CN111270026A - 高炉熔渣干式余热回收系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高炉熔渣干式余热回收系统及方法，属于冶金余热回收技术领域。该系统包括粒化器、储料仓、振动筛分机、破碎机、移动床、M‑TX多路测温仪、流率控制箱、螺旋排料机和低温渣粒输运带，粒化器下方设置储料仓，储料仓下方设置振动筛分机，振动筛分机的第一卸料口接破碎机，第二卸料口接移动床，破碎机卸料口接移动床，移动床连接M‑TX多路测温仪，M‑TX多路测温仪连接流率控制箱，移动床后设置螺旋排料机，螺旋排料机连接流率控制箱，螺旋排料机后接低温渣粒输送带。本发明解决了水淬极冷法和流化床余热回收技术中存在的余热回收率低、需要二次处理、水资源浪费严重等问题，有助于推进钢铁冶金行业的绿色制造。

Description

高炉熔渣干式余热回收系统及方法
技术领域
本发明涉及冶金余热回收技术领域，特别是指一种高炉熔渣干式余热回收系统及方法。
背景技术
世界钢铁协会2019年的统计数据显示：2018年全球粗钢总产量为18.08亿吨，其中我国2018年粗钢产量高达9.3亿吨，占世界钢铁总产量的51.3％，我国业已成为世界第一大钢铁产量国。而高炉熔渣作为钢铁行业的典型副产品，其温度可达1450-1650℃，每吨高炉熔渣中所蕴含的显热可估计为1770MJ/t。我国钢铁工业每年排渣量高达3亿吨，蕴含的显热相当于三峡水电站一半的发电量。
目前我国大部分高炉熔渣均采用水淬极冷的方式来回收高炉熔渣中的热量，所产生的高炉渣仅能用作水泥的掺混物，冲渣水中还需后处理工艺才能进一步被用作供暖热水使用。这不仅浪费了高炉渣中大量的显热，还浪费大量的水资源。在干式余热回收方面，目前国际上普遍采用流化床作为高炉渣余热回收装置。然而，流化床极易发生返混且气固接触不均匀，使得余热回收率偏低，故此流化床余热回收工艺并未得到进一步的工业化。
今后，钢铁行业作为国民经济的支柱产业，其产量将进一步增大，所排出的高炉渣也将急剧上升。这一现状使得原有的余热回收方法已经不能满足对高炉渣中所蕴含热量的高效利用的需求，因此我们亟需开发一种具有高品质、高余热回收率的熔渣余热回收系统。这将进一步推动工业节能减排，实现高炉熔渣的资源化利用，全面推进钢铁冶金行业的绿色制造。
发明内容
本发明为解决目前水淬极冷法和流化床余热回收技术中存在的余热回收率低、需要二次处理、水资源浪费严重等问题，提供一种高炉熔渣干式余热回收系统及方法。
该系统包括粒化器、储料仓、振动筛分机、破碎机、移动床、M-TX多路测温仪、流率控制箱、螺旋排料机和低温渣粒输运带，粒化器下方设置储料仓，储料仓下方设置振动筛分机，振动筛分机的第一卸料口接破碎机，振动筛分机的第二卸料口接移动床，破碎机的破碎机卸料口接移动床，移动床连接M-TX多路测温仪，M-TX多路测温仪连接流率控制箱，移动床后设置螺旋排料机，螺旋排料机连接流率控制箱，螺旋排料机后接低温渣粒输送带。
其中，粒化器包括转杯、粒化仓和粒化仓水冷壁，粒化仓上方设置转杯，粒化仓下部包裹粒化仓水冷壁，粒化仓下方设置第一冷却水管道和蒸汽管道，第一冷却水管道上设置第一水泵。
储料仓设置储料器保温层，储料仓下部设置储料器卸料口。
振动筛分机下部设置第一卸料口和第二卸料口，振动筛分机一侧通入冷却风管道，振动筛分机另一侧连接热风管道，冷却风管道入口处设置鼓风机。
破碎机设置保温层，破碎机内设置不少于两个破碎辊。
移动床包裹移动床保温层，移动床上部设置移动床入料口，移动床内部装有串联的换热管，换热管下部接换热管冷水入口，换热管上部接换热管蒸汽出口，换热管蒸汽出口上设置蒸汽出口热电偶，换热管冷水入口上设置冷水入口热电偶和第二水泵，移动床内部设置移动床层中热电偶，移动床下部设置移动床卸料口，移动床卸料口连接螺旋排料机。
低温渣粒输运带外部设置输运带冷却水壁，低温渣粒输运带下部设置热水管道，上部设置第二冷却水管道，第二冷却水管道上设置第三水泵。
