CN114507758B - 一种钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统 - Google Patents

一种钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统 Download PDF

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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回收和f‑CaO分级消解以及碳减排系统，包括粒化装置、余热回收装置和分级消解装置，通过对熔融渣离心粒化后，迅速对其进行余热回收，将余热用于产生水蒸汽或发电，余热回收后的粒化钢渣进入加压移动床，在加压移动床中通入二氧化碳和水蒸汽，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并实现一定程度的碳减排。

Description

一种钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统
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回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统。
背景技术
在碳中和背景下，钢铁行业的节能减排，固废处理刻不容缓。在钢铁行业中，液态熔渣是钢铁生产过程中的副产物，液态熔渣不仅具有巨大的热量而且具有极高的利用价值。钢渣是液态熔渣的重要组成部分，钢渣的资源化利用已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意义。
钢渣用作建材是实现固废大规模资源化利用的一条切实可行的路径。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是体积稳定性增加了不良隐患，制约了其大规模应用。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。钢渣中的f-CaO会与空气中的H2O发生反应生成Ca(OH)2，体积膨胀98％，致使钢渣水泥、钢渣混凝土出现爆突、开裂等安全问题，严重制约钢渣规模化利用。因此，钢渣处理仍是行业共性难题。
目前，针对钢渣中f-CaO消解的处理，大多数钢厂主要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处理。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，这些处理方法的钢渣热能回收效率都比较低，个别方法几乎没有回收热量。
与此同时，现有的钢渣中f-CaO消解装置的运行方式均为间歇式处理，存在消解周期长、效率低、效果差的问题，较为先进的有压热闷装置的处理时间也比较长；现有f-CaO消解介质以水为主，手段较为单一，其他可用于消解的介质未得到利用或处理，f-CaO消解的效果不明显。
发明内容
针对现有技术中钢渣中f-CaO含量较高的问题，本发明提出一种钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统，包括粒化装置、余热回收装置和分级消解装置，其中：
所述粒化装置包括粒化仓，所述粒化仓内设有粒化器，底部设有粒化钢渣出口用于连接所述余热回收装置顶部；
所述余热回收装置为一个换热移动床，所述换热移动床的换热移动床外壳和换热移动床内壳之间设有移动床水通道，所述移动床水通道开设有移动床水通道入口和移动床水蒸汽出口；所述换热移动床下部设有冷空气入口，上部设有热空气出口；所述换热移动床底部设有换热钢渣出口用于连接分级消解装置顶部；
所述分级消解装置包括进渣料斗、进渣锁斗和加压移动床，所述进渣料斗设于所述分级消解装置顶部，用于连接所述换热钢渣出口；所述进渣锁斗设于进渣料斗和加压移动床之间；
所述加压移动床上半部设有喷淋水入口，中部设有二氧化碳气体入口，下半部设有水蒸汽入口，底部设有旋转炉排。
进一步的，所述移动床水蒸汽出口连接所述加压移动床的水蒸汽入口。
进一步的，所述分级消解装置连接有洗涤装置，所述洗涤装置包括洗涤器混合气入口、洗涤器水入口、洗涤器水出口和洗涤器烟气/二氧化碳出口，其中：所述洗涤器混合气入口设于所述洗涤装置上半部，连接所述分级消解装置上半部；所述洗涤器水入口设于所述洗涤装置顶部；所述洗涤器水出口设于所述洗涤装置底部；所述洗涤器烟气/二氧化碳出口设于所述洗涤装置下半部。
