CN109536656B - 一种辊抽干法粒化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辊抽干法粒化系统，属于高炉熔渣粒化处理技术领域，解决现有技术中熔渣处理能源消耗大、处理设备要求高、渣粒粒径不均匀以及传统水淬法高温熔渣显热没有利用、消耗大量水资源的问题。其包括抽渣单元、粒化冷却单元、换热单元和粒化渣储存单元，抽渣单元包括熔池、抽渣辊和驱动电机，粒化冷却单元包括粒化室以及与粒化室和换热单元连接的鼓风机；熔池的进料口与熔渣中间包的熔渣水口连接，抽渣辊的两端与熔池侧壁支撑转动连接，驱动电机的输出轴与抽渣辊连接；抽渣辊的辊面与熔池内的熔渣液面相接触，熔池的出料口依次与粒化室、换热单元和粒化渣储存单元连接。上述粒化系统可用于高炉熔渣粒化。

Description

一种辊抽干法粒化系统

技术领域

本发明涉及一种高炉熔渣粒化处理技术，尤其涉及一种辊抽干法粒化系统。

背景技术

液态熔渣是一种高温冶炼过程中产生的高温液态炉渣，可用于建材、水泥工业的添加料。

目前，液态熔渣处理方法主要有水淬法、转杯法、滚筒法和风淬法。

水淬法可以保证粒化渣具有粒度小和玻璃体含量高的特点，但是，其高温熔渣显热没有利用且需要消耗大量的新水，由于冷却熔渣后的水温度小于70℃，余热利用困难，目前现有技术回收效果差、效率低。

转杯法是利用可变速的转杯对熔渣进行粒化，熔渣通过渣槽或渣沟流至转杯中心，在离心力作用下熔渣在转杯的外沿被粒化，但是，在高温、高速旋转下，对转杯材料的耐高温、耐磨性以及机械稳定性要求极高，动平衡特性差，导致转杯极易损坏，难于实现工业化生产。

滚筒法是让熔渣自上部流入两个反向旋转的滚筒表面或单滚筒上表面，在离心力作用下甩出粒化，但是，高温液态渣流通常不可控，导致渣粒粒径不均匀，甚至出现渣块，难于保证作为水泥原料所必须的玻璃相(非晶)的含量。

风淬法是利用压缩空气的动能，将液态渣吹散、粒化并冷却。但是，采用压缩空气，动力消耗太大，并且设备体积庞大复杂。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种辊抽干法粒化系统，解决现有技术中熔渣处理能源消耗大、处理设备要求高、渣粒粒径不均匀以及传统水淬法高温熔渣显热没有利用、消耗大量水资源的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种辊抽干法粒化系统，包括抽渣单元、粒化冷却单元、换热单元和粒化渣储存单元，抽渣单元包括熔池、抽渣辊和驱动电机，粒化冷却单元包括粒化室以及与粒化室和换热单元连接的鼓风机；熔池的进料口与熔渣中间包的熔渣水口连接，抽渣辊的两端与熔池侧壁支撑转动连接，驱动电机的输出轴与抽渣辊连接；抽渣辊的辊面与熔池内的熔渣液面相接触，熔池的出料口依次与粒化室、换热单元和粒化渣储存单元连接。

在一种可能的设计中，抽渣辊的辊面加工有细小均匀布置的凹槽。

在一种可能的设计中，抽渣单元还包括与抽渣辊的辊面相接触的刮渣板，用于刮除抽渣辊辊面上粘连的固体物。

在一种可能的设计中，抽渣辊的内部和粒化室的冷却壁内通入循环冷却液。

在一种可能的设计中，抽渣单元还包括用于测量熔池内的熔渣液面高度的液位传感器。

在一种可能的设计中，粒化渣储存单元包括成品储存仓和淬渣储存仓，淬渣储存仓的出料口与鼓风机和粒化室的连接管路连通，成品储存仓的入料口与换热单元的出料口连接。

在一种可能的设计中，辊抽干法粒化系统还包括余热回收单元，粒化室的烟气出口和换热单元的烟气出口分别与余热回收单元连接。

在一种可能的设计中，余热回收单元包括依次连接的第一除尘器、余热锅炉、第二除尘器和引风机。

在一种可能的设计中，引风机的气体出口与鼓风机的进气口连接。

在一种可能的设计中，鼓风机的进气口还与冷风供给单元连接，引风机与鼓风机的连接管路上设有烟气流量调节阀，引风机与冷风供给单元的连接管路上设有冷风流量调节阀。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

