CN105779673A - 一种高炉渣热破离心干法粒化装置及方法 - Google Patents

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CN105779673A CN201610298453.6A CN201610298453A CN105779673A CN 105779673 A CN105779673 A CN 105779673A CN 201610298453 A CN201610298453 A CN 201610298453A CN 105779673 A CN105779673 A CN 105779673A
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Abstract

本发明的目的是针对现有的高炉渣处理技术中存在的问题，提供了一种高炉渣热破离心干法粒化装置及方法，属于高炉金属冶炼废料的处理装置和技术领域。该装置包括中间罐，粒化室，填充式逆流热交换器和高温空气收集净化器；中间罐位于粒化室上部，粒化室位于填充式逆流热交换器上部，中间罐、粒化室和填充式逆流热交换器依次连接，高温空气收集净化装置位于外部，与粒化室和填充式逆流热交换器分别通过管道连接。该装置和方法采用干法处理高炉渣，既可以利用高炉渣的高温显热发电，还可节约宝贵的水资源，减少有害气体排放，降低能耗；而且处理后的高炉渣由于干渣极低的水分含量，能够保持95％以上的玻璃化率。

Description

一种高炉渣热破离心干法粒化装置及方法
技术领域
本发明属于高炉金属冶炼废料的处理技术领域，特别涉及一种高炉渣热破离心干法粒化装置及方法。
背景技术
高炉渣是炼铁生产过程中的副产物，其含有丰富的显热资源。每生产一吨铁，约产生0.3吨高炉渣，出渣温度在1450℃左右。按照2014年国内生铁产量7亿吨估算，国内年产高炉渣约2亿吨，其所含热量折合约1200万吨标准煤。
目前钢厂对高炉渣普遍采用水淬粒化的“湿法”处理，然后用作生产水泥的原料。这种“湿法”处理存在如下问题：
1、消耗了大量水资源，处理1吨渣约需消耗新水1吨，循环用水10吨；
2、水淬过程中伴有SO2和H2S等酸性气体污染物的排放；
3、渣所含高值显热得不到有效回收利用，能源浪费巨大。
4、生产的水渣无论是继续深加工生产微粉还是作为生产水泥的混合料，其中的10％～15％左右的水分所需烘干的能源消耗巨大。
在讲求节能环保，绿色发展，建设生态文明社会的今天，金属冶炼行业有必要开发出更好的高炉渣处理装置和方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有的高炉渣处理技术中存在的问题，提供了一种高炉渣热破离心干法粒化装置及方法。该装置和方法采用干法处理高炉渣，既可以利用高炉渣的高温显热发电，还可节约宝贵的水资源，减少有害气体排放，降低能耗；而且处理后的高炉渣能够保持95％以上的玻璃化率。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种高炉渣热破离心干法粒化装置，包括中间罐，粒化室，填充式逆流热交换器和高温空气收集净化器；中间罐位于粒化室上部，粒化室位于填充式逆流热交换器上部，中间罐、粒化室和填充式逆流热交换器依次连接，高温空气收集净化装置位于外部，与粒化室和填充式逆流热交换器分别通过管道连接；
所述的中间罐为空腔体，罐的顶部设有罐盖，罐的底部设有出渣口，中间罐盖内壁设有加热装置，罐盖和罐体内壁设有起到保温作用的内衬；
所述的加热装置为在中间罐盖内壁上设有孔洞，在孔洞用设有煤气烧嘴，加热装置可用于加热罐内高炉渣；
所述的内衬为耐火材料内衬；
所述的粒化室为锥台形空腔体，粒化室上部设有导流槽，顶部设有挡板，侧壁设有水冷外锥体，底部中心位置设有转盘并且转盘位于导流槽正下方，转盘与粒化室侧壁之间的空间形成旋风室，粒化室还设有进风口、排风管和排渣槽，粒化室外部设有鼓风机和电机，鼓风机与进风口连接，电机与转盘连接，水冷外锥体内通入循环冷却水，转盘由电机带动旋转；