进一步的，所述洗涤器烟气/二氧化碳出口连接所述加压移动床的二氧化碳气体入口。
进一步的，所述粒化装置连接有冷态钢渣破碎装置，所述冷态钢渣破碎装置包括冷态钢渣破碎机、冷态破碎钢渣缓存仓、冷态破碎钢渣管道和粒化钢渣循环破碎管道，其中：所述冷态钢渣破碎机底部设置所述冷态破碎钢渣缓存仓，所述冷态破碎钢渣缓存仓底部经冷态破碎钢渣管道连接所述粒化钢渣出口，所述粒化钢渣出口还与冷态钢渣破碎机通过所述粒化钢渣循环破碎管道连接。
进一步的，所述粒化装置后并联两套或多套后续设备，所述后续设备包括所述余热回收装置和分级消解装置。
进一步的，所述加压移动床底部并联设置多个所述旋转炉排。
进一步的，所述粒化装置上设置有熔融钢渣缓存料斗和钢渣改性剂缓存料斗。
进一步的，所述加压移动床内部上方设有分布器和搅拌器。
进一步的，所述加压移动床内部压力为0.1-5.0MPa，中部温度为500-750℃，下半部温度小于515℃。
与现有技术相比，本发明有益效果包括：
第一、设置粒化装置、余热回收装置和分级消解装置，通过对熔融渣离心粒化可以调控钢渣粒径，增大其比表面积，缩短消解介质扩散通道，提高f-CaO消解效率。余热回收装置对粒化后的钢渣迅速进行余热回收，将余热用于产生水蒸汽，实现钢渣高品位显热的回收，余热回收后的粒化钢渣进入加压移动床，在加压移动床中通入二氧化碳和水蒸汽，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。
第二、加压移动床可实现钢渣中f-CaO的连续消解，缩短处理周期，提高消解效率。
第三、在加压移动床消解f-CaO过程中，通过f-CaO与CO2反应生成稳定的CaCO3可以实现CO2的吸收，实现碳减排。
第四、在粒化钢渣余热回收前加入破碎后冷态钢渣，将液态熔融钢渣与冷态钢渣混合处理，提高系统能效，有效处理堆砌的大量冷态钢渣，实现固废的资源化利用并间接降低钢厂碳排放。
第五、将余热回收所得的水蒸汽和钢厂烟气/二氧化碳用于钢渣的水化改性处理，降低钢渣化学改性过程的运行成本。
第六、设置钢渣改性剂缓存料斗，通过加入含硅的钢渣改性剂对钢渣进行源头调质从源头上降低f-CaO含量。
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回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统示意图；
图2为本发明一种钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统混合冷态钢渣示意图；
图3为本发明一种钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统模块化示意图；
图4为本发明一种钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统并联旋转炉排示意图；
图中包括熔融钢渣缓存装置、粒化装置、余热回收装置、分级消解装置、洗涤装置以及冷态钢渣破碎装置，具体为：
1-熔融钢渣缓存料斗、101钢渣改性剂缓存料斗、2-粒化仓、3-粒化器、4-粒化钢渣出口、5-换热移动床外壳、6-换热移动床内壳、7-移动床水通道、8-移动床水通道入口、9-移动床水蒸汽出口、10-冷空气入口、11-热空气出口、12-换热钢渣出口、13-进渣料斗、14-进渣锁斗、15-分布器、16-搅拌器、17-喷淋水入口、18-加压移动床、19-二氧化碳气体入口、20-水蒸汽入口、21-旋转炉排、22-洗涤器混合气入口、23-洗涤器水入口、24-洗涤器水出口、25-洗涤器烟气/二氧化碳出口、26-冷态钢渣破碎机、27-冷态破碎钢渣缓存仓、28-冷态破碎钢渣管道和29-粒化钢渣循环破碎管道。
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
本发明一种钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统，包括缓存装置、粒化装置、余热回收装置、分级消解装置和洗涤装置，具体如下：
如图1所示，缓存装置包括熔融钢渣缓存料斗1和钢渣改性剂缓存料斗101；
粒化装置包括粒化仓2、粒化器3和粒化钢渣出口4；
余热回收装置包括换热移动床外壳5、换热移动床内壳6、移动床水通道7、移动床水通道入口8、移动床水蒸汽出口9、冷空气入口10、热空气出口11和换热钢渣出口12；
分级消解装置包括进渣料斗13、进渣锁斗14、分布器15、搅拌器16、喷淋水入口17、加压移动床18、二氧化碳气体入口19、水蒸汽入口20和旋转炉排21；
