CN111271978A - 一种高温熔渣余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种高温熔渣余热回收系统，以内冷双滚筒粒化和竖式旋转冷却器为核心，内冷双滚筒粒化装置由两个对称布置的滚筒和两个除渣辊组成，滚筒由内筒和外筒组成，内筒固定不动，外筒和内筒中间设置有冷却水管和喷嘴，保证外筒内壁始终处于冷却水覆盖下。除渣辊表面是齿轮形状，能够将滚筒表面的渣层挤压剥离破碎，实现粒化作用。竖式旋转冷却器的底盘和冷却器本体旋转运动，顶部进料口固定不动，旋转底盘上布置有固定排料档杆，这种结构设计实现了螺旋布料和固定排料，布料均匀，提高了换热效率。

Description

一种高温熔渣余热回收系统

技术领域

本发明涉及炉渣余热回收综合利用，具体涉及一种高温熔渣余热回收装置。

背景技术

高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废物，当炉温达到1450～1650℃时，炉料熔融，矿石中的脉石、焦炭中的灰分和助溶剂和其他不能进入生铁中的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主浮在铁水上面的熔渣，主要成分为CaO、SiO2、Al2O3,还有少量MgO、MnO、FeO和S等。高炉渣是炼铁的废弃物，每吨生铁约产生0.29吨高炉渣，出炉温度1450～1650℃，熔融态的高炉渣的显热及溶解热达到1883.6MJ/t。按照我国年生铁产量6亿吨计算，每年产生高炉渣1.74亿吨，所含余热相当于1114万吨标准煤。无论是单位热量还是总量，高炉渣都是一种高品位的余热资源，对其高效回收利用，是钢铁行业节能减排、提高二次能源效率的重要途径和方式。

目前国内处理高炉渣的方式绝大多数均为水淬法，即对高炉渣进行冲水冷却，高炉渣粒化成为水渣，经加工后用作建材原料；冲渣水进行沉淀、过滤、冷却后循环使用。由于水淬将高炉渣高品位显热转化为了低品位的冲渣水余热，冲渣水余热回收技术存在的回收率低、能量品位低、用途受限的问题很难得到解决。并且水淬法还产生大量含有SO2等有害气体的水蒸气，不仅造成大气污染，而且对周边环境造成热污染。同时，水淬产生的大量70～90℃的腐蚀性、高硬度、高悬浮物的热水，难以回收其余热。北方地区部分企业用冲渣水间接换热用于冬季采暖，余热回收率不到10％。

固化后的炉渣的余热回收装置，无论是以气体为冷却换热介质的移动床、固定床或流化床，还是以水为冷却换热介质的固体颗粒余热锅炉，普遍存在固体物料在装置内布料不均匀、与冷却换热介质之间的接触不充分的问题，直接后果就是换热效率低。一方面高温炉渣的热量被浪费，另一方面也多消耗冷却换热介质。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高温熔渣余热回收系统，实现高温熔渣的快速冷却固化和渣粒的高温余热的高效回收。

为实现上述目的，本发明拟采取如下技术手段：

一种高温熔渣余热回收系统，包括滚筒粒化装置、输送机、竖式旋转冷却器、余热锅炉以及除尘器、引风机，高温液态熔渣在滚筒粒化器内被冷却、固化成渣粒后经输送机送入竖式旋转冷却器，与冷空气进行竖式逆流换热；冷空气经过气固换热后进入余热锅炉与水换热后，一部分返回竖式旋转冷却器用于渣粒冷却，另一部分经除尘器除尘后排空，或者再次进行低温余热利用，同时余热锅炉产生的水蒸汽，用于发电或其它工艺系统；

所述滚筒粒化装置包括水平设置的一对滚筒，该对滚筒的轴高度相等，相切且反向转动，两个滚筒相切处形成渣槽，用于落入高温熔渣；两个滚筒的外侧分别设置有除渣辊，用于对滚筒外壁的熔渣进行剥离破碎；在所述滚筒内还设置有水冷系统，用于在滚筒转动到除渣辊之前对滚筒外壁进行水冷降温。