a)本发明提供的辊抽干法粒化系统中，抽渣辊与熔池的熔渣液面相接触，抽渣辊的快速旋转可以将熔池内的熔渣沿切线方向甩出，从而实现了熔渣粒化。由于抽渣辊采用两端支撑方式，区别与转杯法的单端支撑的方式，结构稳定性好，寿命长，易维护，产量大，易实现工业化生产；同时，现有的转杯法和滚筒法采用的是渣流从转杯/滚筒的上方直接到粒化工作面，存在渣流分布不均匀的问题，从而导致渣粒粒度不均匀等问题，进而影响粒化渣的玻璃体含量和产品合格率，而本发明提供的辊抽法是从抽渣辊的辊面下方与熔渣液面接触粒化，辊抽法液面更容易控制，从而能够保证粒化的稳定性，实现粒化渣中玻璃体含量大于90％，粒化渣的粒化合格率大于95％，保证干法粒化渣后续资源化应用的品质。

b)本发明提供的辊抽干法粒化系统的抽渣辊采用两端支撑方式，相同处理量(45t/h)条件下，滚筒法驱动电机装机容量25kW，而转杯法与辊抽法能耗基本接近，驱动电机装机容量<10kW，风淬法能耗更高，显然地，本发明提供的辊抽法的能耗较低。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明提供的辊抽干法粒化系统的结构示意图；

图2为本发明提供的辊抽干法粒化系统中粒化冷却单元的结构示意图；

图3为本发明提供的辊抽干法粒化系统中粒化冷却单元的俯视图；

图4为本发明提供的辊抽干法粒化系统中粒化室、喷嘴的结构示意图。

附图标记：

1-熔炉；2-熔渣沟；3-闸板；4-塞棒；5-熔渣中间包；6-抽渣辊；7-鼓风喷嘴；8-粒化室；9-热料卸料阀；10-转轴；11-搅拌叶片；12-冷料卸料阀；13-粒化烟气管；14-输送带；15-粒化鼓风调节阀；16-粒化鼓风管；17-换热烟气管；18-换热烟气调节阀；19-换热鼓风调节阀；20-换热风管；21-鼓风机；22-烟气流量调节阀；23-循环风管；24-成品储存仓；25-第一除尘器；26-余热锅炉；27-第二除尘器；28-引风机；29-烟囱；30-循环水系统；31-汽轮机；32-发电机组；33-液位传感器；34-刮渣板；35-熔渣水口；36-支承座；37-驱动电机；38-淬渣储存仓；39-冷风流量调节阀；40-熔池；41-粒化室出水口；42-粒化室进水口。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明提供了一种辊抽干法粒化系统，参见图1至图4，包括抽渣单元、粒化冷却单元、换热单元和粒化渣储存单元，抽渣单元包括熔池40(由耐材砌筑而成)、抽渣辊6和驱动电机37，粒化冷却单元包括粒化室8以及与粒化室8和换热单元连接的鼓风机21。其中，熔池40的进料口与熔渣中间包5的熔渣水口35连接，抽渣辊6的两端通过支承座36与熔池40侧壁支撑转动连接，驱动电机37的输出轴与抽渣辊6连接，抽渣辊6两端安装有旋转接头和密封圈，抽渣辊6的辊面与熔池40内的熔渣液面相接触，熔池40的出料口与粒化室8的进料口连接，粒化室8的出料口通过热料卸料阀9与换热单元连接，换热单元的出料口通过冷料卸料阀12与粒化渣储存单元连接。

