CN107477551B - 一种干淬渣余热锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干淬渣余热锅炉，包括池窑和锅炉本体，池窑设置在锅炉本体外顶部，池窑通过渣管连通文丘里装置，文丘里装置设置在锅炉本体的上部，文丘里装置上下两侧分别连接有气体换热系统和固态渣换热系统；锅炉受热面布置在经粒化初步冷却的渣中，这是和当前锅炉不同的地方，渣在移动过程中和受热面不断接触导热，传热速率高；转动的炉底转盘和炉底转盘上的宝塔型炉篦使得下移动渣形成扰动，进一步增加了传热效率；所以渣移动流经受热面时，充分利用了导热、对流、辐射三种传热方式，加快传热效率，使渣得到迅速冷却，锅炉换热效率达到95%以上。

Description

一种干淬渣余热锅炉

技术领域

本发明涉及一种锅炉，特别涉及一种干淬渣余热锅炉。

背景技术

钢铁冶炼、磷化工生产中排出大量高温熔融的液态渣，排出时温度一般都在1350—1650℃之间，其热焓为1700—1887.83kJ/kg、比热容为1.256kJ/(kg·℃)，高温液态渣热焓高，回收利用潜力大，所以备受关注。国内外都对高温液态渣热能利用进行积极的研究和有益的探索，如：湿法、干法、化学法等。

湿法液态渣处理存在的问题是:1.水耗高，水淬渣作业过程中水压大于0.2MPa,渣和水之比为1：10,吨渣新水消耗0.8~1.2t。2.在水淬渣作业过程中产生的大量H2S和SOx随蒸汽排入大气,污染环境。3.未回收显热，1t液态渣水淬时散失热量约1600~1800MJ,相当于标准煤55~61kg完全燃烧后所产生的热量。由于其得不到有效回收,则相当于全国每年损失标准煤7500万t(回收率按60%计)。

干法有双内冷却滚筒法、风淬法、连铸式余热锅炉熔渣热能回收法、离心粒化法等，风淬法普遍采用高压、高速的空气作为破碎的介质并提供熔渣破碎的动力，动力消耗很高；连铸式余热锅炉法是先固化再粒化的工艺，平板状高温渣的导热率和透气性严重影响渣和空气的换热；转筒法处理能力普遍较小，无法和高炉的生产能力相匹配。

现在比较认可的是用转盘或转杯离心粒化与流化床，震动床的风冷相结合的方法进行干法粒化,但实际应用中还存在着操作工艺要求高、机械磨损严重等缺点，为更实际应用带来一定困难；由于高温熔融的液态渣都是硅酸盐类炉渣，硅酸盐类炉渣导热系数很低，只有0.1——0.3W(m.k)，而且粘度会随着温度降低而急剧升高，高温熔融的液态渣的显热回收难点主要就在于，既要回收较高品质的热能，又要形成满足矿渣、水泥要求的玻璃相。形成玻璃相的高温熔融液态渣需要提供过冷的条件，因为高温液态渣、冷却风导热系数低，为了提供过冷的条件就要求冷却风速高、风量大；而余热回收需要有较高品质的热能，由于导热系数低、风速高造成风、渣接触时间短，换热效率差，热品质低。风量大使风机耗能高，所以余热回收低、能耗高、效率差。

鉴于目前高炉渣处理方法存在的问题和高炉渣干法粒化的研究现状,须开发一种全新的高炉渣干法粒化及其显热回收技术,粒化渣即满足了做矿渣水泥的要求,又可高效回收炉渣显热。

发明内容

本发明要解决现有的缺陷，提供一种干淬渣余热锅炉，针对的是炼铁高炉液态渣、炼钢转炉的液态钢渣、磷化工的液态磷渣，有效利用高温熔融的液态渣热量并伴生干淬渣的锅炉，使用干法粒化及其显热回收技术,粒化渣即满足了做矿渣水泥的要求,又可高效回收炉渣显热，从而解决上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种干淬渣余热锅炉，包括池窑和锅炉本体，池窑设置在锅炉本体外顶部，池窑通过渣管连通文丘里装置，文丘里装置设置在锅炉本体的上部，文丘里装置上下两侧分别连接有气体换热系统和固态渣换热系统；

