CN111020078B - 一种具有预热及冷却功能的落渣管固定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有预热及冷却功能的落渣管固定装置，包括落渣管承托结构，落渣管承托结构设置在粒化仓的顶部，落渣管承托结构的内部用于固定落渣管，落渣管承托结构的外部套装有金属外壳层，落渣管承托结构与金属外壳层之间设置有电加热装置，金属外壳层上缠绕设置有冷却盘管。本发明能对运行过程中的落渣管起固定、预热及冷却作用，同时固定装置还能在落渣管事故状态下起引流作用。

Description

一种具有预热及冷却功能的落渣管固定装置

技术领域

本发明属于高温液态熔渣余热回收技术领域，具体涉及一种具有预热及冷却功能的落渣管固定装置。

背景技术

中国目前是全球最大的钢铁生产国。2018年中国生铁产量约7.71亿吨，约占世界总产量的60％，在冶炼生铁的过程中同时会产生蕴含巨大热量的高炉渣。高炉渣的出炉温度一般在1400～1550℃之间，每吨渣含(1260～1880)×10³kJ的显热，相当于60kg标准煤。在我国现有的炼铁技术下，每生产1吨生铁副产0.3吨高炉渣，以目前我国生铁产量7.71亿吨进行计算，可折合产生约2.31亿吨以上的高炉渣，其显热量相当于约1387.98万吨标准煤。

干渣坑冷却法和水冲渣法是目前我国最常见的高炉渣处理方法。干渣坑法降温时产生大量水蒸气，同时释放出大量的H₂S和SO₂气体，腐蚀建筑、破坏设备和恶化工作环境。水冲渣法在处理过程浪费大量水资源，产生SO₂和H₂S等有害气体，也不能有效回收高温液态熔渣所含有的高品质余热资源。目前，这些处理方式已不能适应目前钢铁行业节能减排的迫切需求，而干式离心粒化法由于系统能耗低，粒径小且均匀，产品附加值高等特点而受到广泛青睐。

在干式离心粒化过程中，高温液态熔渣自渣包流出，需经落渣管将液态熔渣引流到粒化器表面后，液态熔渣滴落到高速旋转的粒化器表面，在离心力和摩擦力的作用下被甩出，在表面张力的作用下破碎形成液滴，这些微小的液滴与空间中的传热介质(一般为空气)进行强制对流换热，与周围环境进行辐射换热，使小液滴温度降低，进而发生相变，形成凝固层。随着温度进一步降低，液滴逐渐转变成固体小颗粒。目前干式粒化技术在液态熔渣粒化过程中普遍存在以下问题：

1、系统启动过程中，从渣包出来的高温液态熔渣温度可达1500℃，流经冷态的落渣管时，熔渣温度迅速降低至凝固温度以下，极易堵塞落渣管，导致系统不能正常运行。

2、伸入粒化仓内的落渣管由于材料及结构等的原因，落渣管极易受高温熔渣的腐蚀和容易断裂，应时常更换。

3.目前落渣管得加热方式单一，几乎都采用电阻加热的方式，落渣管加热不均，加热效果差，落渣管事故频繁导致整个系统停机。

4、落渣管固定装置暴露在高温烟气下，容易受到高温腐蚀，影响使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有预热及冷却功能的落渣管固定装置，以解决当前液态熔渣干式离心粒化过程中落渣管易堵塞、容易断、落渣管固定装置高温腐蚀严重等问题。

本发明采用以下技术方案：

一种具有预热及冷却功能的落渣管固定装置，包括落渣管承托结构，落渣管承托结构设置在粒化仓的顶部，落渣管承托结构的内部用于固定落渣管，落渣管承托结构的外部套装有金属外壳层，落渣管承托结构与金属外壳层之间设置有高温耐火材料层，金属外壳层上缠绕设置有冷却盘管。