所述竖式旋转冷却器包括具有环形腔体结构的壳体、底盘、热回收罩以及排料装置，壳体与底盘为一个整体进行转动，壳体包括内筒与外筒，外筒相对于底盘悬空，在圆周方向上形成卸料口，排料装置固定于底盘之外，与之外做圆周相对转动用于刮料或排料；热回收罩位于壳体顶部，相对壳体固定不动，热回收罩上设置有进料溜槽。

进一步，所述高温熔渣余热回收系统还包括引风机，用于将外界的冷空气吸入竖式旋转冷却器进行气固换热，同时也使竖式旋转冷却器内为微负压。

进一步，滚筒粒化装置中，所述滚筒由内筒和外筒构成，内筒固定不动，两个外筒做反向旋转运动。

更进一步，所述内筒外表面和外筒内表面构成环形腔，内筒外表面的上半部设置有冷却水管，冷却水管上安装有多个喷嘴，确保外筒内表面被喷嘴喷出的冷却水覆盖，同时在环形腔内的下半部形成水腔，积有一定高度水位的积水。

更进一步，两个滚筒置于外壳内，外壳的上半部内壁设有水冷器，其内通冷却水，外壳的下半部内壁设有耐火层。

进一步，除渣辊表面为齿形，用于对滚筒表面的渣层进行挤压和和剥离。

优选的，板式输送机的背部设有喷水装置。

其中，竖式旋转冷却器中，壳体为环形结构，内筒与外筒、内筒与底盘之间均通过数个支撑柱连接固定，使壳体与底盘形成一个整体；底盘为环形圆盘，通过滚轮支撑，径向通过定位辊定位。

进一步，内筒和外筒顶部设有环形水槽，其内充满水，热回收罩的内壁和外壁至于环形水槽内，实现软连接与密封；竖式旋转冷却器的外周底部设置有若干个进风口，外界的冷空气被吸入后自下向上流动。

进一步，排料装置包括液压驱动装置和排料臂，排料臂在工作状态时伸入底盘外沿面上，非工作状态下收回，与底盘分离。

与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：

本发明的高温熔渣余热回收系统，以内冷双滚筒粒化和竖式旋转冷却器为核心，内冷双滚筒粒化装置由两个对称布置的滚筒和两个除渣辊组成。滚筒由内筒和外筒组成，内筒固定不动，外筒和内筒中间设置有冷却水管和喷嘴，保证外筒内壁始终处于冷却水覆盖下。除渣辊表面是齿轮形状，能够将滚筒表面的渣层挤压剥离破碎，实现粒化作用。

竖式旋转冷却器的底盘和冷却器本体旋转运动，顶部进料口固定不动，旋转底盘上布置有固定排料档杆，这种结构设计实现了螺旋布料和固定排料，布料均匀，提高了换热效率，这种采用窑体旋转、布料静止的结构，烧结料做自上而下的螺旋下落运动，冷风在负压作用下从底部吸入并自下而上运动，高温物料和冷风在竖式旋转冷却器内进行竖式逆流热交换。这种结构设计，使布料、排料和布风的均匀性有了很大提升，相应提高了换热效率。

附图说明

图1为本发明的系统示意图。

图2为本发明的内冷双滚筒粒化装置示意图。

图3为本发明的竖式旋转冷却器示意图。

图中，倒渣槽1、滚筒粒化装置2、板式输送机3、竖式旋转冷却器4、余热锅炉5、除尘器6、引风机7；

滚筒201、除渣辊202、外壳203、端板204、冷却水管205、喷嘴206、刮板207、排渣口208、进料斗209、渣层210、熔渣211；

内筒2011、外筒2012、水腔2013；

水冷器2031、耐火层2032；

壳体401、热回收罩402、进料溜槽403、排气口404、支撑横梁405、底盘406、滚轮407、定位辊408、驱动装置409、支撑柱410、环形水槽411、进风口412、排料装置413、排料溜槽414、输送带415、卸料口416。

