CN107058653A - 高温炉渣回收利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高温炉渣回收利用方法，属于余热回收技术领域，包括以下步骤：包括利用水冷的离心造粒过程A和与过程A连接的流化换热过程B，并对所产生的蒸汽进行收集利用。本发明提供了一种同时实现高炉渣的热量有效回收以及钢渣的玻璃体化和成粒的高温炉渣回收利用方法。

Description

高温炉渣回收利用方法

技术领域

本发明属于余热能回收技术领域，特别涉及高温液态渣热能的回收和利用。

背景技术

钢铁工业是一个能源和资源消耗巨大的行业。在炼铁过程中，消耗的大量焦炭等的热量进入铁水和钢液、煤气或烟气、液态高炉渣中。其中，液态渣所含有的物理热占有的比例较大。对于高温液态高炉渣积存的大量热量中，其物理热的利用成为目前钢铁企业最重要的节能方向之一。

目前，我国高炉渣堆置量约3亿吨，每年新产生约9000余万吨，这些熔渣出炉时温度可达1400℃以上，1吨熔渣的热量相当于60kg煤所产生的热量，所以，熔融液态高炉渣含有大量的物理热。而在我国高炉渣大多数采用的是水淬法，即将熔融的高炉渣直接倒入水槽中进行冷却，水与高温炉渣进行淬冷，将高炉渣破碎成微粒，并产生大量蒸汽。这种方法的缺点是不仅高炉渣产生的热量无法被利用，造成水资源的大量浪费，并且水淬法会产生大量的硫化物，促进酸雨的形成，对大气、水和土壤也造成了严重的污染。

目前对高炉炉渣的处理还有一种造粒方法，是将高温的高炉炉渣通入离心造粒机中，在离心造粒机的转动的转杯的作用下钢渣离心，并在向离心造粒机中鼓入的高压冷风的冷却下形成颗粒。此法制造的钢渣成粒效果并不理想，并且经冷风冷却的钢渣玻璃体含量不高，冷却品质差，再利用效果不好，且由于冷却风量巨大，动力消耗太高。

在生产水泥过程中往往将高炉炉渣研磨后用作掺和剂，然而按照以上处理方法得到的高温炉渣其硬度高、氧化性高、活性物质少等，为其后续加工和使用带来不便。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是如何提供一种同时实现高炉渣的热量有效回收以及钢渣的玻璃体含量高和颗粒度较好的高温炉渣回收利用方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：包括利用水冷的离心造粒过程A和与过程A连接的流化换热过程B，并对所产生的蒸汽进行收集利用。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述过程A是使高温液态熔渣进入离心造粒机（1）的转杯后离心并经水幕急冷粒化，形成玻璃态渣粒；所述过程B是将玻璃态渣粒在流化床（2）内与热水进行强制换热；在B过程后，还包括搅拌移动回收余热的过程C，过程C是将经流化换热后降温的玻璃态渣粒输入至搅拌移动装置（3）降温，对低温余热回收利用。

本发明技术方案的进一步改进在于：过程A中水幕是汽水两相混合物，急冷时还有来自过程B的流化过热蒸汽的冷却。

本发明技术方案的进一步改进在于：过程A中急冷时产生的过热蒸汽通过换热器（4）换热后预热高炉（5）进风或利用吸收热泵给高炉（5）风除湿，预热后产生的汽液混合物回用至离心造粒机（1）的转杯中形成水幕，换热器（4）与汽包Ⅰ（6）进行热量交换，汽包Ⅰ（6）将储存的蒸汽向外输出；

过程B是在流化床（2）的热管中预热过程C中回收的水，加热至饱和后通入至汽包Ⅰ（6），汽包Ⅰ（6）中液相回流至流化床（2）中再进行热交换，热交换后的饱和蒸汽通过汽包Ⅰ（6）向外输出；流化床（2）的流化过热蒸汽是通过循环风机（8）从流化床（2）的上部吸出，从流化床（2）底部鼓入；

