CN108424988B - 一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置，包括渣包外壳、定径水口、塞棒、燃烧器、密封罩、落渣管、余热回收模块和烟囱；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；落渣管下部布置有粒化室，粒化室属于余热回收模块，余热回收模块的出口连通烟囱。本发明能够实现系统运行中烘包、补热、预热、密封、流量控制、防止渣包顶部耐火材料及燃烧器掉落的功能，可广泛应用于液态熔渣粒化余热回收系统。

Description

一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置

技术领域

本发明涉及液态熔渣余热回收技术领域，特别涉及一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置。

背景技术

中国目前是世界上最大的钢铁生产国，钢铁产量已连续17年保持世界第一。2016年中国生铁产量为7.01亿吨，在冶炼生铁的过程中同时会产生蕴含巨大热量的液态熔渣。液态熔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吨液态熔渣，以目前我国生铁产量7.01亿吨进行计算，可折合产生2.10亿吨以上的液态熔渣，其显热量相当于1261.8万吨标准煤。

目前普遍采用干渣坑冷却法和水冲渣法处理高炉渣。这两种方法都未回收高炉渣中含有的高品质余热资源，而且浪费大量的水资源，对环境也造成严重的污染。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。必须寻找一种高效、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。

高炉间歇排渣和干式离心粒化及余热回收系统连续进行的矛盾阻碍了干式离心粒化及余热回收技术的大规模应用。为克服这一矛盾，需要设计一个缓存装置——渣包，对熔渣进行缓存及温度、流量控制。系统运行过程中，随着外界条件变化，渣包内熔渣温度会发生波动，使熔渣不能满足后续粒化过程所需的温度恒定条件。现有的耐火材料的砌筑方式是在渣包顶盖上布置抓钉，然后敷设耐火材料。渣包长期在1400℃的高温条件下运行，抓钉易发生软化，导致耐火材料脱落掉进渣包中，进而堵塞定径水口。同时导致渣包顶盖发生破损，导致煤气外漏，高温烟气外溢严重影响现场的人身和设备安全。现有的燃烧器为竖直布置，在长时间高温运行条件下，燃烧器及其相关部件容易脱落，堵塞定径水口。渣包不同部位的散热量不同，需要根据散热量来对保温材进行选择，对渣包结构进行优化。液态熔渣的温度高达1400℃，现有的流量控制及测量装置难以保证对熔渣流量进行实时测量和控制。现有的渣包缓存装置普遍密封性能较差，需要设置专门的密封结构对其进行密封。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置，以解决上述技术问题。本发明能够实现系统运行中烘包、补热、预热、密封、流量控制、防止渣包顶部耐火材料及燃烧器掉落的功能，并优化了渣包保温材料的布置结构，可使后续液态熔渣粒化过程连续稳定运行，可广泛应用于液态熔渣粒化余热回收系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置，包括渣包外壳、定径水口、塞棒、燃烧器、密封罩、落渣管、余热回收模块和烟囱；

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；

落渣管下部布置有余热回收模块，余热回收模块的出口连通烟囱；

落渣管下方布置有粒化室和移动床，粒化室和移动床都能够回收烟气热量；粒化室和移动床为余热回收模块的一部分。

所述一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置烘包以及预热过程中，燃烧器产生的烟气流经渣包外壳后依次通过密封罩、落渣管、余热回收模块，最后由烟囱排入大气。

进一步的，渣包外壳的顶部的拱券结构矢跨比为0-0.45；由一层、两层或多层的耐火砖砌筑成。

进一步的，渣包外壳的顶部布置的燃烧器采用L型布置结构：在渣包外壳顶部设置一竖直烟气管道，竖直管道在渣包外壳外经一90°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；

或者，燃烧器横向布置在渣包外壳的侧面：通过在渣包外壳侧壁上开设水平烟气管道，将燃烧器布置到水平管道中。

进一步的，渣包外壳侧壁与包底位于内腔交界处采用圆角结构，圆角的角度为10-90°。

进一步的，渣包外壳上设置第一红外测温仪，密封罩上设置第二红外测温仪，渣包外壳的侧壁埋设温度测点；

在烘包过程中，根据渣包外壳侧壁里面的温度测点对燃烧器的加热功率进行控制，保证渣包外壳经过烘烤可以达到并保持在设定的温度水平；

熔渣进入渣包外壳内腔之后，根据渣包外壳顶部第一红外测温仪所测得的熔渣温度对燃烧器加热功率进行控制，保证渣包外壳内熔渣温度维持在设定的范围；

渣包外壳内熔渣流出定径水口，进入到落渣管之后，根据密封罩顶部第二红外测温仪所测得的熔渣温度对渣包顶部的燃烧器加热功率进行控制，保证落渣管内熔渣温度维持在设定的范围内。

