CN108359756B - 一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用系统，包括熔渣缓存及流量控制模块、熔渣离心粒化及余热回收模块、熔渣移动床换热及余热回收模块和高温空气余热利用模块；系统中包含水汽流程、空气流程、烟气流程、渣流程及其相应的设备。通过设计上述模块及各种介质流程，可确保液态熔渣高效粒化及热量高效回收利用，为液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用技术的工业应用提供一定参考。

Description

一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用系统

技术领域

本发明属于高温液态熔渣余热回收技术领域，特别涉及一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用系统。

技术背景

2014年中国冶金行业消耗约8.68亿吨标煤，占总行业能耗20.40％。冶金行业熔渣余热资源潜力巨大，我国2016年液态熔渣产生量约为3.43亿吨，每吨熔渣含有的显热相当于60千克标准煤，折合约2058万吨标准煤。钢渣和高炉渣产量较高，分别为10504万吨、23834万吨，折合余热量708.5万吨标准煤、1419万吨标准煤。对于高品质余热资源的高炉渣、钢渣显热，目前还没有非常完善的回收技术，大量显热能量白白耗散，节能减排潜力十分巨大。

水淬法为常规的高炉渣处理方法，按照工艺流程可具体分为因巴法、图拉法、底滤法、拉萨法、明特克法。该法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。水淬法不仅浪费了高温液态熔渣所含有的高品质余热资源，同时消耗大量水资源，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、无污染的新技术对液态熔渣资源进行有效回收。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用系统，以确保液态熔渣可以高效粒化及热量高效回收利用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用系统，包括熔渣缓存及流量控制模块、熔渣离心粒化及余热回收模块、熔渣移动床换热及余热回收模块和高温空气余热利用模块；熔渣缓存及流量控制模块设置于熔渣离心粒化及余热回收模块上部，用于液态熔渣缓存和控制液态熔渣下落至熔渣离心粒化及余热回收模块的流量和速度；熔渣离心粒化及余热回收模块用于对下落的液态熔渣进行粒化；熔渣移动床换热及余热回收模块设置于熔渣离心粒化及余热回收模块下部，用于对粒化熔渣进行冷却和暂时存储；熔渣离心粒化及余热回收模块和熔渣移动床换热及余热回收模块中的热气连通高温空气余热利用模块；高温空气余热利用模块包括依次设置的一次除尘器、余热锅炉、省煤器、二次除尘器、排气风机和烟囱。

进一步的，熔渣缓存及流量控制模块包括渣包外壳、定径水口、塞棒、燃烧器、密封罩和落渣管；渣包外壳的顶部布置有进渣口，底部布置有出渣口；渣包外壳上部或者侧部设有燃烧器；渣包外壳的顶部由耐火砖砌筑为拱券结构；渣包外壳的包底材料与侧壁材料的厚度比为1.4-2.2；出渣口处设置有定径水口和与定径水口配合的塞棒；出渣口外布置有密封罩，密封罩底部设置有落渣管；落渣管下部布置有熔渣离心粒化及余热回收模块；

熔渣离心粒化及余热回收模块包括落渣管、粒化仓和粒化设备；粒化仓顶部中心设有开口，供落渣管伸入，落渣管外部有耐火材料层，与粒化设备对中布置；伸入粒化仓的落渣管外部设有落渣管固定装置；粒化仓内部敷设水冷壁受热面，水冷壁受热面采用膜式水冷壁，竖直布置；粒化仓壁面上还设有气膜冷却装置；粒化设备包括：粒化器、粒化器固定装置、粒化器驱动装置和轴冷却风道；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。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、风管内套筒和轴套筒；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；轴套筒固定在耐温推力轴承的外圈和最下部的耐温定位轴承的外圈之间，将部分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，风管内套筒外周布置有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；

熔渣移动床换热及余热回收模块包括移动床；移动床包括炉壁和收料仓；炉壁围绕形成两个对称且上大下小的容置腔；两个容置腔由中间炉墙隔开；容置腔的底部设有收料仓；锥形容置腔的上部布置有稀相区埋管，稀相区埋管的下部设有刮板；刮板的下部布置有布风装置；布风装置与刮板之间的空间布置有密相区埋管；收料仓底部设有旋转密封阀；收料仓外壁设有击振块；炉壁为冷却壁；冷却壁为盘管冷却壁、膜式冷却壁或者非膜式冷却壁；在移动床上部稀相区，中间炉墙和炉壁之间布置若干层稀相区埋管；移动床下部密相区，中间炉墙和炉壁之间布置若干层密相区埋管；移动床上设有入口环形集箱和出口环形集箱；进入移动床的换热介质首先汇集到入口环形集箱里，然后分配给冷却壁、密相区埋管和稀相区埋管，最后再汇集到出口环形集箱里流出移动床。

