CN108330232A - 液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法 - Google Patents

液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，基于一种液态熔渣干式离心粒化系统；所述液态熔渣干式离心粒化系统包括温度控制单元、流量控制单元和粒化器控制单元；温度控制单元，用于控制液态熔化缓存装置内的高温熔渣保持设定温度范围内，控制缓存装置的出流熔渣温度保持设定温度范围内；流量控制单元，用于控制缓存装置的出流高温熔渣流量在设定范围，保证流量的平稳性；粒化器控制单元，用于控制粒化器平稳运行。本发明粒化渣粒粒径控制方法，可避免粒化渣粒过大造成其玻璃体转化率降低，避免粒化渣粒过小造成粒化渣粒粘壁和玻璃体转化率低，对液态熔渣粒化颗粒粒径进行控制，为干式离心粒化技术的工业应用提供参考。

Description

液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法
技术领域
本发明涉及高温液态熔渣余热回收技术领域，特别涉及液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法。
背景技术
中国目前是全球最大的钢铁生产国。2016年中国生铁产量约7.01亿吨，约占世界总产量的60％，在冶炼生铁的过程中同时会产生蕴含巨大热量的高炉渣。高炉渣的出炉温度一般在1400～1550℃之间，每吨渣含(1260～1880)×103kJ的显热，相当于60kg标准煤。在我国现有的炼铁技术下，每生产1吨生铁副产0.3吨高炉渣，以目前我国生铁产量7.01亿吨进行计算，可折合产生约2.10亿吨以上的高炉渣，其显热量相当于约1261.8万吨标准煤。
干渣坑冷却法和水冲渣法是目前我国最常见的高炉渣处理方法。干渣坑法降温时产生大量水蒸气，同时释放出大量的H2S和SO2气体，腐蚀建筑、破坏设备和恶化工作环境。水冲渣法在处理过程浪费大量水资源，产生SO2和H2S等有害气体，也不能有效回收高温液态熔渣所含有的高品质余热资源。目前，这些处理方式已不能适应目前钢铁行业节能减排的迫切需求，而干式离心粒化法由于系统能耗低，粒径小且均匀，产品附加值高等特点而受到广泛青睐。
在干法离心粒化过程中，液态熔渣滴落到高速旋转的粒化器表面，在离心力和摩擦力的作用下被甩出，在表面张力的作用下形成小液滴，这些微小的液滴与空间中的传热介质(一般为空气)进行强制对流换热，与周围环境进行辐射换热，使小液滴温度降低，进而发生相变，形成凝固层。随着温度进一步降低，液滴逐渐转变成固体小颗粒。然而，若粒化渣粒粒径过大，在空间内与传热介质的换热过程中，熔融状的渣粒冷却速率降低，易向晶相转变，从而造成其玻璃体转化率降低，影响粒化渣粒的高效资源化利用；若粒化渣粒粒径过小，其飞行距离较远，易在熔融状态或外凝内熔融状态下撞击到粒化仓壁面从而粘结在其上，且容易粘结成大块。若高温渣粒均粘结在壁面上且粘结成大块，一方面，易造成粒化仓壁面的超温、腐蚀等情况，冷却后粘结的大块不易清理，给检修工作带来极大工作量；另一方面，粘结成大块的渣粒，在粒化仓空间内缓慢冷却，有充分时间结晶，从而降低其玻璃体转化率，影响其高效资源化利用。因此，为保证干式离心粒化的正常进行，提供一种液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法刻不容缓。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，以解决上述技术问题；本发明控制方法能够有效避免粒化渣粒过大造成其玻璃体转化率降低，粒化渣粒过小造成粒化渣粒粘壁和玻璃体转化率低。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，基于一种液态熔渣干式离心粒化系统；所述液态熔渣干式离心粒化系统包括温度控制单元、流量控制单元和粒化器控制单元；
