CN105112577B - 干式粒化回收高炉渣余热的装置和回收高炉渣余热的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种干式粒化回收高炉渣余热的装置与方法，属于冶金渣热能回收技术领域。所述装置安装在高炉和热风炉之间，由用于高炉熔渣干式粒化的粒化窑及其附属管道装置以及与之配套用的除尘器组成。其中，粒化窑及其附属管道装置包括：鼓风机、熔渣导入槽、上密封阀、储渣罐、滑动水口、下密封阀、放散阀、均压阀、粒化窑气体输出管道、低温粒渣排出管道、粒化窑冷风管道、熔渣喷嘴管道和粒化器，粒化窑窑体内设有粒化区和换热区使用本装置可充分回收熔渣凝固潜热和高温渣粒显热。此外，余热回收产生的热风直接供给高炉热风炉，具有物料输送距离短、过程热量损失少、热回收率高、基本无需二次动力消耗以及额外投资少等优点。

Description

干式粒化回收高炉渣余热的装置和回收高炉渣余热的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别属于高炉渣热量回收技术范畴，具体涉及一种利用干式粒化方式回收高炉渣余热的装置和利用所述装置回收高炉渣余热的方法
背景技术
作为高炉炼铁工艺的主要副产品，高炉渣是一种高品位的硅酸盐二次资源。目前世界主要产铁国对高炉渣的回收利用率已达95％以上，其中主要工艺是将高炉渣经水淬急冷处理制成具有较高附加值的水泥熟料替代物。然而，传统的水淬工艺存在诸如水资源消耗严重、含硫气体排放量大、所得水渣仍需进一步脱水干燥以及高温熔渣余热基本无法回收等弊端。事实上，液态高炉渣的排放温度一般在1300℃到1550℃之间，是优质的余热资源。2014年我国生铁产量约为7.12亿吨，产出高炉渣约2.2亿吨，按照平均比热容1.05kJ·kg-1·℃-1计算，这些炉渣产生的显热约为3.23×108GJ，若将其全部回收利用，相当于节省使用标准煤1100万吨或减少CO2排放1600万吨。由于环境保护以及发展节约型经济的约束，钢铁工业节能减排的压力将会越来越大，然而先进钢铁企业通过直接降低能耗来实现减排的潜力已经不大。因此，高效回收包括高炉渣和炼钢渣在内的冶金熔渣余热，从而降低部分原燃料消耗量是我国钢铁企业实现上述目标的重要手段之一。
针对熔渣水淬工艺的缺点，20世纪70年代国外已有相关研究机构着手研究冶金熔渣的干式粒化方法，并提出一系列工艺流程。干式粒化是一种在基本不消耗水资源的前提下，将液态熔渣迅速破碎凝固为小颗粒，并利用空气作为储热介质与渣粒充分接触换热，从而回收其余热的处理方法。然而，目前现有工艺是在开放环境下进行粒化，然后将粒化所得的中低温渣粒移至换热器进行余热回收，这将导致熔渣凝固潜热以及高温渣粒显热不能得到利用。另外，粒化后渣粒余热的回收利用是将换热后的空气压缩，而后输送至余热锅炉发电，这势必将导致压缩热风所需的动力消耗、输送过程的热损失以及压缩、输送和发电设备的额外投资增加等事情的发生。因此，充分回收粒化潜热和高温显热，同时在流程内利用回收的余热，无论在提高余热回收利用效率和企业经济效益还是在降低钢铁企业综合能耗和排放等方面都具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效经济的利用干式粒化方式回收高炉渣余热的装置和利用该装置回收高炉渣余热的方法。
