CN111118239A - 一种用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统 - Google Patents

一种用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，每个运行模块的粒化仓、移动床以及热风道均布置水冷受热面，产生的蒸汽汇入共用的锅炉汽包中，进行汽水分离后再分别进入每个运行模块内的热风道及粒化仓再次加热，最终形成过热蒸汽进行后续利用。而空气进入每个运行模块后，依次经过移动床、粒化仓后形成热风，进入水冷热风道后在其中进行充分换热，冷却后的空气最终汇聚于共用的总烟道上，经过除尘器及引风机后由烟囱排出。本发明可以针对不同处理量，不同的场地面积灵活组合；可以多用多备，提高系统可靠性；换热单元紧凑布置，逆流换热提高换热效率，减少可用能损失；系统中采用汽包，自然对流，减少水泵消耗。

Description

一种用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统
技术领域
本发明属于高温液态熔渣余热回收技术领域，具体涉及一种用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统。
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，必须寻求一种高效、无污染的新技术对液态熔渣资源进行有效回收。
干式粒化技术相比于水淬法具有以下优点，不消耗新水、无H2S和SO2排放、回收炉渣显热、节省生产水泥时干燥湿渣的能耗。但往往回收热量效果不好。高炉熔渣干式显热回收的主要技术难点在于：在系统中，单个粒化装置处理量小且难以提高，而现实需要大规模处理，同时目前几乎都是改造项目，场地条件有限；系统可靠性差；设备分散，换热效率低；厂用电高；产生渣棉无法处理，料层内容易返热结块。
综上，针对上述问题，需要设计良好的高炉渣余热回收系统达到目的。
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，提供一种用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，以达到高炉渣处理过程中余热回收及获得高附加值渣制品的目的。
本发明采用以下技术方案：
一种用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，包括多个运行模块，渣包下部对应每个运行模块设置有粒化仓水冷壁，粒化仓水冷壁的上部设置有水冷热风道，粒化仓水冷壁的下部设置有移动床水冷壁，粒化仓水冷壁、移动床水冷壁以及水冷热热风道产生的蒸汽汇入锅炉汽包用于汽水分离，再分别进入水冷热风道和粒化仓加热形成过热蒸汽；空气进入每个运行模块后，依次经移动床、粒化仓形成热风，进入水冷热风道换热冷却后的空气汇聚于共用的总烟道内，经除尘器和引风机后由烟囱排出。
具体的，多个运行模块共用一个锅炉汽包，每个运行模块的烟道中均设置有省煤器，锅炉给水通过省煤器进入共用的锅炉汽包，锅炉汽包下部对应每个运行模块均设置单独的下降管，下降管的底部与布置在移动床水冷壁下部的下集箱连接，下集箱将水均匀分配给移动床水冷壁。
进一步的，移动床水冷壁的内外墙之间设置有埋管，移动床水冷壁上部与粒化仓水冷壁连接，粒化仓水冷壁的一部分与锅炉汽包连接，另一部分组成水冷热风道后再与锅炉汽包连接。
更进一步的，水冷热风道内设置有对流管束，对流管束与锅炉汽包的底部连接；锅炉汽包上部分离的饱和蒸汽经饱和蒸汽管分别进入每个运行模块的水冷热风道内，通过热风道过热器换热后进入粒化仓顶部的二级过热器形成过热蒸汽。
具体的，多个运行模块共用一个渣包，渣包的一侧设置有进渣口，渣包的上方设置有补燃燃烧器，渣包的下方对应每个运行模块均设置有单独的塞棒和落渣管。
进一步的，塞棒的下方和落渣管的上部均设置有水口，落渣管下方设置的粒化仓的中心布置有粒化器，粒化仓的四周和顶部布置有粒化仓水冷壁及水冷热风道，移动床的下部设置散料堆积层和排渣机构。
具体的，每个运行模块的移动床下部，在移动床水冷壁与内墙水冷壁之间均设置有多层结构的错排布风管，风通过错排布风管依次经其上方设置的移动床内埋管、风冷耙、错排管束和粒化仓顶部的折风角后进入水冷热风道。
进一步的，水冷热风道内依次设置有热风道过热器、对流管束以及省煤器，水冷热风道的尾部连接多个运行模块共用的总烟道，经总烟道依次连接除尘器、引风机和烟囱。
具体的，移动床和粒化仓之间设置有错排管束，错排管束之间设置有旋转剪切破碎刀，旋转剪切破碎刀的内部能够通入冷却介质。
