CN105907905A - 一种熔融炉渣余热回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔融炉渣余热回收装置，包括：可带动高温炉渣移动的载装移动装置(5)，载装移动装置(5)上设置有换热装置(12)，载装移动装置(5)将高温炉渣传送至换热装置(12)内，换热装置(12)中的换热介质与高温炉渣进行热交换，冷却高温炉渣并产生蒸汽和热风。本发明的一种熔融炉渣余热回收装置，工艺流程紧凑，方便与冶炼设备匹配；高温炉渣只与锭模直接接触，系统设备不容易损坏，系统可靠性高；回收利用了部分炉渣显热并节约水资源的消耗，同时产出蒸汽和热风，节能减排效果显著；冷却后的炉渣可作为建材材料，实现循环再利用。

Description

一种熔融炉渣余热回收装置

技术领域

本发明涉及冶金行业余热回收技术领域，尤其涉及一种熔融炉渣余热回收装置。

背景技术

冶金企业属于高能耗的行业，在冶炼过程会产生大量熔融状的炉渣，液态炉渣蕴含着很高的热能。以铁合金电炉为例，每生产1吨高碳铬铁可产生1～1.3吨的炉渣，出渣温度达1600℃以上，每吨炉渣显热可达2000MJ以上。2014年我国高碳铬铁产量接近400万吨，铬铁渣量达500万吨。以高炉炼铁为例，每生产1吨生铁可产生300～450kg的高炉渣，出渣温度达1400℃以上，每吨炉渣显热可达1700MJ以上。2014年我国生铁产量为7.1亿吨，高炉渣量达2.5亿吨。

现有的冶炼过程产生的熔渣通常多采用水淬工艺来处理，每吨炉渣大约需要消耗1吨的新水，炉渣中的显热大部分随着水分的蒸发而散失，炉渣采用水淬的方式进行处理，不仅浪费了大量的水资源，而且炉渣的热量没有得到回收利用。因此，高品位炉渣显热回收与节水技术是当前冶金行业可持续发展亟待突破的瓶颈，也是我国节能减排的工作重点。当前的技术发展是采用干法工艺替代水淬法，具有代表性的干法工艺主要分为风碎法和转杯法，但这两种技术仅止步于工业性试验。此外，国内只有小部分公司引进、建设了高炉熔渣直接生产矿棉项目，但是高炉渣制备矿棉技术复杂，而且与高炉系统匹配的难度非常大。总之，我国冶金企业的炉渣余热利用率低、尚处于开发阶段。

专利申请号200910089677.6公开了一种高温炉渣显热发电方法。一种高温炉渣显热发电方法包括高温炉渣成型、组合、换热和发电等工艺过程。其中高温炉渣成型特征在于采用耐高温上下模具并经上模具圆柱体将高温炉渣挤压为炉渣格子砖。温度为1300～1450℃的高温炉渣在挤压成型的过程中必然粘结模具影响成型，而且成型的高温炉渣格子砖放置在链条上也存在粘结问题，该专利都没有提出具体的解决方案。另外，由于冶金冶炼设备生产的连续性，而且熔渣的排放具有量大、间隙短的特点，所以该专利无法实现炉渣的全部挤压成型，从而降低了该方案对炉渣显热回收利用的可行性。

专利申请号201310068901.X公开了一种高效利用高炉渣显热的装置。该发明方案是将高炉排出的1400℃以上的热熔渣由密封流槽引入循环流化床锅炉的下部，压缩空气由循环流化床锅炉底部吹入，高速空气将热熔渣粒化，热熔渣的显热通过空气和粒化渣带入炉膛内部，并传递给炉膛内部布置的水管受热面，熔渣显热转化成高温高压的过热蒸汽，送入汽轮机发电。该发明技术方案存在三个问题：压缩空气穿透熔渣液层并对炉渣进行粒化实际应用困难；即使压缩空气能够完成粒化过程，粒化的渣也容易与锅炉水管粘结，从而降低传热效果，影响运行生产；方案没有给出粒化的渣如何从循环流化床锅炉排出的技术措施，因而大大降低了方案实施的可行性。

不同于上述干法热回收技术，本发明采用新的干法炉渣成型工艺，提供了处理熔融炉渣及其余热回收利用的系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种熔融炉渣余热回收装置，可回收利用部分炉渣显热并节约水资源，同时产出蒸汽和热风有利于节能减排。

为实现上述目的，本发明的一种熔融炉渣余热回收装置的具体技术方案为：

一种熔融炉渣余热回收装置，包括：可带动高温炉渣移动的载装移动装置，载装移动装置上设置有换热装置，载装移动装置将高温炉渣传送至换热装置内，换热装置中的换热介质与高温炉渣进行热交换，冷却高温炉渣并产生蒸汽和热风。