过程C中搅拌移动回收余热分成两步，第一步回收的余热进入汽包Ⅱ（7）后与过程A中的蒸汽共同预热高炉（5）进风或供吸收热泵给高炉（5）进风除湿，第二步回收的余热预热水，预热后的水一部分输入流化床（2）的换热管与玻璃态渣粒进行强制换热，另一部分供给汽包Ⅰ（6）补水与换热器（4）进行热量交换。

本发明技术方案的进一步改进在于：过程A中急冷后高温液态熔渣急冷至1100℃以下，急冷后产生的过热蒸汽的温度为350～1000℃，经过换热器（4）后蒸汽温度为200～450℃，高炉（5）的进风温度为常温，高炉（5）的出风温度为120～130℃，高炉（5）的进风预热器预热后汽液混合物的温度为90～100℃。

本发明技术方案的进一步改进在于：过程B中流化过热蒸汽的温度为200～350℃，经流化床（2）换热后玻璃态渣粒的温度降为200～400℃。

本发明技术方案的进一步改进在于：过程A和过程B中的汽包Ⅰ（6）向外输出的蒸汽压力为0～16MPa。

本发明技术方案的进一步改进在于：过程C中第一步回收的余热来自于将玻璃态钢渣粒冷却至150～180℃产生的热量；第二步回收的余热来自于将玻璃态钢渣粒继续冷却至低于70℃产生的热量。

本发明技术方案的进一步改进在于：过程A中急冷时产生的过热蒸汽进入换热器（4）前和过程B的流化过热蒸汽吸出流化床（2）后分别经过除尘器（9）除尘。

本发明技术方案的进一步改进在于：过程A离心造粒后的玻璃态渣粒粒径为0.1～4mm。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明中高炉废渣废热回收分别采用了离心造粒、流化换热和搅拌移动余热回收的步骤，使得高温液态炉渣能够在转杯中离心并经水幕急冷粒化，形成粒度为0.1～4mm左右的玻璃态钢渣颗粒，再经流化床换热，最后在搅拌移动回收余热降温。满足了高温炉渣的高玻璃化率要求，达到了粒度小、粒化率高的目标，并且在流化换热过程中采用比热大、导热系数高的蒸汽作为流化介质，提高了流化床换热效率，使利用高温炉渣余热产生高品位蒸汽变为现实。

本发明中流化换热与水冷离心造粒过程相互连贯，减少了物料输送，简化了工艺流程，方便系统操作，具有节能功效。同时，在流化换热过程中循环鼓入的流化过热蒸汽也能冷却从物料进口进入的高温液态炉渣。

在搅拌移动床的深度回收颗粒余热步骤中，除了能够为第一段流化床高效换热装置供水预热外，还可以根据需要将余热转化为低压蒸汽作为液态熔渣造粒的淬冷介质或流化床流化介质。

本发明融合了高炉鼓风预热或高炉风除湿与高炉液态熔渣干法成粒余热回收系统，从而高值高效地利用了高炉液态熔渣余热的低品质部分，回收高温液态熔渣的余热；同时，本发明中的换热器和流化床外都连接有汽包等储能装置，保证了将从高温炉渣回收的余热能够集中向外供能。

本发明采用高温炉渣回收利用方法处理得到的成品玻璃态渣粒中粒径小于4mm占95% 以上，渣粒整体玻璃化率大于90%，得到的玻璃态渣粒再加工效果好。因此，通过本发明方法制得的高炉渣主要应用在水泥中作掺和料。

本发明在离心造粒过程中，高温液态熔渣经转杯中喷射形成的汽液雾急冷至1100℃以下，同时通过旋转的转杯将液态熔渣离心造粒为颗粒状，并形成玻璃态。这时形成的玻璃态钢渣粒的表层虽为固体，而其内部仍为液态，然后经过下个流化换热过程中继续释放热量。经过多级的热量释放，能够更充分地回收各个换热过程中的热量。这种高炉液态熔渣玻璃化造粒及余热利用新工艺，实现了液态熔渣高值化及余热高效利用。同时，在工艺过程中水的循环利用节约了水用量，减小了煤炭等传统资源的消耗，节约了运行能耗，几乎不产生废水废气，节能环保。