实施时，大约1480℃高温熔渣从熔炉1放出进入熔渣沟2，通过闸板3调节高温熔渣的流量，熔渣进一步进入熔渣中间包5，熔渣中间包5的渣流由塞棒4控制，渣流通过熔渣中间包5的熔渣水口35进入熔池40内，鼓风机21向粒化室8和换热单元内吹入冷却介质，驱动电机37变频调速驱动抽渣辊6快速旋转，控制抽渣速度，熔池40内的熔渣被抽渣辊6沿切线方向快速甩出，进入粒化室8内与冷却介质进行换热，快速冷却至相变温度以下(700℃～900℃)，完成熔渣初步粒化，得到初步粒化渣；开启热料卸料阀9，初步粒化渣进入换热单元内进一步冷却，得到成品粒化渣(大约100℃)，开启冷料卸料阀12，成品粒化渣可以通过输送带14输送至粒化渣储存单元进行存储，从而完成整个粒化过程。

与现有技术相比，本发明提供的辊抽干法粒化系统中，抽渣辊6与熔池40的熔渣液面相接触，抽渣辊6的快速旋转可以将熔池内的熔渣沿切线方向甩出，从而实现了熔渣粒化。由于抽渣辊6采用两端支撑方式，区别与转杯法的单端支撑的方式，结构稳定性好，寿命长，易维护，产量大，易实现工业化生产；同时，现有的转杯法和滚筒法采用的是渣流从转杯/滚筒的上方直接到粒化工作面，存在渣流分布不均匀的问题，从而导致渣粒粒度不均匀等问题，进而影响粒化渣的玻璃体含量和产品合格率，而本发明提供的辊抽法是从抽渣辊6的辊面下方与熔渣液面接触粒化，辊抽法液面更容易控制，从而能够保证粒化的稳定性，实现粒化渣中玻璃体含量大于90％，粒化渣的粒化合格率大于95％，保证干法粒化渣后续资源化应用的品质。

此外，对于能源消耗，由于抽渣辊6采用两端支撑方式，相同处理量(45t/h)条件下，滚筒法驱动电机装机容量25kW，而转杯法与辊抽法能耗基本接近，驱动电机装机容量<10kW，风淬法能耗更高，显然地，本发明提供的辊抽法的能耗较低。

为了便于抽渣辊6将熔池40内的熔渣抽起，抽渣辊6的辊面可以加工有多个细小均匀布置的凹槽，抽渣辊6的辊面进入熔池液面内，熔渣会进入上述凹槽中，当辊面离开熔渣液面时，凹槽会带动其内部的熔渣脱离熔渣液面，从而便于抽渣辊6将熔池40内的熔渣抽起。示例性地，上述凹槽的形状可以为矩形、正方形、圆形、椭圆形、菱形或其他不规则的形状，需要说明的是，在实际应用中，可以通过调整凹槽的形状和尺寸来进一步调整成品粒化渣尺寸和形状。

为了降低抽渣辊6的温度，提高抽渣效率，抽渣辊6的内部可以通入抽渣辊循环冷却液，抽渣辊6的内部设有抽渣辊循环冷却液的冷却流道，抽渣辊6两端开设相应的抽渣辊进水口和抽渣辊出水口，抽渣辊进水口和抽渣辊出水口分别与循环冷却供水单元(图中未示出)连接。在抽渣过程中，通入抽渣辊6内部的抽渣辊冷却液能够有效地降低抽渣辊6的内部和表面温度，减少熔渣内的固体物粘连在抽渣辊6辊面的问题，提高抽渣辊6的抽渣效率。