具体的，移动床的料层下方设置有风冷耙，风冷耙的风帽开口方向竖直向上，风冷耙的一端设置在移动床的外部，另一端靠近内墙水冷壁设置。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，通过多个运行模块，可以针对不同处理量，不同的场地面积灵活组合；可以多用多备，提高系统可靠性，换热单元紧凑布置，逆流换热提高换热效率，减少可用能损失。
进一步的，系统中采用锅炉汽包，自然对流，减少水泵消耗。
进一步的，系统通过在移动床和粒化仓设置自然对流水冷壁，并在料层中设置埋管，在移动床和粒化仓之间设置错排管束，提升了锅炉系统总体的换热效率，从而减少了设备钢材消耗，同时减少了水泵系统厂用电消耗。
进一步的，系统通过在设置水冷热风道，并在热风道内设置对流管束及热风道过热器，减少了热风道的保温材料消耗，同时使得烟气在热风道内快速冷却，从而减少了热风道体积及截面积，减少了钢材消耗及引风机电耗。
进一步的，系统通过多个运行模块共用一个渣包，使得渣包的保温耐材消耗量降低、燃烧器可以共用以减少设备投资，同时多个运行模块多用多备，便于在系统总体不停机的情况下随时检修维护，提升系统可靠性。
进一步的，移动床与粒化仓之间布置有错排布置的管束，可以让颗粒在飞行的过程中与之换热，强化液滴在飞行过程中的辐射换热，提高玻璃体转化率，降低颗粒落到移动床之上的温度，防止反热粘结。
进一步的，布置有除渣棉装置，防止渣棉堆积，料层粘结，有利于形成疏松而平坦的料层，防止窜风。
进一步的，在移动床料层下布置有风冷耙，风冷耙可以刮平并疏松料层，同时风冷耙内有风从风帽中喷出，可以增强料层表面的冷却，防止颗粒粘结，也可以冷却风冷耙。
综上所述，本发明组合灵活，系统可靠性高，换热效率高，钢材消耗小，厂用电损失小。
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为本发明单个运行模块的一种方案；
图2为本发明单个运行模块的另一种方案；
图3为本发明模块组合的第一种方案；
图4为本发明模块组合的第二种方案；
图5为本发明模块组合的第三种方案；
图6为本发明模块组合的第四种方案。
其中：1.渣包；2.补燃燃烧器；3.塞棒；4.水口；5.落渣管；6.粒化器；7.移动床水冷壁；8.粒化仓水冷壁；9.旋转剪切破渣棉机构；10.内墙水冷壁；11.移动床内埋管；12.错排布风管；13.排渣机构；14.汽包；15.对流管束；16.水冷热风道；17.下集箱；18.下降管；19.饱和蒸汽管；20.热风道过热器；21.二级过热器；22.运行模块；23.渣包进渣口；24.折风角；25.风冷耙；26.下集箱分配管；27.总烟道；28.除尘器；29.引风机；30.烟囱；31.错排管束；32.省煤器。
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。
本发明提供了一种用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，由多个运行模块以及共用的渣包、锅炉汽包、总烟道、引风机、除尘器及烟囱组成。其中，每个运行模块包括安装在渣包对应位置的水口、塞棒、落渣管以及布置在渣包下的粒化仓、以及粒化仓下的移动床、粒化仓上部的热风道共同组成。在每个运行模块的粒化仓、移动床以及热风道均布置水冷受热面，产生的蒸汽汇入共用的锅炉汽包中，进行汽水分离后再分别进入每个运行模块内的热风道及粒化仓再次加热，最终形成过热蒸汽进行后续利用。而空气进入每个运行模块后，依次经过移动床、粒化仓后形成热风，进入水冷热风道后在其中进行充分换热，冷却后的空气最终汇聚于共用的总烟道上，经过除尘器及引风机后由烟囱排出。本发明可以针对不同处理量，不同的场地面积灵活组合；可以多用多备，提高系统可靠性；换热单元紧凑布置，逆流换热提高换热效率，减少可用能损失；系统中采用汽包，自然对流，减少水泵消耗。
请参阅图1，本发明一种用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，水冷热风道16整个安装在粒化仓的上部，风由下向上再水平运动。其中，运行模块22包括熔渣缓存机构-渣包1、粒化仓、移动床、排渣机构13、水冷热风道16、总烟道27、除尘器、引风机29以及烟囱，包括水的流程、风的流程和熔渣流程。
对于水流程，锅炉给水通过省煤器32进入汽包14，水通过下降管(分配管)进入到各水冷壁中；移动床水冷壁7和内墙水冷壁10之间有埋管11，水在之间流通。另外，粒化仓水冷壁8可以直接与移动床水冷壁7联通，或者通过埋管11和内墙水冷壁10以及错排管束31与其联通等。粒化仓水冷壁8一侧直接与汽包14联通，另一侧布置在水冷热风道中。