以下结合附图以及实施例对本发明的方案进一步进行说明。

具体实施方式

需要说明的是，本发明方案所描述的高温熔渣粒化装置，一方面将高温熔渣进行粒化，回收一部分热量，另一方面由于快速急冷，固化后的炉渣的玻璃体含量高，易于用作水泥熟料。两个滚筒和两个除渣辊对称布置，独立安装运行，避免了旋转设备的连接，便于维护和稳定连续运行，易于工业化生产。滚筒表面的渣层，在到达除渣辊被挤压剥离破碎之前，温度不超过850℃，炉渣已经全部被冷却到了固化温度以下，破碎后的炉渣不会重新粘结。炉渣的最小冷却速率大于60℃/s，满足快速急冷的要求，固态渣的玻璃体含量90％以上。采用本方案的高温熔融炉渣的粒化及热回收装置，模拟计算得知，高温熔渣的热回收率可达到80％以上。

本发明方案所描述的竖式旋转冷却器，固体物料在冷却器内螺旋下落，布料均匀；冷空气从冷却器底部圆周方向进入，布风均匀；高温固体物料与冷空气进行逆流换热，换热效率高。由于引风机的作用，冷却器内为微负压，不会产生粉尘外泄，环保效果好。竖式旋转冷却器的冷风利用率达到95％以上，热回收效率达到80％以上。

本发明所描述的以内冷双滚筒粒化和竖式旋转冷却器为核心的高温熔渣余热回收系统，整体热回收效率可达到65％以上。同时节约大量用水，对空气没有污染，环保效果好。

实施例1：

本实施例提供一种高温熔渣粒化装置，如图1-3，主要包括倒渣槽1、滚筒粒化装置2、板式输送机3、竖式旋转冷却器4、余热锅炉5、袋式除尘器6、引风机7。来自倒渣槽1的1450℃～1550℃高温液态熔渣，在滚筒粒化器2内被冷却、固化成渣粒；800℃～900℃的高温渣粒经板式输送机3送入竖式旋转冷却器4，与冷空气进行竖式逆流换热，被冷却至150℃以下排出，送入下道工序。冷空气经过气固换热后被加热到400℃～500℃，进入余热锅炉5，与水换热后，被冷却至150℃以下，一部分返回竖式旋转冷却器4用于渣粒冷却，另一部分经布袋除尘器6除尘后达到15mg/m³以下，可以排空，也可以再次进行低温余热利用。余热锅炉5产生的水蒸汽，根据系统需要，既可以用于汽轮机发电或拖动，也可以用于其它工艺系统，比如干燥等。系统中的引风机7，用于将外界的冷空气吸入竖式旋转冷却器4进行气固换热，同时也使竖式旋转冷却器4内为微负压，避免粉尘外泄，有利于环境保护。

滚筒粒化装置2如图2所示，采用双滚筒设计，两个完全一样的滚筒201平行相切布置，端面设有端板204，使两个滚筒之间的上部形成熔渣槽。

滚筒201由内筒2011和外筒2012构成，内筒2011固定不动，外筒2012在电动机、减速机和齿轮对的驱动下做旋转运动，两个滚筒201分别各由一个驱动装置驱动，按照图示方向反向旋转。外筒2012的圆周面材质采用导热性良好的铜。

内筒2011外表面和外筒2012内表面构成的环形腔内，内筒2011外表面的上半部设置有均匀分布的冷却水管205，冷却水管205上安装有多个喷嘴206，冷却水管205和喷嘴206的布置确保外筒2012内表面被喷嘴206喷出的冷却水覆盖。同时在环形腔内的下半部形成水腔2013，积有一定高度水位的积水。

两个滚筒置于外壳203内，外壳203的上半部内壁，设有水冷器2031，通冷却水，吸收壳内热量。外壳203下半部内壁铺有耐火层2032，减少热量散出外壳。

来自倒渣槽1的熔融高炉渣，经过内壁带有保温层的进料斗209被泼到两滚筒201之间的渣槽中，高炉渣一方面由于重力作用在渣槽中往下流动，另一方面又因为滚筒201的旋转作用获得向上的运动速度，炉渣在滚筒201表面固化形成一个薄层。

