CN106989608A - 一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收系统，包括灰渣换热池、灰渣相变床和换热设备，灰渣换热池内设置有换热管，灰渣相变床包括密封腔体，密封腔体的顶部设置有内混式喷嘴，内混式喷嘴的混合室分别与灰渣换热池、换热管连接，密封腔体的底部具有第一冷气入口和第一排渣口，密封腔体的上部还具有第一热气出口，换热设备的一端为热气入口，另一端为冷气出口，热气入口与分离器连接，分离器与第一热气出口连接，冷气出口连接第一高压风机，第一高压风机分别连接第二高压风机和第一冷气入口，第二高压风机连接换热管。本发明的优点是设计巧妙，成本低，余热回收效率高，且节能环保，有利于降低冶金企业的能耗，促进冶金企业可持续发展。

Description

一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收系统及方法

技术领域

本发明涉及一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收系统及方法，属于高温物料回收利用技术领域。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，能源使用效率的高低已成为一个部门、一个行业乃至一个国家技术进步的重要标志。随着我国经济的快速发展和人口的不断增长，能源相对不足的矛盾已经日益突出，寻求新的能源或可再生能源，以及合理的综合利用现有的宝贵能源是我国今后如何确保经济可持续发展的关键所在。近年来，我国冶金工业取得了令人瞩目的快速发展，其中钢产量已经连续多年居世界第一位。冶金工业作为资源、能源密集型行业，是耗能大户。其中钢产业耗能量占全国能耗量的16%左右，但吨钢可比能耗比先进国家高20%左右。能源问题日益成为我国冶金工业健康可持续发展的主要制约瓶颈之一。

二次能源的开发利用已引起人们极大的关注。近年来国外许多国家对冶金炉渣余热回收利用做了大量的研究工作，取得了一定的成绩。目前冶金炉渣处理的主要工艺有：粒化法、风淬法、管式冷却法和Merotec法。虽然上述方法都能解决一些问题，但各有各的缺点。粒化法最早是采用法国索里梅一福斯厂试用的一种炉渣粒化装置，主要部件是一个直径为90毫米、长1800毫米的沟槽滚筒，转速约为300转/分，其基本原理是将温度1450℃的液体炉渣流向一个水冷喷水平台，以便进行初次破碎，再将渣子抛在空气中并粒化成球状，粒度分布为0.3～15毫米,然后用雾化水加速冷却（每台设备的冷却能力为100吨/小时），接着用流态床换热器以较高的热效率回收渣粒的能量。对于每小时处理60吨炉渣的设备所作的初步研究表明,这种装置每小时可以产生温度500～600℃的热空气7500公斤。因此,这阶段回收的总效率为25～30%。这些热可用于蒸气发电或者预热产品。然而，粒化法余热回收效率低，会浪费大量的水，形成的大量污水、污泥难于处理。

风淬法是由日本钢管公司和三菱公司共同发明的。该方法已在福山厂使用,月处理量为10000吨左右，其熔融渣温度为l500～1600℃。该方法的设备中鼓风机使用一种特殊喷咀,经过强力鼓风后液态熔融渣被破碎成直径小于3毫米的颗粒并很快冷却固化，固化后的渣粒温度仍有1200～1300℃,将它用于锅炉,使热量传递给锅炉水管。这种设备能够回收40%的余热,每天可生产200吨蒸气，该设备亦可用于有色冶金鼓风炉和转炉上回收余热。然则，鼓风机喷咀易阻塞，难以清理，且余热回收效率低。

管式冷却法是新日铁琪制铁所研究应用的方法。该方法的流程是将炉渣注入管式冷却器φ90×500毫米(外径φ150毫米)的管内,炉渣的热量传递给管外的冷却水，得到25公斤/cm²压力的蒸气,打开管子下方的盖板,即可将凝固的渣子排出,而且只要管内加工良好,保持30%的倾斜度，即使3.2米长的管子也可将凝固渣顺利排出。不过，灰渣容易粘附在管壁上，难以清理，余热回收效率低。

