，在多孔旋转杯的旋转离心力作用下，从多孔旋转杯杯壁的通孔甩出，形成一条熔渣液线，并随后破碎、粒化成熔滴；

（3）粒化产生的熔滴在飞行下落的过程中，与粒化腔体下部的喷吹风机喷吹进入粒化腔体内的室温空气进行对流换热，迅速凝固为800~1000℃的固态渣粒；

（4）固态渣粒从粒化腔体底部的粒化渣出料口进入螺旋给料器，由螺旋给料器将固态渣粒输送至流化床换热器的粒化渣进料口，进入流化床体内；

（5）进入流化床体的固态渣粒在从粒化渣进料口下落以及在进入流化床体内堆砌的过程中，与流化床体下部的冷风机喷吹进入流化床体内的室温空气进行二次换热，经二次换热后的冷却渣粒从流化床体底部的冷渣出口排放至渣粒收集器中加以收集；

（6）在步骤2~5的过程中，在喷吹风机和冷风机形成的喷吹气压作用下，粒化腔体内经过对流换热后的热空气以及流化床体内经过二次换热后的热空气分别通过粒化腔体顶部的热风出口和流化床体顶部的出风口流入气流通道，并通过除尘器加以除尘后送入余热回收器，对热空气进行余热回收利用。

9.根据权利要求8所述的冶金熔渣干法粒化余热回收方法，其特征在于，所述步骤6中“对热空气进行余热回收利用”，是将除尘后的热空气送入干燥窑或热风炉用以烘干物料。

10.根据权利要求8所述的冶金熔渣干法粒化余热回收方法，其特征在于，所述步骤6中“对热空气进行余热回收利用”，是将除尘后的热空气送入余热发电锅炉用以余热发电。