CN105018658B - 一种冶金熔渣粒化及热能多级回收一体化装置 - Google Patents
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Abstract
一种冶金熔渣粒化及热能多级回收一体化装置，包括熔渣粒化室、渣粒热能回收室以及气热回收室；渣粒热能回收腔与气热回收室布置在熔渣粒化室两侧；熔渣粒化室四周采用第一水冷壁，顶部设有熔渣槽和熔渣粒化设备，熔渣粒化室底部设置第一埋管、倾斜的第一布风板和第一风室，第一布风板最低侧设置导渣通道，与渣粒热能回收室的下部连通；熔渣粒化室、渣粒热能回收室侧面外分别布置至少一个旋风分离器；渣粒热能回收室的底部从上往下依次布置第二埋管、第二布风板和第二风室，第二布风板的最低侧设置排渣口；第一旋风分离器和第二旋风分离器通过气体管道与气热回收室相连。本发明具有工艺装置结构紧凑、优越换热效果及工艺整体性和可靠性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶金熔渣粒化及热能多级回收一体化装置，属于冶金熔渣处理与余热回收利用技术领域。
背景技术
熔渣是在冶金生产过程中的高温、熔融态产物，如液态的高炉渣、钢渣、铜渣等，其中蕴含着丰富的热能资源。
例如液态高炉渣是一种典型的熔渣，急冷处理的高炉渣形成大量的玻璃相的非晶态物质，具有较高的水合活性，是生产水泥等建筑材料的优质原料。同时，液态高炉渣温度在1300℃到1600℃之间，具有很高的热能回收利用价值。
目前，液态高炉渣主要采用水淬法处理，水淬后的高炉渣可用于制作水泥等建筑材料，水淬法存在的主要问题有：耗水量大；产生H2S和SOx造成大气污染；热能没有得到回收；水淬渣含水率高，研磨需进行干燥处理；循环水中所含微细颗粒对水泵和阀门等部件的磨损和堵塞非常严重，系统维护工作量大，增加了维护费用。
针对高炉熔渣水淬工艺的缺点，20世纪70年代国外就已经开始研究干式粒化熔渣的方法，比较有代表性的有风淬法和离心法。风淬法是用大功率造粒风机产生高速气流吹散液态高炉渣，其主要缺点是动力消耗大、设备庞大复杂、占地面积大、投资和运行费用高，在液态高炉渣流量变化时，风速和风量不易协调，且大量的冷风进入系统也降低了热量回收的品质。离心法是依靠转盘或转杯高速旋转产生的离心力将液态高炉渣粒化，虽然不需要造粒风机这样的高耗能设备，但是高速旋转的转盘或转杯与高温熔渣直接接触，因此降低了粒化设备运行的可靠性，加之粒化效果对液态高炉渣的温度和流量变化较为敏感，仅靠调节转速效果并不理想，并且熔渣向四周高速飞散也不利于设备的紧凑设计，高温熔渣集中高速撞击设备内部某一部位，也易造成设备的局部过热而损坏设备。
近几年，国内的部分科研团队也对熔渣的粒化工艺进行了相关的研究，例如转杯粒化、机械轮粒化、高压气体粒化等，但大部分研究仅局限于熔渣粒化工艺本身，或是分体设置热能回收工艺装置。分体设置方式不紧凑、工艺整体性差、设备占地面积较大、热能回收率相对较低，尤其是包含高温渣粒中间转运环节的工艺设置，增加了工艺整体的不稳定性与安全隐患，同时也使工艺运行控制难度加大。
发明内容
针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种可满足当前行业需求的冶金熔渣粒化及热能多级回收一体化装置。
本发明的技术方案如下：