所述的填充式逆流热交换器为外壁有保温层的空腔体，设有进料口、出料口、入风口和出风口，交换器外部设有鼓风机与交换器的入风口连接；
具体的，所述中间罐通过出渣口与粒化室的导流槽连接，所述粒化室通过排渣槽与填充式逆流热交换器的进料口连接，所述粒化室通过排风管、交换器通过出风口分别与高温空气收集净化装置连接；
更好的，所述的中间罐的底部还设有数个称重传感器，在出渣口处设有导流控制阀，用导流控制阀控制出渣口高炉渣排出量从而调节高炉渣的供应速度，用称重传感器监控高炉渣的流速。
一种高炉渣热破离心干法粒化的方法，利用了上述的装置，包括如下步骤：
1)离心冷却
将高炉生产产生的高炉渣运送到中间罐中，再利用中间罐加热装置将高炉渣温度控制在1450～1600℃；然后打开出渣口，呈液态的高炉渣由中间罐流入粒化室中高速旋转的转盘上，高炉渣在转盘离心力的作用下，沿转盘边缘飞出经过旋风室飞向通入冷却水的水冷外锥体；
液态高炉渣落到转盘的过程中和由转盘向水冷外锥体的飞行过程中，在由粒化室外鼓入的冷风作用下，与冷风充分接触发生热交换，高炉渣温度急剧下降，小粒径的液态高炉渣可完全固化形成小颗粒固体渣，而粒径大的高炉渣内部核心仍为熔融状态；
当高炉渣飞到通入冷却水的水冷外锥体与其撞击后，粒径较大的高炉渣粒在冲击力的作用下破碎分散成许多小颗粒并被水冷外锥体迅速冷却固化，也形成小颗粒固体渣；
然后，这些固化的小颗粒固体渣由水冷外锥体弹向旋风室，在旋风室中冷风和自身重力的共同作用下，降落到旋风室底部，并且得到冷风进一步冷却至温度为800～1000℃，最后排出粒化室；
同时，冷风的温度被加热到600℃以上成为高温空气，并由管道进入高温空气收集净化器，净化器对高温空气中的污染物进行吸收并收集利用热能；
其中，所述的液态高炉渣由中间罐流入粒化室的流量为300～800kg/min；
所述转盘的转速为1200～2000r/min；
所述冷却水的进水温度0～30℃，出水温度＜60℃，水压0.2～0.5MPa；
所述冷风的通入量为45000～100000Nm3/h；
2)热交换器冷却
温度超过800℃的小颗粒固体渣由粒化室进入到填充式逆流热交换器中，由上向下运动，同时，在热交换器底部鼓入冷风，风由下向上流动；在这一过程中，固体渣与冷风充分接触，渣中显热由冷风带走，当固体渣到达交换器底部时，温度下降到90～110℃；
最后，固体渣由交换器排出，冷风的温度被加热到600℃以上成为高温空气，并由管道进入高温空气收集净化器，净化器对高温空气中的污染物进行吸收并收集利用热能；
其中，所述冷风的通入量为25000～80000Nm3/h。
经检查，上述方法制得的固体渣水分含量为0，玻璃化率95％以上，渣粒粒径在0.5-3mm之间，其中80％以上渣粒的粒径为1±0.2mm。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、本发明的装置节能环保利于推广。利用本装置处理高炉渣，用水全部循环使用，节水效果明显；能够减少水淬过程排放的SO2和H2S等酸性气体污染物；节约水渣烘干能源；充分利用高炉渣的热量。
2、本发明的装置中，液态高炉渣在粒化器内有足够的停留时间，使其在粒化器内飞行过程中凝固，能够避免矿渣棉的产生。
3、本发明的方法中，进入到旋风室中的高炉渣与鼓入的冷风充分的接触，产生热量交换，渣粒温度会极速下降，这样能够保证熔渣在急冷状态下产生足够多的玻璃相。
附图说明
图1、本发明高炉渣热破离心干法粒化装置的示意图；
其中，1、中间罐，2、粒化室，3、填充式逆流热交换器，4、高温空气收集净化装置，5、管道，6、高炉渣；
101、罐盖，102、出渣口，103、加热装置，104、称重传感器，105、导流控制阀；
201、导流槽，202、水冷外锥体，203、转盘，204、旋风室，205、进风口，206、排风管，207、排渣槽，208、1#鼓风机，209、电机，210、出水口，211、进水口，212、挡板；
301、进料口，302、出料口，303、入风口，304、出风口，305、2#鼓风机。
具体实施方式
实施例1