本发明的一种熔融炉渣余热回收装置的优点在于：

1)工艺流程紧凑，方便与冶炼设备匹配；

2)高温炉渣只与锭模直接接触，系统设备不容易损坏，系统可靠性高；

3)回收利用了部分炉渣显热并节约水资源的消耗，同时产出蒸汽和热风，节能减排效果显著；

4)冷却后的炉渣可作为建材材料，实现循环再利用。

附图说明

图1为本发明的熔融炉渣余热回收装置的结构示意图；

图2为本发明中的换热装置的断面示意图；

图3为本发明中的锭模的结构示意图；

图4为本发明的熔融炉渣余热回收装置的工作流程图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种熔融炉渣余热回收装置做进一步详细的描述。

如图1至图4所示，其示为本发明的一种熔融炉渣余热回收装置，用于对熔融炉渣余热进行回收再利用，包括炉渣成型装置、载装移动装置5和换热装置12，其中，炉渣成型装置包括多个相连的锭模4，锭模用于将炉渣浇铸薄状大块的炉渣料，有利于其在换热装置内进行换热。炉渣通过渣灌1流出进入集渣槽2内进行暂存和缓冲，集渣槽2的出口处连接有流渣槽3，锭模4设置在流渣槽3的底部，炉渣从流渣槽3流入锭模4内。

冶炼设备出渣时，熔融炉渣依次经渣罐1、集渣槽2、流渣槽3流入锭模4中。应注意的是，当冶炼设备周围空间富裕时，冶炼设备产生的熔融炉渣可不经过渣罐1由渣沟直接进入集渣槽2。此外，流渣槽3的横截面宽度应小于锭模4的宽度，流渣槽3的倾斜角度≤55℃，有利于防止炉渣溅落。

进一步，如图1和图3所示，载装移动装置5上设置有多个容纳高温炉渣的锭模4，锭模4通过放置锭模装置放置在载装移动装置5上，多个锭模紧密排列在载装移动装置5上，载装移动装置带动锭模4移动。其中，锭模的其中一侧壁端部设置有延伸部41，在前后相邻两锭模4的相靠近两侧壁中，具有延伸部的侧壁高于未设置有锭模的侧壁，锭模4中溢出的炉渣可沿延伸部进入相连的锭模4中，当炉渣连续浇铸时，可防止炉渣从前后相邻锭模的中间流出或溅出。

本发明中的锭模4可采用耐热铸钢或非金属材料，非金属材料所需的原料为水泥、生石灰、粉煤灰、冶金企业的固体废弃物，固体废弃物需破碎研磨成细粉，粒度＜1mm，然后细粉按与水泥5～15％、生石灰0～10％和粉煤灰≥15％的配比制作锭模。在制作锭模时，先将原料混匀，再加水润湿，最后压制成型，压制成型的锭模需风干或干燥固化，由此方式制作出的非金属材料锭模为一次性使用物品。例如，由非金属材料制成的锭模所需的原料配比为水泥8％、生石灰2％、粉煤灰40％和耐材细粉50％，冶金企业废弃的废弃物破碎研磨成粒度＜1mm的细粉；将上述原料混匀的同时加水进行润湿，水分与原料的质量比约为1:9；将润湿的原料用带有上下模具的锭模制备装置压制成型，形成的成型锭模，风干所需固化时间为大于0.5天。

而采用耐热铸钢的锭模上设置有脱模层，在每次使用时需清理内表面，并在内表面上喷洒脱模剂，脱模剂优选石灰水、粉尘颗粒，采用耐热铸钢的锭模可多次循环使用。

进一步，载装移动装置5设置在固定导轨8上，包括移动组件7和驱动组件6，移动组件与锭模4相连，可带动锭模4上的高温炉渣移动；驱动组件6通过移动组件7与锭模4相连，驱动组件6驱动移动组件7并带动锭模4上的高温炉渣沿导轨8前进、后退或停止。其中，固定在混凝土基础上的驱动组件6包括电机和齿轮，移动组件7包括齿条，移动机构7底部设置有滚轮9，电机驱动齿轮与齿条配合运动以实现传动使滚轮9沿导轨8移动。应注意的是，为了节省载装移动装置的占地面积，移动组件7优选圆环形结构，可带动锭模4循环转动。此外，移动组件7与锭模4之间设置有耐火层18，耐火层内填充有耐火材料。