根据本发明的示例性实施例，提供了一种利用干式粒化方式回收高炉渣余热的装置，所述装置包括在高炉和热风炉之间设立一套主要由用于高炉熔渣干式粒化的粒化窑及其附属管道装置以及与之配套用的除尘器组成。图1是示出具有上述装置的高炉冶炼工艺设备的平面布置示意图，其中，1为高炉，2为热风炉，3为粒化窑，4为粒化区，5为换热区，6为除尘器，7为鼓风机，8为除尘灰排出管道，9为熔渣导入槽，10为上密封阀，11为储渣罐，12为滑动水口，13为下密封阀，14为放散阀，15为均压阀，16为粒化窑气体输出管道，17为高温气体输送管道，18为热风炉冷风管道，19为高温助燃风管道，20为热源燃气管道，21为热风炉供风管道，22为低温粒渣排出管道，23为粒化窑冷风管道，24为熔渣喷嘴管道，25为粒化器。
由图1可见，根据本发明的示例性实施例的粒化窑(3)及其附属管道等装置主要包括：熔渣导入槽(9)、上密封阀(10)、储渣罐(11)、滑动水口(12)、下密封阀(13)、放散阀(14)、均压阀(15)、粒化窑气体输出管道(16)、低温粒渣排出管道(22)、粒化窑冷风管道(23)，熔渣喷嘴管道(24)，粒化器(25)。其中，粒化窑(3)的窑体内设有粒化区(4)和换热区(5)，位于粒化窑(3)的顶端的熔渣导入槽(9)与上密封阀(10)连接，密封阀(10)下边设有储渣罐(11)，储渣罐(11)下边设有滑动水口(12)，滑动水口(12)与下密封阀(13)连接，下密封阀(13)与深入到粒化窑(3)内部粒化区(4)的熔渣喷嘴管道(24)相连接，熔渣喷嘴管道(24)下方安装有粒化器(25)；粒化窑(3)的窑体内的粒化区(4)的下部是换热区(5)，换热区(5)可以设计成为填充床式，换热区(5)底部分别与低温粒渣排出管道(22)和粒化窑冷风管道(23)相连通，粒化窑冷风管道(23)同鼓风机相连接，储渣罐(11)顶部侧面设有放散阀(14)，粒化窑(3)窑体内粒化区(4)顶部与均压阀(15)相连通，均压阀(15)通过管道又与连接储渣罐(11)和放散阀(14)之间的管道相连通，窑体内粒化区(4)顶部还连通有粒化窑气体输出管道(16)；本装置中除尘器(6)的结构和普通除尘器基本相同，其侧面设有进气口，顶部设有出气口，底部设有除尘灰排出管道(8)，除尘器(6)的进气口同粒化窑气体输出管道(16)相连通，出气管道或与高温气体输送管道(17)相连通，或与高温助燃风管道(19)相连通，高温气体输送管道(17)的另一端与热风炉冷风管道(18)相连通，高温助燃风管道(19)直接接入热风炉。
本系统装置中也可以单独设立独立的鼓风机为粒化窑(3)供风，所供的气体包括空气和富氧空气。
根据本发明的示例性实施例，提供了一种利用上述熔渣干式粒化系统装置回收高炉渣余热的方法，所述方法主要包括以下步骤：
(1)、将高炉热风炉原用鼓风机(7)鼓出的自然风通过管道进行分流，一部分通过粒化窑冷风管道(23)从其下部吹入密闭的粒化窑(3)内，另外一部分仍然通过热风炉冷风管道(18)供给热风炉(2)；
(2)、从高炉(1)出铁沟中导出的液态熔渣温度控制为1300℃到1550℃；熔渣经过熔渣导入槽(9)和上密封阀(10)注入位于粒化窑(3)顶部的储渣罐(11)内，然后高温熔渣再通过滑动水口(12)、下密封阀(13)和伸入到粒化窑(3)内部粒化区(4)的熔渣喷嘴管道(24)伸入粒化窑(3)的粒化区(4)并通过粒化器(25)进行粒化；储渣罐设有均压和放散装置，以实现粒化窑内密闭高压环境下熔渣的连续粒化作业；这里所说的液态熔渣可以为高炉渣，但必须指出，本方法不仅可以处理高炉炼铁渣，还可以处理温度为1400℃到1650℃的转炉、电炉或精炼炉等产生的炼钢渣；
(3)、鼓风机(7)鼓出的冷风自粒化窑冷风管道(23)吹入到粒化窑(3)以后逐渐上升，首先在换热区(5)内与滞留渣粒充分换热，然后再上升到位于上部区域的粒化区(4)参与熔渣的粒化，使其温度逐步提高；其中滞留渣粒尺寸为2mm到30mm，换热区顶部滞留渣粒的温度为800℃到1400℃；
