CN114317845B - 一种钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢渣资源化利用技术领域，具体涉及一种钢渣余热综合利用与f‑CaO分级消解方法，包括如下步骤：向熔融状态的钢渣中混合加入钢渣改性剂；将所述钢渣离心粒化；通过冷空气和水吸收所述钢渣的余热，生成热空气和水蒸汽；通过所述热空气加热水，生成水蒸汽；利用钢厂烟气和所述水蒸汽，分级消解钢渣内的f‑CaO。该工艺流程从熔融钢渣中回收高品位显热，提高系统能效，在f‑CaO分级消解过程中消耗了钢厂烟气中的CO2，进一步降低钢厂碳排放。
Description
技术领域
本发明属于钢渣资源化利用技术领域，具体涉及一种钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解方法及系统。
背景技术
钢渣主要成分与常用建筑材料相同，理论上，将钢渣作为混凝土掺合料或骨料用于建筑材料中可以使其得到一定程度的利用。然而，由于钢渣在安定性方面存在问题，使含钢渣的建筑材料性能尤其体积稳定性增加了不良隐患，而导致钢渣体积稳定性较差的主要原因就是由于钢渣中f-CaO和f-MgO的存在。因此，对作为建筑材料的钢渣中的游离氧化钙的含量有要求，这在一定程度上限制了钢渣的用途。所以降低钢渣中f-CaO和f-MgO的含量，对钢渣作为建筑材料的使用，对提高钢渣的综合利用效率和保护环境具有十分重要的意义。
钢铁生产过程中的高温钢渣含有大量的显热能量没有回收，造成很大浪费。转炉产生的高温钢渣的热量由于难以储存，目前大多数钢厂都采用露天泼渣打水冷却，对钢渣进行降温或自然冷却，在其温度降至80～100℃后运到钢渣场进行储存。个别钢厂采用浅盘热泼法、闷罐法、粒化轮水淬法、滚筒法以及风淬法等对钢渣进行处理，但是这些处理方法的钢渣热能回收效率都比较低，个别方法几乎没有得到回收。
高附加值地利用钢渣处理过程的热能以及钢渣的资源化利用已经成为目前冶金行业亟待解决的问题。钢渣的综合利用不仅可以将其变废为宝，提高资源的利用率，降低企业运行成本，还可以有效缓解钢渣造成的环境污染问题，对冶金行业的高质量发展具有重要的意义。
现有技术中热泼、风淬、水淬、池闷一类的原始钢渣处理工艺过于粗放，环境污染严重且生产条件差。近年来，改进后的辊压破碎-余热有压热闷技术在一些钢企得到推广应用，在环保方面成效显著，但仍存在一些制约钢渣资源化利用的问题，如游离氧化钙(f-CaO)消除不完全导致的钢渣安定性差等，严重影响钢渣在下游环节的应用。与此同时，钢铁工业作为碳排放较高的行业，而现有的钢渣中f-CaO消解的传统工艺方法中未涉及碳减排，反而会进一步的污染环境。
发明内容
针对现有技术中游离氧化钙消除不完全导致的钢渣安定性差的问题，本发明提供一种钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解方法及系统。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解方法，包括如下步骤：向熔融状态的钢渣中混合加入钢渣改性剂；将所述钢渣离心粒化；通过冷空气吸收所述钢渣的余热，生成热空气；通过所述热空气加热水，生成水蒸汽；利用钢厂烟气和所述水蒸汽，分级消解钢渣中的f-CaO。
进一步的，所述钢渣离心粒化后，混合加入破碎后的冷态钢渣。
进一步的，所述钢渣改性剂为粉煤灰和/或铁尾矿等富硅类物质。
第二方面，本发明提供一种钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解系统，基于所述钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解方法，包括熔融钢渣缓存器、离心粒化器、换热移动床、加压移动床和余热锅炉，其中：