进一步，载装移动装置5上还设置有第一液位传感器101和第二液位传感器102，第一液位传感器101设置在流渣槽3的上方，用于检测流渣槽3内炉渣的流量，第二液位传感器102设置在锭模4的上方，用于检测锭模4中炉渣的厚度，第一液位传感器101和第二液位传感器102均与载装移动装置5通讯连接，可将检测出的流量信号和厚度信号传递至载装移动装置5，并相应的调节载装移动装置的移动速度。

具体来说，当流渣槽3中流向锭模4的炉渣流量较大时，第一液位传感器101向载装移动装置5发送加速信号，载装移动装置5带动锭模4加速前进；当流渣槽3中流向锭模4的炉渣流量较小时，第一液位传感器向载装移动装置5发送减速信号，载装移动装置5带动锭模4减速前进。

而当锭模4中的炉渣厚度达到设定值时，第二液位传感器102向载装移动装置5发送加速信号，载装移动装置带动锭模4加速前进。其中，载装移动装置5通过驱动组件6调节速度带动锭模4加速或减速运动。通过第一液位传感器101和第二液位传感器102检测出的炉渣流量和厚度，相应的通过载装移动装置调节锭模4的移动速度，可有效的防止高温炉渣溢出锭模4。应注意的是，本发明中传感器中优选设置有两个以上的液位传感器，以保证信号的准确可靠，液位传感器优选采用非接触式液位传感器，如雷达液位变送器等。此外，锭模4上还设置有温度传感器11，温度传感器11设置在炉渣流入锭模4处的上方，用于检测炉渣的温度。同时，考虑到现场操作环境的恶劣，液位传感器装置和温度测量装置上均设有保护罩及冷却保护装置。

进一步，换热装置12设置在载装移动装置5的上部，载装移动装置5将高温炉渣传送至换热装置12内，换热装置12中的换热介质与高温炉渣进行热交换，冷却高温炉渣并产生蒸汽和热风。

具体来说，换热装置12内设置有换热水管19，换热水管中的换热介质为汽水混合物，进入换热装置12的炉渣主要通过辐射传热、对流传热的方式对换热水管进行加热，汽水混合物可与锭模4上的高温炉渣进行热交换，汽水混合物接收高温炉渣热量产生的高温高压蒸汽，可以用于供热、制冷、发电，而高温炉渣冷却固化成型，经破碎可作为水泥的掺合料、混凝土骨料、或用于地基填埋。换热结束后，锭模4通过载装移动装置5移出换热装置12内，通过取出锭模装置将锭模4取出载装移动装置中。

进一步，换热水管19与汽化装置相连通，汽水混合物经汽化装置可循环进入换热水管中与高温炉渣进行连续换热，并产生蒸汽。换热水管19上还设置有流量、温度和压力的检测仪表，并设有阀门。应注意的是，优选本发明中的换热水管中汽水混合物的流动方向与锭模4的移动方向相反，相互逆行流动。换热水管19优选无缝钢管。

进一步，换热装置12上设置有进气口与出气口，进气口处之前设置有风机，通过风机和管道将低温气体鼓入换热装置12中，低温气体通过与炉渣直接进行热交换，形成的高温热风通过出气口排出，热交换产生的高温热风可用于冶炼生产或发电，如解冻、干燥、烧结、热风炉供风等。其中，本发明中的低温气体优选采用常温空气和氮气。其中，换热装置12的侧壁墙体上设置有多个热电偶，用于检测密封炉内各处热风的温度，当出气口的热风温度过高时，可通过调节风机增加进气口的鼓风量；当出风口的热风温度过低时，可通过调节风机减少进气口的鼓风量。

为了避免换热装置12内的高温热风溢出和外界冷空气的进入，应尽可能保证换热装置的严密并对换热装置进行整体密封，换热装置12的两端分别设置有前动态密封室13和后动态密封室14，前动态密封室13和后动态密封室14内均设置有变频风机和测压装置，通过变频风机和测压装置维持密封室内压力状态的稳定，具有稳定的微正压状态，减小漏风即控制进入到换热装置12中的气体量。

为了保证换热装置12运转良好，在换热装置12的两侧壁底部和载装移动装置5之间具有一定的缝隙，当换热装置12呈圆环型结构时，考虑到载装移动装置受热会膨胀变形，外环的缝隙应大于内环的缝隙。换热装置12侧壁与载装移动装置5之间的缝隙处设置有密封装置15，密封装置15为水封槽，均设置有水封刀的换热装置12侧壁和载装移动装置5浸没在充满水的水封槽内。水封刀采用不锈钢材质，水封槽为碳钢，表面刷防腐涂料，水封槽内的水位采用溢流控制。其中，换热装置12的侧壁墙体上由外向里依次为钢结构16、隔热层17和耐火层18，隔热层17和耐火层18依靠钢结构16支撑并实现换热装置12的整体严密。