(4)、由粒化窑(3)顶部引出的热风通过粒化窑气体输出管道(16)输送到除尘器(6)内，引出热风的温度为600℃以上，经除尘处理后自除尘器(6)顶部的排气管道排出，然后或通过高温气体输送管道(17)与热风炉冷风管道(18)内的冷风预混之后一同供给热风炉，参与高炉送风，或通过高温助燃风管道(19)鼓入热风炉内做为热风炉烧炉时的助燃风使用；
(5)、收集自粒化窑(3)的低温粒渣排出管道(22)排出的低温渣粒和自除尘器(6)的除尘灰排出管道(8)排出的除尘灰，用于生产水泥、肥料、建筑或装饰材料。这里排出的低温粒渣或除尘灰的温度均在100℃以下。
根据本发明的示例性实施例的提供的密闭环境下在高炉流程内高效回收干式粒化高炉渣余热的方法，其密闭环境下的粒化方案可充分回收熔渣凝固潜热和高温渣粒显热。此外，余热回收产生的热风可以直接供给高炉热风炉，具有物料输送距离短、过程热量损失少、热回收率高、基本无需二次动力消耗以及额外投资少等优点。在规定送风温度下，本发明所述方案可有效降低热风炉所需高品位热源燃料的消耗量。
此方法对转炉、电炉或精炼炉等产生的冶金熔渣同样适用。
附图说明
图1是示出具有根据本发明的示例性实施例的利用干式粒化方式回收高炉渣余热的装置的高炉冶炼工艺设备的平面布置示意图。
图中：1为高炉，2为热风炉，3为粒化窑，4为粒化区，5为换热区，6为除尘器，7为鼓风机，8为除尘灰排出管道，9为熔渣导入槽，10为上密封阀，11为储渣罐，12为滑动水口，13为下密封阀，14为放散阀，15为均压阀，16为粒化窑气体输出管道，17为高温气体输送管道，18为热风炉冷风管道，19为高温助燃风管道，20为热源燃气管道，21为热风炉供风管道，22为低温粒渣排出管道，23为粒化窑冷风管道，24为熔渣喷嘴管道，25为粒化器。
具体实施方式
通过结合附图的示例性实施例的以下描述，本发明的特征将变得清楚。
图1是示出具有根据本发明的示例性实施例的利用干式粒化方式回收高炉渣余热的装置的高炉冶炼工艺设备的平面布置示意图。
参照图1，根据本发明的示例性实施例的利用干式粒化方式回收高炉渣余热的装置安装在高炉和热风炉之间，由用于高炉熔渣干式粒化的粒化窑及其附属管道装置以及与之配套用的除尘器组成。
粒化窑(3)及其附属管道装置包括：鼓风机(7)、熔渣导入槽(9)、上密封阀(10)、储渣罐(11)、滑动水口(12)、下密封阀(13)、放散阀(14)、均压阀(15)、粒化窑气体输出管道(16)、低温粒渣排出管道(22)、粒化窑冷风管道(23)、熔渣喷嘴管道(24)和粒化器(25)，粒化窑(3)窑体内设有粒化区(4)和换热区(5)。
位于粒化窑(3)顶端的熔渣导入槽(9)与上密封阀(10)相连接，密封阀(10)下边设有储渣罐(11)，储渣罐(11)下边设有滑动水口(12)，滑动水口(12)与下密封阀(13)相连接，下密封阀(13)与伸入到粒化窑(3)内部粒化区(4)的熔渣喷嘴管道(24)相连接，熔渣喷嘴管道(24)下方安装有粒化器(25)；粒化窑(3)窑体内的粒化区(4)的下部是换热区(5)，换热区(5)被设计成填充床式，换热区(5)的底部分别与低温粒渣排出管道(22)和粒化窑冷风管道(23)相连通，粒化窑冷风管道(23)同鼓风机(7)相连接，储渣罐(11)顶部侧面设有放散阀(14)，粒化窑(3)窑体内的粒化区(4)的顶部与均压阀(15)相连通，均压阀(15)通过管道又与连接储渣罐(11)和放散阀(14)之间的管道相连通，窑体内粒化区(4)顶部还连通有粒化窑气体输出管道(16)。