进一步的，布风装置位于移动床底部，包括若干布置于收料仓上部的布风风管；布风风管上布置有若干布风风帽；布风装置还包括振动电机、弹簧和钢丝绳；布风风管通过两端软连接炉壁；钢丝绳一端通过弹簧固定连接中间炉壁，另一端连接振动电机；同时振动电机通过钢丝绳连接布风风管，振动电机转动能够通过钢丝绳带动布风风管振动，达到对料层进行疏散的效果。

进一步的，刮板为平推刮板；平推刮板包括若干平推刮板风管，平推刮板风管上设有若干平推刮板风帽；若干平推刮板风管间隔排布；平推刮板风管的两端连通侧面风管，侧面风管伸出到移动床炉墙之外和往复电机通过齿轮齿条机构相连；往复电机转动能够带动平推刮板往复水平运动；平推刮板通过往复运动使移动床内的料层保持高度均匀，同时平推刮板上的平推刮板风帽既能够冷却刮板，又能够对移动床上部的高温渣粒进行冷却。

进一步的，系统水汽流程总体上采取自然循环、强制循环、直流或者复合循环(强制循环加自然循环)方式，在采用自然循环或强制循环方式时，粒化仓及移动床受热面整体采用垂直上升的水冷壁管，移动床下部设置入口环形集箱310，移动床上部出口设置出口环形集箱301，粒化仓5底部设置入口集箱208，顶部设置出口环形汇集集箱203；采用直流或者复合循环(强制循环加自然循环)的方式时粒化仓及移动床受热面整体采用盘管式水冷壁；系统中水汽包括如下流程之一：

①自然循环：给水→省煤器→汽包→下降管→移动床入口环形集箱310→移动床受热面→移动床出口集箱301→粒化仓入口集箱208→粒化仓受热面→粒化仓出口环形汇集集箱203→落渣管固定装置204(介质为水时)→汽包→过热器

②强制：给水→省煤器→汽包→下降管→循环泵→移动床入口环形集箱310→移动床受热面→移动床出口集箱301→粒化仓入口集箱208→粒化仓受热面→粒化仓出口环形汇集集箱203→落渣管固定装置204(介质为水时)→汽包→过热器

③直流：给水→省煤器→移动床受热面→粒化仓受热面→落渣管固定装置204(介质为水时)→过热器；

④复合循环：给水→省煤器→循环泵→移动床受热面→粒化仓受热面→落渣管固定装置204(介质为水时)→过热器。

进一步的，系统水汽流程采取自然循环、强制循环、直流或者复合循环方式，系统中水汽包括如下流程之一：

1)给水→省煤器→汽包→下降管→入口环形集箱→移动床→粒化仓；

2)给水→省煤器→移动床→汽包→下降管→入口环形集箱→粒化仓；

3)给水→省煤器→移动床→粒化仓。

进一步的，粒化仓和移动床内形成-5～10Pa的微负压。

进一步的，系统气体流程由以下部分组成，空气分为多股分别进入如下装置：

一股空气经移动床布风装置进入移动床中与高温熔渣颗粒换热成高温空气；

一股空气经轴冷却风道和耐温叶片产生自生风一起由粒化器第一风口和第二风口进入粒化仓；

一股空气由粒化仓顶部或侧面气膜冷却装置进入粒化仓；

移动床高温空气与粒化仓两股空气汇合可由粒化仓顶部排出或者在粒化仓与移动床结合处排出进入高温空气余热利用模块；

粒化仓两股空气汇合后与移动床高温空气混合从移动床侧面排出进入高温空气余热利用模块；

空气与可燃气体通过燃烧器燃烧产生高温烟气进入渣包外壳，高温烟气由渣包外壳进入流量控制装置经落渣管进入粒化仓，与粒化仓两股空气及移动床高温空气汇合后通过粒化仓顶部或移动床侧面或者粒化仓与移动床结合处进入高温空气余热利用模块；高温空气余热利用模块入口布置气固分离装置。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明公开了一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用系统，包括熔渣缓存及流量控制模块、熔渣离心粒化及余热回收模块、熔渣移动床换热及余热回收模块和高温空气余热利用模块，包含水汽流程、空气流程、烟气流程、渣流程及其相应的设备。通过设计上述模块及各种介质流程，可确保液态熔渣高效粒化及热量高效回收利用，为液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用技术的工业应用提供一定参考。