一种高炉渣热破离心干法粒化装置，如图1所示，包括中间罐1，粒化室2，填充式逆流热交换器3和高温空气收集净化装置4；
所述的中间罐1为空腔体，罐的顶部设有罐盖101，罐的底部设有出渣口102，罐盖101内壁设有加热装置103，罐体内壁设有起到保温作用的内衬；中间罐的底部还设有数个称重传感器104，在出渣口处设有导流控制阀105，用导流控制阀105调节高炉渣的供应速度，用称重传感器104监控高炉渣的流速；所述的加热装置103为在中间罐盖101内壁上设有孔洞，在孔洞内设有煤气烧嘴；加热装置103可用于加热罐内高炉渣；所述的内衬为耐火材料内衬；
所述的粒化室2为锥台形空腔体，粒化室2上部设有导流槽201，顶部设有挡板212，侧壁设有水冷外锥体202，底部中心位置设有转盘203并且位于导流槽正下方，在粒化室中转盘203与转盘203侧壁之间的空间形成旋风室204，粒化室2还设有进风口205、排风管206和排渣槽207，粒化室2外部设有1#鼓风机208和电机209，1#鼓风机208与进风口205连接，电机209与转盘203连接，水冷外锥体202设有进水口211和出水口210用于通入循环冷却水；
所述的填充式逆流热交换器3为外壁有保温层的空腔体，设有进料口301、出料口302、入风口303和出风口304，外部设有2#鼓风机305与入风口303连接；
各组件的连接关系为，中间罐1位于粒化室2上部，粒化室2位于填充式逆流热交换器3上部，中间罐1、粒化室2和填充式逆流热交换器3依次连接，高温空气收集净化装置4与粒化室2和填充式逆流热交换器3分别通过管道5连接；高炉渣6由中间罐1依次流入粒化室2和填充式逆流热交换器3中；具体的，所述中间罐1的出渣口102与粒化室2的导流槽201连接，所述粒化室2的排渣槽206与填充式逆流热交换器3的进料口301连接，所述粒化室2的排风管205和交换器3的出风口304与高温空气收集净化装置4连接。
实施例2
一种高炉渣热破离心干法粒化的方法，利用了实施例1所述的装置，包括如下步骤：
1)离心冷却
打开出渣口，温度1450～1500℃的液态高炉渣粒以800kg/min的流量由中间罐流入到粒化室的转盘中，转盘的转速为2000r/min，转盘高速旋转产生离心力，高炉渣粒在离心力的作用下，沿转盘边缘飞出经过旋风室飞向水冷外锥体；
在流入到转盘的过程中和飞行过程中，在由粒化室外鼓入通入量为100000Nm3/h的冷风作用下，液态高炉渣粒与冷风充分接触发生热交换，渣粒温度急剧下降，小粒径的液态高炉渣粒可完全固化形成小颗粒固体渣，而粒径大的渣粒内部核心仍为熔融状态；
当高炉渣粒飞到通入冷却水的水冷外锥体与其撞击后，粒径较大的高炉渣粒在冲击力的作用下破碎分散成许多小颗粒并被水冷外锥体冷却固化，也形成小颗粒固体渣；所述水冷外锥体冷却水的进水温度0～30℃，出水温度＜60℃，水压0.2～0.5MPa；
然后，这些被固化的小颗粒固体渣被弹向旋风室，在旋风室冷风和自身重力的共同作用下，降落到旋风室底部并排出粒化室；
同时，冷风的温度被加热到605～620℃，通过管道进入高温空气收集净化装置，对其中的污染物进行吸收并利用其中的热能；
2)热交换器冷却
温度经步骤1)冷却至950～1000℃的小颗粒固体渣由粒化室排出进入到填充式逆流热交换器中，由上向下运动，同时，在热交换器底部鼓入冷风，通入量为80000Nm3/h，风由下向上流动；在这一过程中，固体渣与冷风充分接触，显热由冷风带走，当固体渣到达交换器底部时，温度下降到90～110℃，冷风的温度被加热到605～620℃；
最后固体渣由交换器排出，被加热的冷风通过管道进入高温空气收集净化装置，对其中的污染物进行吸收并利用其中的热能。
经检查，上述方法制得的固体渣水分含量0％，玻璃化率96.2％，渣粒粒径在0.5-3mm之间，其中85.1％渣粒的粒径为1±0.2mm，收率为98.8％。
实施例3
一种高炉渣热破离心干法粒化的方法，利用了实施例1所述的装置，包括如下步骤：
1)离心冷却
打开出渣口，温度1550～1600℃的液态高炉渣粒以300kg/min的流量由中间罐流入粒化室的转盘中，转盘的转速为1200r/min，转盘高速旋转产生离心力，高炉渣粒在离心力的作用下，沿转盘边缘飞出经过旋风室飞向水冷外锥体；