内筒2011和外筒2012之间上部的冷却水管205通过喷嘴206向外筒2012内壁喷水，使外筒2012外表面的温度不超过100℃，能够满足高温熔渣的急冷要求，同时保证滚筒201材料不会发生高温蠕变。

每个滚筒210的水平方向外侧各配置一个除渣辊202，与滚筒210相切布置，在电机驱动下转动，除渣辊202表面为齿轮形状，对滚筒201表面的渣层进行挤压和和剥离，使渣层破碎成渣粒，落下后从底部排渣口208排出。

外筒2012外表面的渣层经过除渣辊202破碎除渣后，残留在表面的固态渣，经设置于滚筒201底部的刮板207进行刮除。

滚筒201两端的端面上设有进水口，冷却水从进水口进入内筒2011和外筒2012之间的冷却水管205，并通过喷嘴206喷向外筒2012的内壁，吸收高温熔渣传递过来的热量，冷却水吸收热量后变成水蒸气，从滚筒201端面的排气口排出，可与余热锅炉5产生的蒸汽会合后通过汽轮机发电或拖动，也可单独供工艺系统需要，比如干燥等。

从粒化装置排出的高温固态渣，约800～900℃，进入竖式旋转冷却器4进行冷却和热量回收。

板式输送机3采用不锈钢制造，背面设有喷水装置，用于降温，以保持长周期稳定运行。

竖式旋转冷却器4如图3所示，主要由壳体401、热回收罩402、底盘406、排料装置413、排料溜槽414、输送带415组成。

热回收罩402悬挂于支撑横梁405下，固定不动。热回收罩上设置有一个进料溜槽403和1至3个排气口404。进料溜槽通过特殊的结构设计实现料封作用，防止冷却器内的气体和粉尘溢出。热回收罩内壁铺有保温隔热材料。

冷却器壳体401为环形结构，内筒与外筒、内筒与底盘406之间均通过数个支撑柱410连接固定，使401与底盘406形成一个整体。外筒相对于底盘为悬空，在圆周方向上形成卸料口。

底盘406为环形圆盘，通过滚轮407支撑，径向通过定位辊408定位，冷却器壳体401和底盘406形成一个整体，通过驱动装置409实现转动。底盘406与驱动装置409之间通过齿轮销轴方式或摩擦方式传递扭矩。驱动装置409包括电机、减速机等。

冷却器壳体401的内筒和外筒顶部设有环形水槽411，其内充满水，热回收罩402的内壁和外壁至于壳体401的环形水槽411内，实现软连接与密封。

冷却器外周底部设置有若干个进风口412，外界的冷空气在引风机7作用下被吸入冷却器内，自下向上流动。

排料装置413固定于冷却器底盘406之外，与冷却器做圆周相对转动。排料装置413包括液压驱动装置和排料臂，排料臂在工作状态时伸入底盘外沿面上，非工作状态下可收回，与冷却器底盘406分离。

经粒化装置2固化后的高温固态渣粒通过板式输送机3送入竖式旋转冷却器顶部的进料溜槽403，冷却器壳体与底盘作为一个整体在电机驱动下转动，而热回收罩为固定不动，进料溜槽固定于热回收罩上，这种相对转动实现了高温物料在环形冷却器内的螺旋布料，保证了布料均匀性。外界的冷空气在引风机作用下被吸入冷却器内，自下向上流动，与高温固体料层做竖式逆流换热，被加热的空气自设置于冷却器顶部热回收罩上的排气口404引出，进入余热锅炉。被冷却后的固体物料在自重作用下，自冷却器外周底部的卸料口泄出，堆积在底盘外周上，被排料装置的排料臂刮出底盘，落入排料溜槽，经输送带送至下道工序。

Claims (10)