Merotec法是瑞典研究了一种Merotec工艺回收高炉渣热的新方法,该方法是把1350℃的熔融渣和循环渣经破碎器进入粒化器,然后到冷却器,进入冷却器的渣温为700～800℃,在冷却器中采用管道通以空气或水,以获得500℃的热空气或者250℃、210ata的水蒸气，换热后的渣粒经冷却器进入分离器,将大于3毫米的渣粒用于建材,小于3毫米的用作循环渣。该工艺回收渣热的效率可达60～75%,如将高炉渣热用于干燥的目的,其效果可达80%。可是该方法较为复杂，投资成本高。

近年来，许多国家对冶金炉渣余热的回收利用作了大量研究工作。冶金生产流程中投入了大量的能源，主要是为了金属产品的生产创造和维持一个高温反应与变形的条件，大部分能源转变为二次能源被大量排放。有效回收利用冶金流程中的二次能源，是冶金企业降低能耗的重要途径。其中，冶金中产生的高温灰渣具有巨大的能量，如何有效余热回收灰渣中的能量，是降低冶金企业能耗比的关键。现有的高温灰渣余热回收技术大多采用冷却水进行冷却，不仅浪费了大量的水资源，还形成大量的污水、污泥等难以处理的材料，并且工艺流程长，能耗高，对环境污染严重。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的不足，提出一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收系统，同时给出了余热回收方法，采用热气体与液态灰渣预混，不仅能获得粒径更小、更均匀的液态渣，还起到导流作用，同时避免因水冷却液态渣导致的水资源大量浪费以及难于处理的污水、污泥产生，实现冶金液态渣余热回收的高效回收。

为了达到以上目的，本发明的技术方案如下：一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收系统，包括灰渣换热池、灰渣相变床和换热设备，灰渣换热池内设置有换热管，灰渣换热池内安置有液态灰渣；灰渣相变床包括密封腔体，密封腔体的顶部设置有内混式喷嘴，内混式喷嘴具有混合室，混合室分别经管路与灰渣换热池、换热管连接，密封腔体的底部具有第一冷气入口和第一排渣口，密封腔体的上部还具有第一热气出口；换热设备的一端为热气入口，另一端为冷气出口，热气入口通过管路与分离器的出气口连接，分离器的进气口通过管路与第一热气出口连接，冷气出口经管路连接第一高压风机，第一高压风机分别经管路连接第二高压风机和第一冷气入口，第二高压风机经管路连接换热管。

本发明采用内混式喷嘴，液态灰渣进入喷嘴的混合室后与经高压预热的热气体（该气体来自换热设备余热回收后的气体）进行混合，高压热气体对液态灰渣有运输和导流作用，并使液态灰渣粒径变得更均匀、更小，液态灰渣在混合室内经过碰撞后，由喷嘴排出，进入灰渣相变床，并在灰渣相变床中与鼓入的冷气体进行换热，冷气体将灰渣的热量带出，被加热的气体再通过换热设备回收利用，液态灰渣凝固成固态灰渣并由第一排渣口排出。

本发明进一步细化的结构如下：

进一步的，换热管具有第二冷气入口和第二热气出口，第二冷气入口经管道连接第二高压风机，第二热气出口经管道与内混式喷嘴的混合室连接。

上述结构中采用换热管输送的热气体对液态灰渣进行预混，在内混式喷嘴中通过高温高压气体驱使液态灰渣沿喷嘴径向向外流动，液态灰渣被高温高压气体冲撞，破碎并雾化成小液滴。本发明可以通过改变高温气体和液态灰渣的流量比获取不同粒径的灰渣，使灰渣颗粒更加均匀、粒径更小，进而使液态灰渣与冷气体换热更加彻底。另外，由于热气体的温度大于液态灰渣的熔点，致使喷嘴内的灰渣保持液态，不会堵塞。

进一步的，换热管的第二冷气入口与第二高压风机之间还设有气-气换热器，气-气换热器包括壳体和设置在壳体中的换热管束，壳体的一端进口经管路与第二高压风机连接，另一端出口经管路与换热管连接；换热管束的进气口通过进气管连接位于分离器出气口后的管路，进气管设有第一流量控制阀，换热管束的出气口通过出气管连接位于换热设备热气入口前的管路，出气管设有第三高压风机。

