CN110484664A - 高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法，所述熔渣离心粒化余热回收系统包括中间包、粒化单元、移动床、混合器、余热锅炉单元及换热器；所述粒化单元包括粒化器、粒化仓水冷壁和底部流化床；其特征在于：该方法包括如下步骤：A、中间包设计：设计中间包储渣容量及中间包的形状和结构尺寸；B、粒化器设计；C、粒化仓水冷壁设计：根据粒化后炉渣液滴飞行速度，确定粒化仓的结构尺寸，选定水冷壁布置位置及方式，设计水冷壁的结构参数，根据粒化仓内粒化颗粒的放热量，通过传热计算获得流经水冷壁的冷却水流量；D、流化床设计；E、移动床设计；F、余热锅炉单元设计；H、混合器设计；本发明可广泛应用在钢铁、电力等领域。

Description

高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法

技术领域

本发明涉及熔渣离心粒化余热回收系统，具体涉及一种高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法。

背景技术

高炉炼铁过程中将会间断排放出温度高达1450-1550℃的高温液态熔渣，其中蕴含了大量热量。现目前，绝大多数钢铁厂都采用了传统水淬法处理熔渣。在水淬过程中，熔渣直接被高压水流破碎，并实现极速冷却和凝固过程，得到的产物具有很高的玻璃体含量，一般用作水泥熟料的添加料。然而，由于水淬法所固有的工艺特点，导致了其存在无法回收熔渣余热、水资源浪费、水体污染和大气污染、后期干燥能耗高等问题。为了克服水淬法的诸多缺点，并实现熔渣的余热回收，国内外学者提出了诸如风淬法、机械破碎法、滚筒法以及离心粒化法等干式粒化余热回收思路。其中，离心粒化法具有粒化品质高、处理量大、系统紧凑等优点，已成为世界公认最优的熔渣余热回收技术。

熔渣离心粒化余热回收系统的核心流程是从高炉间断排出的高温熔渣流通过中间包形成连续熔渣流，渣流在高速转动的粒化器作用下破碎成细小的熔渣液滴，这些高温熔渣液滴在粒化仓中的飞行及与粒化仓水冷壁碰撞和之后的沉降过程中通过辐射换热、冲击换热和对流换热而急速冷却，形成表面结壳的半熔融渣粒，落入位于粒化仓底部的流化床中进行进一步冷却，从而形成高玻璃体含量的高温固体渣粒，此外，流化床还可避免颗粒由于再辉而堆积粘接。流化风在与流化渣粒及上部粒化仓中飞行液滴换热后从粒化仓上部排出。随后固态炉渣颗粒群从流化床排入移动床，移动床中设置有埋管式水冷受热面，从移动床底部进入的冷却风和进入埋管的冷却水与移动床中自上而下的渣粒群进行逆向换热，渣粒形成低温的玻璃相固态渣后排出。从粒化仓排出的热风和移动床排出的热风在混合器中混合后经过高温除尘器除尘后进入余热锅炉，从移动床埋管受热面排出的热水进入余热锅炉中与热风换热，形成高参数蒸汽。为了回收余热锅炉排气的余热，在移动床前设置换热器单元，采用余热锅炉出口低温空气加热来自粒化仓水冷壁的冷却水。

迄今为止，高温液态熔渣离心粒化及余热回收技术尚处于研发阶段，未见工业化应用实例，该技术所涉及的相关主体设备及系统的构建及设计方法也尚属空白，而在熔渣离心粒化及余热回收系统的设计过程中，由于流股物性变化大，流股之间存在逆流流动或循环流动等特性引起计算量大且繁复等诸多问题。本发明通过对系统各单元的设计参数和运行参数，以及系统流程结构进行分析，根据不同用户的个性化输入，确定系统各单元设计参数的并准确预测运行系统中的工况参数，为钢铁厂高炉渣干式处理系统改造设计工作提供有力支持，实现熔渣离心粒化及余热回收系统快速设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法，所述熔渣离心粒化余热回收系统包括中间包、粒化单元、移动床、混合器、换热器和余热锅炉单元；所述粒化单元包括粒化器、粒化仓水冷壁和流化床；其特征在于：该熔渣离心粒化余热回收系统创建方法包括如下步骤：

A、中间包设计：根据高炉排渣规律、排渣方式及粒化器处理流量设计中间包储渣容量，再根据中间包出渣口与粒化器进渣口的距离、粒化器的高度、中间包与高炉出渣口的高度差、现场空间位置等参数，设计中间包的的形状和结构尺寸。

B、粒化器设计：

B1、根据工程实际应用对象，确定需要获得的炉渣平均粒径。

B2、根据粒化器处理量选取粒化器型式、材质及结构参数。

B3、选择粒径预测关联式和粒化器强度计算式，计算获得满足强度要求的粒化器运行转速。

B4、判断粒化器运行速度是否合理，若不合理则返回B2。

B5、根据粒化器运行转速计算粒化后炉渣液滴飞行速度。

B6、为对粒化器进行热防护，在粒化器底部设计强化冷却肋片及冷却腔室，确定肋片布置及冷却腔室结构尺寸。

B7、选择粒化器底部冷却风的风速，计算冷却风的雷诺数，选择肋化表面强迫对流换热关联式，计算得到粒化器底部肋化表面对流换热系数；冷却风雷诺数Re_r用于表征粒化器冷却腔中的空气流动状况；普朗特数Pr_w用于表征粒化器冷却腔中空气物性对流动传热过程的影响；努赛尔数Nu_f用于表征粒化器冷却腔内对流换热强烈程度。

B8、根据粒化器表面温度低于材料许用温度100℃的原则，确定粒化器表面温度，并根据熔渣来流温度、粒化器结构参数及材料导热系数、固态熔渣导热系数、粒化器底部肋化表面对流换热系数等参数计算获得粒化器表面上渣壳厚度及粒化器底部壁面温度。

B9、根据粒化器结构尺寸及运行转速，判断渣壳厚度是否合理，如果不合理，返回B6。

C、粒化仓水冷壁设计：粒化仓水冷壁为钢制环形中空腔体或膜式水冷壁，运行时腔体中或水冷壁管中通入冷却水，用于回收粒化仓中熔渣的辐射热和熔渣撞击壁面时的热量，水冷壁外设置有隔热层和保温层用于保温。根据粒化后炉渣液滴飞行速度，从而确定粒化仓的结构尺寸，选定水冷壁布置位置及方式，设计水冷壁的结构参数，根据粒化仓内粒化颗粒的放热量，通过传热计算获得流经水冷壁的冷却水流量。

D、流化床设计：按照流态化手册，依据经典流化床设计流程，根据来自粒化仓的熔渣颗粒流量、炉渣平均粒径、炉渣温度及物性参数、冷却风进口风温，计算临界流化风速，设计流化床结构布置，计算得到流化床的结构设计参数和工况设计参数；通过实验关联式计算流化床的床层压降及换热量，获得冷却风出口风温。

E、移动床设计：根据选定的耦合风冷及埋管式水冷的移动床设计流程，基于热平衡和传热计算得到风侧和水侧的换热量及运行工况参数，设计合理的移动床。

F、余热锅炉单元设计：根据余热锅炉设计规范，确定蒸汽参数，基于混合室输出的风量及风温，以及来自移动床的工质水的流量及温度参数，设计计算获得余热锅炉的结构及尺寸。

G、换热器设计：为了回收余热锅炉排气的余热，在移动床前设置换热器单元，采用余热锅炉出口低温空气加热来自粒化仓水冷壁的冷却水；根据换热器设计规范进行结构设计。

H、混合器设计，将粒化仓出口和移动床出口的热空气进行混合，待输送进入余热锅炉，这里仅进行物质质量计算和能量计算。

根据本发明所述的高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法的优选方案，所述粒化仓水冷壁设计方法包括：

C1、根据粒化器的处理量及粒化后炉渣液滴飞行速度，确定粒化仓的结构尺寸，选定水冷壁布置位置及方式。

C2、计算水冷壁的换热面积。

C3、确定进入水冷壁的冷却水进/出口水温、以及熔渣液滴初始温度及离开粒化仓的渣温。

C4、通过实验关联式计算熔渣液滴对水冷壁的辐射换热，以及液滴/颗粒撞击水冷壁条件下的换热系数，从而计算获得水冷壁管外等效换热系数。

C5、根据粒化器的处理量，计算获得粒化仓内粒化颗粒的放热量，通过热平衡计算获得流经水冷壁的冷却水流量。

C6、根据由流化床进入粒化仓的冷却风流量和风温、通过实验关联式计算冷却风对飞行熔渣液滴/颗粒的对流换热系数，根据粒化器的处理量，计算确定粒化仓冷却风出口风温。

C7、选择隔热层、保温层材料，选择粒化仓外墙内中间钢板工作温度。

C8、计算各隔热层、保温层的厚度。

根据本发明所述的高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法的优选方案，移动床设计计算方法包括：

E1、选定耦合风冷及埋管式水冷的移动床形式，选择移动床进出口熔渣颗粒温度，根据熔渣颗粒流量，计算得到熔渣颗粒的总放热量。

E2、选择移动床进口空气温度，保持移动床出口空气温度与粒化仓出口空气温度一致。

E3、选择移动床内空气侧的吸热占比，得到风侧的换热量，计算得到空气流量。

E4、根据实验经验关联式，计算得到熔渣颗粒和空气的换热系数，并计算得到颗粒的堆积高度参数。

E5、计算移动床内水侧的换热量，设置移动床的出口水温，计算得到工质水的流量。

E6、初步选择移动床内埋管受热面尺寸及结构参数，根据实验经验关联式计算得到换热管和熔渣颗粒的换热系数。

E7、分别在基于换热条件下和在基于热量平衡原理条件下计算换热量，并将二种方式计算的换热量进行比较。

E8、判断相差值是否在设定的误差范围内，如果是，进入下一步，如果否，返回E4步，重新设计移动床的结构。

E9、选择隔热层、保温层材料，选择移动床外墙内中间钢板工作温度。

E10、计算各隔热层、保温层的厚度。

根据本发明所述的高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法的优选方案，步骤B7渣壳厚度计算方法为：

式中，Q_vk为粒化器空腔内的空气体积流量，ρ_k为空气密度，c_pk,lhq为粒化器冷却腔中空气定压比热容，t_lhq,k,out为粒化器冷却腔出口空气温度，t_lhq,k,in为粒化器冷却腔进口空气温度，t_z,in为粒化器表面熔渣液膜初始温度，h_lhq,k为粒化器空腔上部与空气的等效对流换热系数，R_lhq为粒化器的半径、δ_z为渣壳的厚度，λ_z为渣壳的导热系数，δ_lhq为粒化器空腔上壁厚度，λ_lhq为粒化器材料的导热系数。

本发明所述的高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法的有益效果是：可以根据不同炼钢厂的实际情况，确定系统各单元设计参数，并准确预测运行系统中的工况参数，为钢铁厂高炉渣干式处理系统改造设计工作提供有力支持；本发明可广泛应用在钢铁、能源等领域。

附图说明

图1是本发明所述的高温液态熔渣离心粒化余热回收系统结构示意图。

图2是本发明所述粒化器创建方法流程图。

图3是本发明所述粒化仓水冷壁创建方法流程图。

图4是本发明所述流化床创建方法流程图。

图5是本发明所述移动床创建方法流程图。

图6是本发明所述余热锅炉创建方法流程图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

参见图1至图6，高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法，所述熔渣离心粒化余热回收系统包括中间包、粒化单元、移动床、混合器和余热锅炉单元以及换热器；所述粒化单元包括粒化器、粒化仓水冷壁和流化床；其特征在于：该创建方法包括如下步骤：

A、中间包设计：根据高炉排渣规律、排渣方式及粒化器处理流量(如每日排渣量、排渣次数、每次排渣持续时间等数据)设计中间包储渣容量，再根据中间包出渣口与粒化器进渣口的距离、粒化器的高度、中间包与高炉出渣口的高度差、现场空间位置等参数，设计中间包的形状和结构尺寸。

B、粒化器设计：

B1、根据工程实际应用对象，确定需要获得的炉渣平均粒径，一般选取1.5mm到2.5mm的尺寸。

B2、根据粒化器处理量选取粒化器型式、材质及结构参数。

B3、选择粒径预测关联式和粒化器强度计算式，计算获得满足强度要求的粒化器运行转速。

在具体实施例中，对转盘型粒化器，粒径预测关联式可采用：

式中，Re∈[300,5000]，We∈[45000,55000]，Oh∈[0.0005,0.57]；

其中，

下标z表示液态熔渣，lhq表示粒化器。d_z为熔渣颗粒平均粒径，ρ_z为熔渣密度，ω_lhq为粒化器转速(rad/s),R_lhq为粒化器半径，μ_lhq为高温熔渣的粘度，ρ_lhq为粒化器密度，σ_z为熔渣表面张力，We为韦伯数，Re为雷诺数，Oh为奥内佐格数。

对转杯型粒化器，粒径预测关联式可采用：

式中，H_lhq为粒化器的深度。

现在粒径预测关联式的研究还尚不完善，仅针对一般的转盘和转杯型粒化器，基于不同的无量纲数范围，不同的研究机构给出不同的粒径预测关联式，用户需要根据自己的需求条件选择适合的关联式。

B4、判断粒化器运行速度是否合理，若不合理则返回B2。

B5、根据粒化器运行转速计算粒化后炉渣液滴飞行速度。

B6、为对粒化器进行热防护，在粒化器底部设计强化冷却肋片及冷却腔室，确定肋片布置及冷却腔室结构尺寸。

由于粒化器的工作温度高，通常可达1500℃以上，粒化器材料强度会因此下降到一个较低的程度，可能难以抵抗高速旋转产生的巨大离心力，从而发生粒化器损坏的情况。因此，需要对粒化器的工作强度进行校核。根据选择的粒化器形状匹配不同的粒化器强度计算公式，从此找到合适的粒化器运行工况。因为现目前尚无合适的材料可以满足要求，所以需要对粒化器进行适当冷却保护，这里采用的方法是在粒化器底部设置一个空腔，里面通入一定速度的冷却风，通过强迫对流的方式对粒化器进行冷却，粒化器底部需要布置肋片(圆肋、直肋等)用于增加换热强度，以达到保护粒化器的目的。

B7、选择粒化器空腔内冷却风的风速，计算冷却风的雷诺数，选择肋化表面强迫对流换热关联式，计算得到粒化器底部肋化表面对流换热系数；冷却风雷诺数Re_r数用于表征粒化器冷却腔中的空气流动状况；普朗特数Pr_w数用于表征粒化器冷却腔中空气物性对流动传热过程的影响；努赛尔数Nu_f用于表征粒化器冷却腔内对流换热强烈程度。

B8、根据粒化器表面温度低于材料许用温度100℃的原则，确定粒化器表面温度，并根据熔渣来流温度、粒化器结构参数及材料导热系数、固态熔渣导热系数、粒化器底部肋化表面对流换热系数等参数计算获得粒化器表面上渣壳厚度及粒化器底部壁面温度。

高温液态熔渣接触温度较低的粒化器后由于冷却凝固，将在粒化器表面形成的一层致密渣壳，可以隔绝粒化器直接接触高温熔渣从而保护粒化器，而在设计阶段确定渣壳厚度对于设备的运行和维修都具有指导作用。

B9、根据粒化器结构尺寸及运行转速，判断渣壳厚度是否合理，如果不合理，返回B6；

C、粒化仓水冷壁设计：粒化仓水冷壁为钢制环形中空腔体或膜式水冷壁，运行时腔体中或水冷壁管中通入冷却水，用于回收粒化仓中熔渣的辐射热和熔渣撞击壁面时的热量，水冷壁外设置有隔热层和保温层用于保温。

C1、根据粒化器的处理量及粒化后炉渣液滴飞行速度，确定粒化仓的结构尺寸，选定水冷壁布置位置及方式。

C2、计算水冷壁的换热面积。

C3、确定进入水冷壁的冷却水进/出口水温、以及熔渣液滴初始温度及离开粒化仓的渣温。

C4、通过实验关联式计算熔渣液滴对水冷壁的辐射换热，以及液滴/颗粒撞击水冷壁条件下的换热系数，从而计算获得水冷壁管外等效换热系数。

C5、根据粒化器的处理量，计算获得粒化仓内粒化颗粒的放热量，通过热平衡计算获得流经水冷壁的冷却水流量。

C6、根据由流化床进入粒化仓的冷却风流量和风温、通过实验关联式计算冷却风对飞行熔渣液滴/颗粒的对流换热系数，根据粒化器的处理量，计算确定粒化仓冷却风出口风温。

C7、选择隔热层、保温层材料，选择粒化仓外墙内中间钢板工作温度。

C8、计算各隔热层、保温层的厚度。

在一定的水冷壁温度和下游流化床出口风温条件下，粒化仓的最小半径为满足粒化液滴撞击水冷壁冷却不发生粘结时液滴的最小飞行距离：

SS_fur＝ω_furR_lhqΔt₁

式中，ω_fur为粒化器转速，R_lhq为步骤B中计算出粒化器设计半径，Δt₁是保证液滴不粘接的最小飞行时间。

为了满足紧凑粒化仓的设计需求，根据已经得到的粒化液滴的最小飞行距离，因此粒化仓最大直径为：

D_fur＝2(SS_fur+R_lhq)

为了保护粒化仓内壁面，应该使水冷壁在竖直方向上有足够的高度，以保证从粒化器飞溅出的熔渣全部落在水冷壁高度范围之内。相对于转杯出口平面水平之上高差H₁为安全高差，应留够一定的尺寸，以免熔渣因粒化仓内气流影响造成落点超出范围。相对于转杯出口平面水平之下的高差H₂为熔渣在飞行过程中受重力影响下降的距离，假设熔渣从粒化器飞出时熔渣在竖直方向上没有速度分量，则：

g为重力加速度；

粒化仓水冷壁的布置总面积：

S_slb＝(H₁+H₂)πD_fur

由A_zh_slbr(T_z，i-T_s，i)＝A_zσε₁(T_z，i ⁴-T_s，i ⁴)得到熔渣液滴与水冷壁的等效辐射换热系数h_slbr。另外，熔渣液滴撞击水冷壁过程的换热量为：

Q_slb，z＝c_pzG_z(T_z，in-T_z，out)＝C_psG_s(T_slb，out-T_slb，in)………(a)

同时，

式中，ε₁为熔渣液滴的发射率，ρ_z为熔渣密度；T_z，in和T_z，out分别为进入粒化仓和离开粒化仓的熔渣温度，T_slb，out和T_slb，in分别为进入粒化仓和离开粒化仓的熔渣温度，c_pz和c_ps分别为熔渣比热容和粒化仓水冷壁内冷却水比热容，G_z和G_s分别为熔渣流量和化仓水冷壁内冷却水流量，T_z，i和T_s，i分别为熔渣液滴从产生到飞至水冷壁时的定性温度和水冷壁的定性温度，Q_slb，z为单个熔渣液滴与水冷壁的换热量，σ为斯忒藩-玻尔兹曼常数，r_slb为液滴与水冷壁撞击时的热阻，h_slbr为熔渣液滴与水冷壁的等效辐射换热系数，A_z为单个液滴的表面积，Δt₁为保证液滴不粘接的最小飞行时间，Δt₂为液滴撞击时间。然而，现有的研究尚未涉及液滴在仓内飞行过程中的辐射换热系数，故采用单个液滴的辐射换热系数替代液滴群的辐射换热系数。由于实际情况中液滴群中的液滴辐射换热背景不仅有低温水冷壁还有同样处于飞行中的其他高温液滴，导致液滴群实际的等效辐射换热系数小于单液滴。

联立式(a)和(b)，可得到熔渣与水冷壁辐射换热后的温度、水冷壁工质出口温度以及两者之间的换热量。

D、流化床设计：按照流态化手册，依据经典流化床设计流程，根据来自粒化仓的熔渣颗粒流量、炉渣平均粒径、炉渣温度及物性参数、冷却风进口风温，计算临界流化风速，设计流化床结构布置，计算得到流化床的结构设计参数和工况设计参数；通过实验关联式计算流化床的床层压降及换热量，获得冷却风出口风温。

E、移动床设计：根据选定的耦合风冷及埋管式水冷的移动床设计流程，基于热平衡和传热计算得到风侧和水侧的换热量及运行工况参数，设计合理的移动床。

F、余热锅炉单元设计：根据余热锅炉设计规范，确定蒸汽参数，基于混合室输出的风量及风温，以及来自移动床的工质水的流量及温度参数，设计计算获得余热锅炉的结构及尺寸。具体包括：

F1、根据余热锅炉设计规范，设定蒸汽温度和压力参数，根据来自移动床的工质水的流量及温度参数，计算水侧的吸热量；根据混合室输出的风量及风温参数，并通过能量平衡方法，计算空气出口温度。

F2、设定余热锅炉单元的换热面尺寸以及结构参数，并计算出相应的换热管面积。

F3、根据设定的工质流速计算出换热管的换热系数。

F4、基于换热能力计算水侧的吸热量。

F5、将步骤F4得到的水侧的吸热量与步骤F1得到的水侧吸热量进行比较，判断相差值是否在设定的误差范围内，如果是，完成余热锅炉单元设计，如果否，返回步骤F2。

在具体实施例中，设计余热锅炉时可将其简化分为三个部分流程，分别为水的预热段、沸腾段以及过热段，每段的设计具体流程参考列管换热器。具体地，根据上游参数自动计算出每一段流程的工质水出口水温；用户自定义合理的换热管尺寸以及结构设计参数，从而自动计算出相应的换热管面积，根据设定的工质流速计算出换热总系数；最后基于换热能力校核计算换热量是否在有一定余量的情况下满足换热要求。

G、换热器设计：为了回收余热锅炉排气的余热，在移动床前设置换热器单元，采用余热锅炉出口低温空气加热来自粒化仓水冷壁的冷却水；根据换热器设计规范进行结构设计。

H、混合器设计，将粒化仓出口和移动床出口的热空气进行混合，待输送进入余热锅炉，这里仅进行物质质量计算和能量计算。

在具体实施例中，所述移动床创建方法包括：

E1、选定耦合风冷及埋管式水冷的移动床形式，选择移动床进出口熔渣颗粒温度，根据熔渣颗粒流量，计算得到熔渣颗粒的总放热量。

E2、选择移动床进口空气温度，保持移动床出口空气温度与粒化仓出口空气温度一致。

E3、选择移动床内空气侧的吸热占比，得到风侧的换热量，计算得到空气流量。

E4、根据实验经验关联式，计算得到熔渣颗粒和空气的换热系数，并计算得到颗粒的堆积高度参数。

E5、计算移动床内水侧的换热量，设置移动床的出口水温，计算得到工质水的流量。

E6、初步选择移动床内埋管受热面尺寸及结构参数，根据实验经验关联式计算得到换热管和熔渣颗粒的换热系数。

E7、分别在基于换热条件下和在基于热量平衡原理条件下计算换热量，并将二种方式计算的换热量进行比较。

E8、判断相差值是否在设定的误差范围内，如果是，进入下一步，如果否，返回E6步，重新设计移动床的结构。

E9、选择隔热层、保温层材料，选择移动床外墙内中间钢板工作温度。

E10、计算各隔热层、保温层的厚度。

在具体实施例中，步骤B8渣壳厚度计算方法为：

式中，Q_vk为粒化器空腔内的空气体积流量，ρ_k为空气密度，c_pk,lhq为粒化器冷却腔中空气定压比热容，t_lhq,k,out为粒化器冷却腔出口空气温度，t_lhq,k,in为粒化器冷却腔进口空气温度，t_z,in为粒化器表面熔渣液膜初始温度，h_lhq,k为粒化器空腔上部与空气的等效对流换热系数，R_lhq为粒化器的半径、δ_z为渣壳的厚度，λ_z为渣壳的导热系数，δ_lhq为粒化器空腔上壁厚度，λ_lhq为粒化器材料的导热系数。

本发明采用序贯求解方法，首先由用户合理定义系统各部分，如中间包、粒化器、水冷壁、流化床、移动床和余热锅炉等，实现对系统的设计；通过对有关中间包的设计数据进行自动计算得到中间包的大小尺寸，隔热保温材料性质以及厚度等参数；有关粒化器的设计数据结合上游中间包得到的粒化器连续处理量和入口温度等参数，通过自动计算可以得到粒化器的几何尺寸和工作工况。根据用户在设计参数中提出的水冷壁壁面温度和假设的流化床空气出口温度，分别自动计算熔渣与水冷壁和空气的换热系数并得到换热量，高温熔渣液滴离开水冷壁进入流化床前的温度，并由此参数和其他流化床设计参数自动进行流化床的计算，确定流化床布风板阻力系数和新的流化床出口风温，将新的流化床出口风温与初始风温相比较，若两者差距在合理范围内则可以通过该部分计算，进行下一步对移动床的计算，若两者差距超过预定范围便需要调整流化床的出口风温初设值，并在此进行迭代循环计算直到计算值与初设值相差较小时输出。移动床和余热锅炉的计算由质量守恒和能量守恒可得余热锅炉出口处的空气和水的流量和温度，将该值与假设值相比较，若相差在预期范围之内，便可以直接输出所有数据得到最后结果，若相差在预期范围之外，便需要继续迭代循环计算直到得到合理结果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法，所述熔渣离心粒化余热回收系统包括中间包、粒化单元、移动床、混合器、预热器及余热锅炉单元；所述粒化单元包括粒化器、粒化仓水冷壁和流化床；其特征在于：该创建方法包括如下步骤：

A、中间包设计：根据高炉排渣规律、排渣方式及粒化器处理流量设计中间包储渣容量，再根据中间包出渣口与粒化器进渣口的距离、粒化器高度、中间包与高炉出渣口的高度差、现场空间位置等参数设计中间包的形状和结构尺寸；

B、粒化器设计：

B1、根据工程实际应用对象，确定需要获得的炉渣平均粒径；

B2、根据粒化器处理量选取粒化器型式、材质及结构参数；

B3、选择粒径预测关联式和粒化器强度计算式，计算获得满足强度要求的粒化器运行转速；

B4、判断粒化器运行速度是否合理，若不合理则返回B2；

B5、根据粒化器运行转速计算粒化后炉渣液滴飞行速度；

B6、为对粒化器进行热防护，在粒化器底部设计强化冷却肋片及冷却腔室，确定肋片布置及冷却腔室结构尺寸；

B7、选择粒化器底部冷却风的风速，计算冷却风的雷诺数，选择肋化表面强迫对流换热关联式，计算得到粒化器底部肋化表面对流换热系数；

B8、根据粒化器表面温度低于材料许用温度100℃的原则，确定粒化器表面温度，并根据熔渣来流温度、粒化器结构参数及材料导热系数、固态熔渣导热系数、粒化器底部肋化表面对流换热系数等参数，计算获得粒化器表面上渣壳厚度及粒化器底部壁面温度；

B9、根据粒化器结构尺寸及运行转速，判断渣壳厚度是否合理，如果不合理，返回B6；

C、粒化仓水冷壁设计：根据粒化后炉渣液滴飞行速度，从而确定粒化仓的结构尺寸，选定水冷壁布置位置及方式，设计水冷壁的结构参数，根据粒化仓内粒化颗粒的放热量，通过传热计算获得流经水冷壁的冷却水流量；

D、流化床设计：按照流态化手册，依据经典流化床设计流程，根据来自粒化仓的熔渣颗粒流量、炉渣平均粒径、炉渣温度及物性参数、冷却风进口风温，计算临界流化风速，设计流化床结构布置，计算得到流化床的结构设计参数和设计工况参数；通过实验关联式计算流化床的床层压降及换热量，获得冷却风出口风温；

E、移动床设计：根据选定的耦合风冷及埋管式水冷的移动床设计流程，基于热平衡和传热计算得到风侧和水侧的换热量及运行工况参数，设计合理的移动床；

F、余热锅炉单元设计：根据余热锅炉设计规范，确定蒸汽参数，基于混合室输出的风量及风温，以及来自移动床的工质水的流量及温度参数，设计计算获得余热锅炉的结构及尺寸；

G、换热器设计：为了回收余热锅炉排气的余热，在移动床前设置换热器单元，采用余热锅炉出口低温空气加热来自粒化仓水冷壁的冷却水；根据换热器设计规范进行结构设计；

H、混合器设计：将粒化仓出口和移动床出口的热空气进行混合，待输送进入余热锅炉。

2.根据权利要求1所述的高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法，其特征在于：所述粒化仓水冷壁设计计算方法包括：

C1、根据粒化器的处理量及粒化后炉渣液滴飞行速度，确定粒化仓的结构尺寸，选定水冷壁布置位置及方式；

C2、计算水冷壁的换热面积；

C3、确定进入水冷壁的冷却水进/出口水温、以及熔渣液滴初始温度及离开粒化仓的渣温；

C4、通过实验关联式计算熔渣液滴对水冷壁的辐射换热，以及液滴/颗粒撞击水冷壁条件下的换热系数，从而计算获得水冷壁管外等效换热系数；

C5、根据粒化器的处理量，计算获得粒化仓内粒化颗粒的放热量，通过热平衡计算获得流经水冷壁的冷却水流量；

C6、根据由流化床进入粒化仓的冷却风流量和风温、通过实验关联式计算冷却风对飞行熔渣液滴/颗粒的对流换热系数，根据粒化器的处理量，计算确定粒化仓冷却风出口风温；

C7、选择隔热层、保温层材料，选择粒化仓外墙内中间钢板工作温度；

C8、计算各隔热层、保温层的厚度。

3.根据权利要求1所述的高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法，其特征在于：移动床设计计算方法包括：

E1、选定耦合风冷及埋管式水冷的移动床形式，选择移动床进出口熔渣颗粒温度，根据熔渣颗粒流量，计算得到熔渣颗粒的总放热量；

E2、选择移动床进口空气温度，保持移动床出口空气温度与粒化仓出口空气温度一致；

E3、选择移动床内空气侧的吸热占比，得到风侧的换热量，计算得到空气流量；

E4、初步选择移动床结构参数，计算空气流速，根据实验经验关联式，计算得到熔渣颗粒和空气的换热系数，并计算得到颗粒的堆积高度参数；

E5、计算移动床内水侧的换热量，设置移动床的出口水温，计算得到工质水的流量；

E6、初步选择移动床内埋管受热面尺寸及结构参数，根据实验经验关联式计算得到换热管和熔渣颗粒的换热系数；

E7、分别在基于换热条件下和在基于热量平衡原理条件下计算换热量，并将二种方式计算的换热量进行比较；

E8、判断相差值是否在设定的误差范围内，如果是，进入下一步，如果否，返回E4步，重新设计移动床的结构；

E9、选择隔热层、保温层材料，选择移动床外墙内中间钢板工作温度；

E10、计算各隔热层、保温层的厚度。

4.根据权利要求1所述的高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法，其特征在于：步骤B8渣壳厚度计算方法为：

式中，Q_vk为粒化器空腔内的空气体积流量，ρ_k为空气密度，c_pk,lhq为粒化器冷却腔中空气定压比热容，t_lhq,k,out为粒化器冷却腔出口空气温度，t_lhq,k,in为粒化器冷却腔进口空气温度，t_z,in为粒化器表面熔渣液膜初始温度，h_lhq,k为粒化器空腔上部与空气的等效对流换热系数，R_lhq为粒化器的半径、δ_z为渣壳的厚度，λ_z为渣壳的导热系数，δ_lhq为粒化器空腔上壁厚度，λ_lhq为粒化器材料的导热系数。