1.一种高温熔渣余热回收系统，包括滚筒粒化装置(2)、输送机(3)、竖式旋转冷却器(4)、余热锅炉(5)、除尘器(6)以及引风机(7)，其特征在于，高温液态熔渣在滚筒粒化器(2)内被冷却、固化成渣粒后经输送机(3)送入竖式旋转冷却器(4)，与冷空气进行竖式逆流换热；冷空气经过气固换热后进入余热锅炉(5)与水换热后，一部分返回竖式旋转冷却器(4)用于渣粒冷却，另一部分经除尘器(6)除尘后排空，或者再次进行低温余热利用，同时余热锅炉(5)产生的水蒸汽，用于发电或其它工艺系统；

所述滚筒粒化装置(2)包括水平设置的一对滚筒(201)，该对滚筒(201)的轴高度相等，相切且反向转动，两个滚筒(201)相切处形成渣槽(204)，用于落入高温熔渣；两个滚筒(201)的外侧分别设置有除渣辊(202)，用于对滚筒(201)外壁的熔渣进行剥离破碎；在所述滚筒(201)内还设置有水冷系统，用于在滚筒(201)转动到除渣辊(202)之前对滚筒(201)外壁进行水冷降温。

所述竖式旋转冷却器(4)包括具有环形腔体结构的壳体(401)、底盘(406)、热回收罩(402)以及排料装置(413)，壳体(401)与底盘(406)为一个整体进行转动，壳体(401)包括内筒与外筒，外筒相对于底盘(406)悬空，在圆周方向上形成卸料口，排料装置(413)固定于底盘(406)之外，与之外做圆周相对转动用于刮料或排料；热回收罩(402)位于壳体(401)顶部，相对壳体(401)固定不动，热回收罩上设置有进料溜槽(403)。

2.如权利要求1所述高温熔渣余热回收系统，其特征在于，所述高温熔渣余热回收系统还包括引风机(7)，用于将外界的冷空气吸入竖式旋转冷却器(4)进行气固换热，同时也使竖式旋转冷却器(4)内为微负压。

3.如权利要求1所述高温熔渣余热回收系统，其特征在于，滚筒粒化装置(2)中，所述滚筒(201)由内筒(2011)和外筒(2012)构成，内筒固定不动，两个外筒做反向旋转运动。

4.如权利要求3所述高温熔渣余热回收系统，其特征在于，所述内筒(2011)外表面和外筒(2012)内表面构成环形腔，内筒(2011)外表面的上半部设置有冷却水管(205)，冷却水管(205)上安装有多个喷嘴(206)，确保外筒(2012)内表面被喷嘴喷出的冷却水覆盖，同时在环形腔内的下半部形成水腔，积有一定高度水位的积水。

5.如权利要求1所述高温熔渣余热回收系统，其特征在于，两个滚筒(201)置于外壳(203)内，外壳(203)的上半部内壁设有水冷器(2031)，其内通冷却水，外壳(203)的下半部内壁设有耐火层。

6.如权利要求1所述高温熔渣余热回收系统，其特征在于，除渣辊(202)表面为齿形，用于对滚筒(201)表面的渣层进行挤压和和剥离。

7.如权利要求1所述高温熔渣余热回收系统，其特征在于，板式输送机(3)的背部设有喷水装置。

8.如权利要求1所述高温熔渣余热回收系统，其特征在于，竖式旋转冷却器(4)中，壳体(401)为环形结构，内筒与外筒、内筒与底盘之间均通过数个支撑柱(410)连接固定，使壳体与底盘形成一个整体；底盘(406)为环形圆盘，通过滚轮(407)支撑，径向通过定位辊(408)定位。

9.如权利要求1所述高温熔渣余热回收系统，其特征在于，内筒和外筒顶部设有环形水槽(411)，其内充满水，热回收罩(402)的内壁和外壁至于环形水槽(411)内，实现软连接与密封；竖式旋转冷却器(4)的外周底部设置有若干个进风口(412)，外界的冷空气被吸入后自下向上流动。

10.如权利要求1所述高温熔渣余热回收系统，其特征在于，排料装置(413)包括液压驱动装置和排料臂，排料臂在工作状态时伸入底盘(406)外沿面上，非工作状态下收回，与底盘(406)分离。

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