气体换热系统包括布置在气体通道内的热管，及设置在气体通道外并与热管对应汽水换热的过热器、蒸发管和省煤器，气体通道一端固定在文丘里装置顶部，气体通道一端连接着高压风机和高压水泵；热管包括高温热管、中温热管和低温热管，过热器包括高温过热器和低温过热器；

固态渣换热系统设置在由膜式水冷壁围成的炉膛中，炉膛中依次布置有高温过热器、低温过热器、蒸发管、省煤器和给水预热管，并在膛底部设置有用于排渣的塔形炉篦，塔形炉篦通过炉底转盘底部的引风管道连接着引风机。

作为本发明的一种优选技术方案，文丘里装置由若干文丘里管组成，文丘里管对称设置在对面的炉墙上形成对喷或对角布置，文丘里装置在炉膛顶部中心处形成一个内切圆。

作为本发明的一种优选技术方案，高温过热器、低温过热器、蒸发管、省煤器、给水预热管中的换热管均为螺旋翅片管，换热管错列布置且间距为20mm。

作为本发明的一种优选技术方案，中温热管和低温热管所在的气体通道底部连接有沉降室。

作为本发明的一种优选技术方案，炉底转盘底部安装有若干给料机，给料机连通排渣口。

作为本发明的一种优选技术方案，池窑和锅炉本体连接处安装有锅筒。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、液态渣首先进入带有熔池的窑炉，并在池窑及管道安装加热装置，确保控制液态渣粒化前的液态渣粘度和流动状态；

2、文丘里在锅炉上部相对或呈四角布置，形成气、固和液三相流剧烈扰动，换热速率高，渣冷却快；且文丘里结构简单、运行可靠无故障、可长期稳定运行、不耗能、粒化效果好；

3、锅炉受热面布置在经粒化初步冷却的渣中，这是和当前锅炉不同的地方，渣在移动过程中和受热面不断接触导热，传热速率高；转动的炉底转盘和炉底转盘上的宝塔型炉篦使得下移动渣形成扰动，进一步增加了传热效率；所以渣移动流经受热面时，充分利用了导热、对流、辐射三种传热方式，加快传热效率，使渣得到迅速冷却，锅炉换热效率达到95%以上；

4、气体换热系统利用了热管技术，排渣温度低，热利用效率高，渣冷却效果好；固态渣换热系统采取了气液两相流，利用汽、液相间转换吸热、放热，其传热效率高过钢铁传热效率几十倍；换热效率高，设备紧凑，减少设备吨位，节省投资，占地少，不用大量的风冷却，动力消耗少。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图中：1、池窑；2、渣管；3、文丘里装置；4、高温过热器；5、低温过热器；6、蒸发管；7、省煤器；8、给水预热管；9、膜式水冷壁；10、塔形炉篦；11、炉底转盘；12、给料机；13、锅筒；14、气体通道；15、高温热管；16、中温热管；17、低温热管；18、沉降室；19、高压风机；20、高压水泵；21、引风机；22、锅炉本体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明公开一种技术方案：一种干淬渣余热锅炉的工作流程可分为三个部分：

一、粒化部分：钢铁冶炼或磷化工排出的熔融液态渣经渣槽导入带有池窑1，池窑1可贮存一定量的液态渣，以克服熔融液态渣间断放渣不能连续生产的弊病，另可对熔融液态渣加热，使液态渣有一定的过热度和有一定的粘度，保持液态渣流动粒化；随后池窑1中的液态渣通过渣管2连通文丘里装置3，在文丘里原理的作用下液态渣被吸入，同时文丘里装置3连接着高压风机19和高压水泵20，并由高压风机19形成的高压气体一定压力流经双层文丘里管的内管，在高速气流裹挟下，液态渣和高速气流在扩散管内剧烈混合，被分成液滴，在喷出文丘里管的一瞬间遇到文丘里管外层临界状态的高压水，进一步被加压加速流向炉膛；临界状态的高压水和文丘里喷出的空气、液态渣的高温液滴混合物相遇，迅速汽化，体积扩大一万多倍，形成巨大的扰动，和对面喷来混合气流剧烈混合换热，水在汽化时吸热快，水在液态汽化成汽态的相变过程中吸收大量的热，使液态渣的高温液滴被迅速初步冷却，在表面张力作用下形成圆形固态颗粒，落入炉膛。