在流入到转盘的过程中和飞行过程中，在由粒化室外鼓入通入量为45000Nm3/h的冷风作用下，液态高炉渣粒与冷风充分接触发生热交换，渣粒温度急剧下降，小粒径的液态高炉渣粒可完全固化形成小颗粒固体渣，而粒径大的渣粒内部核心仍为熔融状态；
当高炉渣粒飞到通入冷却水的水冷外锥体与其撞击后，粒径较大的高炉渣粒在冲击力的作用下破碎分散成许多小颗粒并被水冷外锥体冷却固化，也形成小颗粒固体渣；所述水冷外锥体冷却水的进水温度0～30℃，出水温度＜60℃，水压0.2～0.5MPa；
然后，这些被固化的小颗粒固体渣被弹向旋风室，在旋风室冷风和自身重力的共同作用下，降落到旋风室底部并排出粒化室；
同时，冷风的温度被加热到630～650℃以上，通过管道进入高温空气收集净化装置，对其中的污染物进行吸收并利用其中的热能；
2)热交换器冷却
温度经步骤1)冷却至805～850℃的小颗粒固体渣由粒化室排出进入到填充式逆流热交换器中，由上向下运动，同时，在热交换器底部鼓入冷风，冷风的通入量为25000Nm3/h，风由下向上流动；在这一过程中，固体渣与冷风充分接触，显热由冷风带走，当固体渣到达交换器底部时，温度下降到90～110℃，冷风的温度被加热到630～650℃以上；
最后固体渣由交换器排出，被加热的冷风通过管道进入高温空气收集净化装置，对其中的污染物进行吸收并利用其中的热能。
经检查，上述方法制得的固体渣水分含量0％，玻璃化率97.4％，渣粒粒径在0.5-3mm之间，其中83.8％渣粒的粒径为1±0.2mm，收率为99.3％。
实施例4
一种高炉渣热破离心干法粒化的方法，利用了实施例1所述的装置，包括如下步骤：
1)离心冷却
打开出渣口，温度1500～1550℃的液态高炉渣粒以500kg/min的流量由中间罐流入粒化室的转盘中，转盘的转速为1500r/min，转盘高速旋转产生离心力，高炉渣粒在离心力的作用下，沿转盘边缘飞出经过旋风室飞向水冷外锥体；
在流入到转盘的过程中和飞行过程中，在由粒化室外鼓入通入量为70000Nm3/h的冷风作用下，液态高炉渣粒与冷风充分接触发生热交换，渣粒温度急剧下降，小粒径的液态高炉渣粒可完全固化形成小颗粒固体渣，而粒径大的渣粒内部核心仍为熔融状态；
当高炉渣粒飞到通入冷却水的水冷外锥体与其撞击后，粒径较大的高炉渣粒在冲击力的作用下破碎分散成许多小颗粒并被水冷外锥体冷却固化，也形成小颗粒固体渣；所述水冷外锥体冷却水的进水温度0～30℃，出水温度＜60℃，水压0.2～0.5MPa；
然后，这些被固化的小颗粒固体渣被弹向旋风室，在旋风室冷风和自身重力的共同作用下，降落到旋风室底部并排出粒化室；
同时，冷风的温度被加热到610～625℃，通过管道进入高温空气收集净化装置，对其中的污染物进行吸收并利用其中的热能；
2)热交换器冷却
温度经步骤1)冷却至860～910℃的小颗粒固体渣由粒化室排出进入到填充式逆流热交换器中，由上向下运动，同时，在热交换器底部鼓入冷风，冷风的通入量为50000Nm3/h，风由下向上流动；在这一过程中，固体渣与冷风充分接触，显热由冷风带走，当固体渣到达交换器底部时，温度下降到90～110℃，冷风的温度被加热到610～625℃；
最后固体渣由交换器排出，被加热的冷风通过管道进入高温空气收集净化装置，对其中的污染物进行吸收并利用其中的热能。
经检查，上述方法制得的固体渣水分含量0％，玻璃化率95.8％，渣粒粒径在0.5-3mm之间，其中84.2％渣粒的粒径为1±0.2mm，收率为99.0％。
应用实例
利用实施例4的方法进行生产运行时，处理热渣量30t/h；
则每年的发电量：1400万kWh，自耗电400万kWh，实际可发售电量1000万kWh；按照售电单价取0.63元/kWh，年发电盈利：630万元；
年减少水冲渣生产费用(不含水消耗费用)：380万元；
水冲渣补充水量1t水/t渣，新水价格取5.33元/t时，年减少水费：127.92万元；
节约水渣烘干能源，每吨节约274.6MJ，以高炉煤气(发热值3150KJ/Nm3)计，24万吨干渣节约高炉煤气量2324.6万立方米；按照每立方米高炉煤气0.1元计，则年减少烘干费用232.46万元。