下面结合附图对本发明的一种熔融炉渣余热回收装置的工作过程进行描述：

首先，熔融炉渣通过渣灌1进入集渣槽2内从流渣槽3流入锭模4内，浇铸形成呈薄状大块炉渣料。

然后，载装移动装置5带动锭模4上的高温炉渣移动，当液位传感器检测到流渣槽3中流向锭模4的炉渣流量较大或锭模4中的炉渣厚度达到设定值时，载装移动装置5带动锭模4加速前进；当流渣槽3中流向锭模4的炉渣流量较小时，载装移动装置5带动锭模4减速前进。

最后，锭模4上的高温炉渣进入换热装置12内，与换热装置内的换热介质(低温气体与换热水管中的汽水混合物)进行热交换，高温炉渣被冷却并固化成型，换热介质产生可再利用的蒸汽和热风，载装移动装置5带动锭模4移出换热装置12内，通过取出锭模装置将锭模4自载装移动装置中取出。

本发明的一种熔融炉渣余热回收装置，工艺流程紧凑，方便与冶炼设备匹配；高温炉渣只与锭模直接接触，系统设备不容易损坏，系统可靠性高；回收利用了部分炉渣显热并节约水资源的消耗，同时产出蒸汽和热风，节能减排效果显著；冷却后的炉渣可作为建材材料，实现循环再利用。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种熔融炉渣余热回收装置，其特征在于，包括：可带动高温炉渣移动的载装移动装置(5)，载装移动装置(5)上设置有换热装置(12)，载装移动装置(5)将高温炉渣传送至换热装置(12)内，换热装置(12)中的换热介质与高温炉渣进行热交换，冷却高温炉渣并产生蒸汽和热风。

2.根据权利要求1所述的熔融炉渣余热回收装置，其特征在于，载装移动装置(5)上设置有至少一个容纳高温炉渣的锭模(4)，载装移动装置带动锭模(4)移动，锭模的前侧壁端部设置有延伸部(41)。

3.根据权利要求2所述的熔融炉渣余热回收装置，其特征在于，锭模(4)的上部设置有集渣槽(2)和流渣槽(3)，炉渣通过渣灌(1)进入集渣槽(2)内从流渣槽(3)流入锭模(4)内。

4.根据权利要求3所述的熔融炉渣余热回收装置，其特征在于，载装移动装置(5)设置在固定导轨(8)上，包括：

移动组件(7)，与锭模(4)相连，可带动锭模(4)移动；

驱动组件(6)，与移动组件(7)相连，通过驱动移动组件(7)运动带动锭模(4)沿固定导轨(8)移动。

5.根据权利要求4所述的熔融炉渣余热回收装置，其特征在于，载装移动装置(5)上还设置有第一液位传感器(101)和第二液位传感器(102)，第一液位传感器(101)设置在流渣槽(3)的上方，用于检测流渣槽(3)内炉渣的流量，第二液位传感器(102)设置在锭模(4)的上方，用于检测锭模(4)中炉渣的厚度，第一液位传感器(101)和第二液位传感器(102)均与载装移动装置(5)通讯连接，可将检测出的流量信号和厚度信号传递至载装移动装置(5)内，并相应的调节载装移动装置的移动速度。

6.根据权利要求1所述的熔融炉渣余热回收装置，其特征在于，换热装置(12)内设置有换热水管(19)，换热水管内的换热介质为汽水混合物，换热水管(19)与汽化装置相连通，可循环进入换热水管中与高温炉渣进行连续换热。

7.根据权利要求1所述的熔融炉渣余热回收装置，其特征在于，换热装置(12)上设置有可通入换热介质的进气口与出气口，进气口处之前设置有风机，通过风机将低温气体鼓入换热装置(12)中，低温气体通过与高温炉渣进行热交换，形成高温热风通过出气口排出。

8.根据权利要求1所述的熔融炉渣余热回收装置，其特征在于，换热装置(12)的两端分别设置有前动态密封室(13)和后动态密封室(14)，前动态密封室(13)和后动态密封室(14)内均设置有用于保持密封室内压力的变频风机和测压装置。

9.根据权利要求1所述的熔融炉渣余热回收装置，其特征在于，换热装置(12)侧壁与载装移动装置(5)之间的缝隙处设置有密封装置(15)，密封装置(15)为水封槽，均设置有水封刀的换热装置(12)侧壁和载装移动装置(5)浸没在充满水的水封槽内。

10.根据权利要求1所述的熔融炉渣余热回收装置，其特征在于，换热装置(12)的侧壁上由外向里依次设有钢结构(16)、隔热层(17)和耐火层(18)，隔热层(17)和耐火层(18)通过钢结构(16)支撑并密封换热装置(12)。