本发明中汽包中回收的余热可以继续应用到发电等行业，本发明的余热回收工艺的余热回收率达到80%以上，输出蒸汽温度可达450℃，压力0～16MPa，熔渣粒化合格率≥95%，玻璃体含量≥90%。按照2000吨/天的处理量来计算，可发电73600千度（8000小时），可产生经济效益5840万/年。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

其中，1、离心造粒机，2、流化床，3、搅拌移动装置，4、换热器，5、高炉，6、汽包Ⅰ，7、汽包Ⅱ，8、循环风机，9、除尘器，10、空气进口，11、空气出口，12、物料进口，13、物料出口。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明：

如图1所示的本发明工艺流程路线，高温炉渣回收利用方法，包括以下步骤：

过程A：自上游工段高炉来的1450℃高温液渣从物料进口12进入离心造粒机1的转杯后经90～100℃的水幕急冷、粒化，使高炉渣急速冷却至1000～1100℃，形成粒径在0.1～4mm之间的玻璃态渣粒，并产生350～1000℃的过热蒸汽。水幕是汽水两相混合物，急冷时还有来自过程B的流化过热蒸汽的冷却。经过过程A后形成的玻璃态钢渣粒的表层虽为固体，而其内部仍为液态，然后经过下个流化换热过程中继续释放热量。急冷时产生的过热蒸汽先经过除尘器9除尘后，再通过换热器4换热至温度成200～450℃任意一个温度值的蒸汽，而后预热高炉5进风或利用吸收热泵给高炉5风除湿。从空气进口10进入到高炉5的空气由常温上升到120～130℃，而后热空气从空气出口11向外排出。预热后产生的汽液混合物的温度为90～100℃，其回用至离心造粒机1的转杯中形成继续形成水幕，换热器4与汽包Ⅰ6进行热量交换，汽包Ⅰ6将储存的蒸汽向外输出，节约了水用量和运行能耗。

过程B：离心造粒后的玻璃态钢渣直接进入到流化床2中，经200～350℃任意一个温度值的流化过热蒸汽换热冷却（如280℃、320℃）；同时，在流化床2中设置有供水换热的热管。从过程C中回收的水通过流化床2的热管后，形成蒸汽后通入至汽包Ⅰ6并在汽包Ⅰ6中冷却后回流至流化床2中再进行热交换，热交换后的过热蒸汽通过汽包Ⅰ6向外输出0～16MPa范围的任意压力值的蒸汽（比如5～13MPa），集中供发电、供暖等使用。流化床2中的流化过热蒸汽通过循环风机8从流化床2的上部吸出，并通过除尘器9除尘从流化床2底部鼓入形成循环利用；同时，鼓入的流化过热蒸汽还可以冷却处于离心造粒过程中的高温液渣。经过流化床2换热后玻璃态渣粒的温度降至200～400℃。

步骤C：从搅拌移动装置3的入水口通入常温水进行冷却作业。玻璃态钢渣在搅拌移动回收装置中对低温余热回收分为两步：第一步，玻璃态钢渣粒冷却至150～180℃（如160℃）；第二步，玻璃态钢渣粒继续冷却至50～70℃后从物料出口13出料。回收的第一步的热量可以形成低品质蒸汽进入汽包Ⅱ7并与过程A中蒸汽共同预热高炉5的进风预热器处的进风；回收的第二步的热量可以将搅拌移动装置3的冷却盘中20℃水预热至80℃，预热后的水一部分输入流化床2的热管与玻璃态渣粒进行强制换热生成0～16MPa的饱和蒸汽集中向外输出，另一部分供给汽包Ⅰ6补水并与换热器4进行热量交换，汽包Ⅰ6储存蒸汽并向外输出压力为0～16MPa的蒸汽。搅拌移动床的深度回收颗粒余热步骤中，除了能为流化床2高效换热装置供水预热外，还可以根据需要将余热转化为低压蒸汽作为液态熔渣造粒的淬冷介质和流化床2的流化介质，节约了高温炉渣回收利用的成本。

