CN108913827A - 一种利用雾化高温液态熔渣并回收高温显热的系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用雾化高温液态熔渣并回收高温显热的系统及工艺，包括能加热、调质的窑炉、干式粒化装置、换热锅炉、收尘器、汽轮机。本发明采用了调温调质与干式粒化相结合的系统和工艺，使干式粒化与气流床相结合。与当前技术相比，⑴渣的粒径小，克服了熔渣导热系数很低，内部传热热阻大，冷却时间长的问题。⑵防止熔渣液相粘度随温度降低而增加，液相粘度直接关系粒化粒径的大小，关系着粒化成败。⑶克服了换热介质空气导热率低，热容小，只有增加空气流速、增大空气量才能提高换热速率的问题。⑷兼顾了渣需要快速急冷形成玻璃相，与加大风速、风量，造成降低回收的热量品质二者之间的矛盾。

Description

一种利用雾化高温液态熔渣并回收高温显热的系统及工艺

技术领域

本发明属于钢铁节能减排及水泥建材领域，尤其涉及一种利用雾化高温液态熔渣并回收高温显热的系统及工艺。

背景技术

高温熔融钢铁渣是炼铁高炉和炼钢炉生产过程中产生的液态渣，出渣温度为1450—1600℃，每吨渣约相当于60Kg标准煤的热量，吨铁约副产300kg的高炉液态渣；吨钢副产80—140kg液态钢渣，是钢铁工业量产最大的固态副产品，也是大量的优质热源；高温熔融钢铁渣是由铁矿石中的脉石、燃料中的灰分与溶剂融合形成的液态渣，CaO MgO Al2O3SiO2为主要成分，约占总量的95％。高温熔融钢铁渣属于硅酸盐类材料，其化学组成与天然矿石和硅酸盐水泥相似，可替代天然矿石生产水泥。

高炉渣处理方法以采用水淬法为主，很少量高炉渣用于矿渣棉和微晶玻璃。采用水淬法的工艺流程分为因巴法、图拉法、底滤法和拉萨法。四种工艺流程都需要高炉液态渣8倍至15倍高压水冲渣进行水淬，再利用转鼓法或渣池过滤法脱水，抓斗或皮带装车。

这四种工艺方法比较，只是循环水量的大小有区别；而粒化渣过程都要损耗新水，损耗新水量差别不大；高温熔融钢铁液态渣所具有的热量随着新水的消耗，则全部损失；二氧化硫、硫化氢排放并未减少。

高温熔融钢铁液态渣水淬处理工艺存在问题一是需要大量的高压的循环水；且每水淬一顿渣要消耗0.8—1.2吨新水。二、同样需要重视的是水淬过程中高炉渣中所含的CaS遇水发生化学反应CaS+H2O＝H2S+CaOH2S+2O2＝H2SO2,产生大量H2S和SO2随蒸汽排入大气促进酸雨形成，造成大气污染。三、对于冲渣水系统而言，电耗和维修工作量非常大。四、更主要的是高炉渣显热没有回收，一吨高温液态高炉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，由于得不到有效回收，则相当于全国每年高炉渣一项即损失标准煤800多万吨(回收率按60％计)。

目前，高炉液态渣热量回收包括物理和化学两种方式，物理方式是利用传导、对流和辐射三种换热形式来回收液态渣的热能，化学方式是利用化学反应将液态渣热能转化为化学能加以利用。

物理式热量回收技术从液态渣的冷却速度来划分，可分为急冷和缓冷两种，急冷的目的是保证高炉渣的玻璃体含量，利于作为水泥混合材使用；缓冷则侧重于回收液态渣热量而不注重冷却后高炉渣的玻璃体含量。

按粒化方法分，可分为机械粒化和风淬法粒化。机械粒化有滚筒法、搅拌法、连铸连轧法和内冷滚筒法、德国的Merotec工艺和离心粒化。除离心粒化和内滚筒法外，其余机械粒化法均采用缓冷，冷却渣只能作为混凝土骨料，存在粒化效果差、处理的渣量小、效率低、热回收效率不高，不能满足大规模的实际生产。风淬法生产试验表明，风淬法的热回收率和粒化渣质量都可满足要求。但是其主要问题是动力消耗大，设备庞大复杂(占地面积大，投资费用高)，所以风淬法经过大规模试验之后未能实现商业化运行。

