CN106661639B - 炉渣粒化系统 - Google Patents

Abstract

一种用于控制冷却气体至干炉渣粒化系统的供应的方法，所述系统包括：旋转雾化粒化器；炉渣容器，用于支撑当炉渣颗粒从粒化器被驱出时形成于其上的炉渣床，所述炉渣容器包括用于冷却炉渣床的相应区段的多个冷却入口；以及至少一个高度检测器和至少一个温度检测器，其用于确定该区段中的炉渣床的高度和温度，所述方法包括：确定所述区段中的炉渣床的高度；确定所述区段中的炉渣床的温度；确定所述区段中的炉渣床的能量密度；以及根据所述能量密度，选择性地控制至冷却入口并且由此控制至相应炉渣床区段的冷却气体的供应。

Description

炉渣粒化系统

技术领域

本发明涉及干炉渣粒化系统，且具体地涉及具有废热回收的干炉渣粒化系统。

背景技术

在使用空气作为主冷却介质将熔融冶金炉渣粒化成球丸的干炉渣粒化系统中，存在过度供应空气以确保所产生的粒化材料不会再次结块的趋势。但是，存在与此相关的成本，因为需要功率来供应空气。此外，如果废热回收与炉渣粒化过程相结合，则空气的过度供应可导致被抽取通过热空气泄放口（off-take）的空气的温度降低，从而限制了组合的炉渣粒化和热量回收工厂的有效性。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于控制冷却气体至干炉渣粒化系统的供应的方法，所述系统包括：旋转雾化粒化器；炉渣容器，用于支撑当炉渣颗粒从粒化器被驱出时形成于其上的炉渣床，所述炉渣容器包括用于冷却炉渣床的相应区段的多个冷却入口；以及至少一个高度检测器和至少一个温度检测器，其用于确定该区段中的炉渣床的高度和温度，所述方法包括：确定所述区段中的炉渣床的高度；确定所述区段中的炉渣床的温度；确定所述区段中的炉渣床的能量密度；以及根据所述能量密度，选择性地控制至冷却入口并且由此控制至相应炉渣床区段的冷却气体的供应。

本发明通过下述操作来解决现有技术的问题：优化空气流以允许足够冷却以防止结块，并且同时仍允许例如通过高温空气泄放口的废热能量的充分回收。

炉渣材料可以是任何类型的，例如是：基于金属的，例如基于铁的；金属氧化物，例如氧化钛；非金属，例如作为金属制造过程的副产物而产生的炉渣；或其混合物。冶金炉渣的具体示例是高炉炉渣和钢厂炉渣，包括转炉炉渣和电弧炉炉渣。

该方法还可包括：根据在基部的出口处的被确定的平均炉渣床高度或炉渣温度，将冷却炉渣通过所述炉渣容器的基部排出。

所述方法还可包括：将冷却气体以相等比例供应到炉渣床的每个区段，直到在这些区段上已经达到炉渣床的最小平均高度。

所述方法还可包括：检测来自炉渣源（例如高炉）的炉渣流的减少或终止，所述炉渣源将炉渣供应到干炉渣粒化系统；以及检测低于在所述炉渣床的至少一个区段中的最小平均高度的炉渣床高度以及恢复将冷却气体以相等比例供应至每个区段。

所述方法还可包括：检测来自炉渣源（例如高炉）的炉渣流的减少或终止，所述炉渣源将炉渣供应到干炉渣粒化系统；防止炉渣从炉渣源进一步排出以保持平均炉渣床高度处于或高于所需最小高度；以及减少或终止冷却气流以存储能量直到炉渣流增加。

如果温度在很大程度上是恒定的，那么热量回收最有效地工作，但是当炉渣流从第一接头切换至第二接头等等时，将存在减少以及增加。缓冲有助于减轻所述效果。

虽然炉渣流可能典型地由高炉提供，但是将理解的是，本发明与在例如使用Corex(RTM)或Finex (RTM)处理的液态生铁的通常生产中存在的炉渣流的其他源相关。