除尘器(6)的侧面设有进气口，顶部设有出气口，底部设有除尘灰排出管道(8)，除尘器(6)的进气口同粒化窑气体输出管道(16)相连通，出气管道或与高温气体输送管道(17)相连通，或与高温助燃风管道(19)相连通，高温气体输送管道(17)的另一端与热风炉冷风管道(18)相连通，高温助燃风管道(19)直接接入热风炉。
根据本发明的示例性实施例，所述装置中也可以单独设立独立的鼓风机(7)，以为粒化窑(3)供风。
此外，本发明还提供了一种利用上述熔渣干式粒化系统装置回收高炉渣余热的方法，所述方法主要包括：
(1)、将高炉热风炉原用鼓风机(7)鼓出的自然风通过管道进行分流，一部分通过粒化窑冷风管道(23)从其下部吹入密闭的粒化窑(3)内，另外一部分仍然通过热风炉冷风管道(18)供给热风炉(2)；
(2)、从高炉(1)出铁沟中导出的液态熔渣温度控制为1300℃到1550℃；熔渣经过熔渣导入槽(9)和上密封阀(10)注入位于粒化窑(3)顶部的储渣罐(11)内，然后高温熔渣再通过滑动水口(12)、下密封阀(13)和深入到粒化窑(3)内部粒化区(4)的熔渣喷嘴管道(24)伸到粒化窑(3)的粒化区(4)通过粒化器(25)进行粒化；储渣罐设有均压和放散装置，以实现粒化窑内密闭高压环境下熔渣的连续粒化作业；这里所说的液态熔渣为高炉渣；
(3)、鼓风机(7)鼓出的冷风自粒化窑冷风管道(23)吹入到粒化窑(3)以后逐渐上升，首先在换热区(5)内与滞留渣粒充分换热，然后再上升到位于上部区域的粒化区(4)参与熔渣的粒化，使其温度逐步提高；其中滞留渣粒尺寸为2mm到30mm，换热区顶部滞留渣粒的温度为800℃到1400℃；
(4)、由粒化窑(3)顶部引出的热风通过粒化窑气体输出管道(16)输送到除尘器(6)内，引出热风的温度为600℃以上，经除尘处理后自除尘器(6)顶部的排气管道排出，然后或通过高温气体输送管道(17)与热风炉冷风管道(18)内的冷风预混之后一同供给热风炉，参与高炉送风，或通过高温助燃风管道(19)鼓入热风炉内做为热风炉烧炉时的助燃风使用；
(5)、收集自粒化窑(3)的低温粒渣排出管道(22)排出的低温渣粒和自除尘器(6)的除尘灰排出管道(8)排出的除尘灰，用于生产水泥、肥料、建筑或装饰材料。
根据本发明的示例性实施例，所述步骤(1)中的热风炉包括与炼铁高炉配合使用的外燃、内燃以及顶燃式热风炉，以实现所回收余热在流程内的利用。
根据本发明的示例性实施例，窑体上部粒化区所涉及的干式工艺包括转鼓法、风淬法、离心法以及上述工艺的组合；窑体下部为填充床式换热区。
根据本发明的示例性实施例，所述步骤(5)中粒化窑和除尘设备产生的低温渣粒温度为100℃以下。
通过以上描述，根据本发明的示例性实施例的提供的密闭环境下在高炉流程内高效回收干式粒化高炉渣余热的方法，其密闭环境下的粒化方案可充分回收熔渣凝固潜热和高温渣粒显热。此外，余热回收产生的热风可以直接供给高炉热风炉，具有物料输送距离短、过程热量损失少、热回收率高、基本无需二次动力消耗以及额外投资少等优点。在规定送风温度下，本发明所述方案可有效降低热风炉所需高品位热源燃料的消耗量。
结合以下2个实施例，对本项发明进行详细阐述，但必须指出，本发明内容并不局限于以下实施例。
实施例1
参照附图1，作为本发明所述的利用干式粒化方式回收高炉渣余热的装置与方法的一个示例性实例，对本项发明的相关内容重点加以说明。
该实施例所使用的系统装置与前述的内容完全一致，需要补充说明的是：