温度控制单元，用于控制液态熔化缓存装置内的高温熔渣保持设定温度范围内，控制缓存装置的出流熔渣温度保持设定温度范围内；
流量控制单元，用于控制缓存装置的出流高温熔渣流量在设定范围，保证流量的平稳性；
粒化器控制单元，用于控制粒化器中心与缓存装置落渣管中心对中，同时保证粒化器在高速旋转过程中平稳运行；
所述液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，具体包括以下步骤：
首先通过温度控制单元、流量控制单元及粒化器控制单元，控制落入粒化器中液态熔渣的温度和流量，并确保粒化器与落渣管对中且平稳无晃动；然后进入调试，通过工艺试验，调节粒化器转速、出流流量、粘温特性、粒化器结构、粒化器尺寸、粒化器表面粗糙度、粒化器边缘风风速及角度，得到粒化渣粒粒径与粒化器转速、出流流量、粘温特性、粒化器结构、粒化器尺寸、粒化器表面粗糙度、粒化器边缘风风速及角度的关系；
当通过工艺试验获得粒化渣粒粒径与粒化器转速、出流流量、粘温特性、粒化器结构、粒化器尺寸、粒化器表面粗糙度、粒化器边缘风风速及角度的关系后，开始正常粒化过程；
若正常粒化过程中，根据上述粒径关系获得的粒化渣粒粒径大于其设定区间，通过微调大粒化器转速，使其回归设定区间；若粒化渣粒粒径小于设定区间，通过微调小粒化器转速，使其回归设定区间。
进一步的，温度控制单元的控温手段包括：缓存装置自带温控程序、缓存装置采用补热手段、缓存装置自带温控程序并添加补热手段。
进一步的，若熔渣已知的粘温特性不能满足控制粒化渣粒粒径的要求，通过调节熔渣的碱度进而调节熔渣的粘温特性，从而实现对粒径的控制。
进一步的，液态熔渣干式离心粒化系统包括：粒化器、粒化器固定装置和粒化器驱动装置；粒化器固定在粒化器固定装置上；粒化器固定装置内部设有气流通道，粒化器固定装置接触粒化器的底部设置扩展受热面；粒化器固定装置顶部开有多个第一风口，顶部第一风口的出风角度与粒化器边缘倾角相交，用于对粒化过程中形成的液膜或液丝进行外力破碎；粒化器固定装置侧面设有多个第二风口，第二风口与粒化器边缘倾斜角度平行或交叉，用于对粒化过程中液丝断裂形成的液滴进行冷却；第一风口和第二风口与气流通道连通；粒化器驱动装置用于驱动粒化器旋转。
进一步的，还包括粒化器驱动装置和轴冷却风道；粒化器驱动装置包括电机和转轴；电机的输出轴与转轴的下端固定连接；转轴的上端与粒化器固定装置的底部固定连接；转轴上设有若干耐温叶片；轴冷却风道包括电机密封罩、风管内套筒、轴套筒和转轴；密封罩围绕在电机外周，风管内套筒和轴套筒套设于转轴的外周；耐温推力轴承和耐温定位轴承的内圈均固定在转轴上，外圈固定在风管内套筒内壁；轴套筒固定在其顶部耐温轴承的外圈和其下部的耐温轴承的外圈之间，将耐温叶片包围于其中；耐温推力轴承和耐温定位轴承上均设有供气流流道；密封罩与风管内套筒固定连接，通过通风口连通；风管内套筒外周布置有风管外套筒，风管内套筒与风管外套筒之间形成环形冷却风道，环形冷却风道顶部环形布置有若干风帽；风管外套筒底部开有环形冷却风道进风口。
进一步的，轴冷却风从密封罩风口进入，经过轴套筒内部对转轴冷却后，大部分进入粒化器固定装置的气流通道，从粒化器固定装置顶部和侧壁环形均布的多个第一风口和第二风口进入粒化仓，小部分从粒化器固定装置与风管内套筒之间狭小缝隙进入粒化仓。
进一步的，风帽的出风口低于第一风口和第二风口的出风口。
进一步的，转轴底部设有耐温推力轴承，转轴中部及上部设有一个或者多个耐温定位轴承，其中最上部定位轴承应尽量靠近粒化器固定装置底部。
进一步的，轴冷却风有三种产生方式：
方式一，通过风机产生冷却风，从密封罩风口进入，大部分经过粒化器固定装置的气流流道流出，小部分从固定装置与风管内套筒之间狭小缝隙流出；