所述方法还可包括：设置低于最小平均高度的炉渣床阈值高度以及自检测到炉渣流的终止起算的流逝时间，以及当已经满足阈值高度以及流逝时间两者时，减少至所述系统的冷却气流。

干炉渣粒化系统可包括多个所述高度和温度检测器，所述高度检测器中的至少一个以及所述温度检测器中的至少一个被设置成检测炉渣床区段的相应一个的高度和温度。

炉渣容器可包括分隔壁，其将炉渣床分离成多个部分，所述部分对应于所述炉渣床区段。

冷却气体可包括空气。

所述方法还可包括：抽吸空气通过废气出口并将其供应到热量回收单元。

根据本发明的另一方面，提供一种干炉渣粒化系统，所述系统包括：旋转雾化粒化器；炉渣容器，用于支撑当炉渣颗粒从粒化器被驱出时形成于其上的炉渣床，所述炉渣容器包括用于冷却炉渣床的相应区段的多个冷却入口；以及至少一个高度检测器和至少一个温度检测器，其用于确定该区段中的炉渣床的高度和温度；以及控制器，其用于根据所述炉渣床区段中的炉渣床高度和温度选择性地控制至冷却入口并且由此控制至相应炉渣床区段的冷却气体的供应。

炉渣容器可包括分隔壁，其将炉渣床分离成多个部分，所述部分对应于所述炉渣床区段。

所述系统还可包括热量回收单元以及联接到所述炉渣容器的空气泄放口。

所述炉渣容器可设置成支撑在炉渣容器中的不同高度处的多个炉渣床区段，所述系统被设置成在每个高度之间提供冷却气流。

附图说明

现将参考附图来描述根据本发明的炉渣粒化系统和用于控制冷却剂气体向干炉渣粒化系统的供应的方法的示例，在附图中：

图1示出了根据本发明的干炉渣粒化系统的示例；

图2是示出图1的系统的部件的框图；

图3a和3b示出了在本发明的系统中形成的粒化区段的更多细节；

图4是用于图3a和3b的示例的温度分布的图形；

图5a和5b示出了粒化区段的替代性布置；

图6示出了图3a、3b、5a、5b的示例的变型；以及

图7是根据本发明的用于控制冷却剂气体向干炉渣粒化系统的供应的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了具有如下设施的干炉渣粒化系统的示例，该设施抽取在冷却过程之后的热废气并且将其引导至热量回收单元41。该系统的更多细节在图2的框图中被示出。已经提出，热量回收单元可包括与粒化室相分离的热量回收室，粒化炉渣被提供到该粒化室中。该分离的热量回收室是具有窄空气通道的相对高的结构，以控制至热量回收室的空气流，该热量回收室具有优化对于流经热量回收室中的炉渣的空气的冷却作用的自然趋势。遗憾的是，由于对炉前区域中的空间的限制，由于热量回收室的过大高度因而在粒化设备中安装这类热量回收单元是不切实际的，所述粒化设备与来自炉的底部的炉渣流成直线。

在大约1450℃下的熔融炉渣2从炉前地板1沿炉渣流道3（可选地，进入到漏斗4中）前进并被引导通过开口5而进入到传送管6中，并接着到达粒化壳体或室8的旋转雾化粒化器44的旋转杯或盘9上。可选地，控制阀7可被设置在传送管的末端处。盘被安装在轴10上以在粒化室8的外部由马达11驱动而旋转。炉渣粒化室8的倾斜环形顶盖的壁12在外部被水冷，使得当其通过来自旋转盘9的空气被投射出时所形成的炉渣颗粒接触冷却的壁12并且在掉落到下部部段13中之前固化以形成粒化床14。