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为的结构示意图；

图2为熔渣缓存及流量控制模块正视图；

图3为熔渣缓存及流量控制模块侧视图；

图4为熔渣缓存及流量控制模块中燃烧器布置示意图；其中图4(a)为燃烧器布置于渣包外壳顶部；图4(b)为燃烧器布置于渣包外壳侧壁；

图5为熔渣离心粒化及余热回收模块示意图；

图6为粒化设备示意图；

图7为粒化器及其固定装置示意图；

图8为熔渣移动床换热及余热回收模块示意图；

图9为移动床中刮板的俯视图；

图10为本发明移动床布风装置俯视图；

图11为本发明的旋转刮板的示意图。

图12为系统总体流程示意图；

图13为系统渣、空气、燃气及高温烟气流程示意图I；

图14为系统水流程示意图I；

图15为系统渣、空气、燃气及高温烟气流程示意图II；

图16为系统水流程示意图II；

图17为系统水流程示意图III；

图18为系统渣及气体流程示意图。

具体实施方式

参照图1至图11所示，本发明一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用系统，包括：熔渣缓存及流量控制模块1、熔渣离心粒化及余热回收模块2、熔渣移动床换热及余热回收模块3和高温空气余热利用模块4。

熔渣缓存及流量控制模块1设置于熔渣离心粒化及余热回收模块2上部，用于液态熔渣缓存和控制液态熔渣下落至熔渣离心粒化及余热回收模块2的流量和速度；熔渣离心粒化及余热回收模块2用于对下落的液态熔渣进行粒化；熔渣移动床换热及余热回收模块3设置于熔渣离心粒化及余热回收模块2下部，用于对粒化熔渣进行冷却和暂时存储；熔渣离心粒化及余热回收模块2和熔渣移动床换热及余热回收模块3中的热气连通高温空气余热利用模块4。

高温空气余热利用模块4包括依次设置的一次除尘器401、余热锅炉402、二次除尘器403、排气风机404和烟囱405。

熔渣缓存及流量控制模块1，包括渣包外壳101、定径水口105、塞棒、燃烧器111、密封罩102和落渣管103。

渣包外壳101的顶部布置有进渣口112，底部布置有出渣口；出渣口可设置一个、两个或者两个以上；出渣口可布置在渣包的一侧，或两侧对称布置，或沿渣包呈辐射状布置；渣包外壳101底部四周布置有事故排渣口114，用以系统发生事故时紧急排渣；渣包外壳101的包底材料与侧壁材料的厚度比例保证在1.4-2.2范围内；出渣口处设置有定径水口105和塞棒；出渣口外布置有密封罩102，密封罩下设置有落渣管103。落渣管103下部布置有粒化室。

渣包外壳101的顶部设置有燃烧器111；烘包及预热过程中，燃烧器111产生的烟气流经渣包外壳101内腔后依次通过密封罩102、落渣管103、余热回收模块117，最后由烟囱118排入大气，通过烘烤上述渣包外壳101、落渣管103、余热回收模块117的相关部件，达到烘干水分的目的，并对烟气的热量进行有效回收，保证后续装置正常运行时粒化质量。装置正常运行时的补热过程中，燃烧器111产生的烟气流经热交换器回收热量后，由布置在渣包外壳101上的排烟管道排出。

渣包外壳101的顶部由耐火砖砌筑设计为拱券结构，其矢跨比设计在0-0.45范围内；可由一层、两层或多层的耐火砖砌筑成拱券结构；每层耐火砖可选择不同的材料进行砌筑；根据渣包顶部各个位置的受力特点及保温性能要求，可选择不同的耐火保温砖砌筑为不同厚度的耐火保温层。从而避免渣包外壳101顶部因各个位置受力不同而导致结构破环，并且利用拱券结构竖向荷重时具有良好的承重特性，保证渣包在进渣或高温烘烤条件下的结构稳定性和运行安全性。

渣包外壳101顶部布置的燃烧器111，有两种布置方式：1)燃烧器111采用L型布置结构：在渣包顶部设置一竖直烟气管道，竖直管道在渣包外经一90°的弯头变为水平管道结构；燃烧器布置在此水平烟气管道中。2)燃烧器横向布置在渣包的侧面：通过在渣包侧壁上开设水平烟气管道，将燃烧器布置到此水平管道中。这两种布置方式解决了燃烧器竖直布置在渣包上，燃烧器及其相关部件易掉落到渣包中的问题。

渣包外壳101的包底选用保温性能较好的保温耐火材料。[Tz4]以防静置过程结束后底部熔渣由于温降过快堵塞水口。

渣包外壳101侧壁与包底交界处采用圆角结构，圆角的角度设置在10-90°范围内，以减小液态熔渣在交界处的凝固层厚度，从而提高系统运行的稳定性。

渣包外壳101上设置红外测温仪113，密封罩102上设置红外测温仪104，渣包外壳101侧壁埋设温度测点109；在烘包过程中，根据渣包外壳101侧壁里面的温度测点109对燃烧器111的加热功率进行控制，保证渣包外壳101经过烘烤可以达到并保持在一定的温度水平；熔渣进入渣包外壳101之后，根据渣包顶部红外测温仪113所测得的熔渣温度对渣包顶部的燃烧器111加热功率进行控制，保证渣包内熔渣温度维持在一定的范围；渣包外壳101内熔渣流出定径水口105，进入到落渣管103之后，根据密封罩顶部红外测温仪104所测得的熔渣温度对渣包外壳101顶部的燃烧器11加热功率进行控制，保证落渣管内熔渣温度维持在一定的范围；从而提高系统运行的稳定性。