当前对高温熔融钢铁液态渣干式粒化的研究重点是转杯离心法，热回收倾向于循环流化床工艺；转杯法粒化和循环流化床热回收工艺相结合是研究方向。干式粒化熔渣要保持流动性，处理温度必须高。这样虽然熔渣热焓大，但是其导热率低换热慢，换热介质难以选择，而且回收的热品质难于保证。熔渣若要干式急冷处理，使产品渣含有95％以上的玻璃相，兼顾回收的热量品质，转杯法粒化和循环流化床热回收工艺难于解决二者之间的矛盾。

水泥熟料以石灰石和粘土、铁质原料为主要原料，按适当比例配制成生料，烧至部分熔融，并经冷却而获得的半成品，在水泥工业中，最常用的硅酸盐水泥熟料主要化学成分为CaO、SiO2和少量的A12O3和Fe2O3。主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。硅酸盐水泥熟料加适量石膏共同磨细后，即成硅酸盐水泥。

高炉渣、转炉钢渣和水泥熟料的化学成分相同，组分具有较大相似性，差异性主要是化学成分含量有较大的差异，具有调整到于水泥熟料成分一致的可能。而且从水泥熟料中各矿物组成的作用看，也并非要求所有的成分值完全一致。

水淬高炉渣烘干磨细在水泥水化条件下具有良好的水硬活性，可作为水泥混合材或混凝土活性填料。

在传统的水泥工业设备系统和工艺中，还不能直接利用高温液态高炉渣生产水泥熟料。当前，水淬高炉渣烘干磨细生产矿渣微粉，供水泥、混凝土建材行业。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种利用雾化高温液态熔渣并回收高温显热的系统由能加热、调质的窑炉、干式粒化装置、换热锅炉、收尘器、热能利用的汽轮机组成。

窑炉设有液态渣入口、加料口、加热补燃装置、液态渣出口流液洞。液态渣入口接受高炉排渣沟的高温液态渣进入窑炉；加料口由计量皮带加入配料；液态渣出口流液洞与干式粒化装置连接。

干式粒化装置通过流液洞与窑炉相连，通过管道与空压机相连，干式粒化装置出口设有冷却风入口，冷却风由鼓风机通过管道供给，干式粒化装置出口连接换热锅炉。

换热锅炉出口与收尘器相连，并通过管道与给水泵、除氧器、汽轮机连接。

收尘器设有冷却渣出口、冷却风出口，冷却风出口连接鼓风机入口。

本发明还提供了利用雾化高温液态熔渣并回收高温显热的工艺，包括如下步骤：

步骤1，温度约为1450℃～1600℃的熔融高炉渣，从高炉渣沟经液态渣入口进入窑炉熔池，窑炉设有加热补燃装置，(加热补燃装置对熔渣加热有四种加热方式:一是采用钼电极、石墨电极等电加热；二是电弧弧光加热；三是火焰在炉膛燃烧：四是浸没式燃烧；本发明推荐使用浸没式燃烧方式。)加热补燃装置7根据溶液温度、粘度或水泥烧成需要补燃加热。一般熔液温度要过热度50—100℃。

步骤2，期间若需要生产水泥，配料可通过计量皮带进入炉膛熔池，润湿、熔化、分散、反应、烧成。熔池过热度50—100℃熔液经流液洞进入干式粒化装置；(干式粒化装置粒化方式分为离心粒化或射流雾化，本发明推荐采用雾化粒化方式，因其粒度粒径小，气体夹带性好，冷却换热快。)

步骤3，熔液在干式粒化装置中经空压机压缩空气(8—10Kg/Cm2)喷射、冷却，形成雾滴固化，喷出干式粒化装置与鼓风机供入的冷却风混合，相互换热，共同进入换热锅炉；

步骤4，在换热锅炉内，风裹挟着渣粉依次流经锅炉辐射换热段，受热面，被冷却后共同进入收尘器；成品渣或成品水泥熟料被分离收集，冷却风进入鼓风机进行下一个循环，不对空排放。风渣共混直接进入换热锅炉，相比于流化床和慢速移动床风和渣换热，热风品质高，热效率高；渣冷却快，品质好；因为冷却风伴随渣路线长，并共同与锅炉汽水管直接换热；对水冷壁辐射、换热；换热效率高。