具体的，落渣管承托结构内部设置有电磁感应内衬层，电磁感应内衬层设置在落渣管的外侧，与冷却盘管配合用于加热落渣管。

具体的，落渣管承托结构为中空锥形结构，采用陶瓷材料制成。

具体的，高温耐火材料层采用一类耐火材料制成。

具体的，金属外壳层与粒化仓之间通过固定螺栓固定连接。

进一步的，金属外壳层的下部通过吊锁结构与粒化仓紧固连接。

具体的，冷却盘管的冷却介质为水。

进一步的，落渣管承托结构内部镶嵌设置有电加热装置，电加热装置采用电阻或石墨电极加热。

进一步的，落渣管承托结构与落渣管之间设置有电加热装置，电加热装置采用电磁感应内衬材料，冷却盘管通电后在内衬电感应材料中产生涡流。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种具有预热及冷却功能的落渣管固定装置，落渣管承托结构采用锥形结构的耐高温陶瓷，可以与落渣管紧密配合，同时可以起事故状态下的引流作用，其次承托结构中的电加热装置采用电阻或电磁感应的方式可对落渣管预热，防止落渣管中的熔渣凝固。而耐火层则起到隔热保温的作用，金属外壳层具有固定和支撑整个装置的作用。外壳层外的冷却盘管不仅能对固定装置外壳起冷却作用，还能再通交流电的条件下，使内衬材料产生涡流进一步加热落渣管，是落渣管预热的另一种方式，冷却盘管螺旋缠绕在落渣管固定装置外层可以对金属外壳层起到冷却的作用，避免了固定装置由于长期暴露在高温的粒化仓中而发生的高温腐蚀等一系列问题。

进一步的，渣管承托结构为锥形，与落渣管形状紧密配合，材料为耐高温陶瓷，耐温温度为1500℃，可供落渣管伸入和替换。此外当落渣管出现断裂或其他问题导致事故运行时，承托结构能起到与落渣管一样的作用，在事故状态下当落渣管使用。

进一步的，落渣管固定装置采固定螺栓加吊锁结构方式加固，既保证了落渣管固定装置的固定，还能微调固定装置实现落渣管与粒化器的对中，避免了由于不对中出现的非正常粒化过程。

进一步的，两种电加热方式的实施可以对启动过程中的冷态落渣管加热，防止熔渣在出流过程中凝固堵塞落渣管。

综上所述，本发明能对运行过程中的落渣管起固定、预热及冷却作用，同时固定装置还能在落渣管事故状态下起引流作用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明固定装置第一种电加热实施方式示意图；

图2为本发明固定装置第二种电加热实施方式示意图。

其中：1.吊锁结构；2.粒化仓；3.固定螺栓；4.冷却盘管；5.落渣管；6.落渣管承托结构；7.电加热装置；8.高温耐火层；9.金属外壳层。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明一种具有预热及冷却功能的落渣管固定装置，包括：吊锁结构1、粒化仓2、冷却盘管4、落渣管承托结构6和电加热装置7。

落渣管承托结构6设置在粒化仓2内，上端通过固定螺栓3与粒化仓2连接，落渣管承托结构6内部设置落渣管5，落渣管承托结构6的外部设置有电加热装置7，电加热装置7外部设置有高温耐火层8，高温耐火层8的外部设置有金属外壳层9，金属外壳层9上螺旋缠绕设置有冷却盘管4。

落渣管承托结构6为中空锥形结构，与落渣管5的形状紧密配合，材料为耐高温陶瓷材料，耐温温度为1500℃，从渣包排出的熔渣温度约为1450～1500℃，可供落渣管5伸入和替换，并可在落渣管事故状态下充当落渣管5使用。

冷却盘管4的冷却介质为水，水从粒化仓2上部的汇集集箱引出，并流回集箱，充分冷却整个固定装置。

固定方式除了通过固定装置与粒化仓2顶部通过固定螺栓3连接外，在其下部采用吊锁结构1的方式加固，可维持落渣管5的平衡并与粒化器对中。

高温耐火材料层8包覆在落渣管承托结构6的外面，最外层是耐高温的金属外壳层9，作为整个装置的基本骨架。

电加热装置7有以下两种实施方式：

1、电加热装置7镶嵌入锥形结构的落渣管承托结构6中，加热方式可以为电阻加热，如利用硅钼棒加热，也可以采用石墨电极加热，加热温度为1300～1400℃，如图1所示。

2、落渣管承托结构6中有电磁感应内衬材料，内衬材料包覆在落渣管5的外面，冷却盘管4起线圈的作用，当冷却盘管4中通交变电流时，内衬材料由于涡流效应而温度升高，加热落渣管5，如图2所示。