同样地，考虑到熔渣内的固体物不可避免地会粘连在抽渣辊6的辊面上，一旦固体物的累积量过大，会影响抽渣辊6的工作效率以及粒化渣的均匀性，甚至导致抽渣辊6无法工作，因此，上述抽渣单元还可以与抽渣辊6的辊面相接触的刮渣板34，用于及时刮除抽渣辊6辊面上的固体物，避免固体物的累积量过大，保证抽渣辊6的工作效率以及粒化渣的均匀性。

为了避免进入粒化室8内的熔渣粘连在粒化室8的内壁上，可以在粒化室8的冷却壁内通入粒化室循环冷却液，也就是说，粒化室8可以设置为夹层结构，优选铸铁衬板，可以理解的是，粒化室8的衬板上需要设置粒化室进水口42和粒化室出水口41，粒化室进水口42和粒化室出水口41分别与循环冷却供水单元(图中未示出)连接。在粒化过程中，通入粒化室8冷却壁内的循环冷却液能够有效地降低粒化室8的内壁温度，减少进入粒化室8内的熔渣粘连在粒化室8的内壁上的问题。

为了能够保证通入粒化室8内的粒化冷却介质的均匀性，粒化室的侧壁上可以均匀布置多个鼓风喷嘴7，鼓风喷嘴7与鼓风机21连接，鼓风机21通过多个鼓风喷嘴7向粒化室8内均匀吹入的冷却介质。

考虑到熔池40的液面高度会影响成品粒化渣的尺寸、形状和均匀性，因此，上述抽渣单元还可以包括用于测量熔池40内的熔渣液面高度的液位传感器33，通过液位传感器33检测熔池40内的熔渣液面高度，反馈给塞棒4的执行机构，通过塞棒4的上下运动控制熔渣中间包5内的熔渣进入熔池的流量，进而调整熔池40内的熔渣液面高度。这样，通过熔渣流量控制、液面高度检测和转速检测；抽渣辊6的辊面高度与熔渣液面高度智能化同步耦合调控；熔渣辊6的速度通过驱动电机37变频调节；通过图形采集及分析获得的粒化渣粒度及分布，实时反馈调节工艺参数。

为了提高粒化淬渣效率，上述粒化渣储存单元可以包括成品储存仓24和淬渣储存仓38，淬渣储存仓38的出料口与鼓风机21和粒化室8的连接管路(粒化鼓风管16)连通，成品储存仓24的入料口与换热单元的出料口连接；粒化渣与冷却介质混合，然后吹入粒化室8进行粒化淬渣，其中，冷却介质的淬渣方式为以风淬渣，粒化渣的淬渣方式为以渣淬渣，由于冷却介质的密度小，比热容小，粒化渣的密度大，比热容大，采用两种方式相结合的双淬法不仅能够减小冷却介质的流量，还能够使得熔渣快速凝固成粒，提高淬渣效率。

为了能够提高上述辊抽干法粒化系统的余热回收率，其还可以包括余热回收单元，粒化室8的烟气出口和换热单元的烟气出口分别与余热回收单元连接。这样，通过余热回收单元可以有效地回收粒化室8和换热单元中所产生的烟气中的余热。

具体来说，上述余热回收单元包括依次连接的第一除尘器25、余热锅炉26、第二除尘器27(例如，布袋除尘器)和引风机28，粒化室8的出烟口通过粒化烟气管13与第一除尘器25的进烟口连接，换热单元的出烟口通过换热烟气管17与第一除尘器25的进烟口连接。这样，粒化室8和换热单元产生的高温烟气首先进行混合，经过第一除尘器25初步除尘，除尘后的混合烟气通入余热锅炉26，余热锅炉26中的水与混合烟气进行热交换，吸收混合烟气中的热量产生过热或饱和蒸汽，推动汽轮机31转动，并利用发电机组32将汽轮机31的动能转换为电能，实现发电；汽轮机31中冷凝后的水可以通过循环水系统30输送至余热锅炉26循环利用；降温后的混合气体经过第二除尘器27进一步去除烟气中的粉尘后，温度可以降至100～120℃，得到低温烟气，低温烟气在引风机28的作用下可以从烟囱29排出，可实现达标排放。采用上述余热回收单元，能够最大程度的回收高温熔渣的显热(55～60kgce/t-渣)，显热回收率在75％以上，同时避免了当前高温熔渣水淬吨渣新水消耗在0.8t～1t吨，具有较高的经济、社会和环境效益。