对于风流程，从移动床下部错排布风管12排出的风，穿过料层，到达粒化仓上部，经过折风角24进入水冷热风道16内部；在水冷热风道里，风通过与水冷热风道水冷壁面、热风道过热器20、对流管束15以及省煤器32的换热后，汇入多个运行模块22共用的总烟道，之后通过除尘后由烟囱排出。
对于熔渣流程，每个运行模块22的共用渣包1上方布置有补燃燃烧器2，熔渣通过进渣口23进入渣包1。在共用的渣包1下方，分别为每个运行模块22设置单独的塞棒3以及落渣管5，其中在塞棒3下方和落渣管上部布置有定径的水口4；落渣管5下方的粒化仓的中心布置有粒化器6，粒化仓四周及顶部布置有粒化仓水冷壁8及水冷热风道16，移动床在粒化仓的下部，移动床下部为散料堆积层以及排渣机构13。
请参阅图2，本发明一种用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，水冷热风道16安装在粒化仓上部和整个装置右侧，风先水平再由上向下运动。
其中，运行模块22包括熔渣缓存机构-渣包1、粒化仓、移动床、排渣机构13、水冷热风道16、总烟道27、除尘器、引风机29以及烟囱，包括水的流程、风的流程和熔渣流程。
对于水流程，锅炉给水通过省煤器32进入汽包14，水通过下降管(分配管)进入到各水冷壁中。其中移动床水冷壁7和内墙水冷壁10之间有埋管11，水在之间流通。另外，粒化仓水冷壁8可以直接与移动床水冷壁7联通，或者通过埋管11和内墙水冷壁10以及错排管束31与其联通等。粒化仓水冷壁8一侧直接与汽包14联通，另一侧布置在水冷热风道中。
对于风流程，从移动床下部错排布风管12排出的风，穿过料层，到达粒化仓上部，经过折风角24进入水冷热风道16内部。在水冷热风道里，风通过与水冷热风道的水冷壁面、热风道过热器20、对流管束15以及省煤器32的换热后，汇入多个运行模块22共用的总烟道，之后通过除尘后由烟囱排出。
对于熔渣流程，每个运行模块22的共用渣包1上方布置有补燃燃烧器2，熔渣通过进渣口23进入渣包1。在共用的渣包1下方，分别为每个运行模块22设置单独的塞棒3以及落渣管5，其中在塞棒3下方和落渣管上部布置有定径的水口4。落渣管5下方的粒化仓的中心布置有粒化器6，粒化仓四周及顶部布置有粒化仓水冷壁8及水冷热风道16，移动床在粒化仓的下部，移动床下部为散料堆积层以及排渣机构13。
请参阅图3示，本发明一种用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统的第一种组合方案：
渣包、总烟道以及单个模块均纵向布置组合成一排，每个单模块共用一个渣包1、汽包14、总烟道27、除尘器28、风机29以及烟囱30；熔渣从渣包进渣口23进入每个运行模块22中，产生的烟气汇入总烟道27，被除尘器28处理后排放。汽包产生的蒸汽以及水分别分配进入单个运行模块22中。
请参阅图4示，本发明一种用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统的第二种组合方案：
渣包1成一排布置，通过各自独立的塞棒3、水口4以及落渣管5与各个单模块相连，运行模块22成两排布置，出口的烟气与总烟道27相连，相应的，总烟道弯曲两面布置，在每面烟道上方布置有共用汽包14。
请参阅图5示，本发明一种用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统的第三种组合方案：
整个系统截面成圆形布置；其中，渣包1在内侧，环形布置在运行模块22上方，且单模块绕一圆心径向布置，其进渣口23在径向一侧。烟气出口布置在单模块径向外侧，也成环形布置，且在上方是环形的汽包；总烟道27环形布置在最外侧，除尘器28、引风机29以及烟囱30布置在系统外部。
请参阅图6示，本发明一种用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统的第四种组合方案：
整个系统截面成圆形布置；其中，从圆心沿径向依次布置截面为环形的总烟道27、共用汽包14以及共用的渣包1。在渣包1的下方布置运行模块22，运行模块22绕圆心放置，除尘器28、引风机29以及烟囱30布置在系统中心。
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 (10)