方式二，转轴上的耐温叶片随转轴的高速旋转产生冷却风，大部分经过粒化器固定装置的气流流道流出，小部分从固定装置与风管内套筒之间狭小缝隙流出；
方式三，风机出风与耐温叶片高速旋转出风配合作为轴冷却风，对轴冷却风道及转轴进行冷却。
相对于现有技术，本发明据有以下有益效果：
(1)本发明提供的液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，可有效控制粒化渣粒粒径，避免粒化渣粒过大造成其玻璃体转化率降低，避免粒化渣粒过小造成粒化渣粒粘壁和玻璃体转化率低，为工业应用提供一定参考。
(2)本发明在粒径控制中提出了一种可保证粒化器边缘出风的结构，其中粒化器固定装置顶部开有多个风口，其出风角度与粒化器边缘倾角相交，可对粒化过程中形成的液膜或液丝进行外力破碎，加强粒化效果。
(3)本发明在粒径控制中提出了一种液态熔渣干式离心粒化系统，其中转轴上设有一级、两级或者多级的小型耐温叶片。在粒化过程中，转轴带动耐温叶片高速旋转，一方面，会产生风道的流动动力，加强粒化边缘风的破碎效果，同时加速轴冷却风对轴、粒化器固定装置的冷却，另一方面，耐温叶片也可作为肋片结构，强化转轴的整体散热。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1为液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法的流程图；
图2为液态熔渣干式离心粒化系统示意图；
图3为粒化器固定装置示意图。
209-电机；210-密封罩；211-联轴器；216-风管外套筒；217-风管内套筒；219-粒化器；220-风帽；222-轴套筒；223-转轴；224-耐温叶片；225-环形风风口；226-通风口；227-密封罩风口；232-粒化器固定装置；233-气流流道；234-扩展受热面；235-第二风口；236-第一风口。
具体实施方式
请参阅图1～3所示，本发明一种液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，基于一种液态熔渣干式离心粒化系统；所述液态熔渣干式离心粒化系统包括：温度控制单元、流量控制单元和粒化器控制单元；
温度控制单元，用于控制缓存装置内的高温熔渣保持设定温度范围内，控制缓存装置的出流熔渣温度保持设定温度范围内，进而通过已知的粘温特性控制其粘度值。温度控制单元的控温手段很多，如缓存装置自带温控程序、缓存装置补热手段、缓存装置自带温控程序并添加补热手段等。
流量控制单元，用于控制缓存装置的出流高温熔渣流量在设定范围，保证流量的平稳性；
粒化器控制单元，使粒化器中心与缓存装置落渣管中心对中，同时保证粒化器在高速旋转过程中平稳运行。
液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，具体包括以下步骤：
首先通过温度控制单元、流量控制单元及粒化器控制单元，控制落入粒化器中液态熔渣的温度和流量，并确保粒化器与落渣管对中且平稳无晃动；然后进入调试，通过工艺试验，调节粒化器转速、出流流量、粘温特性、粒化器结构、粒化器尺寸、粒化器表面粗糙度、粒化器边缘风风速及角度，得到粒化渣粒粒径与粒化器转速、出流流量、粘温特性、粒化器结构、粒化器尺寸、粒化器表面粗糙度、粒化器边缘风风速及角度的关系。
当通过工艺试验获得粒化渣粒粒径与粒化器转速、出流流量、粘温特性、粒化器结构、粒化器尺寸、粒化器表面粗糙度、粒化器边缘风风速及角度的关系后，开始正常粒化过程。若根据上述粒径关系获得的粒化渣粒粒径大于其设定区间，通过微调大粒化器转速，使其回归设定区间；若粒化渣粒粒径小于设定区间，通过微调小粒化器转速，使其回归设定区间。
若熔渣已知的粘温特性不能满足控制粒化渣粒粒径的要求，可通过调节熔渣的碱度进而调节熔渣的粘温特性，从而实现对粒径的控制。