Claims (10)

1.高温炉渣回收利用方法，其特征在于：包括利用水冷的离心造粒过程A和与过程A连接的流化换热过程B，并对所产生的蒸汽进行收集利用。

2.根据权利要求1所述的高温炉渣回收利用方法，其特征在于：所述过程A是使高温液态熔渣进入离心造粒机（1）的转杯后离心并经水幕急冷粒化，形成玻璃态渣粒；所述过程B是将玻璃态渣粒在流化床（2）内与热水进行强制换热；在B过程后，还包括搅拌移动回收余热的过程C，过程C是将经流化换热后降温的玻璃态渣粒输入至搅拌移动装置（3）降温，对低温余热回收利用。

3.根据权利要求2所述的高温炉渣回收利用方法，其特征在于：过程A中水幕是汽水两相混合物，急冷时还有来自过程B的流化过热蒸汽的冷却。

4.根据权利要求2或3任一项所述的高温炉渣回收利用方法，其特征在于：

过程A中急冷时产生的过热蒸汽通过换热器（4）换热后预热高炉（5）进风或利用吸收热泵给高炉（5）风除湿，预热后产生的汽液混合物回用至离心造粒机（1）的转杯中形成水幕，换热器（4）与汽包Ⅰ（6）进行热量交换，汽包Ⅰ（6）将储存的蒸汽向外输出；

过程B是在流化床（2）的热管中预热过程C中回收的水，加热至饱和后通入至汽包Ⅰ（6），汽包Ⅰ（6）中液相回流至流化床（2）中再进行热交换，热交换后的饱和蒸汽通过汽包Ⅰ（6）向外输出；流化床（2）的流化过热蒸汽是通过循环风机（8）从流化床（2）的上部吸出，从流化床（2）底部鼓入；

过程C中搅拌移动回收余热分成两步，第一步回收的余热进入汽包Ⅱ（7）后与过程A中的蒸汽共同预热高炉（5）进风或供吸收热泵给高炉（5）进风除湿，第二步回收的余热预热水，预热后的水一部分输入流化床（2）的换热管与玻璃态渣粒进行强制换热，另一部分供给汽包Ⅰ（6）补水与换热器（4）进行热量交换。

5.根据权利要求4所述的高温炉渣回收利用方法，其特征在于：过程A中急冷后高温液态熔渣急冷至1100℃以下，急冷后产生的过热蒸汽的温度为350～1000℃，经过换热器（4）后蒸汽温度为200～450℃，高炉（5）的进风温度为常温，高炉（5）的出风温度为120～130℃，高炉（5）的进风预热器预热后汽液混合物的温度为90～100℃。

6.根据权利要求5所述的高温炉渣回收利用方法，其特征在于：过程B中流化过热蒸汽的温度为200～350℃，经流化床（2）换热后玻璃态渣粒的温度降为200～400℃。

7.根据权利要求4所述的高温炉渣回收利用方法，其特征在于：过程A和过程B中的汽包Ⅰ（6）向外输出的蒸汽压力为0～16MPa。

8.根据权利要求4所述的高温炉渣回收利用方法，其特征在于：过程C中第一步回收的余热来自于将玻璃态钢渣粒冷却至150～180℃产生的热量；第二步回收的余热来自于将玻璃态钢渣粒继续冷却至低于70℃产生的热量。

9.根据权利要求4所述的高温炉渣回收利用方法，其特征在于：过程A中急冷时产生的过热蒸汽进入换热器（4）前和过程B的流化过热蒸汽吸出流化床（2）后分别经过除尘器（9）除尘。

10.根据权利要求2所述的高温炉渣回收利用方法，其特征在于：过程A离心造粒后的玻璃态渣粒粒径为0.1～4mm。