步骤5，锅炉通过换热产生的次高压蒸汽，经管道进入汽轮机做功，乏汽进入凝汽器重新凝结成水，经给水泵进入锅炉末级受热面加热，被加热到一定温度后进入除氧器，除氧水重新进入锅炉换热，进入下一个循环。由于凝结水直接进入锅炉末级换热，而冷却风经干燥脱水循环使用，所以换热风可以被换热到低于露点温度，高温液态渣的热得到充分利用。

本发明的有益效果是：采用了调温调质与干式粒化(雾化)相结合的系统和工艺，使粒化(雾化)形成的渣粒粒径小，风夹带好，风携带微粒流入换热锅炉，使干式粒化与气流床相结合。采用干式粒化、气流床系统和工艺与当前技术相比，⑴渣的粒径小，克服了熔渣导热系数很低，内部传热热阻大，冷却时间长的问题。⑵防止熔渣液相粘度随温度降低而增加，液相粘度直接关系粒化粒径的大小，关系着粒化成败。⑶克服了换热介质空气导热率低，热容小，只有增加空气流速、增大空气量才能提高换热速率的问题。⑷兼顾了渣需要快速急冷形成玻璃相，与加大风速、风量，造成降低回收的热量品质二者之间的矛盾。高效解决了干式粒化和热高效回收的系统工艺问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的高温液态渣生产水泥熟料并雾化制粉热回收系统示意图。

图中标号：1、调质窑炉；2、干式粒化装置；3、换热锅炉；4、收尘器；5、液态渣入口；6、调质加料口；7、加热补燃装置；8、流液洞；9、空压机；10、给水泵；11、除氧器；12、鼓风机；13、汽轮机；14、凝汽器。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以其它不同的方式予以实施，即，在不背离本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。

实施例：如图1所示，本发明一种利用雾化高温液态熔渣并回收高温显热的系统，包括能加热的调质窑炉1、干式粒化装置2、换热锅炉3、收尘器4、汽轮机13；调质窑炉1设有液态渣入口5、调质加料口6、加热补燃装置7、液态渣出口流液洞8，液态渣入口5接受高炉排渣沟的高温液态渣进入调质窑炉1；调质加料口6由计量皮带加入配料；液态渣出口流液洞8与干式粒化装置连接；

干式粒化装置2通过流液洞8与调质窑炉1相连，通过管道与空压机9相连，干式粒化装置2出口设有冷却风入口，冷却风由鼓风机12通过管道供给；干式粒化装置2出口连接换热锅炉3；

换热锅炉3出口与收尘器4相连，并通过管道与给水泵10、除氧器11、汽轮机13连接；

收尘器4设有冷却渣出口、冷却风出口，冷却风出口连接鼓风机入口。

优选的，窑炉与高炉排渣系统、粒化设备相连，干式粒化设备与换热锅炉相连。

优选的，空压机9通过管道分别连接窑炉烟道与干式粒化设备2。

本发明工艺如下：温度约为1450℃～1600℃的熔融高炉渣，从高炉渣沟经液态渣入口进入窑炉熔池，窑炉设有加热补燃装置，(加热补燃装置对熔渣加热有四种加热方式:一是采用钼电极、石墨电极等电加热；二是电弧弧光加热；三是火焰在炉膛燃烧：四是浸没式燃烧；本发明推荐使用浸没式燃烧方式。)加热补燃装置根据溶液温度、粘度或水泥烧成需要补燃加热。一般熔液温度要过热度50—100℃。期间若需要生产水泥，配料可通过计量皮带进入炉膛熔池，润湿、熔化、分散、反应、烧成。熔池过热度50—100℃熔液经流液洞进入干式粒化装置；(干式粒化装置粒化方式分为离心粒化或射流雾化，本发明推荐采用雾化粒化方式，因其粒度粒径小，气体夹带性好，冷却换热快。)熔液在干式粒化装置中经空压机压缩空气(8—10Kg/Cm2)喷射、冷却，形成雾滴固化，喷出干式粒化装置与鼓风机供入的冷却风混合，相互换热，共同进入换热锅炉；在换热锅炉内，风裹挟着渣粉依次流经锅炉辐射换热段，受热面，被冷却后共同进入收尘器；成品渣或成品水泥熟料被分离收集，冷却风进入鼓风机进行下一个循环，不对空排放。风渣共混直接进入换热锅炉，相比于流化床和慢速移动床风和渣换热，热风品质高，热效率高；渣冷却快，品质好；因为冷却风伴随渣路线长，并共同与锅炉汽水管直接换热；对水冷壁辐射、换热；换热效率高。锅炉通过换热产生的次高压蒸汽，经管道进入汽轮机做功，乏汽进入凝汽器重新凝结成水，经给水泵进入锅炉末级受热面加热，被加热到一定温度后进入除氧器，除氧水重新进入锅炉换热，进入下一个循环。由于凝结水直接进入锅炉末级换热，而冷却风经干燥脱水循环使用，所以换热风可以被换热到低于露点温度，高温液态渣的热得到充分利用。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种利用雾化高温液态熔渣并回收高温显热的系统，其特征在于：包括能加热的调质窑炉(1)、干式粒化装置(2)、换热锅炉(3)、收尘器(4)、汽轮机(13)；调质窑炉(1)设有液态渣入口(5)、调质加料口(6)、加热补燃装置(7)、液态渣出口流液洞(8)，液态渣入口(5)接受高炉排渣沟的高温液态渣进入调质窑炉(1)；调质加料口(6)由计量皮带加入配料；液态渣出口流液洞(8)与干式粒化装置(2)连接；