上述结构中采用气-气换热管是为了对冷气体进行预热，防止进入灰渣换热池的冷气体温度过低，导致液态灰渣在灰渣换热池中凝固。

进一步的，第一高压风机与第二高压风机之间的管路设有第二流量控制阀。

第一流量控制阀用于调整进入气-气换热器的热气体的量，进入气-气换热器的热气体的量为少量，使用少量热气体对进入换热管前的冷气体进行预热，预热后该少量气体返回位于分离器后的管路中，由于气体量较少，不会影响后面换热设备的使用。第二流量控制阀用于调整进入换热管的冷气体的量，进而调节后面高压热气体与液态灰渣的流量比。

进一步的，所述换热管为盘管式换热管。

进一步的，分离器的底端具有第二排渣口。

进一步的，灰渣换热池经管道与灰渣储存池连通，所述灰渣储存池内装有液态灰渣，在灰渣储存池的顶部具有灰渣进口。

进一步的，换热设备具有换热夹层，换热夹层具有冷媒入口和热媒出口，冷、热媒为水。换热设备为气体预热器、回转式气-气换热器、翅片管换热器、光管换热器、热管换热器、盘管换热器、板式换热器中的一种或几种。进一步的，分离器为重力分离器、惯性分离器、旋风分离器中的一种或几种。

本发明还提供一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收方法，包括以下步骤：

第一步、灰渣储存池向灰渣换热池输送温度为1500～1600℃的液态灰渣后，第一高压风机、第二高压风机启动，将温度为150～300℃的冷气体输送至设置于灰渣换热池内的换热管，冷气体在换热管中与灰渣换热池内的液态灰渣进行换热，得到温度为1300～1400℃的高压热气体；转至第二步；

第二步、换热后的高压热气体及液态灰渣分别经管路输送至内混式喷嘴的混合室，并在混合室内混合后得到混合灰渣，混合灰渣粒径大小的改变是通过调整高压热气体与液态灰渣的流量比来实现，混合灰渣经内混式喷嘴上的喷孔喷出；转至第三步；

第三步、温度为150～300℃的冷气体在第一高压风机作用下从灰渣相变床底部进入其密封腔体，灰渣相变床内部保持微负压，在密封腔体内冷气体先与位于灰渣相变床底部的凝固的灰渣进行换热，再与由内混式喷嘴喷射出的混合灰渣进行换热，换热后液态灰渣遇冷凝固成固体灰渣，冷气体被加热成800～1200℃的热气体；转至第四步；

第四步、热气体从灰渣相变床排出后经分离器分离出携带的固体灰渣，进入换热设备，热气体在换热设备中与冷媒换热得到温度为150～300℃的冷气体，冷气体从换热设备的冷气出口排出，在第一高压风机的引风作用下大部分导入灰渣相变床中循环使用，小部分在第二高压风机的引风作用下导入换热管循环使用。

进一步的，在第四步中，分离器出来的热气体，大部分进入换热设备进行换热，少部分经进气管进入气-气换热器对来自第二高压风机的冷气体进行预热。

本发明的优点是，设计巧妙，工艺简单，成本低，余热回收效率高，且节能环保，避免产生大量的污水、污泥，有利于降低冶金企业的能耗，促进冶金企业可持续发展，具有良好的借鉴意义和推广价值。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

本实施例的一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收系统，其结构如图1所示，包括灰渣换热池4、灰渣相变床9和换热设备13，灰渣换热池4经管道与灰渣储存池2连通，灰渣储存池2内装有液态灰渣3，在灰渣储存池2的顶部具有灰渣进口1，灰渣储存池2、灰渣换热池4均为密封的圆筒状或其它形状。灰渣换热池4内设置有换热管5，灰渣换热池4内还安置有液态灰渣3，换热管5具有第二冷气入口和第二热气出口，第二冷气入口经管道连接第二高压风机10，第二热气出口经管道与内混式喷嘴6的混合室连接。灰渣相变床9包括密封腔体，密封腔体的顶部设置有内混式喷嘴6，内混式喷嘴6具有混合室，混合室通过导液管15与灰渣换热池4内腔连通，导液管15设有第三流量控制阀，同时混合室还经管路与换热管5的第二热气出口连接，密封腔体的底部具有第一冷气入口7和第一排渣口8，密封腔体的上部还具有第一热气出口。换热设备13的一端为热气入口，另一端为冷气出口，换热设备13的热气入口通过管路与分离器11的出气口连接，分离器11的进气口通过管路与第一热气出口连接，换热设备13的冷气出口经管路连接第一高压风机18，第一高压风机18分别经管路连接第二高压风机10和第一冷气入口7，第一高压风机18与第二高压风机10之间的管路设有第二流量控制阀19，第二高压风机10经管路连接换热管5的第二冷气入口。换热设备13还具有换热夹层，换热夹层具有冷媒入口和热媒出口，冷、热媒为水。管路（管道）上均设有阀门。