一种冶金熔渣粒化及热能多级回收一体化装置，包括熔渣粒化室、渣粒热能回收室以及气热回收室；所述渣粒热能回收室与气热回收室布置在熔渣粒化室的两侧；所述的熔渣粒化室的四周采用第一水冷壁，熔渣粒化室的顶部设有熔渣槽和熔渣粒化设备，熔渣粒化室底部设置第一埋管、第一冷却风系统，第一冷却风系统包括倾斜的第一布风板和第一风室，第一风室布置在第一布风板底部；第一布风板上设置至少一个第一风帽；所述第一埋管布置在第一布风板上方；所述的熔渣粒化室的侧面外布置至少一个第一旋风分离器；所述的熔渣粒化室底部的第一布风板最低侧设置倾斜布置的导渣通道，与所述的渣粒热能回收室的下部连通；所述的渣粒热能回收室的四周为第二水冷壁，渣粒热能回收室的侧面外布置至少一个第二旋风分离器；所述渣粒热能回收室的底部从上往下依次布置第二埋管、第二冷却风系统，所述第二冷却风系统包括倾斜的第二布风板和位于第二布风板下方的第二风室，第二布风板上设置至少一个第二风帽；第二布风板的最低侧设置排渣口；熔渣粒化室的第一旋风分离器的气体通道和渣粒热能回收室的第二旋风分离器的气体通道通过气体管道与气热回收室相连。
上述技术方案中，所述的第一埋管和第二埋管都为盘旋管组；第一埋管与水平面的倾斜夹角α为0~45°；第二埋管与水平面的倾斜夹角θ为0~45°；所述第一布风板与水平面的夹角β为3~45°；所述第二布风板与水平面的夹角γ为3~45°；所述导渣通道与水平面的夹角φ为3~60°。
上述技术方案中，所述的气热回收室内从上到下依次布置过热器换热装置和省煤器换热装置，气热回收室的底部布置排尘口。
本发明与现有技术相比具有以下优点：采用熔渣粒化与热能回收一体化布置结构，且采用水冷壁和埋管换热，在工艺装置结构紧凑的同时强化了换热效果；一体化装置内部没有高温渣粒输送转运环节，且高温工艺段均无传动设备或部件，工艺整体性和可靠性得到进一步加强。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种冶金熔渣粒化及热能多级回收一体化装置示意图。
图2为本发明所涉及的一种冶金熔渣粒化及热能多级回收一体化装置所述第一旋风分离器设置1个时的布置示意图。
图3为本发明所涉及的一种冶金熔渣粒化及热能多级回收一体化装置所述第一旋风分离器设置2个时的布置示意图。
图4为本发明所涉及的一种冶金熔渣粒化及热能多级回收一体化装置所述第二旋风分离器设置2个时的布置示意图。
图中：1－熔渣槽；2－熔渣粒化设备；3－第一水冷壁；4－第一旋风分离器；5－熔渣粒化室；6－第一埋管；7－第一布风板；8－导渣通道；9－第一风室；10－第二旋风分离器；11－渣粒热能回收室；12－第二水冷壁；13－第二埋管；14－第二布风板；15－排渣口；16－第二风室；17－汽包；18－气热回收室；19－过热蒸汽出口；20－过热换热器装置；21－省煤器换热装置；22－给水进口；23－气体排出口；24－排尘口；25－气体管道；26－第一风帽；27－第二风帽。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明所提供的一种冶金熔渣粒化及其热能多级回收一体化装置的结构、原理和工作过程。
如附图1和附图2所示，一种冶金熔渣粒化及热能多级回收一体化装置，包括熔渣粒化室5、渣粒热能回收室11以及气热回收室18。所述渣粒热能回收室11与气热回收室18布置在熔渣粒化室5的两侧。
