CN108330234B - 一种干式离心粒化及余热回收实验装置 - Google Patents

一种干式离心粒化及余热回收实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种具有多种功能的干式离心粒化及余热回收实验装置,包括熔渣加热融化及流量控制单元、熔渣腐蚀磨蚀实验单元、熔渣干式离心粒化单元和移动床余热回收单元;熔渣加热融化及流量控制单元中高温加热炉内设置有耐高温坩埚,耐高温坩埚下部连接有落渣管;塞棒头为圆台形结构,落渣管顶端为圆锥形凹槽;塞棒头和落渣管配合以控制熔渣流量;熔渣腐蚀磨蚀实验单元用于对实验试样进行液态熔渣腐蚀或磨蚀实验研究;干式离心粒化单元用于对液态熔渣进行粒化;移动床余热回收单元用于对干式离心粒化单元粒化的熔渣进行进一步的冷却、暂存和余热回收。本实验台实现了对熔渣干式离心粒化及余热回收过程进行全过程研究,达到以往试验台达不到的效果。

Description

一种干式离心粒化及余热回收实验装置
技术领域
本发明属于高炉渣余热回收技术领域,特别涉及一种具有多种功能的干式离心粒化及余热回收实验装置。
背景技术
中国目前是全球最大的钢铁生产国,钢铁产量已连续17年保持世界第一。2016年中国生铁产量达到7亿吨,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7亿吨进行计算,可折合产生2.13亿吨以上的高炉渣,其显热量相当于1278万吨标准煤。
目前,我国的高炉渣有90%以上采用水淬法制取水渣。水淬渣处理方法主要包括:底滤法、环保底滤法、因巴法、图拉法、拉萨法、名特克法等。然而,传统水淬工艺却存在水耗量高、水渣烘干能耗高、硫化物排放、系统耗电量高等缺点。特别是,水淬法由于工艺限制,未对高炉渣中蕴含的高品质、大数量的余热进行回收。仅在北方地区的冬季,高炉水冲渣产生的70~90℃的低温热水被用来进行供暖,在夏季以及无取暖设备的地区,冲渣水的余热则全部浪费。
综上所述,目前普遍采用的干渣坑冷却法和水冲渣法,不仅浪费了高温液态熔渣所含有的全部高品质余热资源,而且消耗大量水资源,对环境造成严重污染,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。必须寻求一种高效、无污染的新技术对高炉渣余热资源进行有效回收。离心粒化法以其能源消耗少、粒化效果好、设备简单紧凑和粒径及形貌可控等优势成为最可能代替现有的干渣坑冷却法和水冲渣法的熔渣处理方法。
目前针对干式离心粒化及余热回收过程研究的实验装置存在熔渣流量不可控、离心粒化过程与余热回收过程分割进行、缺少研究熔渣对耐火材料腐蚀磨蚀的研究等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种干式离心粒化及余热回收实验装置,以解决上述技术问题。
为了实现上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种具有多种功能的干式离心粒化及余热回收实验装置,包括熔渣加热融化及流量控制单元、熔渣腐蚀磨蚀实验单元、熔渣干式离心粒化单元和移动床余热回收单元;熔渣加热融化及流量控制单元包括加热炉、耐高温坩埚、落渣管、塞棒杆、塞棒头和可编程电机;高温加热炉内设置有耐高温坩埚,耐高温坩埚下部连接有落渣管;塞棒头为圆台形结构,落渣管顶端为圆锥形凹槽;塞棒头和落渣管上部凹槽的配合以控制熔渣流量;塞棒头通过塞棒杆连接可编程电机;熔渣腐蚀磨蚀实验单元用于对实验试样进行液态熔渣腐蚀或磨蚀实验研究;干式离心粒化单元用于对落渣管下落的液态熔渣进行粒化试验;移动床余热回收单元用于对干式离心粒化单元粒化的熔渣进行进一步的冷却、暂存和余热回收。
进一步的,高温加热炉设置、于保温材料中;保温材料上部设有钢架;钢架顶部设置有腐蚀磨蚀实验单元;腐蚀磨蚀实验单元包括旋转电机和旋转杆;旋转电机和旋转杆端盖均固定在熔块炉顶部的钢架上;旋转杆通过端盖固定在熔块炉顶部的钢架上,并能够相对于钢架旋转;旋转杆通过链条连接旋转电机的输出轴;旋转杆的底端安装有凹槽卡扣,用于固定耐高温陶瓷材料试样;试验时,耐高温陶瓷材料试样浸入耐高温坩埚的液态熔渣中,并由旋转电机驱动进行旋转。