因此，本发明的装置和方法能够不产生水渣，节省了水资源和烘干炉渣的耗能，还能够充分回收利用炉渣中的热能，并能够减少水淬过程排放的SO2和H2S等酸性气体污染物。

Claims (9)

1.一种高炉渣热破离心干法粒化装置，其特征在于，包括中间罐，粒化室，填充式逆流热交换器和高温空气收集净化器；
所述中间罐位于粒化室上部，粒化室位于填充式逆流热交换器上部，中间罐、粒化室和填充式逆流热交换器依次连接，高温空气收集净化装置位于外部，与粒化室和填充式逆流热交换器分别通过管道连接。
2.根据权利要求1所述的一种高炉渣热破离心干法粒化装置，其特征在于，所述的中间罐为空腔体，罐的顶部设有罐盖，罐的底部设有出渣口，中间罐盖内壁设有加热装置，罐盖和罐体内壁设有起到保温作用的内衬。
3.根据权利要求1所述的一种高炉渣热破离心干法粒化装置，其特征在于，所述的粒化室为锥台形空腔体，粒化室上部设有导流槽，顶部设有挡板，侧壁设有水冷外锥体，底部中心位置设有转盘并且转盘位于导流槽正下方，转盘与粒化室侧壁之间的空间形成旋风室，粒化室还设有进风口、排风管和排渣槽，粒化室外部设有鼓风机和电机，鼓风机与进风口连接，电机与转盘连接，水冷外锥体内通入循环冷水。
4.根据权利要求1所述的一种高炉渣热破离心干法粒化装置，其特征在于，所述的填充式逆流热交换器为外壁有保温层的空腔体，设有进料口、出料口、入风口和出风口，交换器外部设有鼓风机与交换器的入风口连接。
5.根据权利要求2所述的一种高炉渣热破离心干法粒化装置，其特征在于，所述的加热装置为在中间罐盖内壁上设有孔洞，在孔洞用设有煤气烧嘴；所述的内衬为耐火材料内衬。
6.根据权利要求1或2所述的一种高炉渣热破离心干法粒化装置，其特征在于，所述的中间罐底部设有数个称重传感器，在出渣口处设有导流控制阀。
7.一种高炉渣热破离心干法粒化的方法，利用了权利要求1所述的装置，其特征在于，包括如下步骤：
1)离心冷却
将高炉生产产生的高炉渣运送到中间罐中，再利用中间罐加热装置将高炉渣温度控制在1450～1600℃；然后打开出渣口，呈液态的高炉渣由中间罐流入粒化室中高速旋转的转盘上，高炉渣在转盘离心力的作用下，沿转盘边缘飞出经过旋风室飞向通入冷却水的水冷外锥体；
液态高炉渣落到转盘的过程中以及由转盘向水冷外锥体的飞行过程中，在由粒化室外鼓入的冷风作用下，与冷风充分接触发生热交换，小粒径的液态高炉渣固化形成小颗粒固体渣；
当高炉渣飞到水冷外锥体与其撞击后，粒径较大的高炉渣粒在冲击力的作用下破碎分散成许多小颗粒并被水冷外锥体迅速冷却固化，也形成小颗粒固体渣；
然后，这些固化的小颗粒固体渣弹向旋风室，在旋风室中冷风和自身重力的共同作用下，降落到旋风室底部，并且得到冷风进一步冷却，最后排出粒化室；
同时，冷风的温度被加热到600℃以上成为高温空气，并由管道进入高温空气收集净化器，净化器对高温空气中的污染物进行吸收并收集利用热能；
2)热交换器冷却
小颗粒固体渣由粒化室进入到填充式逆流热交换器中，由上向下运动，同时，在热交换器底部鼓入冷风，风由下向上流动；在这一过程中，固体渣与冷风充分接触，当固体渣到达交换器底部时，温度下降到90～110℃；
最后，固体渣由交换器排出，冷风的温度被加热到600℃以上成为高温空气，并由管道进入高温空气收集净化器，净化器对高温空气中的污染物进行吸收并收集利用热能。
8.根据权利要求7所述的一种高炉渣热破离心干法粒化的方法，其特征在于，所述步骤1)中，高炉渣由中间罐流入粒化室的流量为300～800kg/min；所述转盘的转速为1200～2000r/min；所述冷却水的进水温度0～30℃，出水温度＜60℃，水压0.2～0.5MPa；所述冷风的通入量为45000～100000Nm3/h。
9.根据权利要求7所述的一种高炉渣热破离心干法粒化的方法，其特征在于，所述步骤2)中，冷风的通入量为25000～80000Nm3/h。
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