熔渣粒化室5的顶部设有熔渣槽1和熔渣粒化设备2，1000~ 1500℃的液态熔渣通过熔渣槽1，在熔渣粒化设备2上被急冷固化、破碎成平均直径小于10mm的渣粒，渣粒呈射线状散落到熔渣粒化室5底部。熔渣粒化室5底部从上往下依次设置第一埋管6、第一冷却风系统。第一冷却风系统包括倾斜的第一布风板7和第一风室9。所述第一埋管6布置在第一布风板7上方，第一风室9布置在第一布风板7底部。第一布风板7上设置至少一个第一风帽26，冷却风通过第一风室9，在第一布风板7上的第一风帽26的均匀布风作用下进入熔渣粒化室5，渣粒在下落过程中与上行的冷却风进行换热冷却。掉落熔渣粒化室5下部的渣粒，与布置在布风板7上方的第一埋管6内的水工质进行换热，产生蒸汽。所述的第一埋管6为盘旋管组，可以达到扩大换热面积的作用。第一埋管6与水平面的倾斜夹角α为0~45°。所述的熔渣粒化室5的侧面外布置至少一个第一旋风分离器4，冷却气体换热后，夹带着部分粉尘进入到第一旋风分离器4进行气固分离，分离下来的固体颗粒沿第一旋风分离器4的料腿回到熔渣粒化室5下部。所述的熔渣粒化室5的四周采用膜式水冷壁结构，即熔渣粒化室5的四周设置第一水冷壁3，热风在上行过程与第一水冷壁3换热，加热水冷壁内的工质水。水冷壁可以强化熔渣粒化室5的渣粒换热效果，吸收急冷固化的热渣粒在下落接触过程中的显热，以及与渣粒换热后的热风的热量。
熔渣粒化室5底部的第一布风板7为倾斜布置，第一布风板7的倾斜角β，即布风板与水平面的夹角为3~45°。第一布风板7的最低侧设置倾斜布置的导渣通道8，与渣粒热能回收室11的下部连通。导渣通道8与水平面的夹角φ为3~60°，经过一次换热后的渣粒被引导进入到渣粒热能回收室11。所述渣粒热能回收室11的底部从上往下依次布置第二埋管13、倾斜的第二布风板14和第二风室16。第二埋管13为盘旋管组，第二埋管13与水平面的倾斜夹角θ为0~45°。高温渣粒在渣粒热能回收室11内与第二埋管13换热，加热第二埋管13内的工质水，产生蒸汽。冷却风通过第二风室16和第二布风板14，在第二布风板14上的第二风帽27的均匀布风下进入渣粒热能回收室11，与高温渣粒换热产生热风。第二风帽27设置至少一个。所述的渣粒热能回收室11四周也采用膜式水冷壁结构，即渣粒热能回收室11四周设置第二水冷壁12，与热风及接触的高温渣粒换热，进一步强化热交换效果。渣粒热能回收室11的侧面外布置至少一个第二旋风分离器10，冷却气体换热后产生的热风夹带着部分粉尘进入到第二旋风分离器10进行气固分离，分离下来的固体颗粒沿第二旋风分离器10的料腿回到渣粒热能回收室11的下部。第二布风板14与水平面的夹角γ为3~45°，第二布风板14的最低侧设置排渣口15，换热后的低温渣粒从排渣口15排出。
熔渣粒化室5的第一旋风分离器4的气体通道和渣粒热能回收室11的第二旋风分离器10的气体通道连通，然后通过气体管道25与气热回收室18相连。在第二旋风分离器10除尘分离后的热气体从气体通道排出，和在第一旋风分离器4除尘分离后的热气体汇合，通过气体管道25进入气热回收室18。热气体经过气热回收室18内的过热器换热装置20和省煤器换热装置21依次进行换热降低气体温度而同时获得过热蒸汽，过热蒸汽从过热蒸汽出口19供后续利用。而气体从气体出口23往烟囱排放或者回收利用。气热回收室18下方设置排尘口24，可以及时清除气热回收室18内可能产生的积灰。冷却水从省煤器换热装置21下方的给水进口22进入工质系统。
如附图2所示，当所述熔渣粒化室5外侧布置一个第一旋风分离器4时，第一旋风分离器4的位置与熔渣槽1和熔渣粒化设备2的位置相对，分别在熔渣粒化室5的两侧。