进一步的,熔渣加热融化及流量控制单元之下设置有干式离心粒化实验单元;干式离心粒化单元包括粒化仓和设置于粒化仓中的粒化器、转轴、转轴套筒、水冷壁和转轴电机;粒化仓的内壁设置水冷壁;粒化器通过转轴连接下部的转轴电机;粒化器位于落渣管的正下方;转轴套筒套设于转轴外周;转轴套筒顶部为可拆卸结构,由螺丝和转轴套筒顶盖固定;转轴套筒顶盖钻有若干风孔,风孔围成圆形。
进一步的,粒化仓顶部设置有由双层石英玻璃构成的视窗,在玻璃视窗之外布置有红外热成像仪和高速摄像机。
进一步的,转轴上设有一级、两级或者多级的耐温叶片。
进一步的,移动床余热回收单元包括收料斗、移动床、螺杆、排料电机、风管、埋管和振动电机;上部的收料斗和下部的移动床由通过法兰进行连接,法兰间隙垫有软连接;振动电机用于对移动床余热回收实验单元进行振动,以达到均匀、疏松移动床内料层的目的;在移动床的底部布置有阀门的布风管;在移动床底部设置有螺杆和排料电机组成的螺旋排料机;埋管设置于移动床中。
进一步的,在移动床的侧壁上开有观察孔。
进一步的,在移动床上部落料斗上设置有取样器。
进一步的,在移动床的上部设置有刮板;刮板为平推刮板也可以是旋转刮板;刮板为待刮板风帽的刮板风管。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
1、提供一种干式离心粒化及余热回收实验装置,实现了对熔渣流量的精确控制,突破以往试验台流量波动大的技术瓶颈,保证液态熔渣以稳定的流量进入到粒化仓内进行离心粒化;
2、在实验装置上部设置有用于研究液态熔渣对耐高温陶瓷材料的腐蚀、磨蚀的实验模块,实现对熔渣缓存装置的材料优选及结构优化;
3、装置中的粒化仓设置有水冷壁和两级供风装置,可以研究熔渣的辐射换热、对流换热和辐射-对流耦合换热;
4、粒化仓顶部设置有高速摄像机和红外测温度仪,可以研究不同温度的熔渣粒化、飞行、凝固过程;
5、粒化仓中在转轴套筒顶盖上设置有不同的圆孔围成的圆圈,实验中配合不同的转杯大小可以选择不同的圆孔,进而提供不同方向的冷却风,研究熔渣的风碎、风淬过程;
6、转轴上自带的叶片在转轴的带动下既能提供转轴、转杯和渣粒的冷却风,其本身也是一直轴加强肋片,大大减小了风机能耗。
7、粒化后的半熔融-宽筛分渣粒将直接掉落到移动床余热回收单元中进行换热,实现粒化特性-余热回收特性的全过程研究,突破以往离心粒化研究与余热回收研究分割开的瓶颈。
附图说明
图1为一种干式离心粒化及余热回收实验装置的正视图;
图2为一种干式离心粒化及余热回收实验装置的侧视图;
图3为转轴风套筒的示意图;其中图3(a)为剖面图,图3(b)为俯视图;
图4为移动床平推刮板的俯视图;
图中:1、雷达液位计;2、旋转电机;3、链条;4、旋转杆;5、钢架;6、卡扣;7、试样;8、粒化器;9、转轴;10、水冷壁;11、保温层;12、转轴套筒;13、耐高温叶片;14、二级风帽;15、转轴电机;16、收料斗;17、振动电机;18、耐高温滚轮;19、软连接;20、刮板风帽;21、刮板;22、埋管;23、导轨;24、布风管;25、可编程电机;26、红外测温仪;27、塞棒杆;28保温材料;29、耐高温坩埚;30、加热元件;31、液态熔渣;32、塞棒头;33、落渣管;34、红外热成像仪;35、高速摄像机;36、取样器;37、观察孔;38、红外测温仪;39、螺杆;40、排料电机;41、螺旋转杆端盖;42、螺丝;43、转轴套筒顶盖;44、风孔;45、侧面进风管;46、刮板风管。
具体实施方式
参照图1至图4,一种干式离心粒化及余热回收实验装置,包括熔渣加热融化及流量控制单元、熔渣腐蚀磨蚀实验单元、熔渣干式离心粒化单元和移动床余热回收单元;
熔渣加热融化及流量控制单元包括加热炉、耐高温坩埚29、落渣管33、塞棒杆27、塞棒头32、可编程电机25、雷达液位计1和红外测温仪26。