高温耐火材料层8布置在落渣管承托结构6外，可以起到隔热与保温的作用，高温耐火材料层8材料可为耐火水泥等一类耐火材料。

耐高温金属外壳9布置在耐火材料层8外面，耐高温金属外壳9材料可为310S等金属材料，对整个固定装置器起支撑和保护作用。

实施例：

本装置应用于一种液态熔渣余热回收系统。

一种液态熔渣余热回收系统，包括熔渣缓存装置、流量控制装置、离心粒化装置及移动床装置；熔渣缓存装置的一端与渣沟连接，熔渣缓存装置的另一端与流量控制装置的进口端连接，流量控制装置的出口端与离心粒化装置的进口端连接，离心粒化装置的出口端与移动床装置的连接；液态熔渣从渣沟排出后首先进入熔渣缓存装置中，然后依次经过流量控制装置、离心粒化装置及移动床装置。

熔渣缓存装置包括渣包本体及渣包盖；渣包盖密封设置在渣包本体的上方，渣包盖与渣包本体之间形成渣包内腔；渣包本体的一端设置有进渣口，另一端设置有事故排渣口；进渣口与渣沟的出口端连接，液态熔渣通过进渣口进入渣包内腔中；事故排渣口用于与事故导流槽连接，事故导流槽与水渣坑连通；渣包本体的侧壁上设置有出渣口，出渣口中设置有定径水口；定径水口的一端与渣包内腔连接，另一端与流量控制装置连接；事故排渣口的上方设置有窥视孔；渣包本体的底板从进渣口端到事故排渣口端倾斜设置，底板与水平面之间的夹角为5°-10°；渣包盖的一侧设置燃烧器进口，燃烧器进口用于安装燃烧器；渣包盖的另一侧设置有高温烟气出口，高温烟气出口通过高温烟气通道与流量控制装置连接。

流量控制装置包括上部密封罩、装置底板、落渣管、堰板及塞棒；上部密封罩密封设置在装置底板上，且与熔渣缓存装置连接；上部密封罩的侧壁上设置有塞棒操作口、检修入口及高温烟气入口，塞棒安装在塞棒操作口上，塞棒的一端用于与出渣口连接，另一端与伸出上部密封罩外侧；高温烟气入口与高温烟气通道的出口端连接；装置底板的底部设置有落渣口，落渣管的一端与落渣口连接，另一端与落渣管固定装置中的承托结构贴合并与离心粒化装置连接；落渣管的上端设置堰板；装置底板的一侧设置有排渣口，排渣口与事故导流槽连接；装置底板的底部倾斜设置。

粒化装置包括粒化仓、烟气环形集箱、粒化器、换热管束、粒化布风管及汇集烟道；粒化仓设置在流量控制装置的下方，粒化仓的进口端与流量控制装置的出口端连接；烟气环形集箱设置在粒化仓的进口端，烟气环形集箱的一端与粒化仓连通，另一端通过汇集烟道连接；粒化器设置在粒化仓内部中心，粒化器正对流量控制装置的出口端设置；换热管束均匀设置在粒化仓中，粒化布风管设置在换热管束的下方。

粒化仓的内壁上敷设有膜式水冷壁，膜式水冷壁包括水冷壁管、水冷壁管边铁及出风小口，水冷壁管竖直向上设置，相邻两个水冷壁管之间通过水冷壁管边铁连接，水冷壁管边铁上设置有出风小口。

移动床装置包括换热仓、渣棉刮刀、平料装置、轧辊破碎装置及布风机构。

换热仓设置在粒化仓的下方，换热仓的中心设置有粒化装置的安装空间，粒化转杯安装在安装空间上；粒化转杯两侧设置有渣棉刮刀，渣棉刮刀设置在换热仓与粒化转杯的衔接处；渣棉刮刀的下方设置平料装置，平料装置的下方设置轧辊破碎装置，轧辊破碎装置的下方设置布风机构；渣棉刮刀呈180°设置在粒化转杯的两侧，渣棉刮刀采用锯齿形结构；渣棉刮刀能够在粒化转杯的侧面往复运动，实现了对粒化转杯周围的渣棉切断，切断后的渣棉在重力作用下落入换热仓中；渣棉刮刀采用310S不锈钢耐高温材质。平料装置设置在渣棉刮刀的下方，且位于换热仓的上部高温段；平料装置对称设置在粒化转杯的两侧，平料装置与电机连接，在电机的带动下往复运动，实现对料层表面进行往复梳理，起到了均匀料层的作用。平料装置采用风冷耙，风冷耙对称设置在粒化转杯的两侧，风冷耙上均匀设置有排风装置。