另外，换热管5的第二冷气入口与第二高压风机10之间还设有气-气换热器14，气-气换热器14包括壳体和设置在壳体中的换热管束，壳体的一端进口经管路与第二高压风机10连接，另一端出口经管路与换热管5的第二冷气入口连接。换热管束的进气口通过进气管连接位于分离器11出气口后的管路，进气管设有第一流量控制阀17，换热管束的出气口通过出气管连接位于换热设备13热气入口前的管路，出气管设有第三高压风机16。第一高压风机18、第二高压风机10、第三高压风机16均为引风机。

换热管5为盘管式换热管。分离器11的底端具有第二排渣口12。分离器11可以为重力分离器、惯性分离器、旋风分离器中的一种或几种组合。

换热设备13为气体预热器、回转式气-气换热器、翅片管换热器、光管换热器、热管换热器、盘管换热器、板式换热器中的一种或几种组合。换热设备采用耐高温的砌砖材料制作。

本实施例的一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收方法，包括以下步骤：

第一步、灰渣储存池2向灰渣换热池4输送温度为1500～1600℃的液态灰渣后，第一高压风机18、第二高压风机10启动，将温度为150～300℃的冷气体输送至设置于灰渣换热池4内的换热管5，冷气体在换热管5中与灰渣换热池4内的液态灰渣进行换热，得到温度为1300～1400℃的高压热气体。

第二步、1500～1600℃液态灰渣经导液管15进入内混式喷嘴6的混合室，同时换热后的1300～1400℃高压热气体也通过管道输送至混合室，高压热气体对液态灰渣有输送和导流的作用，二者混合室内经过碰撞、混合后得到混合灰渣，混合灰渣经内混式喷嘴6上的喷孔喷出。导液管15及管道上设有阀门，通过第二流量控制阀19、第三流量控制阀来调节高压热气体与液态灰渣的流量比，进而获得不同粒径的灰渣。

第三步、温度为150～300℃的冷气体在第一高压风机18作用下从灰渣相变床9底部进入其密封腔体，灰渣相变床9内部保持微负压，在密封腔体内冷气体先与位于灰渣相变床9底部的凝固的灰渣进行换热，再与由内混式喷嘴6喷射出的混合灰渣（1500～1600℃）进行换热，换热后液态灰渣遇冷凝固成粒径在1mm左右的固体灰渣（温度100～125℃），固体灰渣经第一排渣口8排出，冷气体被加热成800～1200℃的热气体；转至第四步；

第四步、热气体从灰渣相变床9排出后经分离器11分离出热气体携带的固体灰渣，分离器11出来的热气体，大部分进入换热设备13进行换热，少部分经进气管进入气-气换热器14对来自第二高压风机10的冷气体进行预热，热气体在换热设备13中与冷媒换热得到温度为150～300℃的冷气体，冷气体从换热设备13的冷气出口排出，在第一高压风机18的引风作用下大部分导入灰渣相变床9中循环使用，小部分在第二高压风机10的引风作用下导入换热管5循环使用。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收系统，其特征是，包括灰渣换热池（4）、灰渣相变床（9）和换热设备（13），所述灰渣换热池（4）内设置有换热管（5），所述灰渣换热池（4）内安置有液态灰渣（3）；所述灰渣相变床（9）包括密封腔体，所述密封腔体的顶部设置有内混式喷嘴（6），所述内混式喷嘴（6）具有混合室，所述混合室分别经管路与灰渣换热池（4）、换热管（5）连接，所述密封腔体的底部具有第一冷气入口（7）和第一排渣口（8），所述密封腔体的上部还具有第一热气出口；所述换热设备（13）的一端为热气入口，另一端为冷气出口，所述热气入口通过管路与分离器（11）的出气口连接，所述分离器（11）的进气口通过管路与第一热气出口连接，所述冷气出口经管路连接第一高压风机（18），所述第一高压风机（18）分别经管路连接第二高压风机（10）和第一冷气入口（7），所述第二高压风机（10）经管路连接换热管（5）。