转杯还可以设置为转盘来代替。
应用该系统的方法，包括步骤如下：
S1：从高炉出来的液态高炉熔渣进入粒化器后经过转杯转盘粒化，在粒化仓中碰壁后快速冷却为外壳为固态、内核为液态的高炉渣；
S2：从粒化器出来的高炉渣进入储料仓中暂时储存；
S3：高炉渣进入振动筛分机后进一步冷却，经过筛分粒径在5mm以下的高炉渣直接进入移动床中；
S4：粒径大于5mm的高炉渣进入破碎机中进一步破碎至5mm以下，然后输运到移动床中；
S5：粒径为5mm以下的高炉渣在移动床换热器中进行换热，换热管中产生热蒸汽被输运到发电厂，高炉渣进一步冷却至475K以下；
S6：温度低于475K的高炉渣经低温渣粒输运带的冷却循环水进一步冷却，最终获得的高玻璃体含量高炉渣被运输至水泥厂加工成特种水泥。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明中对高炉渣中的热量进行四次余热回收，余热回收率在90％以上。首先采用具有冷却循环水为壁面的粒化仓使粒化后的液态熔渣在粒化仓壁面迅速冷却放热凝固，回收液态高炉渣中的潜热。其次通过在振动筛分机中加入鼓风机、在移动床换热器中固固换热、在输运带上添加循环水，进一步回收固态高炉渣中的显热，实现液态高炉渣中的高品位余热资源的高效回收，解决了水淬极冷法和流化床余热回收技术中存在的余热回收率低、需要二次处理、水资源浪费严重等问题，并兼顾了颗粒品质的调控及后续的高炉渣资源化问题，因此本系统有助于进一步推进钢铁冶金行业的绿色制造。
附图说明
图1为本发明的高炉熔渣干式余热回收系统结构示意图。
其中：1-粒化器，2-转杯，3-粒化仓，4-粒化仓水冷壁，5-第一冷却水管道，6-第一水泵，7-蒸汽管道，8-粒化器卸料口，9-储料仓，10-储料器保温层，11-储料器卸料口，12-振动筛分机，13-鼓风机，14-冷却风管道，15-热风管道，16-第一卸料口，17-破碎机，18-保温层，19-破碎辊，20-破碎机卸料口，21-第二卸料口，22-移动床入料口，23-移动床保温层，24-移动床，25-换热管蒸汽出口，26-蒸汽出口热电偶，27-移动床层中热电偶，28-M-TX多路测温仪，29-流率控制箱，30-换热管冷水入口，31-冷水入口热电偶，32-第二水泵，33-移动床卸料口，34-螺旋排料机，35-低温渣粒输运带，36-输运带冷却水壁，37-第三水泵，38-第二冷却水管道，39-热水管道。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种高炉熔渣干式余热回收系统及方法。
如图1所示，该系统包括粒化器1、储料仓9、振动筛分机12、破碎机17、移动床24、M-TX多路测温仪28、流率控制箱29、螺旋排料机34和低温渣粒输运带35，粒化器1下方设置储料仓9，储料仓9下方设置振动筛分机12，振动筛分机12的第一卸料口16接破碎机17，振动筛分机12的第二卸料口21接移动床24，破碎机17的破碎机卸料口20接移动床24，移动床24连接M-TX多路测温仪28，M-TX多路测温仪28连接流率控制箱29，移动床24后设置螺旋排料机34，螺旋排料机34连接流率控制箱29，螺旋排料机34后接低温渣粒输送带35。
粒化器1包括转杯2、粒化仓3和粒化仓水冷壁4，粒化仓3上方设置转杯2，粒化仓3下部包裹粒化仓水冷壁4，粒化仓3下方设置第一冷却水管道5和蒸汽管道7，第一冷却水管道5上设置第一水泵6。
储料仓9设置储料器保温层10，储料仓9下部设置储料器卸料口11。
振动筛分机12下部设置第一卸料口16和第二卸料口21，振动筛分机12一侧通入冷却风管道14，振动筛分机12另一侧连接热风管道15，冷却风管道14入口处设置鼓风机13。
破碎机17设置保温层18，破碎机17内设置不少于两个破碎辊19。