所述熔融钢渣缓存器出口连接所述离心粒化器钢渣入口；所述离心粒化器和换热移动床均设有冷空气入口，同时换热移动床内部还设有水平埋管和膜式水冷壁，并连接设有水入口和水蒸汽出口；所述离心粒化器热空气出口连接所述余热锅炉热空气入口，所述离心粒化器钢渣出口连接所述换热移动床钢渣入口；所述换热移动床热空气出口连接所述余热锅炉热空气入口，所述换热移动床钢渣出口连接所述加压移动床钢渣入口；所述加压移动床设有水蒸汽入口、钢厂烟气入口和混合气流出口；所述余热锅炉设有水入口和水蒸汽出口，所述水蒸汽出口和所述换热移动床水蒸汽出口连接所述加压移动床水蒸汽入口。
进一步的，包括洗涤器，所述洗涤器设有混合气流入口、水蒸汽出口和烟气出口；所述洗涤器的混合气流入口连接所述加压移动床的混合气流出口；所述洗涤器的水蒸汽出口连接所述加压移动床水蒸汽入口；所述洗涤器的烟气出口连接所述加压移动床烟气入口。
进一步的，包括冷态钢渣缓存器和冷态钢渣破碎器，所述冷态钢渣缓存器冷态钢渣出口连接冷态钢渣破碎器冷态钢渣入口；冷态钢渣破碎器的冷态钢渣出口与所述离心粒化器钢渣出口共同连接所述换热移动床钢渣入口。
进一步的，所述加压移动床内部顶端设有冷却水喷淋装置。
进一步的，一个离心粒化器、一个换热移动床和一个加压移动床组成一个处理模块，若干个所述处理模块并联连接所述余热锅炉。
进一步的，所述加压移动床的水蒸汽入口和钢厂烟气入口有若干个，交错设于所述加压移动床底部。
进一步的，所述加压移动床底部通过旋转炉排排出钢渣。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
第一、通过离心粒化，将钢渣冷却破碎，钢渣粒径越小，越有利于余热回收效率的提高和增大钢渣的比表面积，加快f-CaO消解反应速率；对粒化后的固态高温钢渣余热回收，将余热用于产生水蒸汽，降低钢渣化学改性过程的运行成本；余热回收后的粒化钢渣进入加压移动床，并分别在加压移动床中部、底部通入钢厂烟气/CO2和回收的余热加热产生的水蒸汽，在不同温度区间进行f-CaO分级消解来改性钢渣，所得钢渣中f-CaO含量低，安定性高，有利于钢渣的资源化利用，该工艺流程从熔融钢渣中回收高品位显热，提高系统能效，在f-CaO分级消解过程中消耗了钢厂烟气中的CO2，进一步降低钢厂碳排放。
第二、利用钢渣余热加热冷态钢渣，有效处理堆弃钢渣。
第三、加压移动床顶部进行喷淋水处理，降温钢渣同时产生水蒸汽，利于f-CaO消解。
第四、分级消解后采用旋转炉排进行排渣，强化消解过程，连续排渣。
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。在附图中：
图1为本发明一种钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解方法流程示意图；
图2为本发明一种钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解方法混合冷态钢渣示意图；
图3为本发明一种钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解方法烟气/CO2与水蒸汽循环示意图；
图4为本发明一种钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解方法烟气/CO2与水蒸汽分级交错进入加压移动床示意图；
图5为本发明一种钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解方法的装置示意图。
图中1、熔融钢渣缓存器，2、离心粒化器，3、换热移动床，4、加压移动床，5、余热锅炉，6、冷态钢渣缓存器，7、冷态钢渣破碎器，8、洗涤器，3-1、换热介质水入口，3-2、水蒸汽出口，3-3、换热介质冷空气入口，3-4、热空气出口，4-1、烟气/CO2入口，4-2、水蒸汽入口，4-3、喷淋水入口。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
一种钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解系统，如图1所示，整体采用源头调质、粒径调控、过程强化的理念提高钢渣中余热综合利用率和f-CaO消解率。包括如下步骤：