(1)、在鼓风机(7)出口处加装一台分流阀，通过该分流阀，将鼓风机(7)鼓出的一部分冷风通过粒化窑冷风管道(23)从下部引入粒化窑(3)内，另外一部分通过热风炉冷风管道(18)直接供给热风炉；这里所说的热风炉(3)包括与炼铁高炉配合使用的外燃、内燃以及顶燃式热风炉，以实现所回收余热在流程内的利用。
(2)粒化窑的设计。为降低热量损失并维持结构稳定，粒化窑材质由内向外依次为耐火砖、绝热材料和高强度钢板。
(3)粒化器的选择。粒化窑内粒化区(4)熔渣喷嘴管道(24)的下方中心部位安装有粒化器(25)，粒化器(25)可以是冷却转鼓、风洞或粒化转盘三种中的任意一种，因此所涉及的粒化干式工艺包括转鼓法、风淬法、离心法，以此实现熔渣的粒化。
(4)储渣罐的设计。储渣罐(11)为耐火材料砌筑，置于粒化窑(3)上部，其顶端侧壁处安装放散阀(14)和均压阀(15)。高炉熔渣通过熔渣导入槽(9)和上密封阀(10)导入到储渣罐(11)之前，为防止悬渣，首先打开放散阀(14)，使储渣罐(11)内压强与外部环境一致，然后打开上密封阀(10)，向储渣罐(11)内注入液态熔渣，当液渣渣面上升到罐内临界液位后，依次关闭上密封阀(10)和放散阀(14)；为防止储渣罐(11)内液渣流入粒化窑(3)之前悬渣，首先打开均压阀(15)，使粒化窑(3)内压强与储渣罐(11)内一致，然后关闭均压阀(15)，并依次打开滑动水口(12)和下密封阀(13)。
(5)粒化窑操作参数的调节。在不影响高炉(1)正常生产的前提下，可通过调节粒化窑(3)操作参数来提高粒化高炉渣余热的回收效率。例如，通过鼓风机(7)分流阀调节对粒化窑(3)的供风量，通过粒化窑(3)下部低温粒渣排出管道(22)调节粒渣在换热区的滞留时间，通过粒化窑(3)内粒化器(24)运行参数调节粒渣尺寸以及通过滑动水口(12)调节熔渣流量等。
(6)上述方法不仅可以处理高炉熔渣，还可以处理温度为1400℃到1650℃的转炉、电炉或精炼炉等产生的炼钢熔渣。
以某厂日产750吨熔渣的1000m3级小型高炉为例，取熔渣平均排出温度为1450℃，比热容1.05kJ·kg-1·℃-1，粒化窑换热效率65％，过程热损失10％，低温粒渣温度100℃。计算可得，通过本发明所述方案，此厂日均回收高炉熔渣余热约580GJ，相当于为热风炉节省使用CH4约12吨或CO约60吨。
实施例2
与实施例1基本相同，不同之处在于：因减产引起高炉渣产量不足，故收集炼钢流程产生的温度为1650℃的转炉炉渣，注入储渣罐中进行余热回收。

Claims (6)

1.一种干式粒化回收高炉渣余热的装置，其特征在于，该套装置安装在高炉和热风炉之间，由用于高炉熔渣干式粒化的粒化窑及其附属管道装置以及与之配套用的除尘器组成；
其中，粒化窑(3)及其附属管道装置包括：鼓风机(7)、熔渣导入槽(9)、上密封阀(10)、储渣罐(11)、滑动水口(12)、下密封阀(13)、放散阀(14)、均压阀(15)、粒化窑气体输出管道(16)、低温粒渣排出管道(22)、粒化窑冷风管道(23)、熔渣喷嘴管道(24)和粒化器(25)，粒化窑(3)窑体内设有粒化区(4)和换热区(5)；
其中，位于粒化窑(3)顶端的熔渣导入槽(9)与上密封阀(10)相连接，密封阀(10)下边设有储渣罐(11)，储渣罐(11)下边设有滑动水口(12)，滑动水口(12)与下密封阀(13)相连接，下密封阀(13)与伸入到粒化窑(3)内部粒化区(4)的熔渣喷嘴管道(24)相连接，熔渣喷嘴管道(24)下方安装有粒化器(25)；粒化窑(3)窑体内的粒化区(4)的下部是换热区(5)，换热区(5)被设计成填充床式，换热区(5)的底部分别与低温粒渣排出管道(22)和粒化窑冷风管道(23)相连通，粒化窑冷风管道(23)同鼓风机(7)相连接，储渣罐(11)顶部侧面设有放散阀(14)，粒化窑(3)窑体内的粒化区(4)的顶部与均压阀(15)相连通，均压阀(15)通过管道又与连接储渣罐(11)和放散阀(14)之间的管道相连通，窑体内粒化区(4)顶部还连通有粒化窑气体输出管道(16)；