洗涤装置包括洗涤器混合气入口22、洗涤器水入口23、洗涤器水出口24和洗涤器烟气/二氧化碳出口25。
缓存装置中熔融钢渣缓存料斗1用于储存炼钢过程的液态熔融钢渣，钢渣改性剂缓存料斗101设于熔融钢渣缓存料斗1上方，用于存储含硅的钢渣改性剂，可对熔融钢渣缓存料斗1中的钢渣进行改性，通过加入含硅的钢渣改性剂对钢渣进行源头调质从源头上降低f-CaO含量。
缓存装置下设有粒化装置。具体为熔融钢渣缓存料斗1下设置粒化仓2，粒化仓2内设有粒化器3，粒化仓2底部设置有粒化钢渣出口4。粒化装置对钢渣进行粒化及粒径调控，将整体钢渣粒径控制在<100mm，钢渣粒径越小，余热回收效率越高，f-CaO消解效果越好。
粒化装置下设置余热回收装置。余热回收装置为一个换热移动床，粒化钢渣出口4设于换热移动床的顶部。换热移动床外壳5和换热移动床内壳6之间设有移动床水通道7，用于通过设于换热移动床中部的移动床水通道入口8加入水来冷却粒化钢渣，以此来回收热量，将钢渣热量传递给水，水转化为水蒸气，从换热移动床顶部的移动床水蒸汽出口9排出，方便后续连接水蒸汽入口20收集利用。与此同时，换热移动床下部设有冷空气入口10，上部设有热空气出口11，以冷空气为介质进行余热回收，加速钢渣的热量传递。经过余热回收的钢渣经换热移动床底部的换热钢渣出口12离开余热回收装置。
余热回收装置下设有分级消解装置。余热回收装置的换热钢渣出口12下设置进渣料斗13，用于承接经过余热回收的钢渣，进渣料斗13下连接进渣锁斗14，进渣锁斗14下即为加压移动床18。加压移动床18内部上方设有分布器15和搅拌器16，可将钢渣充分搅拌均匀，利于后续的分级消解。加压移动床18上半部设有喷淋水入口17，中部设有二氧化碳气体入口19，下半部设有水蒸汽入口20，将加压移动床18内部由上而下的分为三部分：喷淋水降温区、二氧化碳改性区和水蒸汽改性区。加压移动床18底部设置旋转炉排21，用于排出钢渣。
洗涤装置位于分级消解装置的一侧。洗涤器混合气入口22连接加压移动床18的上半部，分离未反应的烟气与水。洗涤装置顶部设有洗涤器水入口23，底部设有洗涤器水出口24，用于通入洗涤水，充分的分离未反应的烟气与水，分离出的烟气/二氧化碳从位于洗涤装置底部一侧的洗涤器烟气/二氧化碳出口25排出，方便连接二氧化碳气体入口19进行再利用。
实施例2
在实施例1的基础上增添冷态钢渣破碎装置，如图2所示，冷态钢渣破碎装置包括冷态钢渣破碎机26、冷态破碎钢渣缓存仓27、冷态破碎钢渣管道28和粒化钢渣循环破碎管道29。
冷态钢渣破碎装置设于粒化装置一侧。冷态钢渣破碎机26下设置冷态破碎钢渣缓存仓27，经冷态破碎钢渣管道28连接粒化钢渣出口4。
粒化钢渣循环破碎管道29一端与粒化钢渣出口4侧面连接，另一端连接到冷态钢渣破碎机26的入口处，如果粒化后钢渣粒径太大，不达标，可用动力装置将钢渣通过粒化钢渣循环破碎管道29送回冷态钢渣破碎机26，进行辊压破碎，使粒径符合要求。
实施例3
在实施例1的基础上，如图3所示，钢渣经离心粒化后可以两套或多套后续设备并联连接，防止某台设备故障造成停工，所述后续设备包括余热回收装置、分级消解装置和洗涤装置。
实施例4
在实施例1的基础上，如图4所示，钢渣在经加压移动床18分级消解后经旋转炉排21排料时，可以使用单旋转炉排进行操作，也可以并联两个或两个以上的旋转炉排21，保证当其中某个旋转炉排21出现故障时，装置仍可以正常运转。
方法实施例5
一种钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排方法，基于上述实施例1至4，包括如下步骤：
熔融钢渣从缓存装置排出，经粒化装置转动离心破碎粒化；
钢渣离心粒化后进入余热回收装置，以水和冷空气为介质进行余热回收，将钢渣从1400℃以上冷却至800℃以下；
经余热回收后的粒化钢渣，依靠重力作用进入分级消解装置进行f-CaO的分级消解；
经分级消解反应后的钢渣经旋转炉排排出，用洗涤器将未反应的烟气与水分离，分别进行二次利用。
分级消解过程包括如下步骤：
对钢渣进行喷淋水；
保持加压移动床18内部压力为0.1-5.0MPa，在加压移动床18中部通入钢厂烟气/二氧化碳，并保持二氧化碳改性区温度为500-750℃；
钢渣依靠重力从二氧化碳改性区进入水蒸汽改性区，在加压移动床18下半部从低到高分级通入水蒸汽，保持水蒸汽改性区处理阶段温度为＜515℃。
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。