源头调质：将熔融状态的钢渣倾翻倒入熔融钢渣缓存器1中，将一定量的含硅类的钢渣改性剂如粉煤灰、铁尾矿等加入熔融钢渣缓存器1中，通过机械方法进行液态混合，使加入的钢渣改性剂与钢渣中的f-CaO反应，从而降低钢渣中f-CaO含量；
粒径调控：通过离心粒化器2，将经过改性的钢渣离心粒化并通过调节离心转速进行粒径调控，将整体钢渣粒径控制在<100mm，向离心粒化器2内通入冷空气，通过离心粒化过程中熔融状态的钢渣散发的余热加热冷空气，产生的热空气通入余热锅炉5，可将钢渣从1400℃以上冷却至900℃左右，离心粒化后的钢渣通入换热移动床3；
向换热移动床3内通入冷空气和水，利用钢渣余热将冷空气加热为热空气和水蒸汽，产生的热空气通入余热锅炉5，产生的水蒸汽直接通入加压移动床4底部，钢渣低于830℃后通入加压移动床4中；
余热锅炉5内通入水，通过吸收离心粒化器2和换热移动床3传来的热空气中的热量，将水加热产生水蒸汽，水蒸汽通入加压移动床4底部；
过程强化：固态高温的钢渣经离心粒化器2和换热移动床3后转运至加压移动床4内进行f-CaO的消解，进加压移动床4时钢渣温度<830℃，保持加压移动床4内部压力为0.1-5.0MPa，加压移动床4内部顶端设有冷却水喷淋装置，进行喷淋水，并在加压移动床4中部通入CO2，CO2来自净化过的钢厂烟气，并保持加压移动床4中部的CO2改性区域温度<830℃，在加压移动床4底部通入余热锅炉5和换热移动床3传来的水蒸汽，并保持加压移动床4底部的水蒸汽改性区域温度<500℃来强化f-CaO消解过程，分级消解后采用一个或多个旋转炉排进行连续排渣。
碳减排包括钢渣直接吸收CO2进行碳减排和钢渣间接吸收CO2进行碳减排。钢渣直接吸收CO2进行碳减排为：在<830℃下，CO2可以自发与f-CaO反应生成稳定的CaCO3，从而进行CO2的吸收，实现一定程度的碳减排。钢渣间接吸收CO2进行碳减排为：在<515℃下，水蒸汽可以自发与f-CaO生成Ca(OH)2，而后Ca(OH)2可继续吸收CO2从而生成稳定的CaCO3，从而实现一定程度的碳减排。
将离心粒化器2、换热移动床3和加压移动床4看做一个整体的处理模块，整个系统可以有若干个处理模块，共同连接一个余热锅炉5。
实施例2
如图2所示，一种钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解系统，包含冷态钢渣缓存器6和冷态钢渣破碎器7。将钢厂内堆砌的冷态钢渣倒入冷态钢渣缓存器6内，冷态钢渣缓存器6连接有冷态钢渣破碎器7，冷态钢渣破碎后与经过离心粒化器2初步余热回收的钢渣混合，通过钢渣余热对冷态钢渣进行加热，再进入换热移动床3，依次进行后续流程操作，可以处理现存的大量冷态钢渣，实现固废资源化利用。
实施例3
如图3所示，采用洗涤器8对从加压移动床4顶部出来的烟气/CO2与水蒸汽混合物流进行分离，洗涤器8中通入的水可以实现CO2与水蒸汽的分离，并通过管道连接至加压移动床进行循环再利用。
实施例4
如图4所示，在加压移动床4底部的水蒸汽改性区域内，交错通入烟气/CO2和水蒸汽，可以提高加压移动床4压力，针对加压移动床4所需更高压力的情况，强化消解过程，使f-CaO消解更彻底。
实施例5
如图5所示，液态钢渣进入熔融钢渣缓存器1，熔融钢渣缓存器1中的钢渣经离心粒化器2进行粒化并进行余热回收，然后固态高温钢渣经换热移动床3再次余热回收，3-1为换热介质水入口，3-2为蒸汽出口，3-3为换热介质冷空气入口，3-4为热空气出口，固态高温渣经余热回收后转运至加压移动床4进行f-CaO的消解，加压移动床顶部4-3进行喷淋水处理，并在烟气/CO2入口4-1通入钢厂烟气/CO2，在加压移动床4底部水蒸汽入口4-2通入钢渣余热回收加热产生的水蒸汽，其中，换热移动床3换热介质包括冷空气和水。优选的，在换热移动床3可以采用加装水冷夹套、水平埋管和加装膜式水冷壁等方式或上述方式的组合，通过水回收钢渣余热。