本发明提供一种液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，该粒径控制方法适用于多种液态熔渣干式离心粒化系统，在此提出一种；
液态熔渣干式离心粒化系统包括：粒化器219、粒化器固定装置232和粒化器驱动装置；粒化器219为盘状或杯状，边缘倾角为30°～60°，中心设有导流锥；粒化器219固定在粒化器固定装置232上；粒化器固定装置232内部设有气流通道233；粒化器固定装置232接触粒化器219的底部内设置扩展受热面234，如环形肋片等，能更好地对粒化器固定装置冷却；粒化器固定装置232顶部开有多个第一风口236，第一风口的出风角度与粒化器边缘倾角相交，可对粒化过程中形成的液膜或液丝进行外力破碎，加强粒化效果；粒化器固定装置232侧面设有多个第二风口235，第二风口与粒化器边缘倾斜角度平行或交叉，可对粒化过程中液丝断裂形成的液滴进行冷却，提高其玻璃体转化率。第一风口236和第二风口235与气流通道233连通。
粒化器驱动装置包括电机209、密封罩210、转轴223、轴套筒222、风管内套筒217、风管外套筒216和风帽220等。电机209与转轴223之间通过联轴器211联接；转轴上设置有若干耐温叶片224；转轴223底部设有耐温推力轴承212，转轴中部及上部设有一个或者多个耐温定位轴承221，其中最上部定位轴承应尽量靠近粒化器固定装置232底部，一方面可改善高速旋转的转轴因机械结构不够精密而产生摆动进而影响粒化效果的情况，另一方面可延长设备的寿命。
轴冷却风道包括电机密封罩210、风管内套筒217、轴套筒222和转轴223。密封罩210围绕在电机209外周，风管内套筒217和轴套筒222套设于转轴223的外周；耐温推力轴承212和耐温定位轴承221的内圈均固定在转轴223上，外圈固定在风管内套筒217内壁；轴套筒222固定在其上部耐温轴承的外圈和其下部耐温轴承的外圈之间，将耐温叶片224包围于其中；耐温推力轴承212和耐温定位轴承221上均设有供气流流道218。转轴223顶部固定有粒化器固定装置232。
密封罩210与风管内套筒217固定连接，通过通风口226连通，轴冷却风从密封罩风口227进入，经过轴套筒222内部对转轴223冷却后，大部分进入粒化器固定装置232的气流通道233，从粒化器固定装置232顶部和侧壁环形均布的多个第一风口236和第二风口235进入粒化仓，小部分从粒化器固定装置232与风管内套筒217之间狭小缝隙进入粒化仓。风管内套筒217外周布置有风管外套筒216，风管内套筒217与风管外套筒216之间形成环形冷却风道，环形冷却风道顶部环形布置有若干风帽220，风帽220的出风口低于第一风口236和第二风口235的出风口。在风管外套筒216底部开有环形冷却风道进风口225。
在本发明中，粒化器固定装置232由左右两部分组成，通过销钉、抱箍固定。粒化器219损坏时，拆下销钉，可以取下粒化器219和粒化器固定装置232，拆下销钉、抱箍，可以将粒化器固定装置232的左右两部分拆开，取下环形卡箍后就可取下粒化器219。当粒化器219出现开裂时，由于粒化器底座及固定装置的存在，开裂的粒化器219不会被甩飞，同时液态熔渣不会直接滴落到传动装置和电机209上，在停机检修之前保证系统安全。同时，只需更换粒化器219就可以，减少了一般粒化器219因受损而更换整个粒化装置的费用。粒化器固定装置232内部开有流线型流动通道233；同时粒化器底座底部侧面与风道内套筒217之间的缝隙很小，便于由粒化器底座下部送来的风大部分都能进入到流线型流动通道233，对粒化器固定装置232进行冷却，同时便于由粒化器底座送来的风吹到粒化器219的边缘，以加强粒化。