渣包外壳101上布置有焦粉喷洒口和通空气的空气管道，可分别布置一组或多组的焦粉喷洒口和空气管道。

本发明设计了三种补热方式维持液态熔渣温度；1)通过将渣包外壳101内的温度和燃烧器111的补热功率进行连锁以维持渣包外壳101内熔渣温度始终在一定的温度范围；2)通过手动调节燃烧器111的补热功率对渣包外壳101内熔渣的温度进行调节；3)通过向渣包外壳101内喷洒焦粉和通入空气来维持渣包外壳101内液态熔渣温度始终维持在一定的温度范围。

出渣口处设置有定径水口105和塞棒，塞棒由塞棒头106、塞棒杆107和塞棒控制装置108组成；塞棒杆两端分别连接塞棒头106和塞棒控制装置108；渣包外壳101顶部设置有液位监测装置110对渣包外壳101内的液态熔渣液位进行测量，并将测量结果反馈至塞棒控制装置；当渣包外壳101内熔渣液位低于设定值时，液位信号使塞棒控制装置向渣包外给出，增大塞棒头与定径水口之间的通流面积，从而增大熔渣流量；当渣包内熔渣液位超过设定值时塞棒控制装置向渣包内给进，减小塞棒头与定径水口之间的通流面积，从而减小熔渣流量；使得液态熔渣始终处于一定的流量范围，从而提高系统运行的稳定性。

渣包外壳101布置有密封风管道，用以通入密封用的空气等气体；可通过燃烧器111内的空气管道或者渣包外壳101上开设的空气管道116向渣包外壳101内通入气体；通过控制管道出口的阀的开度，可实现对渣包外壳101内压力的控制，从而提高渣包外壳101的密封性能。

渣包外壳101上设置有测量渣包外壳101内压力的压力表119，并通过计算得到熔渣在出渣口处的压强；将渣包外壳101内的熔渣液位和压力进行连锁，保证渣包外壳101内出渣口处的压力随着熔渣的液位降低不发生变化，进而保证熔渣的流量稳定。

塞棒头106、定径水口105、渣包外壳101壁面等选用耐熔渣腐蚀、磨蚀的材料，如陶瓷，以提高相应部件寿命。

熔渣离心粒化及余热回收模块2，包括落渣管201、粒化仓205和粒化设备；

粒化仓205为正方形或圆形，其上部为平顶或穹顶；粒化仓205顶部中心设有开口，供落渣管201伸入，落渣管201外部有耐火材料层202，与粒化设备对中布置；粒化仓205内部敷设水冷壁受热面206，该受热面采用膜式水冷壁，竖直布置；粒化仓5底部设置进水集箱208，粒化仓顶部设置出口环形汇集集箱203；水冷壁受热面206连通进水集箱208和出口环形汇集集箱203；粒化仓5壁面上设有气膜冷却装置207，对飞到粒化仓壁面的粒化渣粒进行冷却。

伸入粒化仓205的落渣管201外部设有落渣管固定装置204，其固定装置结构众多，如在其外部设锥形筒、在其外部及底部围绕螺旋直径不断减小的管内通冷却水或冷却气体介质的螺旋冷管等，可对伸入粒化仓205的落渣管201进行固定，防止由于承受高温熔渣的直接腐蚀和冲刷磨蚀而断裂的落渣管落入粒化仓内，一方面直接砸落到粒化设备上，给粒化设备造成损伤；另一方面使得高温熔渣失去引导，对粒化器及其驱动设备进行大面积冲刷，致使粒化器及其驱动装置损坏，造成严重的事故，并带来巨大的经济损失。落渣管固定装置204外部涂可耐1400℃以上温度的耐火材料，防止其超温损坏；落渣管固定装置204内可通冷却水或空气、氮气等冷却气体介质，防止其超温损坏，其中，水的来源之一为出口环形汇集集箱203。

一排或多排气膜冷却装置207，如喷嘴、条状喷口等，在粒化仓四壁上贴壁或者近壁布置，喷射的冷却介质如空气、氮气等，形成环形边缘风膜；气膜冷却装置207的出风口上带有风网，风网由耐火材料构成，用于防止飞行的高温粒化渣粒飞入喷嘴风口内，致使喷嘴损坏，影响冷却效果；布置粒化仓四壁上的气膜冷却装置7处于粒化器219所在高度附近。调节气膜冷却装置与壁面的距离及出口风速、出风角度，可使得其在不扰乱粒化渣粒的飞行轨迹的前提下对飞行至粒化仓壁面的高温粒化渣粒进行冷却，防止粘壁。