供收集颗粒的下部部段13包括设置有开口16的大致竖直壁15，冷却空气可被引导到所述开口中。下部部段13大体上是用于炉渣颗粒的容器或收集器，并且将理解的是为此目的其可具有任何合适形状或结构。粒化室8具有基部17，该基部包括多个颗粒出口18和冷却空气入口19。颗粒的全部或几乎全部冷却由在该基部上的空气入口19提供，被引导到侧壁15中的开口16的冷却空气主要目的在于保护粒化室结构自身。下部部段13和旋转雾化粒化器可在传送器和顶盖之间被容易地滑出以用于维护目的，例如以更换杯或盘。

用于冷却的冷空气在大约环境温度直至150℃下从冷却空气供应源42被供应到室8中，并且来自空气供应主管21的每个空气入口16、19设置有阀20，使得在每个入口16、19处的空气流可被单独地控制。从主管21至该室的基部的空气供应可在导管中被进一步加压，以使得空气能够遍及炉渣床的材料的高度并且克服压降。冷却的粒化炉渣通过出口18从粒化室的基部17被移除并且掉落到排出传送器46上。在粒化室8的顶部处并且在倾斜的壁上方，热空气出口22联接到粒化室并且抽取已经经过或通过热炉渣颗粒的空气。该热空气沿出口（例如，3米直径的主管）传送到热量回收单元41，在该热量回收单元中，空气可传送到锅炉中的热管内，该锅炉可使得气流升温以驱动涡轮或者向热交换器提供热量。但是，使用来自热空气出口的回收热量的其他方法也是同样可行的。

本发明通过减少空气流来优化炉渣粒化系统中的空气流以升高空气泄放口温度，使得热量回收是更有效的，并且同时仍允许产生适用于下游领域的炉渣颗粒。

在炉渣床的整个区域上，可能会存在炉渣高度的变化以及还存在温度的变化。诸如热偶的温度传感器50分布在基部14上并且被连接到控制器40，该控制器能够处理所述温度传感器所提供的温度信息。基部上的炉渣床可划分为如图3a、3b、5a和5b所述的区段，并且在该情况下每个区段可以与一个温度传感器47以及一个高度检测器45以及其中一个冷却空气入口19相关联。使用来自高度测量装置的数据以及该区段的已知容积，可以计算该区段的质量，并且具有更大能量浓度（例如，对于相同质量来说更高的温度）的区段与针对该质量具有较低温度的区段相比以更大比例的总空气流被对准。

虽然在该示例性实施例中在每个区段中存在一个温度传感器47和一个高度检测器45，但是在其他实施例中可存在用于确定所述区段中的炉渣床的高度和温度的不同数量的检测器。例如，任何一个区段可由多个高度和温度检测器来监测。或者，一个高度检测器和一个温度检测器可监测多个区段的高度和温度。因此，本领域技术人员将理解的是，各种检测器布置都是可行的，只要有可能确定每个炉渣床区段中的炉渣床的高度和温度即可。

图4示出了炉渣床的高度和每个区段的温度的变化如何确定被引入到每个区段中的空气流的比例的示例。图4示出了，区段1和区段8均接收可用空气流的20%，并且区段2和区段7均接收可用空气流的15%，区段3和区段6均接收可用空气流的10%，区段4和区段5均接收可用空气流的5%。这仅仅是示例性的，并且实际分布可以与所述的不相同并且可随着时间而变化。该方案定位在粒化材料的床中的最大能量密度的区域并且将更多空气引导到该具体区域，而更少空气进入到具有较低能量浓度的区段，因此优化总体空气使用并节省能量。热能的最高能量密度被定位，并且增加的空气流在能量不太密集部分的代价下被引导到该区域。

本发明的显著优点在于，粒化床与用于现有技术冷却方法的常规高堆叠床相比可保持相对浅，并且因此可装配到炉前的旁边可用的空间中，以从炉渣流道接收炉渣，而不必挖掘地板以保持从高炉的底部流出的熔融材料的重力馈送。