2.根据权利要求1所述一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收系统，其特征是，所述换热管（5）具有第二冷气入口和第二热气出口，所述第二冷气入口经管道连接第二高压风机（10），所述第二热气出口经管道与内混式喷嘴（6）的混合室连接。

3.根据权利要求2所述一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收系统，其特征是，所述换热管（5）的第二冷气入口与第二高压风机（10）之间还设有气-气换热器（14），所述气-气换热器（14）包括壳体和设置在壳体中的换热管束，所述壳体的一端进口经管路与第二高压风机（10）连接，另一端出口经管路与换热管（5）连接；所述换热管束的进气口通过进气管连接位于分离器出气口后的管路，所述进气管设有第一流量控制阀（17），所述换热管束的出气口通过出气管连接位于换热设备热气入口前的管路，所述出气管设有第三高压风机（16）。

4.根据权利要求3所述一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收系统，其特征是，所述第一高压风机（18）与第二高压风机（10）之间的管路设有第二流量控制阀（19）。

5.根据权利要求2所述一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收系统，其特征是，所述换热管为盘管式换热管。

6.根据权利要求1所述一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收系统，其特征是，所述分离器（11）的底端具有第二排渣口（12）。

7.根据权利要求1所述一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收系统，其特征是，所述灰渣换热池（4）经管道与灰渣储存池（2）连通，所述灰渣储存池（2）内装有液态灰渣（3），在所述灰渣储存池（2）的顶部具有灰渣进口（1）。

8.根据权利要求1所述一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收系统，其特征是，所述换热设备（13）为气体预热器、回转式气-气换热器、翅片管换热器、光管换热器、热管换热器、盘管换热器、板式换热器中的一种或几种；所述分离器（11）为重力分离器、惯性分离器、旋风分离器中的一种或几种。

9.一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步、灰渣储存池（2）向灰渣换热池（4）输送温度为1500～1600℃的液态灰渣（3）后，第一高压风机（18）、第二高压风机（10）启动，将温度为150～300℃的冷气体输送至设置于灰渣换热池（4）内的换热管（5），冷气体在换热管（5）中与灰渣换热池（4）内的液态灰渣（3）进行换热，得到温度为1300～1400℃的高压热气体；转至第二步；

第二步、换热后的高压热气体及液态灰渣分别经管路输送至内混式喷嘴（6）的混合室，并在混合室内混合后得到混合灰渣，混合灰渣粒径大小的改变是通过调整高压热气体与液态灰渣的流量比来实现，混合灰渣经内混式喷嘴（6）上的喷孔喷出；转至第三步；

第三步、温度为150～300℃的冷气体在第一高压风机（18）作用下从灰渣相变床（9）底部进入其密封腔体，灰渣相变床（9）内部保持微负压，在密封腔体内冷气体先与位于灰渣相变床（9）底部的凝固的灰渣进行换热，再与由内混式喷嘴（6）喷射出的混合灰渣进行换热，换热后液态灰渣遇冷凝固成固体灰渣，冷气体被加热成800～1200℃的热气体；转至第四步；

第四步、热气体从灰渣相变床（9）排出后经分离器（11）分离出携带的固体灰渣，进入换热设备（13），热气体在换热设备（13）中与冷媒换热得到温度为150～300℃的冷气体，冷气体从换热设备（13）的冷气出口排出，在第一高压风机（18）的引风作用下大部分导入灰渣相变床（9）中循环使用，小部分在第二高压风机（10）的引风作用下导入换热管（5）循环使用。

10.根据权利要求9所述一种热风动力式粒化冶金液态渣余热回收方法，其特征是，在所述第四步中，分离器（11）出来的热气体，大部分进入换热设备（13）进行换热，少部分经进气管进入气-气换热器（14）对来自第二高压风机（10）的冷气体进行预热。