本发明中，采用空心法兰对转轴223和粒化器固定装置232进行连接，空心法兰使粒化器底座和转轴223之间有一段空气绝热层以阻断粒化器219和转轴223之间热量传递，使粒化器底座的热量不至于传递到转轴223上，保证粒化器219能够安全、稳定运行，更好的实现粒化效果。
轴冷却风有三种产生方式：方式一，通过风机产生冷却风，从密封罩风口227进入，大部分经过粒化器固定装置的环形风道进入粒化仓，小部分从固定装置与风管内套筒217之间狭小缝隙进入粒化仓；方式二，在转轴223上设有一级、两级或者多级的小型耐温叶片224，通过转轴的高速旋转产生冷却风，大部分经过粒化器固定装置232的环形风道进入粒化仓，小部分从固定装置与风管内套筒217之间狭小缝隙进入粒化仓。转轴223上设有一级、两级或者多级的小型耐温叶片224，随转轴223高速旋转，一方面，会产生轴冷却风道的流动动力，加速轴冷却风对轴、粒化器固定装置的冷却，另一方面，耐温叶片224也可作为肋片结构，强化转轴223的整体散热；方式三，风机出风与小型耐温叶片高速旋转出风配合作为轴冷却风，对轴冷却风道及转轴等部件进行冷却。最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明而非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施方式对本发明已进行了详细说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (9)

1.液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，其特征在于，基于一种液态熔渣干式离心粒化系统；所述液态熔渣干式离心粒化系统包括温度控制单元、流量控制单元和粒化器控制单元；
温度控制单元，用于控制液态熔渣缓存装置内的高温熔渣保持设定温度范围内，控制缓存装置的出流熔渣温度保持设定温度范围内；
流量控制单元，用于控制缓存装置的出流高温熔渣流量在设定范围，保证流量的平稳性；
粒化器控制单元，用于控制粒化器中心与缓存装置落渣管中心对中，同时保证粒化器在高速旋转过程中平稳运行；
所述液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，具体包括以下步骤：
首先通过温度控制单元、流量控制单元及粒化器控制单元，控制落入粒化器中液态熔渣的温度和流量，并确保粒化器与落渣管对中且平稳无晃动；然后进入调试，通过工艺试验，调节粒化器转速、出流流量、粘温特性、粒化器结构、粒化器尺寸、粒化器表面粗糙度、粒化器边缘风风速及角度，得到粒化渣粒粒径与粒化器转速、出流流量、粘温特性、粒化器结构、粒化器尺寸、粒化器表面粗糙度、粒化器边缘风风速及角度的关系；
当通过工艺试验获得粒化渣粒粒径与粒化器转速、出流流量、粘温特性、粒化器结构、粒化器尺寸、粒化器表面粗糙度、粒化器边缘风风速及角度的关系后，开始正常粒化过程；
若正常粒化过程中，根据上述粒径关系获得的粒化渣粒粒径大于其设定区间，通过微调大粒化器转速，使其回归设定区间；若粒化渣粒粒径小于设定区间，通过微调小粒化器转速，使其回归设定区间。
2.根据权利要求1所述的液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，其特征在于，温度控制单元的控温手段包括：缓存装置自带温控程序、缓存装置采用补热手段、缓存装置自带温控程序并添加补热手段。
3.根据权利要求1所述的液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，其特征在于，若熔渣已知的粘温特性不能满足控制粒化渣粒粒径的要求，通过调节熔渣的碱度进而调节熔渣的粘温特性，从而实现对粒径的控制。