在示出分区炉渣床的一个实施例的图3a和3b的示例中，分离或分隔壁51被提供在围绕环体的中心圆周的均匀间距处，以形成炉渣床的与多个炉渣床区段相对应的部分。在该示例中，存在八个区段，但是其他数量（例如，四个、五个或六个区段）也是可能的。壁可替代性地不均匀地间隔开。在每个区段中，示出了炉渣颗粒14的高度。在该示例中，结构化壁51限定室，空气从基部17被吹送通过所述室。理想地，颗粒的高度会不超过每个室的壁51的高度的一半至四分之三，以使得空气必须被控制以在新进入的颗粒在该室中堆积太多之前将颗粒降温至合适温度以排出到传送器46上。

虽然在该示例性实施例中炉渣床的区段由结构化壁51有效地限定，但是在其他实施例中，结构化壁被省除并且炉渣床区段根据间隔的冷却空气入口19的位置被有效地限定。也就是说，在所述其他实施例中，炉渣床是物理上连续的，并且炉渣床区段是假想区段而不是物理分开的区段。因此，虽然结构化壁可以被便利地用于将炉渣床设置成分开的区段，但是这些壁对于本发明的功能来说不是必要的。在缺乏所述壁的情况下，炉渣床可被认为是包括了多个假想区段，每个区段与相应冷却空气入口19相关并且受所述冷却空气入口影响。本领域技术人员将理解的是，在该情况下，任何两个相邻区段之间的边界由于缺乏用于分离所述区段的物理结构而可以“变模糊”，但是所述两个区段中的每个的温度将根据来自其相应冷却空气入口19的空气流而主要地受影响并被控制，在边界区段与其相邻的冷却空气入口19相比仅具有相对小的影响。

来自每个区域中的温度传感器47的信号由控制器40用于改变空气供应、按度数打开或关闭所述阀以增加或减少每个区段中的空气流的量，或者当在该室中不存在能量密度的显著变化时保持恒定流量。

图5a和5b示出了其中环形炉渣粒化室被安装在用于收集颗粒的矩形床（5a）或正方形床（5b）上方的替代性实施例。该基部被物理地划分为区段49、50（或替代性地，炉渣床可如上所述被假想地划分为多个区段），每个区段可具有不同的区域或相同尺寸的区域。典型粒化床壁13的高度可以是1m至2m，但是粒化炉渣的掉落可能导致外边缘相比于朝向内边缘或中心具有更高的颗粒覆盖性，例如床在一个边缘具有1m的材料14的高度而在另一边缘仅具有0.5m的材料14的高度。期望将平均高度保持在稳定值，例如大约0.75m，尽管存在跨过基部的变化，以及期望在排出炉渣之前实现将炉渣的温度充分地降低直至150℃以便避免由过高温度引起的对该结构和传送器的损坏。如果炉渣颗粒由主要为更小的颗粒形成，那么炉渣床具有较少的孔隙度并且空气花费更长时间以流经并冷却颗粒。如果炉渣颗粒由主要为更大的颗粒形成，那么空气会更快地流过，但是在空气流过时必须从每个颗粒驱散更多的能量。

期望的是，该平均高度被保持在预定高度，使得甚至在炉渣床高度的低点处仍存在均匀的压降。但是如果温度升高得太多，那么可能有必要允许增加平均高度，使得炉渣颗粒的停留时间更长以允许其在被排出之前充分地冷却。典型地，颗粒在其被排出之前应当处于或低于150℃，而有时候颗粒将会正好高于该温度（例如，为250℃），因此需要冷却。炉渣床壳体的基部被设置成使其能够不时地打开并且通过该底部排出冷却炉渣，所述排出根据平均高度或测量温度被控制。