移动床24包裹移动床保温层23，移动床24上部设置移动床入料口22，移动床24内部装有串联的换热管，换热管下部接换热管冷水入口30，换热管上部接换热管蒸汽出口25，换热管蒸汽出口25上设置蒸汽出口热电偶26，换热管冷水入口30上设置冷水入口热电偶31和第二水泵32，移动床24内部设置移动床层中热电偶27，移动床24下部设置移动床卸料口33，移动床卸料口33连接螺旋排料机34。移动床壁面上安装多个热电偶27，监测床层内温度变化。移动床床层中热电偶27的位置为各排换热管的正下方。
低温渣粒输运带35外部设置输运带冷却水壁36，低温渣粒输运带35下部设置热水管道39，上部设置第二冷却水管道38，第二冷却水管道38上设置第三水泵37。
流率控制箱29左右端分别与M-TX多路测温仪28和螺旋排料机34相连，流率控制箱29的控制系统为PID控制系统。一方面当从M-TX多路测温仪28反馈出床层内各点处温度过高时，流率控制箱29将通过控制螺旋排料机34来减慢排料速率，增大高炉渣颗粒的余热回收率；另一方面当从M-TX多路测温仪28反馈出床层内各点处温度过低时，流率控制箱29将通过控制螺旋排料机34来增大排料速率，增大移动床高炉渣颗粒余热回收的处理量；
应用该系统的方法，包括步骤如下：
S1：从高炉出来的液态高炉熔渣进入粒化器后经过转杯转盘粒化，在粒化仓中碰壁后快速冷却为外壳为固态、内核为液态的高炉渣；
S2：从粒化器出来的高炉渣进入储料仓中暂时储存；
S3：高炉渣进入振动筛分机后进一步冷却，经过筛分粒径在5mm以下的高炉渣直接进入移动床中；
S4：粒径大于5mm的高炉渣进入破碎机中进一步破碎至5mm以下，然后输运到移动床中；
S5：粒径为5mm以下的高炉渣在移动床换热器中进行换热，换热管中产生热蒸汽被输运到发电厂，高炉渣进一步冷却至475K以下；
S6：温度低于475K的高炉渣经低温渣粒输运带的冷却循环水进一步冷却，最终获得的高玻璃体含量高炉渣被运输至水泥厂加工成特种水泥。
在实际应用中，1725K-1925K的液态高炉渣进入到粒化器1中经转杯2粒化碰撞到粒化仓水冷壁4上，迅速冷却形成1400-1600K的固态高炉渣，经过热交换后高炉渣经粒化器卸料口8排出。从储料仓卸料口11排出的温度在1400-1600K的固态高炉渣在振动筛分机12中与冷却风换热，冷却至1200K左右，在振动筛分机12的作用下粒径大于5mm的高炉渣颗粒进入到破碎机17中，粒径小于5mm的高炉渣颗粒直接进入到移动床24中；从振动筛分机第一卸料口16排出的颗粒粒径大于5mm的固态高炉渣被碾碎至5mm以下，之后经破碎机卸料口排出；温度为1200K左右、粒径小于5mm的高炉渣从移动床入料口22进入到移动床24中，在自身重力的作用下向下移动，横掠过换热管与之换热，高炉渣被冷却至475K以下，最终从移动床卸料口33排出；从移动床卸料口33卸下的475K以下高炉渣经螺旋排料机34排出。温度在475K以下的高炉渣经过与低温渣粒输运带35内部冷却循环水换热，高炉渣冷却至325K以下，最终通过被运输到水泥厂中进行回收利用。
本高炉熔渣干式余热回收系统中回收所得到的高温蒸汽和高温气体可用于发电，低温渣粒输运带中所得到的热水可用于供暖，经过四次余热回收的高炉渣的余热回收率可到90％以上。
本高炉熔渣干式余热回收系统不仅可用于钢铁行业高炉熔渣的余热回收及处理，还可用作如铝渣、铜渣等其他冶炼废渣。
综上，本发明针对目前水淬法和基于流化床余热回收装置中普遍存在的高能耗、水资源浪费、余热回收率低等问题创新性地提出了一种干式余热回收系统，将粒化器、储料仓、振动筛分机、破碎机、移动床、螺旋排料机、低温渣粒运输带、M-TX多路测温仪、流率控制箱等装置紧密结合，利用粒化器将液态高炉渣粒化冷却，由液态变为固态，回收液态高炉渣中的潜热，利用振动筛分机中的冷却风、移动床中的换热管、输运带中的循环冷却水回收固态高炉渣中的显热，并且在移动床中采用M-TX多路测温仪监测床层各点处的温度变化，当温度过低或者过高时，采用反馈调节，进一步提高余热回收率和高炉渣处理量。本回收系统中所得到的热风、热蒸汽、热水、高玻璃体含量的高炉渣均能得到合理高效的利用，在保证高余热回收率的同时兼顾了其渣粒品质调控。