为了调节换热单元的排烟量，换热烟气管17上设有换热烟气调节阀18，通过换热烟气调节阀18可以调节换热单元的排烟量，进而调节混合烟气的流量和温度。

从环保的角度考虑，为了减少上述辊抽干法粒化系统的烟气排放量，引风机28的气体出口可以通过循环风管23与鼓风机21的进气口连接。这样，粒化室8和换热单元产生的高温烟气，经过余热锅炉26降温后得到的低温烟气能够作为冷却介质通过鼓风机21吹入粒化室8和换热单元，实现了烟气的循环利用，降低了上述辊抽干法粒化系统的烟气排放量。

考虑到低温烟气的温度通常高于空气的温度，为了能够对吹入粒化室8和换热单元中的冷却介质的温度可调，鼓风机21的进气口还可以与冷风供给单元(图中未示出)连接，引风机28与鼓风机21的连接管路(循环风管23)上设有烟气流量调节阀22，引风机28与冷风供给单元的连接管路上还设有冷风流量调节阀39。通过烟气流量调节阀22可以调节鼓入鼓风机21内的烟气流量，通过冷风流量调节阀39可以调节鼓入鼓风机21内的冷风流量，由于烟气与冷风的温度不同，从而可以调节鼓入鼓风机21内的冷却介质(烟气与冷风的混合气体)的温度，进而调节粒化室8和换热单元内的冷却速度。

示例性地，冷风可以为空气和/或CO₂，其中，CO₂热焓比空气大，且利用其非对称分子气体的热辐射吸收和发射特性，强化气固换热；同时，由于上述粒化系统中烟气可以循环使用，从而能够减少CO₂用量和排放量。

同样地，也可以通过调节冷却介质的流量来调节粒化室8和换热单元的冷却速度，示例性地，鼓风机21可以通过粒化鼓风管16与粒化室8连接，粒化鼓风管16上设有粒化鼓风调节阀15；鼓风机21可以通过换热风管20与换热单元连接，换热风管20上设有换热鼓风调节阀19。

示例性地，上述换热单元采用强力混料搅拌结构，具体来说，其可以包括转轴10、布置在转轴10上的多个搅拌叶片11以及驱动转轴10转动的搅拌电机(图中未示出)，多个搅拌叶片11呈螺旋形布置，搅拌叶片11的表面采用耐磨合金堆焊。采用上述结构，初步粒化渣被搅拌叶片11扬起，可以促进初步粒化渣与冷却介质之间的传热，温度降至大约100℃，使得初步粒化渣进一步冷却。

实施例一

就某钢厂高炉小时出渣量45t/h，原来采用水淬法，现规划采用辊抽干法粒化，通过鼓入空气作为冷却介质，将液态熔渣1480℃粒化冷却至～900℃，再对粒化渣鼓入空气继续冷却至～100℃，换热后的热烟气余热采用锅炉回收，余热产生蒸汽发电。