粒化设备包括：粒化器219、粒化器固定装置232、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顶部开有多个风口236，顶部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侧面设有多个风口235，该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。风口236和风口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和轴套筒222。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固定在耐温推力轴承212的外圈和最下部的耐温定位轴承221的外圈之间，将大部分耐温叶片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。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风口236和风口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外周布置有风管外套筒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的出风口低于风口236和风口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。

熔渣移动床换热及余热回收模块3，包括移动床；移动床包括冷却壁面304和收料仓311；

冷却壁面304设置于粒化仓下部，用于容置粒化器粒化后的高温熔渣渣粒；冷却壁面304围绕形成两个对称且上大下小的容置腔；两个容置腔由中间炉墙隔开；中间炉墙中设有粒化器安装空间。

锥形容置腔的底部设有收料仓311，收料仓311底部设有旋转密封阀314。收料仓311外壁设有击振块313。

锥形容置腔的上部布置有稀相区埋管303，稀相区埋管303的下部设有刮板；刮板的下部布置有布风装置；布风装置与平推刮板302之间的空间布置有密相区埋管308。

移动床整体可以设计为矩形或者圆形。移动床为上宽下窄的变截面设计，保证冷却风在各料层的流速相对均匀且小于流化风速达到高效稳定的气-固换热效果。

移动床的左右炉墙(冷却壁304)及中间炉墙为垂直炉墙，前后炉墙(冷却壁304)为倾斜炉墙或垂直炉墙，倾斜炉墙与水平面的夹角为60°～90°。

冷却壁304根据实际情况可以布置成盘管冷却壁、膜式冷却壁或者非膜式冷却壁。

经过粒化和初步冷却的高炉渣颗粒从上部的粒化仓落入到移动床，堆积形成料层，在振动排料机的作用下缓慢向下移动，与此同时冷却风通过布风装置从下部喷入，渣粒和风进行逆流换热既能保证换热强度也能充分回收渣粒热量。在移动床的冷却壁面304外侧上装有振打装置309，在装置运行的时候可以连续击打或者间歇击打，保证渣粒不粘壁，不结块。

在移动床上部稀相区，中间炉墙和冷却壁之间布置1～2层稀相区埋管303，汇集到前后炉墙之上。移动床下部密相区，中间炉墙和冷却壁之间布置2～3层密相区埋管308，汇集到前后炉墙之上。同时上述的稀相区埋管303和密相区埋管308也可以从前后炉墙上的冷却壁上拉出，汇集到中间炉墙上。渣粒经过粒化之后为半熔融状态，需要进行快速的冷却，可在稀相区适当布置较多的埋管受热面，保证渣粒的换热强度。不同成分的熔渣导热系数、粘度等物理参数变化较大，可根据移动床空间的限制和炉渣和冷却介质的匹配情况适当调节移动床内的埋管的层数和埋管与水平方向的夹角。移动床内的埋管内可以通入气体、水或者有机介质作为换热介质，以达到较好的渣粒冷却效果。移动床内的埋管可以是圆管、水滴形管道，或者在管道外加防磨套或者防磨瓦，以达到防颗粒磨蚀的效果。

移动床上设有入口环形集箱310和出口环形集箱301。进入移动床的换热介质首先汇集到入口环形集箱310里，然后分配给冷却壁304、密相区埋管308和稀相区埋管303，最后再汇集到出口环形集箱301里流出移动床。

布风装置位于移动床底部，包括若干布置于收料仓311上部的布风风管320；布风风管320上布置有若干布风风帽312。

刮板为平推刮板302或者旋转刮板325，也可以两者同时存在。

用于均匀料层的平推刮板302设置在移动床的上部。平推刮板302包括若干平推刮板风管317，平推刮板风管317上设有若干平推刮板风帽306；若干平推刮板风管317间隔排布；平推刮板风管317的两端连通侧面风管315，侧面风管315伸出到移动床炉墙之外，和往复电机316通过齿轮齿条机构相连。往复电机316转动能够带动平推刮板风管317往复水平运动。平推刮板风管317通过往复运动使移动床内的料层保持高度均匀，同时平推刮板风管317上的平推刮板风帽306既可以冷却刮板，又可以帮助移动床上部的高温渣粒进行冷却。

在移动床的底部设置有布风装置。布风装置由软连接318、振动电机319、布风风管320、弹簧321及钢丝绳322组成。布风风管320通过两端软连接炉壁；钢丝绳一端通过弹簧321固定连接中间炉壁，另一端连接振动电机；同时振动电机319通过钢丝绳322连接布风风管320，振动电机319转动能够通过钢丝绳带动布风风管320振动，达到对料层进行疏散的效果，保证熔渣颗粒不粘壁，不结块，同时保证高温渣粒快速冷却。

