CN109722496B - 一种干式破碎熔渣显热回收系统及发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金能源回收利用技术领域，公开了一种干式破碎熔渣显热回收系统及发电系统，通过在冷却器内采用冷却剂和冷却风协同冷却熔渣，使熔渣迅速凝固放热，使其性质接近水泥材料的水硬性和强度，方便后续进行回收利用处理，减少环境污染。然后采用热交换的方式回收冷渣和从冷却器内排出的冷却风的热量，从而有效回收熔渣显热，提高热回收率，便于后续对回收热能进行再利用。而且通过热交换的方式对熔渣显热回收利用，具有能耗低、处理简单、污染小等优点。

Description

一种干式破碎熔渣显热回收系统及发电系统

技术领域

本发明涉及冶金能源回收利用技术领域，尤其涉及一种干式破碎熔渣显热回收系统及发电系统。

背景技术

钢铁企业是我国的耗能大户，钢铁企业的余热资源约占燃料消耗量的三分之一。随着一系列的技术的使用，使得钢铁企业的余热得到了回收，但是高炉渣的显热仍没有得到有效的回收利用。因此对高炉渣显热回收利用的研究成为近年来人们关注的焦点。

当前高炉渣的处理方法主要有两类：水淬法和干式处理法。水淬法即用新水直接冲击高温熔渣使其温度迅速降低形成大量的玻璃态物质，而作为生产水泥的原料，产生的热水仅用于钢铁企业的厂区供暖及洗浴等用途，余热回收率仅有有限的10％左右。典型的水淬法主要为底滤法、因巴法、图拉法、拉萨法及名特克法。干式处理法主要有机械破碎法、风淬法及离心粒化法，回收高炉渣的显热。

高炉渣显热回收利用的制约因素主要集中在三个方面：高炉渣的导热系数较低，相当一部分余热回收设备对熔渣流动性的要求比较高，以达到最佳的熔渣流量和风量的配比；高炉渣显热利用过程中的能耗与污染问题严重。传统的湿法处理方式对环境污染比较严重，干式粒化法则对装置的投资和运行成本要求较大；后续冷渣的利用是不可忽视的问题，冷却速度越快，它的性质就越接近于水泥材料的水硬性和强度。但是这些方式都存在热回收率低、潜热未被利用、能耗大、处理困难等问题，因此，高效回收利用高炉熔渣的高品质显热，减少处理过程中造成的环境污染，满足后续冷渣的资源化利用要求，成为了一个亟待解决的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种干式破碎熔渣显热回收系统及发电系统，用以解决当前高炉熔渣显热回收技术中存在热回收率低、能耗大、处理困难、污染环境的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明实施例中提供一种干式破碎熔渣显热回收系统，其包括：

冷却器，所述冷却器内设置有冷却剂，所述冷却器的第一端具有入渣口和出风口，与所述第一端相对的第二端具有出渣口和入风口，熔渣经由所述入渣口输送至所述冷却器内，经过冷却后形成冷渣经所述出渣口排出，所述冷渣中混有所述冷却剂；

第一鼓风机，用于经所述入风口向所述冷却器内鼓入冷却风；

第一热交换装置，包括进风口，所述进风口与所述冷却器的所述出风口连接，从所述出风口排出的热风经所述进风口输送至所述第一热交换装置进行热交换；

破碎器，用于对所述冷渣进行破碎，分离出混入所述冷渣中的所述冷却剂；

第二热交换装置，包括进料口，所述进料口与所述冷却器的所述出渣口连接，从所述出渣口排出的所述冷渣被所述破碎器破碎后经所述进料口输送至第二热交换装置进行热交换；所述第二热交换装置具有排渣口，经过热交换后的所述冷渣从所述排渣口排出；

分离器，与所述第二热交换装置的所述排渣口连接，用于分离出混入所述冷渣中的所述冷却剂；

输送机构，与所述分离器连接，用于将分离出的所述冷却剂输送至所述冷却器内；

热能回收装置，与所述第一热交换装置和所述第二热交换装置连接，用于回收经过热交换后获得的高温介质；

其中所述冷却器为滚筒，所述冷却剂为钢珠。

可选的，所述干式破碎熔渣显热回收系统还包括：

驱动机构，用于驱动所述滚筒转动。

可选的，所述第一热交换装置包括：

第一热交换器，所述进风口设置在所述第一热交换器上，从冷却器内排出的热风经进风口输送至第一热交换器内；

第一热交换管束，设置在所述第一热交换器内，包括第一入水口和第一出汽口；

第一水泵，与第一热交换管束的第一入水口连接，用于向所述第一热交换管束内泵水，第一热交换管束内的水经过热交换后形成水蒸汽，水蒸汽经由第一出汽口输送至热能回收装置。

可选的，所述第二热交换装置包括：

第二热交换器，所述进料口设置在所述第二热交换器上，从所述冷却器的所述出渣口排出的所述冷渣被所述破碎器破碎后经进料口输送至所述第二热交换器内；

第二热交换管束，设置在所述第二热交换器内，包括第二入水口和第二出汽口；

第二水泵，与第二热交换管束的第二入水口连接，用于向所述第二热交换管束内泵水，第二热交换管束内的水经过热交换后形成水蒸汽，所述水蒸汽经由第二出汽口输送至热能回收装置。

可选的，所述第二热交换装置还包括：

第二鼓风机，用于向所述第二热交换器内鼓入冷却风；

所述第二热交换器还包括排风口，所述排风口与所述第一热交换器的进风口连通。

可选的，所述第二热交换装置包括：

第二热交换器，所述进料口设置在所述第二热交换器上，从所述冷却器的所述出渣口排出的所述冷渣被所述破碎器破碎后经所述进料口输送至所述第二热交换器内；

第二鼓风机，用于向所述第二热交换器内鼓入冷却风；

所述第二热交换器还包括排风口，所述排风口与所述第一热交换器的进风口连通。

可选的，所述破碎器包括：

设置在所述冷却器的所述出渣口处的第一破碎器；

设置在所述第二热交换装置的所述进料口处的第二破碎器。

本发明实施例中还提供一种发电系统，包括发电机组，还包括如上所述的干式破碎熔渣显热回收系统，所述热能回收装置与所述发电机组连接，将回收的热能用于发电。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明的技术方案在冷却器内采用冷却剂和冷却风协同冷却熔渣，使熔渣迅速凝固放热，使其性质接近水泥材料的水硬性和强度，方便后续进行回收利用处理，减少环境污染。熔渣在经过冷却器的冷却后，形成冷渣，冷却剂混在冷渣中，通过破碎器对冷渣进行挤压、破碎，能够达到分离冷渣和冷却剂的目的，并将冷却剂输送回至冷却器内循环利用，降低成本。然后采用热交换的方式回收冷渣和从冷却器内排出的冷却风的热量，从而有效回收熔渣显热，提高热回收率，便于后续对回收热能进行再利用。而且通过热交换的方式对熔渣显热回收利用，具有能耗低、处理简单、污染小等优点。

综上，本发明的熔渣显热回收系统既实现了熔渣显热的高效回收利用，又保证了熔渣的后续资源化利用，工艺流程简单，操作方便，成本和能耗大幅降低，避免了污染物的产生，对钢铁企业的节能降耗具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例中干式破碎熔渣显热回收系统的结构示意图一；

图2为本发明实施例中干式破碎熔渣显热回收系统的结构示意图二；

图3为本发明实施例中干式破碎熔渣显热回收系统的结构示意图三。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

参见图1所示，本发明提供一种干式破碎熔渣显热回收系统，其包括：

冷却器1，所述冷却器1内设置有冷却剂100，所述冷却器1的第一端具有入渣口11和出风口12，与所述第一端相对的第二端具有出渣口13和入风口14，熔渣经由入渣口11输送至冷却器1内，经过冷却后形成冷渣经出渣口13排出；

第一鼓风机2，用于经所述入风口14向所述冷却器1内鼓入冷却风；

第一热交换装置3，与所述出风口12连接，从冷却器1内排出的热风经出风口12输送至第一热交换装置3进行热交换；

第二热交换装置4，包括进料口42，所述进料口42与所述出渣口13连接，从出渣口13排出的冷渣输送至第二热交换装置4，进行热交换；所述第二热交换装置4具有排渣口43，经过热交换后的冷渣从所述排渣口43排出；

热能回收装置5，与所述第一热交换装置3和第二热交换装置4连接，用于回收经过热交换后获得的高温介质。

本发明的技术方案在冷却器内采用冷却剂和冷却风协同冷却熔渣，使熔渣迅速凝固放热，使其性质接近水泥材料的水硬性和强度，方便后续进行回收利用处理，减少环境污染。熔渣在经过冷却器的冷却后，形成冷渣，冷却剂混在冷渣中，通过破碎器对冷渣进行挤压、破碎，能够达到分离冷渣和冷却剂的目的，并将冷却剂输送回至冷却器内循环利用，降低成本。然后采用热交换的方式回收冷渣和从冷却器内排出的冷却风的热量，从而有效回收熔渣显热，提高热回收率，便于后续对回收热能进行再利用。而且通过热交换的方式对熔渣显热回收利用，具有能耗低、处理简单、污染小等优点。

综上，本发明的熔渣显热回收系统既实现了熔渣显热的高效回收利用，又保证了熔渣的后续资源化利用，工艺流程简单，操作方便，成本和能耗大幅降低，避免了污染物的产生，对钢铁企业的节能降耗具有重要意义。

其中，冷却器1内的冷却剂100可以但并不局限于为常温的钢珠，因为钢珠的导热性好，能够提高对熔渣的冷却效果，缩短熔渣的冷却时间，而且其刚性强，对冷渣进行破碎，能够分离冷渣和钢珠，以对钢珠进行重复利用，降低成本。

当冷却剂100混入冷渣中一起输送至第二热交换装置4时，设置干式破碎熔渣显热回收系统还包括：

破碎器，用于对冷渣进行破碎，分离出混入所述冷渣中的冷却剂100；

分离器6，与所述排渣口43连接，用于分离出混入所述冷渣中的冷却剂100；

输送机构7，与所述分离器6连接，用于将分离出的冷却剂100输送至冷却器1内。

上述技术方案，熔渣在经过冷却器的冷却后，形成冷渣，冷却剂混在冷渣中，通过破碎器对冷渣进行挤压、破碎，能够达到分离冷渣和冷却剂的目的，并将冷却剂输送回至冷却器内循环利用，降低成本。

破碎器具体可以为破碎辊。

分离器6的类型具有根据冷却剂100的性质进行选择，以冷却剂100为钢珠为例，分离器6可以为磁选分离器6，采用电磁分离的方式有效的将冷渣和钢珠分离。可以理解的是，冷却剂并不局限于为钢珠，在此不再一一列举。最好选择比较容易从冷渣中分离的冷却剂，以不影响冷渣的后续利用。

为了更好得分离冷渣和冷却剂，优选地，设置所述破碎器包括设置在所述出渣口13处的第一破碎器8和设置在所述第二热交换装置4的进料口42处的第二破碎器9，从而对冷渣进行两级挤压、破碎，更好得分离混在冷渣中的冷却剂100。例如：当冷却剂100为常温的钢珠时，破碎器的挤压和破碎很容易实现钢球从冷渣中分离出来。

进一步地，设置所述冷却器1为滚筒1，所述干式破碎熔渣显热回收系统还包括驱动机构10，用于驱动所述滚筒1转动，滚筒1的转动有利于冷却剂100和冷却风与熔渣的充分接触，且接触均匀，能够进一步提高对熔渣的冷却效果，缩短熔渣的冷却时间。而且滚筒的滚动还有利于冷渣与冷却剂之间挤压、破碎、分离。

其中，驱动机构10为电机-减速机组合形式，适应熔渣量变化的要求。

本发明中，冷却器1利用冷却剂100和冷却风同时对熔渣进行冷却，冷却剂100和冷却风吸收了熔渣的热能，形成冷渣和热风。为了回收利用熔渣的热能，分别设置第一热交换装置3和第二热交换装置4回收冷渣和热风的热能。

具体的，可以利用水(具体可以为常温水，易获得，且成本低)与冷渣和热风进行热交换来回收熔渣显热，水在吸收热量后形成高温的水蒸汽，热能回收装置5回收高温的水蒸汽后，可以将其用于生产中，例如：发电系统，不会形成污染物，满足了环保的要求。

下面以具体的实施方式来介绍第一热交换装置3和第二热交换装置4的具体结构。

在一个具体的实施方式中，如图1所示，所述第一热交换装置3包括：

第一热交换器30，包括进风口32，从冷却器1内排出的热风经进风口32输送至第一热交换器30内；

第一热交换管束31，设置在所述第一热交换器30内，包括第一入水口和第一出汽口；

第一水泵33，与第一热交换管束31的第一入水口连接，用于向所述第一热交换管束31内泵水，第一热交换管束31内的水经过热交换后形成水蒸汽，经由第一出汽口输送至热能回收装置5。

所述第二热交换装置4包括：

第二热交换器40，所述第二热交换器40上设置有进料口42，从出渣口13排出的冷渣经进料口42输送至第二热交换器40内；

第二热交换管束41，设置在所述第二热交换器40内，包括第二入水口和第二出汽口；

第二水泵44，与第二热交换管束41的入水口连接，用于向所述第二热交换管束41内泵水，第二热交换管束41内的水经过热交换后形成水蒸汽，经由第二出汽口输送至热能回收装置5。

上述具体实施方式中第一热交换装置和第二热交换装置均利用水作为热交换介质，来回收冷却器排出的冷渣和热风的热量，形成高温的水蒸汽，并输送至热能回收装置，方便后续利用。

在另一个具体的实施方式中，如图2所示，与上一具体实施方式不同的是，在利用水来回收冷渣的同时，向第二热交换器40内鼓入冷却风，以利用常温水和冷却风同时对冷却器1输送的冷渣再次进行冷却，而形成的热风可以通入第一热交换器30内，利用常温水再次回收热风的热量。

则，所述第二热交换装置4还包括：

第二鼓风机2＇，用于向所述第二热交换器40内鼓风；

所述第二热交换器40还包括排风口，所述排风口与所述第一热交换器30的进风口32连通。

该实施方式中，第二热交换器内不仅设置换热管束，同时向第二热交换器内通入冷却风，利用水和冷却风同时回收冷渣的热量，并将热风输送至第一热交换器内进行热交换，从而第二热交换装置实现了采用直接换热和间接换热相结合的方式回收冷却器输送的冷渣的热量，后续第二热交换装置排出的热风输送至第一热交换器内回收热量产生水蒸汽。

上述具体实施方式中，也可以单独设置第三热交换装置，从第二热交换器排出的热风输送至第三热交换装置，第三热交换装置利用水回收热风的热量，形成高温的水蒸汽。其中，第三热交换装置的结构与第一热交换装置的结构相同，在此不再详述。

当然，不同于上述两个具体的实施方式，还可以在第二热交换器内不设置第二热交换管束，仅向第二热交换器内通入冷却风来回收冷却器输送的冷渣的热量，形成的热风输送至第一热交换器内回收热量产生水蒸汽。具体的，如图3所示，所述第二热交换装置4包括：

第二热交换器40，所述第二热交换器40上设置有进料口42，从出渣口13排出的冷渣经进料口42输送至第二热交换器40内；

第二鼓风机2＇，用于向所述第二热交换器40内鼓入冷却风；

所述第二热交换器40还包括排风口，所述排风口与所述第一热交换器30的进风口32连通。

上述几个具体实施方式中给出了利用水来回收熔渣的热量的具体结构和原理。当然，也可以选择其他介质来回收冷渣的热量，只要该介质能够应用于实际生产中即可。

本发明的技术方案可以用于高炉熔渣的显热回收，还可以用于转炉、电炉、精炼炉以及部分有色冶炼等产生的废渣的显热回收。

以回收高炉20熔渣显热为例，本发明的干式破碎熔渣显热回收系统的具体工作过程可以为：

温度为1450℃～1500℃的高炉熔渣由高炉20排出，经由渣沟流入到滚筒1中，滚筒1内置温度为室温的钢珠，同时温度为室温的冷却风一并通入到滚筒1内，在钢珠和冷却风的作用下，高炉熔渣迅速凝固放热，温度降至700℃～850℃；

凝固的高炉20渣与钢珠混合在一起，并形成一种脆态可塑的形态。在滚筒1的不断转动下，钢珠与高炉渣不断挤压、破碎、分离，形成形状不规则的渣粒；

滚筒1的出渣口13设置有转速为50～200rpm的第一破碎辊，第二热交换器40的进料口42设置有转速为50～200rpm的第二破碎辊，对粘结在一起的高炉渣和钢珠进一步分离。

其中，第二热交换器40内的不规则高炉渣粒的粒径约为5～40mm，排渣口43处的高炉渣粒的温度约为30℃以下，玻璃体含量90％以上，第二热交换管束41的第二出汽口的水蒸汽温度为200℃～300℃。

第一热交换器30的进风口32的热风的温度约为700℃～850℃，第一热交换管束31的第一出汽口的水蒸汽温度为200℃～300℃，第二热交换器40内经过热交换后的冷风的温度约为80℃以下。

本发明中还提供一种发电系统，包括发电机组200，还包括如上所述的干式破碎熔渣显热回收系统，所述热能回收装置5与所述发电机组200连接，将回收的热能用于发电，实现了熔渣显热的回收利用。