高温加热炉具有加热单元30,高温加热炉设置于保温材料28中。高温加热炉内设置有耐高温坩埚29,耐高温坩埚29下部连接有落渣管33。通过塞棒头32和落渣管33上部凹槽的配合以控制熔渣流量。塞棒头32为圆台形结构,落渣管33顶端为圆锥形凹槽。塞棒头32与落渣管33的形状契合良好保证随着塞棒的提升熔渣流量不会出现突变,确保塞棒对熔渣流量控制的精度较高。
保温材料28上部设有钢架5。塞棒头32通过塞棒杆27连接可编程电机25;控制塞棒开度的可编程电机25可以根据所导入程序改变转速,进而控制塞棒杆27的提升速度,进而控制塞棒头32与落渣管33之间的熔渣流通面积,保证熔渣流通面积随着液位的降低缓慢增加,突破了以往针对熔渣粒化过程中的流量控制技术瓶颈。
钢架5上安装有雷达液位计1和红外测温仪26。通过雷达液位计1测量到耐高温坩埚29内的熔渣液位均匀下降,此时熔渣以稳定的流量流进粒化仓内进行粒化。并且根据耐高温坩埚29的尺寸参数和液位下降速度可以计算得到熔渣的流量。本装置实现了对熔渣流量的控制与计量。
钢架5顶部设置有腐蚀磨蚀实验单元。腐蚀磨蚀实验单元包括旋转电机2和旋转杆4;旋转电机2和旋转杆4端盖均固定在熔块炉顶部的钢架5上。旋转杆4通过端盖固定在熔块炉顶部的钢架5上,并能够相对于钢架5旋转;旋转杆4通过链条3连接旋转电机2的输出轴;旋转杆4的底端安装有凹槽卡扣6,用于固定耐高温陶瓷材料试样7。
旋转电机2通过链条3带动旋转杆4以一定的速度进行旋转,进而带动浸泡在在不同温度、成分的液态熔渣中的实验试样7进行液态熔渣腐蚀、磨蚀实验研究。
干式离心粒化单元包括粒化器8、转轴9、转轴套筒12、水冷壁10、二级风帽14和转轴电机15。转轴套筒顶部为可拆卸结构,由螺丝42和转轴套筒顶盖43固定。转轴套筒顶盖钻有风孔44,风孔围成直径不同的圆形。实验时根据不同的粒化器8的直径选择不同的转轴套筒顶盖43用螺丝42进行固定,以达到对飞出转杯边缘的熔渣液滴进行风淬和风碎的目的,获得针对熔渣粒化过程中供风装置的创新设计基础数据。
转轴9上设有一级、两级或者多级的小型耐温叶片13,在粒化过程中,转轴9带动耐温叶片13高速同频旋转,一方面,会产生轴冷却风道的流动动力,加速轴冷却风对转轴9、粒化器8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。同时由于高温叶片随着转轴同步旋转,转轴冷却强度得到自我调节,熔渣流量大转速高需要冷却强度自动提高,系统没有进行粒化不提供冷却风。本设计和风机供风方案相比减少了管道阻力带来的风机能耗。
保温材料28下部设有粒化仓;粒化仓顶部设置有高速摄像机35和红外热成像仪34,可以观察到不同温度的熔渣粒化、飞行、凝固过程;
移动床余热回收单元包括收料斗16、移动床、螺旋排料机、埋管22、布风管24和振动电机17。移动床中设有埋管22用于进一步冷却粒化熔渣。
收料斗16和移动床由通过法兰由软连接19进行连接,保证振振动电机17有一定的振动空间。振动电机17对移动床余热回收实验单元进行振动,可以达到均匀、疏松移动床内料层的目的。
在移动床上部落料斗上设置有取样器36。经过粒化后的渣粒的样品落到收料斗16上滑落到取样器36中,落到移动床外部的取样桶中。取样器36倒转180°,可以停止取样。取样铲由铲槽和铲柄两部分构成。取样铲由耐高温不锈钢制成。铲柄为耐高温钢管。取料器实现了熔渣离心粒化-余热回收连续过程中的实时取样,保证可以在一次实验中取得最多的工况点,节省了人力物力。
移动床的左右壁面之上设置有耐高温导轨23,导轨之上安装有耐高温滚轮18,在移动床的上部设置有刮板21,具体位置大概在料层堆积的表面位置。刮板21可以是平推刮板也可以是旋转刮板。刮板对于料层的均匀作用保证了移动床风量处处相等,减小了实验数据的误差。
刮板由大间距刮板风管46、刮板风帽20和构成。刮板风管46之上设置有刮板风帽20,风管连接到移动床的侧面进风管道45上。连接刮板上的风管的侧面进风管道放置在耐高温滚轮18上。人力或者电机带动刮板作间歇运动或者周期性运动以达到均匀料层的目的。
在移动床的底部布置有布风管24,通过阀门对进风量进行调节,可以在实验装置中研究渣粒在移动床或者流化床中的冷却特性。