用于均匀料层的旋转刮板325设置在移动床的上部。在移动床的中间炉墙和前后炉墙上均设置有旋转轴323，旋转轴323可以在180°的范围内进行旋转。中间炉墙和前后炉墙旋转刮板325安装在旋转轴323上，且高度不同。多个旋转刮板325可在180°范围内同时运动以对料位进行平整。同时挂板上的旋转刮板风帽324将喷出冷却风对表面的渣粒进行冷却，以保证熔渣颗粒不粘壁，不结块，同时保证较快的冷却速率。

熔渣移动床换热及余热回收模块3的工作流程：

经过粒化后的半熔融-宽筛分的高炉渣颗粒进入移动床对称的两部分空间，穿过稀相区埋管303，将一部分的热量传递给稀相区埋管303中的换热介质，同时并且本身得到快速冷却。经过与埋管的换热渣粒的外部渣壳变厚甚至全部凝固。掉落到移动床的料层表面之后，在移动床底部的冷却风和刮板所喷出的冷却风的作用下进一步冷却。熔渣下落过程中，会在移动床中堆积成不均匀的料层，导致熔渣冷却不均匀。刮板往复运动可以将料层推平，保证熔渣料层的均匀性，流过料层各个位置的风量相对均匀。同时刮板上的刮板风帽既可以保证刮板的冷却又可以为上部高温散料提供冷却空气，帮助其冷却。熔渣颗粒移动到密相区埋管308附近，经过与埋管和冷却风的换热，渣粒温度降到较低值，同时完全凝固。由于密相区埋管308的换热，渣粒的玻璃体转化率达到较高的值。移动床侧面设置有振打装置309，收料仓311侧壁设置有击振块313，底部设置有旋转密封阀314。击振块313和侧壁振打装置309以一定的频率击打收料仓311和移动床侧壁上的钢板，旋转密封阀314的开度配合击打的频率和幅度，可以以一定的速度将渣粒排出移动床外。

从粒化仓风机经风道而来的冷却风分两路，一路冷却风通过粒化仓底部布风风管320上的布风风帽312喷入到移动床内，经过与高温渣粒的换热最后汇集排出移动床。另外一路直接通到刮板上的风管中，通过刮板上的刮板风帽喷入移动床的稀相区。两股风均作为冷却介质对渣粒进行冷却。

来自换热介质进入到移动床的入口环形集箱310中，然后被分配给移动床侧壁和前后壁上的冷却壁304中。在中间炉墙上的冷却壁在上升过程中，一部分冷壁管道拉稀成密相区埋管308和稀相区埋管303，汇集到前后墙的冷却壁上。或者移动床中的埋管直接由入口环形集箱310拉出，然后汇集到前后墙冷却壁上。从墙后墙冷却壁、左右墙冷却壁和中间炉墙冷却壁的膜式冷却壁受热面最后汇集到移动床的出口环形集箱上。

图12为本发明的一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用系统的流程示意图；系统包含水汽流程、空气流程、高温烟气及渣流程。

图13所示为系统渣、空气、燃气及高温烟气流程示意图：

高温液态熔渣流程：高温液态熔渣经过渣沟进入渣包外壳中，然后经熔渣缓存装置和落渣管进入熔渣离心粒化及余热回收模块进行粒化；粒化熔渣进入熔渣移动床换热及余热回收模块3进行冷却换热后排入出渣装置；

燃气流程：渣包外壳上设有燃烧器，燃烧器通入高炉煤气/燃气和空气，能够对渣包外壳中的液态熔渣进行补热。

空气流程：燃烧器通入空气，帮助燃气燃烧对渣包外壳中的液态熔渣进行补热；熔渣离心粒化及余热回收模块2和熔渣移动床换热及余热回收模块3中均通入空气对粒化熔渣进行冷却换热，换热后的热空气排入高温空气余热利用模块4进行进一步换热排出。

高温烟气流程：余热时燃烧器燃烧形成的高温烟气依次经过渣包外壳、熔渣缓存装置、熔渣离心粒化及余热回收模块2和熔渣移动床换热及余热回收模块3，然后排入高温空气余热利用模块4进行进一步的换热后排出。

请参阅图14所示，系统水汽流程总体上采取自然循环、强制循环、直流或者复合循环(强制循环加自然循环)方式，在采用自然循环或强制循环方式时，粒化仓及移动床受热面整体采用垂直上升的水冷壁管，移动床下部设置入口环形集箱310，移动床上部出口设置出口环形集箱301，粒化仓5底部设置入口集箱208，顶部设置出口环形汇集集箱203；采用直流或者复合循环(强制循环加自然循环)的方式时粒化仓及移动床受热面整体采用盘管式水冷壁；。其中给水可以全部进入省煤器或者部分进入省煤器部分进入移动床下集箱，所述水汽流程：