干式粒化装置(2)通过流液洞(8)与调质窑炉(1)相连，通过管道与空压机(9)相连，干式粒化装置(2)出口设有冷却风入口，冷却风由鼓风机(12)通过管道供给；干式粒化装置(2)出口连接换热锅炉(3)；

换热锅炉(3)出口与收尘器(4)相连，并通过管道与给水泵(10)、除氧器(11)、汽轮机(13)连接；

收尘器(4)设有冷却渣出口、冷却风出口，冷却风出口连接鼓风机(12)入口。

2.根据权利要求1所述的一种利用雾化高温液态熔渣并回收高温显热的系统，其特征在于：调质窑炉(1)与高炉排渣系统、粒干式化设备(2)相连，干式粒化设备(2)与换热锅炉(3)相连。

3.根据权利要求1所述的一种利用雾化高温液态熔渣并回收高温显热的系统，其特征在于：空压机(9)通过管道分别连接窑炉烟道与干式粒化设备(2)。

4.根据权利要求1-3任一所述的利用雾化高温液态熔渣并回收高温显热的系统的工艺，其特征在于：具体包括如下步骤：

S1)温度约为1450℃～1600℃的熔融高炉渣，从高炉渣沟经液态渣入口进入窑炉熔池，窑炉设有加热补燃装置，加热补燃装置根据溶液温度、粘度或水泥烧成需要补燃加热，熔液温度要过热度50—100℃；

S2)期间若需要生产水泥，配料通过计量皮带进入炉膛熔池，润湿、熔化、分散、反应、烧成，熔池过热度50—100℃熔液经流液洞进入干式粒化装置；

S3)熔液在干式粒化装置中经空压机压缩空气(8—10Kg/Cm2)喷射、冷却，形成雾滴固化，喷出干式粒化装置与鼓风机供入的冷却风混合，相互换热，共同进入换热锅炉；

S4)在换热锅炉内，风裹挟着渣粉依次流经锅炉辐射换热段、受热面，被冷却后共同进入收尘器；成品渣或成品水泥熟料被分离收集，冷却风进入鼓风机进行下一个循环，不对空排放；

S5)锅炉通过换热产生的次高压蒸汽，经管道进入汽轮机做功，乏汽进入凝汽器重新凝结成水，经给水泵进入锅炉末级受热面加热，被加热到一定温度后进入除氧器，除氧水重新进入锅炉换热，进入下一个循环。

5.根据权利要求4所述的一种利用雾化高温液态熔渣并回收高温显热的系统的工艺，其特征在于：在步骤S1)中加热补燃装置对熔渣加热有四种加热方式:一是采用钼电极、石墨电极等电加热；二是电弧弧光加热；三是火焰在炉膛燃烧：四是浸没式燃烧；本发明推荐使用浸没式燃烧方式。

6.根据权利要求4所述的一种利用雾化高温液态熔渣并回收高温显热的系统的工艺，其特征在于：在步骤S1)中熔液温度要过热度50—100℃。

7.根据权利要求4所述的一种利用雾化高温液态熔渣并回收高温显热的系统的工艺，其特征在于：在步骤S2)中干式粒化装置粒化方式包括离心粒化或射流雾化，优选雾化粒化方式。