二、气体换热部分：气体换热系统包括布置在气体通道14内的热管，及设置在气体通道14外并与热管对应汽水换热的过热器、蒸发管6和省煤器7，和液态渣换热后的空气、蒸汽混合气在炉膛内形成一定压力后，向上经炉顶管道进入带有沉降室18的气体通道14，在气体通道14内与高温热管15、中温热管16、低温热管17高效换热，空气、蒸汽混合气交换出热量被冷却，蒸汽凝结成水，空气被空压机吸入加压经文丘里管进入下一个循环，凝结水经水泵加压也经文丘里管进入下一个循环。而与热管相连的过热器、蒸发管6和省煤器7，过热器将气体通道14内的热管部分吸收管道内的混合气体热量，以及气体通道14外的热管部分放热，蒸发管6加热化学水，使其蒸发、过热，过热的蒸汽可进入汽轮机作工发电。

三、固态渣换热部分：液态渣经文丘里装置3初步冷却固化的炉渣，进行固态渣换热操作，在风速减慢后，沉降到炉膛，堆积成一定高度的料层，开动炉底排渣设备塔形炉篦10和炉底转盘11，在炉底转盘11的转动下，炉渣形成移动床，炉渣移动过程中从上到下依次接触布置在炉膛的膜式水冷壁9，高温过热器4、低温过热器5、蒸发管6、省煤器7、给水预热管8各个换热面，并将高温过热器4、低温过热器5、蒸发管6、省煤器7、给水预热管8的中的换热管做成螺旋翅片管，换热管错列布置，由于炉渣颗粒小，换热管间距20mm；炉渣在移动中紧密接触各受热面，和受热面形成辐射，对流，热传导三种换热方式换热，被迅速冷却，温度降到80℃以下排出炉外。同时，在炉上部具有一定压力的混合气在炉底引风机21的微负压下，一路向下，和炉渣、和换热面交替换热，炉内的负压点控制在蒸发管6附近，混合气体中的蒸汽向下移动过程中，经换热低于露点温度凝结成水，这时加快排渣设备塔形炉篦10和炉底转盘11转速，调高负压点，是凝结的水再次汽化，这个过程交替进行，通过水的相变吸热，放热，使换热效率最大化，通过导热、对流、辐射及相变使炉渣得到快速冷却，同时产生高温过热蒸汽用于发电，使高温熔融液态渣热能热效率利用最大化。

工作原理：

高温熔融的液态渣首先流入池窑1、经池窑1进行保温或加温，使液态渣保持一定粘度的状态下经渣管2，进入锅炉本体22上部的文丘里装置3中，在文丘里、高压风机19产生的空气（流速200—300m/s）、高压水泵20中的水(6—8Kg/cm2)、以及液态渣混合成流速为100—200m/s的气、固和液三相流喷入炉内；文丘里装置3分布在炉墙或呈四角对称布置，形成对喷，使得气、固和液三相流充分混合换热，变为气和固两相，流速慢时气固分离，气混合气在形成0.3Mpa压力后，大部经锅炉本体22顶部的换热装置14，依次流过高温热管15、中温热管16和低温热管17换热后，经沉降室18除尘，尾部空气进入高压风机19，汽凝结成水进入高压水泵20，高压水和高压风进行下一个循环；气固分离后的初步冷却的固态渣，陆续流过布置在渣层中的高温过热器4、低温过热器5、蒸发管6、省煤器7和给水换热器8，受热面换热后而被冷却，冷却渣（低于80℃）经塔形塔型炉篦10，转动的炉底转盘11排入两侧渣斗，经给料机12排出炉外。引风机21在蒸发管、省煤器之间形成负压点，0.3Mpa的汽气混合气经料层流向炉底底部，和渣流过的换热面交替换热，在流经省煤器7和给水预热管8，由于给水温度较低，低于露点温度汽凝结水，这时降低负压，加快炉底转盘11转速，高温渣快速下落，凝结的水再次被高温渣汽化形成汽体，吸收大量的热，使渣迅速冷却。换热后的气体最终被引风机21排空。