轧辊破碎装置设置在平料装置的下方，且位于换热仓的中温部；轧辊破碎装置对称设置在粒化转杯的两侧，轧辊破碎装置采用若干成对设置有风冷轧辊破碎装置，风冷轧辊破碎装置与换热仓的两端连接，每一对风冷轧辊破碎装置的旋转方向不同；通过风冷轧辊破碎装置实现对较大粒径的渣块或渣棉团进行切断，较大粒径渣块或渣棉团经过风冷轧辊破碎装置的破碎后形成小渣块，小渣块在换热仓内继续换热。

布风机构包括第一级布风管及第二级布风管，第一级布风管设置在换热仓的底部，第二级布风管设置在第一级布风管的上方；第一级布风管及第二级布风管的两端均与换热仓的侧壁软连接，且与振动电机连接；第一级布风管上均匀设置有若干个第一供风风帽，相邻两个第一供风风帽之间的间距为第一级布风管直径的2倍以上；

第二级布风管有三种布置形式：

第二级布风管上均匀间隔设置有多个倒U型结构，倒U型结构的开口向下，且圆弧段向上延伸，倒U型结构的圆弧段上方设置有第二供风风帽；

第二级布风管上均匀间隔设置有多个倒U型结构，倒U型结构的开口向下，且圆弧段向上延伸，倒U型结构的圆弧段下方设置有出气口；

第二级布风管上均匀间隔设置有多个直立风管，直立风管的上端设置风帽。

其中，倒U型结构的高度可以延伸至800℃以上的料层之中。

本发明实施例的一种液态熔渣余热回收系统，液态熔渣从渣沟排出后依次经过熔渣缓存装置、流量控制装置、离心粒化装置、移动床装置及出渣模块；余热回收介质为空气及水，其中空气依次经过移动床装置、离心粒化装置、高温烟道及余热锅炉，水依次经过省煤器、移动床装置、离心粒化装置、余热锅炉及过热器受热面模块。

液态熔渣由熔渣缓存装置一端上部的进渣口进入熔渣缓存装置内腔，再由熔渣缓存装置侧边设置的定径水口排出，流入外侧的液态熔渣流量控制装置，流量控制装置布置有堰板结构，流入的熔渣没过堰板结构后平稳地流入落渣管进入离心粒化模块；同时在熔渣缓存装置盖上布置有燃烧器进口，用于安装燃烧器；熔渣缓存装置盖另一侧设有高温烟气出口；熔渣缓存装置一端的上部设置有进渣口，另一端底部布置有事故排渣口，上部设有窥视孔；事故排渣口外部设有事故导流槽，通入水渣坑；熔渣缓存装置内腔的底部，从进渣口端到事故排渣口端为倾斜设计，与水平面夹角在5°-10°范围内；定径水口位于熔渣缓存装置侧边，距离熔渣缓存装置底部有一定的距离，且定径水口处设有加热装置；液态熔渣流量控制装置上部设有密封罩，密封罩一侧设有塞棒操作装置口和检修入口，另一侧设有高温烟气入口，顶部设有雷达液位计和红外测温仪；密封罩内部设有塞棒，塞棒由塞棒头和塞棒杆构成，在密封罩外侧通过塞棒操作装置口操作塞棒头与定径水口配合来控制流量；液态熔渣流量控制装置底部为倾斜设计，与水平面夹角为5°-10°，另一端设有排渣口；排渣口外部设有引渣沟，汇入位于熔渣缓存装置一端的事故导流槽；落渣管顶部设有堰板结构，下部落渣管外侧设有加热装置。

熔渣缓存装置根据现场空间内可以布局为长方形结构、回形结构或圆环结构，流量控制装置均匀或非均匀分布在熔渣缓存装置的外侧面。

在熔渣缓存装置盖之间布置的用于安装燃烧器的燃烧器进口，与水平面呈一定角度倾斜向下布置，熔渣缓存装置盖另一侧设有高温烟气出口，外部连接高温烟道，与密封罩侧边的高温烟气入口相连接，且在管道上设有阀门。燃烧器采用单个、或者多个对称布置、错排布置布置的方式。熔渣流量控制装置下部，位于塞棒操作装置口下的部分设置为倾斜结构，保证该模块的熔渣能排净；落渣管顶部外围设有堰板结构，流入该模块的熔渣需没过堰板流入落渣管，避免落渣管内部液位波动，保证液位测量的准确性。