4.根据权利要求1所述的液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，其特征在于：所述液态熔渣干式离心粒化系统，包括：粒化器(219)、粒化器固定装置(232)和粒化器驱动装置；粒化器固定在粒化器固定装置(232)上；粒化器固定装置内部设有气流通道(233)，粒化器固定装置接触粒化器的底部设置扩展受热面(234)；粒化器固定装置顶部开有多个第一风口(236)，顶部第一风口的出风角度与粒化器边缘倾角相交，用于对粒化过程中形成的液膜或液丝进行外力破碎；粒化器固定装置(232)侧面设有多个第二风口(235)，第二风口与粒化器边缘倾斜角度平行或交叉，用于对粒化过程中液丝断裂形成的液滴进行冷却；第一风口和第二风口与气流通道(233)连通；粒化器驱动装置用于驱动粒化器旋转。
5.根据权利要求4所述的液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，其特征在于：所述液态熔渣干式离心粒化系统还包括粒化器驱动装置和轴冷却风道；
粒化器驱动装置包括电机(209)和转轴(223)；电机(209)的输出轴与转轴(223)的下端固定连接；转轴的上端与粒化器固定装置(232)的底部固定连接；转轴上设有若干耐温叶片(224)；
轴冷却风道包括电机密封罩(210)、风管内套筒(217)、轴套筒(222)和转轴(223)；密封罩(210)围绕在电机(209)外周，风管内套筒(217)和轴套筒(222)套设于转轴(223)的外周；耐温推力轴承(212)和耐温定位轴承(221)的内圈均固定在转轴(223)上，外圈固定在风管内套筒(217)内壁；轴套筒(222)固定在其顶部耐温轴承的外圈和其下部的耐温轴承的外圈之间，将耐温叶片(224)包围于其中；耐温推力轴承(212)和耐温定位轴承(221)上均设有供气流流道(218)；
密封罩(210)与风管内套筒(217)固定连接，通过通风口(226)连通；
风管内套筒(217)外周布置有风管外套筒(216)，风管内套筒(217)与风管外套筒(216)之间形成环形冷却风道，环形冷却风道顶部环形布置有若干风帽(220)；风管外套筒底部开有环形冷却风道进风口(225)。
6.根据权利要求4所述的液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，其特征在于：轴冷却风从密封罩风口进入，经过轴套筒内部对转轴冷却后，大部分进入粒化器固定装置的气流通道，从粒化器固定装置顶部和侧壁环形均布的多个第一风口和第二风口进入粒化仓，小部分从粒化器固定装置与风管内套筒之间狭小缝隙进入粒化仓。
7.根据权利要求4所述的液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，其特征在于：风帽的出风口低于第一风口和第二风口的出风口。
8.根据权利要求4所述的液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，其特征在于：转轴(223)底部设有耐温推力轴承(212)，转轴中部及上部设有一个或者多个耐温定位轴承(221)，其中最上部定位轴承应尽量靠近粒化器固定装置底部。
9.根据权利要求4所述的液态熔渣干式离心粒化渣粒粒径控制方法，其特征在于：轴冷却风有三种产生方式：
方式一，通过风机产生冷却风，从密封罩风口(227)进入，大部分经过粒化器固定装置的气流流道(233)流出，小部分从固定装置与风管内套筒(217)之间狭小缝隙流出；
方式二，转轴(223)上的耐温叶片(224)随转轴的高速旋转产生冷却风，大部分经过粒化器固定装置(232)的气流流道(233)流出，小部分从固定装置与风管内套筒(217)之间狭小缝隙流出；
方式三，风机出风与耐温叶片高速旋转出风配合作为轴冷却风，对轴冷却风道及转轴进行冷却。
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