1.一种用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，其特征在于，包括多个运行模块(22)，渣包(1)下部对应每个运行模块(22)设置有粒化仓水冷壁(8)，粒化仓水冷壁(8)的上部设置有水冷热风道(16)，粒化仓水冷壁(8)的下部设置有移动床水冷壁(7)，粒化仓水冷壁(8)、移动床水冷壁(7)以及水冷热热风道(16)产生的蒸汽汇入锅炉汽包(14)用于汽水分离，再分别进入水冷热风道(16)和粒化仓加热形成过热蒸汽；空气进入每个运行模块(22)后，依次经移动床、粒化仓形成热风，进入水冷热风道(16)换热冷却后的空气汇聚于共用的总烟道(27)内，经除尘器(28)和引风机(29)后由烟囱(30)排出。
2.根据权利要求1所述的用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，其特征在于，多个运行模块(22)共用一个锅炉汽包(14)，每个运行模块(22)的烟道中均设置有省煤器(32)，锅炉给水通过省煤器(32)进入共用的锅炉汽包(14)，锅炉汽包(14)下部对应每个运行模块(22)均设置单独的下降管(18)，下降管(18)的底部与布置在移动床水冷壁下部的下集箱(17)连接，下集箱(17)将水均匀分配给移动床水冷壁(7)。
3.根据权利要求2所述的用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，其特征在于，移动床水冷壁(7)的内外墙之间设置有埋管(11)，移动床水冷壁(7)上部与粒化仓水冷壁(8)连接，粒化仓水冷壁(8)的一部分与锅炉汽包(14)连接，另一部分组成水冷热风道(16)后再与锅炉汽包(14)连接。
4.根据权利要求3所述的用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，其特征在于，水冷热风道(16)内设置有对流管束(15)，对流管束(15)与锅炉汽包(14)的底部连接；锅炉汽包(14)上部分离的饱和蒸汽经饱和蒸汽管(19)分别进入每个运行模块(22)的水冷热风道(16)内，通过热风道过热器(20)换热后进入粒化仓顶部的二级过热器(21)形成过热蒸汽。
5.根据权利要求1所述的用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，其特征在于，多个运行模块(22)共用一个渣包(1)，渣包(1)的一侧设置有进渣口(23)，渣包(1)的上方设置有补燃燃烧器(2)，渣包(1)的下方对应每个运行模块(22)均设置有单独的塞棒(3)和落渣管(5)。
6.根据权利要求5所述的用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，其特征在于，塞棒(3)的下方和落渣管(5)的上部均设置有水口(4)，落渣管(5)下方设置的粒化仓的中心布置有粒化器(6)，粒化仓的四周和顶部布置有粒化仓水冷壁(8)及水冷热风道(16)，移动床的下部设置散料堆积层和排渣机构(13)。
7.根据权利要求1所述的用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，其特征在于，每个运行模块(22)的移动床下部，在移动床水冷壁(7)与内墙水冷壁(10)之间均设置有多层结构的错排布风管(12)，风通过错排布风管(12)依次经其上方设置的移动床内埋管(11)、风冷耙(25)、错排管束(32)和粒化仓顶部的折风角(24)后进入水冷热风道(16)。
8.根据权利要求7所述的用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，其特征在于，水冷热风道(16)内依次设置有热风道过热器(20)、对流管束(15)以及省煤器(32)，水冷热风道(16)的尾部连接多个运行模块(22)共用的总烟道(27)，经总烟道(27)依次连接除尘器(28)、引风机(29)和烟囱(30)。
9.根据权利要求1所述的用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，其特征在于，移动床和粒化仓之间设置有错排管束(31)，错排管束(31)之间设置有旋转剪切破碎刀(9)，旋转剪切破碎刀(9)的内部能够通入冷却介质。
10.根据权利要求1所述的用于液态熔渣余热回收的模块化自然对流锅炉系统，其特征在于，移动床的料层下方设置有风冷耙(25)，风冷耙(25)的风帽开口方向竖直向上，风冷耙(25)的一端设置在移动床的外部，另一端靠近内墙水冷壁(10)设置。
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