离心粒化模块中，粒化仓内壁敷设膜式水冷壁，水冷壁竖直向上布置。水冷璧边铁中间开设小孔，小孔有一定的倾斜角。粒化仓中烟气由烟气出口缝隙引出，引出的烟气在烟气环形集箱内汇集，最后通过汇集烟道流入余热锅炉等设备。烟气出口缝隙的位置主要有以下两种实施方式：

a)在粒化仓的顶部四周开设烟气出口缝隙，烟气通过粒化仓四周的烟气出口缝隙流进烟气环形集箱，最后在烟气环形集箱上开设汇集烟道引出烟气。

b)在粒化仓中心落渣管四周开设烟气出口缝隙，烟气通过粒化仓中心的烟气出口缝隙流进烟气环形集箱，最后在烟气环形集箱上开设汇集烟道引出烟气。

在移动床余热回收装置和粒化转杯的衔接段，设置了渣棉刮刀，渣棉刮刀设置在粒化转杯的两侧，呈180°布置，按照锯齿的结构设计，采用310S不锈钢耐高温材质。在余热回收系统运行初期，当粒化器转速过快或者设备温度过低时，离心粒化过程中会形成大量的渣棉。渣棉产生之后，为防止渣棉团聚在转杯周围，在转杯侧面设置有可以往复运动的锯齿刮刀，将转杯周围的渣棉切断。在移动床上部的高温段，设置风冷耙，风冷耙采用对称结构布置在两侧，风冷耙在电机的带动下在料层表面进行往复梳理，起到均匀料层的作用，同时，在风冷耙上设置有对称的分布的排风装置，在床层高温段起到强化换热的效果。在风冷耙的下部，即移动床中温段，设置了风冷轧辊破碎装置，该破碎装置与风冷耙一样，采用对称分布，布置于仓内的两端，在工作时用电机带动让每一对风冷轧辊沿不同的方向旋转，利用剪切力的作用，让移动床的料层更加顺畅的出料。在移动床的下部，即低温段，设置多级供风风帽，在保证供风量足够的前提下，可以将风帽和供风管的间距设计为供风管直径的2倍以上，保证渣块和渣棉不会堵塞移动床底部。同时，在移动床底部二级供风风帽的上层供风管每隔一定的距离便向上伸出形成倒“U”型结构风管。风管和移动床侧壁使用软连接进行连接，由振动电机带动风管振动，保证排料顺畅。根据实际情况可以将倒“U”型风管设置的足够高，可以进入到中温段以上的料层之中，进一步强化余热回收。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有预热及冷却功能的落渣管固定装置，其特征在于，包括落渣管承托结构（6），落渣管承托结构（6）设置在粒化仓（2）的顶部，落渣管承托结构（6）内部设置有电磁感应内衬层，电磁感应内衬层设置在落渣管（5）的外侧，与冷却盘管（4）配合用于加热落渣管（5），落渣管承托结构（6）的内部用于固定落渣管（5），落渣管承托结构（6）的外部套装有金属外壳层（9），落渣管承托结构（6）与金属外壳层（9）之间设置有高温耐火材料层（8），金属外壳层（9）上缠绕设置有冷却盘管（4），冷却盘管（4）通电后在电磁感应内衬层中产生涡流。

2.根据权利要求1所述的具有预热及冷却功能的落渣管固定装置，其特征在于，落渣管承托结构（6）为中空锥形结构，采用陶瓷材料制成。

3.根据权利要求1所述的具有预热及冷却功能的落渣管固定装置，其特征在于，高温耐火材料层（8）采用耐火水泥材料制成。

4.根据权利要求1所述的具有预热及冷却功能的落渣管固定装置，其特征在于，金属外壳层（9）与粒化仓（2）之间通过固定螺栓（3）固定连接。

5.根据权利要求4所述的具有预热及冷却功能的落渣管固定装置，其特征在于，金属外壳层（9）的下部通过吊锁结构（1）与粒化仓（2）紧固连接。

6.根据权利要求1所述的具有预热及冷却功能的落渣管固定装置，其特征在于，冷却盘管（4）的冷却介质为水。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的具有预热及冷却功能的落渣管固定装置，其特征在于，落渣管承托结构（6）内部镶嵌设置有电加热装置（7），电加热装置（7）采用电阻或石墨电极加热。

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