当所述熔渣粒化室5外侧布置两个或多个第一旋风分离器4时，其中一种实施方式如附图3所示，两个或多个第一旋风分离器对称布置在熔渣粒化室5两侧，即没有渣粒热能回收腔11与气热回收室18布置的另外两侧。两个第一旋风分离器4的气体通道相通，热气体汇流后，再与气体管道25相连。另一种实施方式也可以如附图2所示，多个第一旋风分离器4并列，其位置与熔渣槽1和熔渣粒化设备2的位置相对，分别在熔渣粒化室5的两侧
渣粒热能回收室11的第二旋风分离器10也可以布置两个或多个，其中一种实施方式如附图4所示，与第一旋风分离器4类似，两个或多个第二旋风分离器10对称布置在渣粒热能回收室11的两侧，两个第二旋风分离器10的气体通道相通，热气体汇流后，再与气体管道25相连。
Claims (6)
1.一种冶金熔渣粒化及热能多级回收一体化装置，其特征在于：所述装置包括熔渣粒化室（5）、渣粒热能回收室（11）以及气热回收室（18）；所述渣粒热能回收室（11）与气热回收室（18）布置在熔渣粒化室（5）的两侧；所述的熔渣粒化室（5）的四周布置第一水冷壁（3），熔渣粒化室（5）的顶部设有熔渣槽（1）和熔渣粒化设备（2）；所述的熔渣粒化室（5）的侧面外布置至少一个第一旋风分离器（4）；熔渣粒化室（5）底部一侧设置倾斜布置的导渣通道（8），与所述的渣粒热能回收室（11）的下部连通；所述熔渣粒化室（5）底部设有第一冷却风系统；所述的渣粒热能回收室（11）的四周布置第二水冷壁（12），渣粒热能回收室（11）的侧面外布置至少一个第二旋风分离器（10）；熔渣粒化室（5）的第一旋风分离器（4）的气体通道和渣粒热能回收室（11）的第二旋风分离器（10）的气体通道通过气体管道（25）与气热回收室（18）相连。
2.根据权利要求1所述的一种冶金熔渣粒化及热能多级回收一体化装置，其特征在于：所述熔渣粒化室（5）底部从上往下依次布置第一埋管（6）、第一冷却风系统，所述第一冷却风系统包括倾斜的第一布风板（7）和位于第一布风板（7）下方的第一风室（9），第一布风板（7）上设置至少一个第一风帽（26）；所述导渣通道（8）设置在第一布风板（7）的最低侧。
3.根据权利要求1所述的一种冶金熔渣粒化及热能多级回收一体化装置，其特征在于：所述渣粒热能回收室（11）的底部从上往下依次布置第二埋管（13）、第二冷却风系统，所述第二冷却风系统包括倾斜的第二布风板（14）和位于第二布风板（14）下方的第二风室（16），第二布风板（14）上设置至少一个第二风帽（27）；第二布风板（14）的最低侧设置排渣口（15）。
4.根据权利要求2所述的一种冶金熔渣粒化及热能多级回收一体化装置，其特征在于：所述的第一埋管（6）为盘旋管组；第一埋管（6）与水平面的倾斜夹角α为0~45°；所述第一布风板（7）与水平面的夹角β为3~45°；所述导渣通道（8）与水平面的夹角φ为3~60°。
5.根据权利要求3所述的一种冶金熔渣粒化及热能多级回收一体化装置，其特征在于：所述的第二埋管（13）为盘旋管组；第二埋管（13）与水平面的倾斜夹角θ为0~45°；所述第二布风板（14）与水平面的夹角γ为3~45°。
6.根据权利要求1所述的一种冶金熔渣粒化及热能多级回收一体化装置，其特征在于：所述的气热回收室（18）内从上到下依次布置过热器换热装置（20）和省煤器换热装置（21），气热回收室（18）的底部布置排尘口（24）。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |