CN110665614A - 一种钢渣粉碎及固碳处理系统及其应用 - Google Patents

一种钢渣粉碎及固碳处理系统及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢渣粉碎技术领域，尤其涉及一种钢渣粉碎及固碳处理系统及其应用。本发明的钢渣粉碎及固碳处理系统利用高压气体作为熔融钢渣粉碎的冷源和动力，实现钢渣的低能耗、深度粉碎，得到的钢渣粒径小于2mm，钢渣粉在流化反应器中与二氧化碳、及过热蒸汽反应形成稳定的碳酸钙。多余的蒸汽及二氧化碳气体作为工业余热可以回收利用，水蒸气变成水与二氧化碳分离，二氧化碳则作为补给气利用。该系统可实现熔融钢渣的快速冷却、粉碎、固碳，节能的同时能够固定温室气体。

Description

一种钢渣粉碎及固碳处理系统及其应用
技术领域
本发明涉及一种钢渣粉碎技术领域，尤其涉及一种钢渣粉碎及固碳处理系统及其应用。
背景技术
本发明背景技术公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2018年我国粗钢累计产量达到8.56亿吨，粗钢渣排放比例为12-15％，钢渣排放量在1.03亿吨以上。钢渣的利用途径大致可分为内循环和外循环，内循环指钢渣在钢铁企业内部利用，作为烧结矿的原料和炼钢的返回料，这个比例相对较小。外循环主要用于建材行业，其中的不稳定相f-CaO在后期的体积膨胀是影响其应用的核心因素，因此出现了多种方法来处理钢渣增加其稳定性、或者进行钢渣重构。
发明内容
本发明发现：现有钢渣多次粉碎工艺不能实现“多碎少磨”，能耗高，耐磨件使用寿命短，尾渣粉碎不充分，“钢”和“渣”不能充分解离，尾渣粉粒形差，利用价值低，而且钢渣粉碎工艺流程复杂低效，运营成本高。为此，本发明提出一种钢渣粉碎及固碳处理系统及其应用，这种系统可在不采用机械破碎的前提下实现钢渣的深度粉碎，回收钢渣余热，通过f-CaO与CO2发生碳酸化反应形成碳酸钙，既可以实现钢渣的长久稳定性，又可以使自然界的CO2得到固定，减少CO2的排放量，降低温室效应。
为实现上述目的，本发明公开了下述技术方案：
一种钢渣粉碎及固碳处理系统，包括：钢渣缓冲系统、钢渣粉碎室、高压雾化系统、雾化气除尘系统、固碳稳定系统和粉渣收集捕集系统；其中：
所述钢渣缓冲系统包括：钢渣进料口、熔融钢渣室和渣室出口；所述钢渣进料口位于熔融钢渣室上部，所述渣室出口设置在熔融钢渣室的底部，所述熔融钢渣室具有加热和保温功能。
所述钢渣粉碎室与渣室出口连接，且所述钢渣粉碎室上设置有循环冷却水进出口；所述钢渣粉碎室的下端为钢渣粉碎室出口。
所述高压雾化系统包括：喷雾装置、管道、高压泵、气体缓冲罐和补气口；所述喷雾装置设置在钢渣粉碎室中，且喷雾装置与渣室出口连接，所述喷雾装置、管道、高压泵、气体缓冲罐依次相连，所述补气口设置在气体缓冲罐上。
所述雾化气除尘系统包括：雾化气出口、除尘器、除尘器出气口、除尘器出料口，所述雾化气出口设置在钢渣粉碎室中，所述除尘器与雾化气出口连接，所述除尘器出气口设置在除尘器上端，所述除尘器出料口设置在除尘器下端。
所述固碳稳定系统包括：二氧化碳进气管、流化床反应器、混合料进口、高温过热蒸汽进口和出料口；所述二氧化碳进气管的一端用于通入二氧化碳气流，二氧化碳进气管的另一端与混合料进口连接，所述钢渣粉碎室出口连接在二氧化碳进气管上，所述混合料进口设置在流化床反应器的上端，且混合料进口与除尘器出料口连接，所述高温过热蒸汽进口设置在流化床反应器中，所述出料口设置在流化床反应器下端。
所述粉渣收集捕集系统包括：分离器、分离器出气口、钢渣粉出口。所述分离器的入口与出料口连接，所述分离器出气口设置在分离器上端，所述钢渣粉出口设置在分离器下端。
作为进一步的技术方案，所述分离器为旋风分离器。
作为进一步的技术方案，所述钢渣粉碎及固碳处理系统还包括余热回收系统；所述余热回收系统与分离器出气口连接。
作为进一步的技术方案，所述余热回收系统包括夹套冷却器、管道、气体预热器等，从分离器出来的二氧化碳和水蒸气分离气进入余热回收系统，余热回收产生的水蒸气继续预热后进入流化床反应器。
作为进一步的技术方案，所述流化床反应器中设置钢渣粉及过热蒸汽混合装置，以便于提高流化床反应器固碳反应效率。
作为进一步的技术方案，所述分离器出气口与预热器连接，以便于从分离器出气口出来的混合气与补给气一起送入预热器加热。
作为进一步的技术方案，所述熔融钢渣室固定在粉碎室的上端，并通过法兰或者焊接实现密封连接。
作为进一步的技术方案，所述粉碎室及收集室的外表面上设置有支撑脚。
作为进一步的技术方案，所述熔融钢渣室、粉碎室、流化反应器、分离器的内表面设置有隔热防磨材料，外表面设置有保温层。
最后，本发明公开所述钢渣粉碎及固碳处理系统在干钢铁冶炼、建筑工程等领域中的应用。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：
(1)本发明利用高速气流作为熔融钢渣降温和粉碎的冷源和动力，相比传统工艺，不需消耗大量能量的机械破碎手段，实现低成本钢渣的小粒径粉碎，节能效果显著。
(2)本发明在钢渣粉碎室上设置循环冷却水进出口，从而为钢渣粉碎室提供低温环境，加速雾化后的熔融钢渣的成型能力。
(3)本发明利用二氧化碳与钢渣中的氧化钙发生反应形成碳酸钙，消解二氧化碳的同时降低钢渣中的游离氧化钙含量，消解温室气体的同时提高钢渣的经济价值。
(4)本发明利用气雾化粉碎熔融钢渣效率高，实现小于2mm粒径，粉碎后的钢渣具有极大的表面积，二氧化碳、过热蒸汽与钢渣中的氧化钙反应形成稳定的碳酸钙，大大提高了固碳效率。
(5)本发明利用熔融钢渣室的保温及加热能力让钢渣具有较好的流动性，避免钢渣出现凝固、结块的情况发生，可保证钢渣粉碎固碳过程的连续进行。
(6)本发明相比传统钢渣处理设备，具有粉碎效率高、节能、系统自动化程度高的显著的优点。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1中钢渣粉碎及固碳处理系统的结构示意图。
图中标记分别代表：1-钢渣进料口、2-熔融钢渣室、3-渣室出口、4-喷雾装置、5-管道、6-高压泵、7-气体缓冲罐、8-补气口、9-钢渣粉碎室、10-冷却水进出口、11-钢渣粉碎室出口、12-二氧化碳进气管、13-雾化气出口、14-除尘器、15-除尘器出气口、16-除尘器出料口、17-流化床反应器、18-混合料进口、19-高温过热蒸汽进口、20-出料口、21-分离器、22-分离器出气口、23-钢渣粉出口。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如前文所述，现有的一些钢渣粉碎处理设备存在高能耗、设备磨损严重、破碎粒径过大、尾渣粉碎不充分问题，运行一段时间后需要停机检修，严重影响钢渣粉碎处理系统的稳定运行。为此，本发明提出一种钢渣粉碎及固碳处理系统，现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。
实施例1
参考图1，一种钢渣粉碎及固碳处理系统，包括：钢渣缓冲系统、钢渣粉碎室、高压雾化系统、雾化气除尘系统、固碳稳定系统和粉渣收集捕集系统；其中：
所述钢渣缓冲系统包括：钢渣进料口1、熔融钢渣室2和渣室出口3；所述钢渣进料口位于熔融钢渣室2上部，所述渣室出口3设置在熔融钢渣室2的底部。熔融钢渣从钢渣进料口进入熔融钢渣室缓冲，熔融钢渣室具有加热和保温功能，缓冲后的熔融钢渣经渣室出口进入粉碎室。
所述钢渣粉碎室9与渣室出口3连接，且所述钢渣粉碎室9上设置有循环冷却水进出口10；所述钢渣粉碎室9的下端为钢渣粉碎室出口11。循环冷却水进出口1用于实现冷却水在钢渣粉碎室9上的循环，从而为钢渣粉碎室9提供低温环境，加速雾化后的熔融钢渣的成型能力。
所述高压雾化系统包括：喷雾装置4、管道5、高压泵6、气体缓冲罐7和补气口8；所述喷雾装置4设置在钢渣粉碎室中，且喷雾装置4与渣室出口3连接，所述喷雾装置4、管道5、高压泵6、气体缓冲罐7依次相连，所述补气口8设置在气体缓冲罐7上。高压泵6将气体缓冲罐7中的气体转换成高压雾化气，然后从管道5中送入喷雾装置4，高压雾化气喷出后形成超音速流场与渣室出口3落下的熔融钢渣接触使之雾化，所述熔融钢渣经高压气体雾化粉碎后形成大于700℃、小于2mm的颗粒，其中的部分CaO与雾化气体中CO2反应生成CaCO3，钢渣被粉化并初步固碳。
所述雾化气除尘系统包括：雾化气出口13、除尘器14、除尘器出气口15、除尘器出料口16，所述雾化气出口13设置在钢渣粉碎室9中，所述除尘器14与雾化气出口13连接，所述除尘器出气口15设置在除尘器14上端，所述除尘器出料口16设置在除尘器14下端。高压雾化气粉碎钢渣后形成含尘雾化气，经雾化气出口13进入除尘器14中实现气固分离，分离后气体经出气口15排出，粉尘经除尘器出料口16排出至流化床反应器17。
所述固碳稳定系统包括：二氧化碳进气管12、流化床反应器17、混合料进口18、高温过热蒸汽进口19和出料口20；所述二氧化碳进气管12的一端用于通入二氧化碳气流，二氧化碳进气管12的另一端与混合料进口18连接，所述钢渣粉碎室出口11连接在二氧化碳进气管12上，所述混合料进口18设置在流化床反应器17的上端，且混合料进口18与除尘器出料口16连接，所述高温过热蒸汽进口19设置在流化床反应器17中，所述出料口20设置在流化床反应器17下端；雾化粉碎后的钢渣粉与二氧化碳气流混合后形成混合料，然后通过混合料进口18进入流化床反应器17中，并与其中的高温过热蒸汽反应，即混合料中的CaO与水蒸气反应生成Ca(OH)2，而二氧化碳气体以较高的流速通过床层，带动渣粉迅速运动，同时与渣粉发生固碳稳定反应生成CaCO3，实现碳固化。
在稳定系统中，钢渣中游离的氧化钙与二氧化碳气体、过热蒸汽发生如下化学反应，氧化钙得以固定稳定。
(1)CaO(f)+CO2(g)＝CaCO3；
(2)CaO(f)+H2O(g)＝Ca(OH)2；
(3)Ca(OH)2+CO2(g)＝CaCO3+H2O。
所述粉渣收集捕集系统包括：分离器21、分离器出气口22、钢渣粉出口23。所述分离器21的入口与出料口20连接，所述分离器出气口22设置在分离器21上端，所述钢渣粉出口23设置在分离器21下端。经稳定反应后的钢渣粉与二氧化碳、水蒸气混合气一起送入分离器21，实现气、固分离后，二氧化碳、水蒸气经分离器出气口22排出，钢渣粉经钢渣粉出口排出。
实施例2
一种钢渣粉碎及固碳处理系统，同实施例1，区别在于：作为进一步的技术方案，所述钢渣粉碎及固碳处理系统还包括余热回收系统。所述余热回收系统包括夹套冷却器、管道、气体预热器等，从分离器出来的二氧化碳和水蒸气分离气进入余热回收系统，余热回收产生的水蒸气继续预热后进入流化床反应器。
实施例3
一种钢渣粉碎及固碳处理系统，同实施例1，区别在于：所述流化床反应器17中设置钢渣粉及过热蒸汽混合装置，以便于提高流化床反应器固碳反应效率。
实施例4
一种钢渣粉碎及固碳处理系统，同实施例1，区别在于：所述分离器出气口22与预热器连接，以便于从分离器出气口22出来的混合气与补给气一起送入预热器加热。
实施例5
一种钢渣粉碎及固碳处理系统，同实施例1，区别在于：所述分离器21为旋风分离器。所述熔融钢渣室固定在粉碎室的上端，并通过法兰实现密封连接。所述粉碎室及收集室的外表面上设置有支撑脚。