进一步的，渣包外壳上布置有一组或者多组焦粉喷洒口和通空气的空气管道。

进一步的，所述一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置具有三种补热方式维持液态熔渣温度：

1)通过将渣包外壳内的温度和燃烧器的补热功率进行连锁以维持渣包外壳内熔渣温度始终在设定的温度范围；

2)通过手动调节燃烧器的补热功率对渣包外壳内熔渣的温度进行调节；

3)通过向渣包内喷洒焦粉和通入空气来维持渣包外壳内液态熔渣始终维持在设定的温度范围。

进一步的，渣包外壳顶部设置有液位监测装置，用于对渣包外壳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壳外给出，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；当渣包外壳内熔渣液位超过设定值时，塞棒控制装置向渣包外壳内给进，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设定的流量范围。

进一步的，渣包外壳上布置有密封风管道，用以通入密封用的气体；通过控制密封风管道内的阀的开度，实现对渣包内压力的控制；

渣包外壳上设置有测量渣包外壳内压力的压力表，并通过计算得到熔渣在出渣口处的压强；

渣包外壳内的熔渣液位和渣包内压力进行连锁，使渣包外壳内出渣口处的压力随着熔渣的液位降低不发生变化，保证熔渣的流量稳定。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明中，系统烘包及预热过程中，燃烧器产生的烟气流经渣包后依次通过密封罩、落渣管、余热回收模块，最后由烟囱排入大气。通过烘烤上述渣包、落渣管、余热回收模块的相关部件，达到烘干水分、提高部件使用寿命的作用，并对烟气的热量进行有效回收。

2、本发明中，渣包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。

3、本发明中，渣包的顶部布置有燃烧器，燃烧器有两种布置方式：1)燃烧器采用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。

4、本发明中，渣包包底选用导热系数较小的保温耐火材料，以防止静置结束后底部熔渣由于温降过快而堵塞水口，从而提高系统运行的稳定性和安全性。

5、本发明中，渣包外壳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。

6、本发明中，当外界因素变化使得液态熔渣温度波动，不能满足粒化所需的温度条件时，渣包上方布置的燃烧器和红外测温仪、渣包侧壁埋设的温度测点、密封罩上方设置的红外测温仪，配合作用于液态熔渣的补热，使得液态熔渣始终维持在一定的温度范围内，从而提高系统运行的稳定性。

7、本发明中，系统设计三种方式维持液态熔渣温度；1)通过将渣包内的温度和燃烧器的补热功率进行连锁以维持渣包内熔渣始终在一定的温度范围；2)通过手动调节燃烧器的补热功率对渣包内熔渣的温度进行调节；3)通过向渣包内喷洒焦粉和通入空气来维持渣包内液态熔渣始终维持在一定的温度范围。从而提高了系统运行的稳定性。

8、本发明中，在渣包液位变化的情况下，通过塞棒与渣包上液位监测装置的配合作用对流量进行调节，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。

9、本发明中，可通过燃烧器内的空气管道或者渣包上开设的空气管道向渣包内通入空气等气体，通过控制管道出口的阀的开度，可实现对渣包内压力的控制，并提高渣包的密封性能。

10、本发明中，渣包上设置有测量渣包内压力的压力表，并通过计算得到熔渣在出渣口处的压强。将渣包内的熔渣液位和渣包内压力进行连锁，保证渣包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，提高了系统运行的稳定性。

11、本发明中，塞棒头、定径水口、渣包壁面等选用耐熔渣腐蚀、磨蚀的材料，如陶瓷材料，以提高相应部件的使用寿命。

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为本发明一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置的结构示意图；

图2为图1的右视图；

图3为烘包及预热过程中烟气的流程框图；

图4为出渣口布置示意图；其中图4(a)为单侧布置；图4(b)为两侧对称布置；图4(c)为辐射状布置；

图5为渣包顶部拱券结构布置示意图；

图6为燃烧器布置示意图；图6(a)为燃烧器布置于渣包外壳上；图6(b)为燃烧器布置于渣包外壳侧面；

图7为焦粉喷洒口及空气管道布置示意图。

示意图中的标号说明：

101、渣包外壳；102、密封罩；103、落渣管；104、红外测温仪；105、定径水口；106、塞棒头；107、塞棒杆；108、塞棒控制装置；109、温度测点；110、液位监测装置；111、燃烧器；112、进渣口；113、红外测温仪；114、事故排渣口；115、焦粉喷洒口；116、空气管道；117、余热回收模块；118、烟囱；119、压力表。

具体实施方式

请参阅图1至图7所示，本发明一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置，包括渣包外壳101、定径水口105、塞棒、燃烧器111、密封罩102、落渣管103、余热回收模块117和烟囱118。

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(包底比侧壁温降大，所以包底材料与侧壁材料的厚度比例保证在1.4-2.2，能够有效提高保温性能)；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，粒化室属于余热回收模块，余热回收模块117的出口连通烟囱118。

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。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111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。

请参阅图7所示，渣包外壳101上布置有焦粉喷洒口115和通空气的空气管道116，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。

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)

1.一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置，其特征在于：包括渣包外壳(101)、定径水口(105)、塞棒、燃烧器(111)、密封罩(102)、落渣管(103)、余热回收模块(117)和烟囱(118)；

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)下部布置有余热回收模块，余热回收模块的出口连通烟囱(118)；

所述一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置烘包以及预热过程中，燃烧器(111)产生的烟气流经渣包外壳(101)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；

渣包外壳(101)的顶部的拱券结构矢跨比为0-0.45；由一层或多层的耐火砖砌筑成；

渣包外壳(101)的顶部布置的燃烧器(111)采用L型布置结构：在渣包外壳(101)顶部设置一竖直烟气管道，竖直管道在渣包外壳(101)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；

或者，燃烧器(111)横向布置在渣包外壳(101)的侧面：通过在渣包外壳(101)侧壁上开设水平烟气管道，将燃烧器布置到水平管道中；

渣包外壳侧壁与包底位于内腔交界处采用圆角结构，圆角的角度为10-90°。

2.根据权利要求1所述的一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置，其特征在于：渣包外壳(101)上设置第一红外测温仪(113)，密封罩上设置第二红外测温仪(104)，渣包外壳(101)的侧壁埋设温度测点(109)；

在烘包过程中，根据渣包外壳(101)侧壁里面的温度测点对燃烧器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设定的温度水平；

熔渣进入渣包外壳(101)内腔之后，根据渣包外壳(101)顶部第一红外测温仪所测得的熔渣温度对燃烧器加热功率进行控制，保证渣包外壳(101)内熔渣温度维持在设定的范围；

渣包外壳(101)内熔渣流出定径水口，进入到落渣管之后，根据密封罩顶部第二红外测温仪所测得的熔渣温度对渣包顶部的燃烧器加热功率进行控制，保证落渣管内熔渣温度维持在设定的范围内。

3.根据权利要求1所述的一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置，其特征在于：渣包外壳(101)上布置有一组或者多组焦粉喷洒口(115)和通空气的空气管道(116)。

4.根据权利要求1所述的一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置，其特征在于：所述一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置具有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)内熔渣温度始终在设定的温度范围；

2)通过手动调节燃烧器的补热功率对渣包外壳(101)内熔渣的温度进行调节；

3)通过向渣包内喷洒焦粉和通入空气来维持渣包外壳(101)内液态熔渣始终维持在设定的温度范围。

5.根据权利要求1所述的一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置，其特征在于：渣包外壳(101)顶部设置有液位监测装置(110)，用于对渣包外壳(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壳(101)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；当渣包外壳(101)内熔渣液位超过设定值时，塞棒控制装置向渣包外壳(101)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设定的流量范围。

6.根据权利要求1所述的一种具有补热及预热功能的液态熔渣缓存装置，其特征在于：渣包外壳(101)上布置有密封风管道，用以通入密封用的气体；通过控制密封风管道内的阀的开度，实现对渣包内压力的控制；

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；

渣包外壳(101)内的熔渣液位和渣包内压力进行连锁，使渣包外壳(101)内出渣口处的压力随着熔渣的液位降低不发生变化，保证熔渣的流量稳定。

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