在上文给出并且将炉渣床形成区域划分为区段（通过一个或多个结构化（例如，竖直）分隔器物理地划分，或者如上文所述被假想地划分）的两个示例中，基部可被设置在两个高度上，其中冷却空气通道位于上部高度和下部高度之间，以改善炉渣床中的冷却速率，例如如图6所示。在第一高度，炉渣床14如上所述那样形成，但是不是由空气流从基部冷却，而是包括附加中间冷却高度，其中空气供应导管52具有入口以供空气泵送到炉渣床14中以及开口55以允许冷却炉渣掉落直到第二高度，在该第二高度再次形成炉渣床54，并且该炉渣床54由来自基部中的空气入口的空气来冷却。在充分地冷却之后，颗粒通过出口53释放到传送器上，如之前的示例那样。在每个高度中的允许炉渣通过的开口55、53可偏移以再分布炉渣以增强冷却。

图7是处于干炉渣粒化过程中的根据本发明的优化空气流的方法的流程图。在开始时，冷却空气通过粒化室的基部17并且通过粒化室壳体的壁13被供应（30）到所有区段中。熔融炉渣从高炉通过炉渣流道被供应（31）到旋转雾化粒化器。每个区段中的颗粒的高度以及每个区段的温度被检测（32）并且信息被提供至控制器40。如果粒化床的高度超过（33）保护粒化器壳体或室的基部所必要的最小值，那么可开始空气流的优化。在该控制器中，每个区段中所存储的热能水平或能量密度被计算（35）以确定每个区段需要多大比例的空气流。控制器发送信号以操作（36）阀20以基于所存储的能量水平来控制至各个区段的空气流。直到粒化床的高度达到保护基部所需的最小覆盖性之前，空气以相等比例被供应（34）到所有区段。如果炉渣的供应作为批次处理来运行，那么当炉渣流停止时炉渣流传感器提供信号至所述控制器。高度传感器因此检测低于所需最小值的高度下降，并且均匀空气流重启。如果高度保持低于最小值达预定时段，那么其余颗粒被清除到传送器上，并且空气供应停止（37）。

即便在每个区段的具有相对低的颗粒高度的区位中，当在处理炉渣的过程中温度需要从1450℃的熔融炉渣温度下降至大约150℃的排出温度时将存在最小空气流，所述熔融炉渣在其达到旋转杯时可能已经冷却至大约1300℃并且在粒化处理的飞行阶段期间进一步冷却。但是在所述床处于高位的区域中，温度可能仍为大约700℃，如果没有供应冷却空气则这可能会损坏钢结构。因此，总空气流的5%的最小值可能在相对低高度的区位中被引导，而在更高、更热的区位中，可能存在多达总空气流的20%。与将相同量的空气流引导到床的全部区域的系统相比，绝对空气流可能减少多达一半。虽然更热的区域需要全部量的可用空气流，但是更冷的区域需要少得多的空气流，因此仅需要使用风扇功率的一部分。

用于冷却需求的空气流的这种定制的结果是，在材料的床的表面处的空气温度更高，因此通过泄放口取出的空气处于更高温度，以使得锅炉更有效地操作。空气入口将空气吹入室中，然后吹出顶部并吹入到3米直径的主体中。冷却空气的大部分通过炉渣粒化床的底部被送入，但是进入侧壁中的附加空气流保护该结构免受炉渣床的热量。此外，在位于水套与炉渣颗粒收集室的颗粒从壁偏转的顶部之间的高度处的空气入口设置龙卷风作用，其缓冲颗粒并且保持颗粒更长时间地处于飞行。来自所有这些源的空气通过热量回收单元被提取。为了操作，锅炉需要空气处于至少450℃，但是如果空气更接近600℃则获得锅炉的更有效操作。来自锅炉管的空气在热量从锅炉或热交换器中的空气被提取之后可作为冷却空气进行再循环。由于粒化炉渣掉落所在的基部的结构针对低于颗粒落下时炉渣颗粒的温度的温度被设定，因此在启动之后，需要更多空气以将最初颗粒快速地冷却以防止损坏所述结构。由于冷却颗粒的保护层随着时间的流逝而形成在该床上，因此空气流可由此根据每个区段中的深度和温度被优化。