本发明主要利用水汽化需要大量的汽化热而使空气中按比例混合成气液两相流，在相对的喷出时两相流形成喘流，和高温液态渣剧烈混合，水吸收热而汽化，液态渣放出热量（被吸热）由液体凝固成固体，而汽体和锅炉换热面和热管换热时又放出汽化潜热，达到最佳换热效率；锅炉的螺旋翅片换热管布置在热渣中，热渣和螺旋翅片管直接接触，炉底转盘11转动中热渣依次向下移动，再加上炉底塔型炉篦10搅动，使热渣和螺旋翅片换热管充分接触，直接导热传热，我们知道传热效率是固体-液体-气体，渣和螺旋翅片换热管无论是接触面积和接触时间、传热效率都大大超过空气对渣的对流换热，再加上引风机21负压引力使气体流动，达到了传热三种方式导热、对流、辐射，使换热、冷却效率会更高，使排出的渣温度低于80℃。而热管的使用，使高温熔融的液态渣的热利用达到最大化。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种干淬渣余热锅炉，其特征在于，包括池窑（1）和锅炉本体（22），池窑（1）设置在锅炉本体（22）外顶部，池窑（1）通过渣管（2）连通文丘里装置（3），文丘里装置（3）与锅炉本体（22）外部的高压风机（19）和高压水泵（20）相连接，文丘里装置（3）固定在锅炉本体（22）的上部，文丘里装置（3）上下两侧分别连接有气体换热系统和固态渣换热系统；

气体换热系统包括布置在气体通道（14）内的热管，及设置在气体通道（14）外并与热管对应汽水换热的过热器、蒸发管（6）和省煤器（7），气体通道（14）一端固定在文丘里装置（3）顶部，气体通道（14）一端连接着高压风机（19）和高压水泵（20）；热管包括高温热管（15）、中温热管（16）和低温热管（17），过热器包括高温过热器（4）和低温过热器（5）；

固态渣换热系统设置在由膜式水冷壁（9）围成的炉膛中，炉膛中依次布置有高温过热器（4）、低温过热器（5）、蒸发管（6）、省煤器（7）和给水预热管（8），并在膛底部设置有用于排渣的塔形炉篦（10），塔形炉篦（10）通过炉底转盘（11）底部的引风管道连接着引风机（21）。

2.根据权利要求1所述的一种干淬渣余热锅炉，其特征在于，文丘里装置（3）由若干文丘里管组成，文丘里管对称设置在对面的炉墙上形成对喷或对角布置，文丘里装置（3）在炉膛顶部中心处形成一个内切圆。

3.根据权利要求1所述的一种干淬渣余热锅炉，其特征在于，高温过热器（4）、低温过热器（5）、蒸发管（6）、省煤器（7）、给水预热管（8）中的换热管均为螺旋翅片管，换热管错列布置且间距为20mm。

4.根据权利要求3所述的一种干淬渣余热锅炉，其特征在于，中温热管（16）和低温热管（17）所在的气体通道（14）底部连接有沉降室（18）。

5.根据权利要求1所述的一种干淬渣余热锅炉，其特征在于，炉底转盘（11）底部安装有若干给料机（12），给料机（12）连通排渣口。

6.根据权利要求1所述的一种干淬渣余热锅炉，其特征在于，池窑（1）和锅炉本体（22）连接处安装有锅筒（13）。