例如：当利用水来回收熔渣的热量时，所述热能回收装置5具体为水蒸汽总管网，发电机组200利用水蒸汽来发电，满足了环保的要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种干式破碎熔渣显热回收系统，其特征在于，其包括：

冷却器，所述冷却器内设置有冷却剂，所述冷却器的第一端具有入渣口和出风口，与所述第一端相对的第二端具有出渣口和入风口，熔渣经由所述入渣口输送至所述冷却器内，经过冷却后形成冷渣经所述出渣口排出，所述冷渣中混有所述冷却剂；

第一鼓风机，用于经所述入风口向所述冷却器内鼓入冷却风；

第一热交换装置，包括进风口，所述进风口与所述冷却器的所述出风口连接，从所述出风口排出的热风经所述进风口输送至所述第一热交换装置进行热交换；

破碎器，用于对所述冷渣进行破碎，分离出混入所述冷渣中的所述冷却剂；

第二热交换装置，包括进料口，所述进料口与所述冷却器的所述出渣口连接，从所述出渣口排出的所述冷渣被所述破碎器破碎后经所述进料口输送至第二热交换装置进行热交换；所述第二热交换装置具有排渣口，经过热交换后的所述冷渣从所述排渣口排出；

分离器，与所述第二热交换装置的所述排渣口连接，用于分离出混入所述冷渣中的所述冷却剂；

输送机构，与所述分离器连接，用于将分离出的所述冷却剂输送至所述冷却器内；

热能回收装置，与所述第一热交换装置和所述第二热交换装置连接，用于回收经过热交换后获得的高温介质；

其中所述冷却器为滚筒，所述冷却剂为钢珠。

2.如权利要求1所述的干式破碎熔渣显热回收系统，其特征在于，

所述干式破碎熔渣显热回收系统还包括：

驱动机构，用于驱动所述滚筒转动。

3.如权利要求1所述的干式破碎熔渣显热回收系统，其特征在于，所述第一热交换装置包括：

第一热交换器，所述进风口设置在所述第一热交换器上，从所述冷却器内排出的热风经所述进风口输送至所述第一热交换器内；

第一热交换管束，设置在所述第一热交换器内，包括第一入水口和第一出汽口；

第一水泵，与所述第一热交换管束的所述第一入水口连接，用于向所述第一热交换管束内泵水，所述第一热交换管束内的水经过热交换后形成水蒸汽，所述水蒸汽经由所述第一出汽口输送至所述热能回收装置。

4.如权利要求1所述的干式破碎熔渣显热回收系统，其特征在于，所述第二热交换装置包括：

第二热交换器，所述进料口设置在所述第二热交换器上，从所述冷却器的所述出渣口排出的所述冷渣被所述破碎器破碎后经进料口输送至所述第二热交换器内；

第二热交换管束，设置在所述第二热交换器内，包括第二入水口和第二出汽口；

第二水泵，与所述第二热交换管束的所述第二入水口连接，用于向所述第二热交换管束内泵水，所述第二热交换管束内的水经过热交换后形成水蒸汽，所述水蒸汽经由所述第二出汽口输送至所述热能回收装置。

5.如权利要求4所述的干式破碎熔渣显热回收系统，其特征在于，所述第二热交换装置还包括：

第二鼓风机，用于向所述第二热交换器内鼓入冷却风；

所述第二热交换器还包括排风口，所述排风口与所述第一热交换器的所述进风口连通。

6.如权利要求1所述的干式破碎熔渣显热回收系统，其特征在于，所述第二热交换装置包括：

第二热交换器，所述进料口设置在所述第二热交换器上，从所述冷却器的所述出渣口排出的所述冷渣被所述破碎器破碎后经所述进料口输送至所述第二热交换器内；

第二鼓风机，用于向所述第二热交换器内鼓入冷却风；

所述第二热交换器还包括排风口，所述排风口与所述第一热交换器的所述进风口连通。

7.如权利要求1所述的干式破碎熔渣显热回收系统，其特征在于，所述破碎器包括：

设置在所述冷却器的所述出渣口处的第一破碎器；

设置在所述第二热交换装置的所述进料口处的第二破碎器。

8.一种发电系统，包括发电机组，其特征在于，还包括如权利要求1-7中任一项所述的干式破碎熔渣显热回收系统，所述热能回收装置与所述发电机组连接，将回收的热能用于发电。

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