①自然循环：给水→省煤器→汽包403→下降管→移动床入口环形集箱310→移动床受热面→移动床出口集箱301→粒化仓入口集箱208→粒化仓受热面→粒化仓出口环形汇集集箱203→落渣管固定装置204(介质为水时)→汽包→过热器404

②强制：给水→省煤器→汽包→下降管→循环泵→移动床入口环形集箱310→移动床受热面→移动床出口集箱301→粒化仓入口集箱208→粒化仓受热面→粒化仓出口环形汇集集箱203→落渣管固定装置204(介质为水时)→汽包→过热器

③直流：给水→省煤器→移动床受热面→粒化仓受热面→落渣管固定装置204(介质为水时)→过热器；

④复合循环：给水→省煤器→循环泵→移动床受热面→粒化仓受热面→落渣管固定装置204(介质为水时)→过热器。

本发明中，垂直及水平热风烟道设置包覆受热面，水平热风烟道设置悬吊蛇形管，并在热风烟道依次设置水平过热器、再热器405、省煤器406。系统水汽水流程采用自然循环：

1)给水→省煤器→汽包→下降管407→下集箱(入口环形集箱310)→移动床→粒化仓；

2)给水→省煤器→移动床→汽包→下降管→下集箱(入口环形集箱310)→粒化仓；

3)给水→省煤器→移动床→粒化仓。

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)

1.一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用系统，其特征在于，包括熔渣缓存及流量控制模块(1)、熔渣离心粒化及余热回收模块(2)、熔渣移动床换热及余热回收模块(3)和高温空气余热利用模块(4)；

熔渣缓存及流量控制模块设置于熔渣离心粒化及余热回收模块上部，用于液态熔渣缓存和控制液态熔渣下落至熔渣离心粒化及余热回收模块的流量和速度；

熔渣缓存及流量控制模块(1)包括渣包外壳(101)、定径水口(105)、塞棒、燃烧器(111)、密封罩(102)和落渣管(103)；渣包外壳(101)的顶部布置有进渣口(112)，底部布置有出渣口；渣包外壳(101)上部或者侧部设有燃烧器(111)；渣包外壳(101)的顶部由耐火砖砌筑为拱券结构；渣包外壳(101)的包底材料与侧壁材料的厚度比为1.4-2.2；出渣口处设置有定径水口和与定径水口配合的塞棒；出渣口外布置有密封罩(102)，密封罩(102)底部设置有落渣管(103)；落渣管(103)下部布置有熔渣离心粒化及余热回收模块(2)；

熔渣离心粒化及余热回收模块用于对下落的液态熔渣进行粒化；

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；

熔渣移动床换热及余热回收模块设置于熔渣离心粒化及余热回收模块下部，用于对粒化熔渣进行冷却和暂时存储；

熔渣移动床换热及余热回收模块(3)包括移动床；移动床包括炉壁和收料仓(311)；炉壁围绕形成两个对称且上大下小的容置腔；两个容置腔由中间炉墙隔开；容置腔的底部设有收料仓(311)；锥形容置腔的上部布置有稀相区埋管(303)，稀相区埋管(303)的下部设有刮板；刮板的下部布置有布风装置；布风装置与刮板之间的空间布置有密相区埋管(308)；收料仓底部设有旋转密封阀；收料仓外壁设有击振块(313)；炉壁为冷却壁(304)；冷却壁(304)为盘管冷却壁、膜式冷却壁或者非膜式冷却壁；布风装置位于移动床底部，包括若干布置于收料仓(311)上部的布风风管(320)；布风风管(320)上布置有若干布风风帽(312)；布风装置还包括振动电机(319)、弹簧(321)和钢丝绳(322)；布风风管通过两端软连接炉壁；钢丝绳一端通过弹簧固定连接中间炉壁，另一端连接振动电机；同时振动电机通过钢丝绳连接布风风管，振动电机转动能够通过钢丝绳带动布风风管振动，达到对料层进行疏散的效果；

熔渣离心粒化及余热回收模块和熔渣移动床换热及余热回收模块中的热气连通高温空气余热利用模块；

高温空气余热利用模块包括依次设置的、一次除尘器(401)、余热锅炉(402)、省煤器、二次除尘器(403)、排气风机(404)和烟囱(405)；

熔渣离心粒化及余热回收模块(2)包括落渣管(201)、粒化仓(205)和粒化设备；粒化仓(205)顶部中心设有开口，供落渣管(201)伸入，落渣管(201)外部有耐火材料层(202)，与粒化设备对中布置；伸入粒化仓(5)的落渣管(201)外部设有落渣管固定装置(204)；粒化仓内部敷设水冷壁受热面(206)，水冷壁受热面采用膜式水冷壁，竖直布置；粒化仓(205)壁面上还设有气膜冷却装置(207)；粒化设备包括：粒化器(219)、粒化器固定装置(232)、粒化器驱动装置和轴冷却风道；粒化器固定在粒化器固定装置(232)上；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；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)和轴套筒(222)；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)固定在耐温推力轴承(212)的外圈和最下部的耐温定位轴承(221)的外圈之间，将部分耐温叶片(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；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)外周布置有风管外套筒(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)；