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高炉熔渣干式余热回收系统，其特征在于：包括粒化器(1)、储料仓(9)、振动筛分机(12)、破碎机(17)、移动床(24)、M-TX多路测温仪(28)、流率控制箱(29)、螺旋排料机(34)和低温渣粒输运带(35)，粒化器(1)下方设置储料仓(9)，储料仓(9)下方设置振动筛分机(12)，振动筛分机(12)的第一卸料口(16)接破碎机(17)，振动筛分机(12)的第二卸料口(21)接移动床(24)，破碎机(17)的破碎机卸料口(20)接移动床(24)，移动床(24)连接M-TX多路测温仪(28)，M-TX多路测温仪(28)连接流率控制箱(29)，移动床(24)后设置螺旋排料机(34)，螺旋排料机(34)连接流率控制箱(29)，螺旋排料机(34)后接低温渣粒输送带(35)。
2.根据权利要求1所述的高炉熔渣干式余热回收系统，其特征在于：所述粒化器(1)包括转杯(2)、粒化仓(3)和粒化仓水冷壁(4)，粒化仓(3)上方设置转杯(2)，粒化仓(3)下部包裹粒化仓水冷壁(4)，粒化仓(3)下方设置第一冷却水管道(5)和蒸汽管道(7)，第一冷却水管道(5)上设置第一水泵(6)。
3.根据权利要求1所述的高炉熔渣干式余热回收系统，其特征在于：所述储料仓(9)设置储料器保温层(10)，储料仓(9)下部设置储料器卸料口(11)。
4.根据权利要求1所述的高炉熔渣干式余热回收系统，其特征在于：所述振动筛分机(12)下部设置第一卸料口(16)和第二卸料口(21)，振动筛分机(12)一侧通入冷却风管道(14)，振动筛分机(12)另一侧连接热风管道(15)，冷却风管道(14)入口处设置鼓风机(13)。
5.根据权利要求1所述的高炉熔渣干式余热回收系统，其特征在于：所述破碎机(17)设置保温层(18)，破碎机(17)内设置不少于两个破碎辊(19)。
6.根据权利要求1所述的高炉熔渣干式余热回收系统，其特征在于：所述移动床(24)包裹移动床保温层(23)，移动床(24)上部设置移动床入料口(22)，移动床(24)内部装有串联的换热管，换热管下部接换热管冷水入口(30)，换热管上部接换热管蒸汽出口(25)，换热管蒸汽出口(25)上设置蒸汽出口热电偶(26)，换热管冷水入口(30)上设置冷水入口热电偶(31)和第二水泵(32)，移动床(24)内部设置移动床层中热电偶(27)，移动床(24)下部设置移动床卸料口(33)，移动床卸料口(33)连接螺旋排料机(34)。
7.根据权利要求1所述的高炉熔渣干式余热回收系统，其特征在于：所述低温渣粒输运带(35)外部设置输运带冷却水壁(36)，低温渣粒输运带(35)下部设置热水管道(39)，上部设置第二冷却水管道(38)，第二冷却水管道(38)上设置第三水泵(37)。
8.根据权利要求2所述的高炉熔渣干式余热回收系统，其特征在于：所述转杯(2)设置为转盘。
9.应用权利要求1所述的高炉熔渣干式余热回收系统的方法，其特征在于：包括步骤如下：
S1：从高炉出来的液态高炉熔渣进入粒化器后经过转杯转盘粒化，在粒化仓中碰壁后快速冷却为外壳为固态、内核为液态的高炉渣；
S2：从粒化器出来的高炉渣进入储料仓中暂时储存；
S3：高炉渣进入振动筛分机后进一步冷却，经过筛分粒径在5mm以下的高炉渣直接进入移动床中；
S4：粒径大于5mm的高炉渣进入破碎机中进一步破碎至5mm以下，然后输运到移动床中；
S5：粒径为5mm以下的高炉渣在移动床换热器中进行换热，换热管中产生热蒸汽被输运到发电厂，高炉渣进一步冷却至475K以下；
S6：温度低于475K的高炉渣经低温渣粒输运带的冷却循环水进一步冷却，最终获得的高玻璃体含量高炉渣被运输至水泥厂加工成特种水泥。
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