Claims (13)

1.一种用于控制冷却气体至干炉渣粒化系统的供应的方法，所述系统包括：

旋转雾化粒化器；

炉渣容器，用于支撑当炉渣颗粒从粒化器被驱出时形成于其上的炉渣床，所述炉渣容器包括多个冷却入口，每个冷却入口被定位用于冷却炉渣床的相应区段；以及

至少一个高度检测器和至少一个温度检测器，其用于确定该区段中的炉渣床的高度和温度，

所述方法包括：

确定所述区段中的炉渣床的高度；

确定所述区段中的炉渣床的温度；

基于所确定的高度和温度来确定所述区段中的炉渣床的热能密度；以及

将所述冷却气体供应至所述冷却入口以冷却相应区段中的炉渣床，冷却气体至所述冷却入口的供应被选择性地控制，以将更大量的冷却气体提供至所述炉渣床的具有较高热能密度的区域以及将更少量的冷却气体提供至所述炉渣床的具有较低热能密度的区域，以便优化所述冷却气体的使用。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据在基部的出口处的被确定的平均炉渣床高度或炉渣温度将冷却炉渣通过所述炉渣容器的基部排出。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：直到在这些区段上已经达到炉渣床的最小平均高度之前，将冷却气体以相等比例供应到炉渣床的每个区段。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：检测来自将炉渣供应到干炉渣粒化系统的炉渣源的炉渣流的减少或终止；以及检测低于在所述炉渣床的至少一个区段中的最小平均高度的炉渣床高度以及恢复将冷却气体以相等比例供应至每个区段。

5.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：

检测来自将所述炉渣供应到所述干炉渣粒化系统的炉渣源的炉渣流的减少或终止；

防止炉渣从所述炉渣源进一步排出以保持平均炉渣床高度处于或高于所需最小高度；以及

减少或终止冷却气流以存储能量直到炉渣流增加。

6.根据权利要求3所述的方法，还包括：设置低于所述最小平均高度的炉渣床阈值高度以及自检测到炉渣流的终止起算的流逝时间；以及当已经满足所述阈值高度以及所述流逝时间两者时，减少至所述系统的冷却气流。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述干炉渣粒化系统包括多个所述高度检测器和温度检测器，所述高度检测器中的至少一个以及所述温度检测器中的至少一个被设置成检测炉渣床区段的相应一个区段的高度和温度。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述炉渣容器包括分隔壁，其将所述炉渣床分离成多个部分，所述部分对应于所述炉渣床区段。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述冷却气体包括空气。

10.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：抽吸空气通过废气出口并将其供应到热量回收单元。

11.一种干炉渣粒化系统，所述系统包括：

旋转雾化粒化器；

炉渣容器，用于支撑当炉渣颗粒从粒化器被驱出时形成于其上的炉渣床，所述炉渣容器包括多个冷却入口，每个冷却入口被定位用于冷却炉渣床的相应区段；

至少一个高度检测器和至少一个温度检测器，其用于确定所述区段中的炉渣床的高度和温度，所述系统被构造成基于所确定的高度和温度来确定所述区段中的炉渣床的热能密度；以及

控制器，其用于选择性控制冷却气体至所述冷却入口的供应以冷却相应区段中的炉渣床，所述选择性控制会将更大量的冷却气体提供至所述炉渣床的具有较高热能密度的区域以及将更少量的冷却气体提供至所述炉渣床的具有较低热能密度的区域，以便优化所述冷却气体的使用。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述炉渣容器包括分隔壁，其将所述炉渣床分离成多个部分，所述部分对应于所述炉渣床区段。

13.根据权利要求11或12所述的系统，还包括热量回收单元以及联接到所述炉渣容器的空气泄放口。