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解方法，其特征在于，包括如下步骤：向熔融状态的钢渣中混合加入钢渣改性剂，所述钢渣改性剂为粉煤灰和/或铁尾矿；将所述钢渣离心粒化；将所述离心粒化后的钢渣依次放入离心粒化器(2)和换热移动床(3)进行余热回收，通过冷空气和水吸收所述钢渣的余热，生成热空气和水蒸汽；所述热空气通入余热锅炉(5)加热水，生成水蒸汽；将余热回收后的钢渣加入加压移动床(4)，利用钢厂烟气和所述水蒸汽，在加压移动床(4)中部通入CO2，CO2来自净化过的钢厂烟气，并保持加压移动床(4)中部的CO2改性区域温度<830℃，保持加压移动床(4)内部压力为0.1MPa-5.0MPa在加压移动床(4)底部通入余热锅炉(5)和换热移动床(3)传来的水蒸汽，并保持加压移动床(4)底部的水蒸汽改性区域温度<500℃来强化f-CaO消解过程，分级消解钢渣中的f-CaO。
2.根据权利要求1中所述的钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解方法，其特征在于，所述钢渣离心粒化后，混合加入破碎后的冷态钢渣。
3.一种钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解系统，基于权利要求1所述的一种钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解方法，其特征在于，包括熔融钢渣缓存器(1)、离心粒化器(2)、换热移动床(3)、加压移动床(4)和余热锅炉(5)，其中：
所述熔融钢渣缓存器(1)出口连接所述离心粒化器(2)钢渣入口；所述离心粒化器(2)和换热移动床(3)均设有冷空气入口，同时所述换热移动床(3)内部还设有水平埋管和膜式水冷壁，并连接设有水入口和水蒸汽出口；所述离心粒化器(2)热空气出口连接所述余热锅炉(5)热空气入口，所述离心粒化器(2)钢渣出口连接所述换热移动床(3)钢渣入口；所述换热移动床(3)热空气出口连接所述余热锅炉(5)热空气入口，所述换热移动床(3)钢渣出口连接所述加压移动床(4)钢渣入口；所述加压移动床(4)内部压力为0.1MPa-5.0MPa，所述加压移动床(4)中部设有钢厂烟气入口，所述加压移动床(4)底部设有水蒸气入口，所述加压移动床(4)上还设有混合气流出口；所述余热锅炉(5)设有水入口和水蒸汽出口，所述水蒸汽出口和所述换热移动床(3)水蒸汽出口连接所述加压移动床(4)水蒸汽入口。
4.根据权利要求3中所述的钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解系统，其特征在于，包括洗涤器(8)，所述洗涤器(8)设有混合气流入口和水蒸汽出口和烟气出口；所述洗涤器(8)的混合气流入口连接所述加压移动床(4)的混合气流出口；所述洗涤器(8)的水蒸汽出口和烟气出口分别连接连接所述加压移动床(4)水蒸汽入口和烟气入口。
5.根据权利要求3中所述的钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解系统，其特征在于，包括冷态钢渣缓存器(6)和冷态钢渣破碎器(7)，所述冷态钢渣缓存器(6)冷态钢渣出口连接冷态钢渣破碎器(7)冷态钢渣入口；冷态钢渣破碎器(7)的冷态钢渣出口与所述离心粒化器(2)钢渣出口共同连接所述换热移动床(3)钢渣入口。
6.根据权利要求3中所述的钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解系统，其特征在于，所述加压移动床(4)内部顶端设有冷却水喷淋装置。
7.根据权利要求3中所述的钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解系统，其特征在于，一个离心粒化器(2)、一个换热移动床(3)和一个加压移动床(4)组成一个处理模块，若干个所述处理模块并联连接所述余热锅炉(5)。
8.根据权利要求3中所述的钢渣余热综合利用与f-CaO分级消解系统，其特征在于，所述加压移动床(4)底部通过旋转炉排排出钢渣。
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