其中，除尘器(6)的侧面设有进气口，顶部设有出气口，底部设有除尘灰排出管道(8)，除尘器(6)的进气口同粒化窑气体输出管道(16)相连通，出气管道或与高温气体输送管道(17)相连通，或与高温助燃风管道(19)相连通，高温气体输送管道(17)的另一端与热风炉冷风管道(18)相连通，高温助燃风管道(19)直接接入热风炉。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置中也单独设立独立的鼓风机(7)，以为粒化窑(3)供风。
3.一种利用上述熔渣干式粒化系统装置回收高炉渣余热的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)、将高炉热风炉原用鼓风机(7)鼓出的自然风通过管道进行分流，一部分通过粒化窑冷风管道(23)从其下部吹入密闭的粒化窑(3)内，另外一部分仍然通过热风炉冷风管道(18)供给热风炉(2)；
(2)、从高炉(1)出铁沟中导出的液态熔渣温度控制为1300℃到1550℃；熔渣经过熔渣导入槽(9)和上密封阀(10)注入位于粒化窑(3)顶部的储渣罐(11)内，然后高温熔渣再通过滑动水口(12)、下密封阀(13)和深入到粒化窑(3)内部粒化区(4)的熔渣喷嘴管道(24)伸到粒化窑(3)的粒化区(4)通过粒化器(25)进行粒化；储渣罐设有均压和放散装置，以实现粒化窑内密闭高压环境下熔渣的连续粒化作业；这里所说的液态熔渣为高炉渣；
(3)、鼓风机(7)鼓出的冷风自粒化窑冷风管道(23)吹入到粒化窑(3)以后逐渐上升，首先在换热区(5)内与滞留渣粒充分换热，然后再上升到位于上部区域的粒化区(4)参与熔渣的粒化，使其温度逐步提高；其中滞留渣粒尺寸为2mm到30mm，换热区顶部滞留渣粒的温度为800℃到1400℃；
(4)、由粒化窑(3)顶部引出的热风通过粒化窑气体输出管道(16)输送到除尘器(6)内，引出热风的温度为600℃以上，经除尘处理后自除尘器(6)顶部的排气管道排出，然后或通过高温气体输送管道(17)与热风炉冷风管道(18)内的冷风预混之后一同供给热风炉，参与高炉送风，或通过高温助燃风管道(19)鼓入热风炉内做为热风炉烧炉时的助燃风使用；
(5)、收集自粒化窑(3)的低温粒渣排出管道(22)排出的低温渣粒和自除尘器(6)的除尘灰排出管道(8)排出的除尘灰，用于生产肥料、建筑或装饰材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述步骤(1)中的热风炉包括与炼铁高炉配合使用的外燃、内燃以及顶燃式热风炉，以实现所回收余热在流程内的利用。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，窑体上部粒化区所涉及的干式工艺包括转鼓法、风淬法、离心法以及上述工艺的组合；窑体下部为填充床式换热区。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述步骤(5)中粒化窑和除尘设备产生的低温渣粒温度为100℃以下。
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