实施例6
一种钢渣粉碎及固碳处理系统，同实施例1，区别在于：所述熔融钢渣室、粉碎室、流化反应器、分离器的内表面设置有隔热防磨材料，外表面设置有保温层。
本发明的钢渣粉碎及固碳处理系统利用高压气体作为熔融钢渣粉碎的冷源和动力，实现钢渣的低能耗、深度粉碎，得到的钢渣粒径小于2mm，钢渣粉在流化反应器中与二氧化碳及过热蒸汽反应形成稳定的碳酸钙。多余的蒸汽及二氧化碳气体作为工业余热可以回收利用，水蒸气变成水与二氧化碳分离，二氧化碳则作为补给气利用。该系统可实现熔融钢渣的快速冷却、粉碎、固碳，节能的同时能够固定温室气体。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种钢渣粉碎及固碳处理系统，其特征在于，包括：钢渣缓冲系统、钢渣粉碎室、高压雾化系统、固碳稳定系统和粉渣收集捕集系统；其中：
所述钢渣缓冲系统包括：钢渣进料口、熔融钢渣室和渣室出口；所述钢渣进料口位于熔融钢渣室上部，所述渣室出口设置在熔融钢渣室的底部，所述熔融钢渣室具有加热和保温功能；
所述钢渣粉碎室与渣室出口连接，且所述钢渣粉碎室上设置有循环冷却水进出口；所述钢渣粉碎室的下端为钢渣粉碎室出口；
所述高压雾化系统用于提供高压高速气体对进入钢渣粉碎室中的钢渣进行雾化粉碎；
所述固碳稳定系统包括：二氧化碳进气管、流化床反应器、混合料进口、高温过热蒸汽进口和出料口；所述二氧化碳进气管的一端用于通入二氧化碳气流，二氧化碳进气管的另一端与混合料进口连接，所述钢渣粉碎室出口连接在二氧化碳进气管上，所述混合料进口设置在流化床反应器的上端，所述高温过热蒸汽进口设置在流化床反应器中，所述出料口设置在流化床反应器下端；
所述粉渣收集捕集系统包括：分离器、分离器出气口、钢渣粉出口；所述分离器的入口与出料口连接，所述分离器出气口设置在分离器上端，所述钢渣粉出口设置在分离器下端。
2.如权利要求1所述的钢渣粉碎及固碳处理系统，其特征在于，所述高压雾化系统包括：喷雾装置、管道、高压泵、气体缓冲罐和补气口；所述喷雾装置设置在钢渣粉碎室中，且喷雾装置与渣室出口连接，所述喷雾装置、管道、高压泵、气体缓冲罐依次相连，所述补气口设置在气体缓冲罐上。
3.如权利要求1所述的钢渣粉碎及固碳处理系统，其特征在于，还包括雾化气除尘系统，其包括：雾化气出口、除尘器、除尘器出气口、除尘器出料口，所述雾化气出口设置在钢渣粉碎室中，所述除尘器与雾化气出口连接，所述除尘器出气口设置在除尘器上端，所述除尘器出料口设置在除尘器下端，且混合料进口与除尘器出料口连接。
4.如权利要求1所述的钢渣粉碎及固碳处理系统，其特征在于，还包括余热回收系统；所述余热回收系统与分离器出气口连接。
5.如权利要求4所述的钢渣粉碎及固碳处理系统，其特征在于，所述余热回收系统包括夹套冷却器、管道和气体预热器，从分离器出来的二氧化碳和水蒸气分离气进入余热回收系统。
6.如权利要求1所述的钢渣粉碎及固碳处理系统，其特征在于，所述分离器为旋风分离器；
优选地，所述流化床反应器中设置钢渣粉及过热蒸汽混合装置。
7.如权利要求1所述的钢渣粉碎及固碳处理系统，其特征在于，所述分离器出气口与预热器连接。
8.如权利要求1所述的钢渣粉碎及固碳处理系统，其特征在于，所述熔融钢渣室固定在粉碎室的上端，并通过法兰或者焊接实现密封连接。
9.如权利要求1所述的钢渣粉碎及固碳处理系统，其特征在于，所述熔融钢渣室、粉碎室、流化反应器、分离器的内表面设置有隔热防磨材料，外表面设置有保温层；
优选地，所述粉碎室及收集室的外表面上设置有支撑脚。
10.如权利要求1-9任一项所述的钢渣粉碎及固碳处理系统在干钢铁冶炼、建筑工程领域中的应用。
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