优选的，为加热冷态钢渣或将钢渣余热用于发电，可调整钢渣余热回收量的大小，将钢渣进入移动床f-CaO消解装置前的温度范围限定在300-830℃，当进入移动床f-CaO分级消解工段的钢渣温度较高，大约500-830℃时，可同时通入水和温度为200-300℃的水蒸汽，利用钢渣余热将水汽化；当进入移动床的温度较低，只有300-500℃时，只通入400-500℃的水蒸汽，以维持反应体系的温度条件，从而进行f-CaO的消解。
优选的，通过破碎机将堆砌的冷态钢渣破碎粒化，随后冷态钢渣进入冷态破碎钢渣缓存仓，经过管道连接与离心粒化后的钢渣进行混合，共同进入钢渣余热回收装置，进行余热回收，将两者混合可以对冷态钢渣进行加热，以利于两者混合进行f-CaO分级消解。
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 (7)

1.一种钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统，其特征在于，包括粒化装置、余热回收装置和分级消解装置，其中：
所述粒化装置包括粒化仓（2），所述粒化仓（2）内设有粒化器（3），底部设有粒化钢渣出口（4）用于连接所述余热回收装置顶部；所述粒化装置上设置有熔融钢渣缓存料斗（1）和钢渣改性剂缓存料斗（101）；
所述余热回收装置为一个换热移动床，所述换热移动床的换热移动床外壳（5）和换热移动床内壳（6）之间设有移动床水通道（7），所述移动床水通道（7）开设有移动床水通道入口（8）和移动床水蒸汽出口（9）；所述换热移动床下部设有冷空气入口（10），上部设有热空气出口（11）；所述换热移动床底部设有换热钢渣出口（12）用于连接分级消解装置顶部；
所述分级消解装置包括进渣料斗（13）、进渣锁斗（14）和加压移动床（18），所述进渣料斗（13）设于所述分级消解装置顶部，用于连接所述换热钢渣出口（12）；所述进渣锁斗（14）设于进渣料斗（13）和加压移动床（18）之间；
所述加压移动床（18）上半部设有喷淋水入口（17），中部设有二氧化碳气体入口（19），下半部设有水蒸汽入口（20），底部设有旋转炉排（21）；
所述分级消解装置连接有洗涤装置，所述洗涤装置包括洗涤器混合气入口（22）、洗涤器水入口（23）、洗涤器水出口（24）和洗涤器烟气/二氧化碳出口（25），其中：所述洗涤器混合气入口（22）设于所述洗涤装置上半部，连接所述分级消解装置上半部；所述洗涤器水入口（23）设于所述洗涤装置顶部；所述洗涤器水出口（24）设于所述洗涤装置底部；所述洗涤器烟气/二氧化碳出口（25）设于所述洗涤装置下半部；
所述粒化装置连接有冷态钢渣破碎装置，所述冷态钢渣破碎装置包括冷态钢渣破碎机（26）、冷态破碎钢渣缓存仓（27）、冷态破碎钢渣管道（28）和粒化钢渣循环破碎管道（29），其中：所述冷态钢渣破碎机（26）底部设置所述冷态破碎钢渣缓存仓（27），所述冷态破碎钢渣缓存仓（27）底部经冷态破碎钢渣管道（28）连接所述粒化钢渣出口（4），所述粒化钢渣出口（4）还与冷态钢渣破碎机（26）通过所述粒化钢渣循环破碎管道（29）连接。
2.根据权利要求1中所述的钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统，其特征在于，所述移动床水蒸汽出口（9）连接所述加压移动床（18）的水蒸汽入口（20）。
3.根据权利要求1中所述的钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统，其特征在于，所述洗涤器烟气/二氧化碳出口（25）连接所述加压移动床（18）的二氧化碳气体入口（19）。
4.根据权利要求1中所述的钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统，其特征在于，所述粒化装置后并联两套或多套后续设备，所述后续设备包括所述余热回收装置和分级消解装置。
5.根据权利要求1中所述的钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统，其特征在于，所述加压移动床（18）底部并联设置多个所述旋转炉排（21）。
6.根据权利要求1中所述的钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统，其特征在于，所述加压移动床（18）内部上方设有分布器（15）和搅拌器（16）。
7.根据权利要求1中所述的钢渣余热回收和f-CaO分级消解以及碳减排系统，其特征在于，所述加压移动床（18）内部压力为0.1-5.0MPa，中部温度为500-750℃，下半部温度小于515℃。
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