表1为用空气作冷却介质的干法粒化效果；

表2为用CO₂作冷却介质的干法粒化效果。

表1用空气作气体循环换热介质

表2用CO₂作气体循环换热介质

序号	名称	单位	参数	备注
					一	高炉渣
1	小时渣量	kg/h	45000
					2	炉渣温度	℃	1480
3	1480-900℃渣释放热量	Kcal/h	9094050
					4	900-100℃渣释放总热量	Kcal/h	9094050
二	循环CO<sub>2</sub>气总量	Nm<sup>3</sup>/h
					1	熔渣粒化CO<sub>2</sub>气量	Nm<sup>3</sup>/h	100928.9	循环CO<sub>2</sub>温度100℃
2	熔渣粒化CO<sub>2</sub>气温度	℃	300
					3	粒化渣换热CO<sub>2</sub>气量	Nm<sup>3</sup>/h	41353.3	循环CO<sub>2</sub>温度100℃
4	粒化渣换热CO<sub>2</sub>气温度	℃	500
					5	混合后CO<sub>2</sub>气总量	Nm<sup>3</sup>/h	142282.22
6	混合后CO<sub>2</sub>气温度	℃	360℃
					三	能源回收
1	热能回收率	％	91.76
					2	吨渣回收热能	kgce/t	57.1
四	余热利用
					1	蒸汽发电	Kw/h	3776
2	鼓风消耗	Kw/h	529
					3	引风消耗	Kw/h	292
4	设备消耗	Kw/h	20
						净发电	kw/h	2934
		万kw/a	2324.01
						按输出蒸汽计算	t/h	28.32
	电耗合计	Kw/h	841
						净值	万元/a	1394.40	0.6

从表1和表2结果看，CO₂作为换热介质，其优势明显，其热焓比空气大，且利用其非对称分子气体的热辐射吸收和发射特性，强化气固换热；换热介质尽可能循环使用，不仅可以减少换热介质消耗，降低鼓风、引风能耗，净发电量大幅提高，经济效益提高46％，还可以利用循环介质的低温显热；尽管高浓度CO₂气体有来源问题，但可通过循环使用来减少CO₂用量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种辊抽干法粒化系统，其特征在于，包括抽渣单元、粒化冷却单元、换热单元和粒化渣储存单元，所述抽渣单元包括熔池、抽渣辊和驱动电机，所述粒化冷却单元包括粒化室以及与粒化室和换热单元连接的鼓风机；

所述熔池的进料口与熔渣中间包的熔渣水口连接，所述抽渣辊的两端与熔池侧壁支撑转动连接，所述驱动电机的输出轴与抽渣辊连接；

所述抽渣辊的辊面下方与熔池内的熔渣液面相接触，熔池的出料口依次与粒化室、换热单元和粒化渣储存单元连接。

2.根据权利要求1所述的辊抽干法粒化系统，其特征在于，所述抽渣辊的辊面加工有细小均匀布置的凹槽。

3.根据权利要求1所述的辊抽干法粒化系统，其特征在于，所述抽渣单元还包括与抽渣辊的辊面相接触的刮渣板，用于刮除抽渣辊辊面上粘连的固体物。

4.根据权利要求1所述的辊抽干法粒化系统，其特征在于，所述抽渣辊的内部和粒化室的冷却壁内通入循环冷却液。

5.根据权利要求1所述的辊抽干法粒化系统，其特征在于，所述抽渣单元还包括用于测量熔池内的熔渣液面高度的液位传感器。

6.根据权利要求1至5任一项所述的辊抽干法粒化系统，其特征在于，所述粒化渣储存单元包括成品储存仓和淬渣储存仓，所述淬渣储存仓的出料口与鼓风机和粒化室的连接管路连通，所述成品储存仓的入料口与换热单元的出料口连接。

7.根据权利要求1至5任一项所述的辊抽干法粒化系统，其特征在于，所述辊抽干法粒化系统还包括余热回收单元，所述粒化室的烟气出口和换热单元的烟气出口分别与余热回收单元连接。

8.根据权利要求7所述的辊抽干法粒化系统，其特征在于，所述余热回收单元包括依次连接的第一除尘器、余热锅炉、第二除尘器和引风机。

9.根据权利要求8所述的辊抽干法粒化系统，其特征在于，所述引风机的气体出口与鼓风机的进气口连接。

10.根据权利要求9所述的辊抽干法粒化系统，其特征在于，所述鼓风机的进气口还与冷风供给单元连接，所述引风机与鼓风机的连接管路上设有烟气流量调节阀，所述引风机与冷风供给单元的连接管路上设有冷风流量调节阀。

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