振动电机17对移动床余热回收实验单元进行振动,可以达到均匀、疏松移动床内料层的目的。在移动床底部设置有螺旋排料机,螺旋排料机由螺杆39、排料电机40和旋转螺杆端盖41构成。螺旋排料机的转速通过排料电机40进行控制,排料速度与熔渣的流量相同时移动床内的料位厚度保持一定值。
在移动床的侧壁上开有观察孔37。观察孔上镶有石英玻璃。实验过程中可以通过红外测温仪28探测移动床内的堆积料的表面温度。
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 (6)

1.一种具有多种功能的干式离心粒化及余热回收实验装置,其特征在于,包括熔渣加热融化及流量控制单元、熔渣腐蚀磨蚀实验单元、熔渣干式离心粒化单元和移动床余热回收单元;
熔渣加热融化及流量控制单元包括高温加热炉、耐高温坩埚(29)、落渣管(33)、塞棒杆(27)、塞棒头(32)和可编程电机(25);
高温加热炉内设置有耐高温坩埚,耐高温坩埚下部连接有落渣管(33);塞棒头为圆台形结构,落渣管顶端为圆锥形凹槽;塞棒头和落渣管上部凹槽的配合以控制熔渣流量;塞棒头通过塞棒杆(27)连接可编程电机(25);
熔渣腐蚀磨蚀实验单元用于对耐高温陶瓷材料试样(7)进行液态熔渣腐蚀或磨蚀实验研究;
熔渣干式离心粒化单元用于对落渣管下落的液态熔渣进行粒化试验;
移动床余热回收单元用于对熔渣干式离心粒化单元粒化的熔渣进行进一步的冷却、暂存和余热回收;
高温加热炉设置于保温材料(28)中;保温材料上部设有钢架(5);钢架顶部设置有腐蚀磨蚀实验单元;腐蚀磨蚀实验单元包括旋转电机(2)和旋转杆(4);旋转电机和旋转杆端盖均固定在熔块炉顶部的钢架上;旋转杆通过端盖固定在熔块炉顶部的钢架上,并能够相对于钢架旋转;旋转杆通过链条(3)连接旋转电机的输出轴;旋转杆的底端安装有凹槽卡扣(6),用于固定耐高温陶瓷材料试样(7);试验时,耐高温陶瓷材料试样(7)浸入耐高温坩埚的液态熔渣中,并由旋转电机驱动进行旋转;
熔渣加热融化及流量控制单元之下设置有干式离心粒化实验单元;熔渣干式离心粒化单元包括粒化仓和设置于粒化仓中的粒化器(8)、转轴(9)、转轴套筒(12)、水冷壁(10)和转轴电机(15);粒化仓的内壁设置水冷壁(10);
粒化器(8)通过转轴(9)连接下部的转轴电机(15);粒化器(8)位于落渣管的正下方;
转轴套筒(12)套设于转轴(9)外周;转轴套筒顶部为可拆卸结构,由螺丝(42)和转轴套筒顶盖(43)固定;转轴套筒顶盖钻有若干风孔(44),风孔围成圆形;
转轴(9)上设有一级、两级或者多级的耐温叶片(13)。
2.根据权利要求1所述的一种干式离心粒化及余热回收实验装置,其特征在于,粒化仓顶部设置有由双层石英玻璃构成的视窗,在玻璃视窗之外布置有红外热成像仪(34)和高速摄像机(35)。
3.根据权利要求1所述的一种干式离心粒化及余热回收实验装置,其特征在于,移动床余热回收单元包括收料斗(16)、移动床、螺杆(39)、排料电机(40)、风管(24)、埋管(22)和振动电机(17);
上部的收料斗和下部的移动床通过法兰进行连接,法兰间隙垫有软连接(19);振动电机(17)用于对移动床余热回收实验单元进行振动,以达到均匀、疏松移动床内料层的目的;
在移动床的底部布置有阀门的布风管(24);
在移动床底部设置有螺杆(39)和排料电机(40)组成的螺旋排料机,通过将排料电机(40)的转速和雷达液位计(1)的熔渣液位下降速度进行连锁可以对移动床内的物料高度进行控制;
埋管(22)设置于移动床中。
4.根据权利要求3所述的一种干式离心粒化及余热回收实验装置,其特征在于,在移动床的侧壁上开有观察孔(37),观察孔外设置有红外测温仪(38)。
5.根据权利要求3所述的一种干式离心粒化及余热回收实验装置,其特征在于,在移动床上部落料斗上设置有取样器(36);取样器为凹槽结构,取样器倒转180°,随时停止取样。
6.根据权利要求3所述的一种干式离心粒化及余热回收实验装置,其特征在于,在移动床的上部设置有刮板(21);刮板为平推刮板或旋转刮板;刮板为带刮板风帽(20)的刮板风管(46)。
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