在移动床上部稀相区，中间炉墙和炉壁之间布置若干层稀相区埋管(303)；移动床下部密相区，中间炉墙和炉壁之间布置若干层密相区埋管(308)；移动床上设有入口环形集箱(310)和出口环形集箱(301)；进入移动床的换热介质首先汇集到入口环形集箱(310)里，然后分配给冷却壁(304)、密相区埋管(308)和稀相区埋管(303)，最后再汇集到出口环形集箱(301)里流出移动床。

2.根据权利要求1所述的一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用系统，其特征在于，刮板为平推刮板(302)；平推刮板(302)包括若干平推刮板风管(317)，平推刮板风管(317)上设有若干平推刮板风帽(306)；若干平推刮板风管(317)间隔排布；平推刮板风管(317)的两端连通侧面风管(315)，侧面风管(315)伸出到移动床炉墙之外和往复电机(316)通过齿轮齿条机构相连；往复电机(316)转动能够带动平推刮板(302)往复水平运动；平推刮板(302)通过往复运动使移动床内的料层保持高度均匀，同时平推刮板(302)上的平推刮板风帽(306)既能够冷却刮板，又能够对移动床上部的高温渣粒进行冷却。

3.根据权利要求1所述的一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用系统，其特征在于，系统水汽流程总体上采取自然循环、强制循环、直流或者复合循环方式，在采用自然循环或强制循环方式时，粒化仓及移动床受热面整体采用垂直上升的水冷壁管，移动床下部设置入口环形集箱(310)，移动床上部出口设置出口环形集箱(301)，粒化仓(5)底部设置入口集箱(208)，顶部设置出口环形汇集集箱(203)；采用直流或者复合循环的方式时粒化仓及移动床受热面整体采用盘管式水冷壁；

系统中水汽包括如下流程之一：

①自然循环：给水→省煤器→汽包→下降管→移动床入口环形集箱(310)→移动床受热面→移动床出口集箱(301)→粒化仓入口集箱(208)→粒化仓受热面→粒化仓出口环形汇集集箱(203)→落渣管固定装置(204)→汽包→过热器；

②强制：给水→省煤器→汽包→下降管→循环泵→移动床入口环形集箱(310)→移动床受热面→移动床出口集箱(301)→粒化仓入口集箱(208)→粒化仓受热面→粒化仓出口环形汇集集箱(203)→落渣管固定装置(204)→汽包→过热器；

③直流：给水→省煤器→移动床受热面→粒化仓受热面→落渣管固定装置(204)→过热器；

④复合循环：给水→省煤器→循环泵→移动床受热面→粒化仓受热面→落渣管固定装置(204)→过热器。

4.根据权利要求1所述的一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用系统，其特征在于，系统水汽流程采取自然循环、强制循环、直流或者复合循环方式，系统中水汽包括如下流程之一：

1)给水→省煤器→汽包→下降管→入口环形集箱→移动床→粒化仓；

2)给水→省煤器→移动床→汽包→下降管→入口环形集箱→粒化仓；

3)给水→省煤器→移动床→粒化仓。

5.根据权利要求1所述的一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用系统，其特征在于，粒化仓和移动床内形成-5～10Pa的微负压。

6.根据权利要求1所述的一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收利用系统，其特征在于，系统气体流程由以下部分组成，空气分为多股分别进入如下装置：

一股空气经移动床布风装置进入移动床中与高温熔渣颗粒换热成高温空气；

一股空气经轴冷却风道和耐温叶片(224)产生自生风一起由粒化器第一风口和第二风口进入粒化仓；

一股空气由粒化仓顶部或侧面气膜冷却装置进入粒化仓；

移动床高温空气与粒化仓两股空气汇合可由粒化仓顶部排出或者在粒化仓与移动床结合处排出进入高温空气余热利用模块；

粒化仓两股空气汇合后与移动床高温空气混合从移动床侧面排出进入高温空气余热利用模块；

空气与可燃气体通过燃烧器燃烧产生高温烟气进入渣包外壳，高温烟气由渣包外壳进入流量控制装置经落渣管进入粒化仓，与粒化仓两股空气及移动床高温空气汇合后通过粒化仓顶部或移动床侧面或者粒化仓与移动床结合处进入高温空气余热利用模块；高温空气余热利用模块入口布置气固分离装置。