CN116200553A - 一种高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，包括用于对液态熔渣进行粒化处理的粒化单元，粒化单元内设置有气膜冷却装置，粒化单元的下方设置有移动床单元，移动床单元设置有多级换热面，粒化单元的上方经热风汇集烟道连接余热利用单元。本发明对环境无污染，可有效回收高温液态熔渣所蕴含的高品质余热资源，能够适应目前钢铁行业节能减排的迫切需求。

Description

一种高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统

技术领域

本发明属于高温液态熔渣余热回收技术领域，具体涉及一种高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统。

背景技术

目前，对高温高炉渣常用的处理方法为水淬粒化法，通过对高温高炉渣进行水淬粒化处理后，用于水泥生产原料。水淬粒化法虽然实现了高炉渣的大规模利用，但处理过程需消耗大量水资源，据估计处理1吨高温熔渣，约需消耗新水1吨，循环用水约10吨。另外，水淬过程中释放出大量的H₂S和SO₂气体，腐蚀建筑、破坏设备和恶化工作环境，同时产生大量水蒸气，造成了高炉渣所含高值显热的巨大浪费。

干法处理技术利用高温高炉渣与传热介质间接或直接接触进行渣粒化及显热回收，处理过程中不耗费宝贵的水资源，也几乎不释放H₂S和SO₂等有害气体。随着我国对钢铁行业节能减排工作的全力推进，高温高炉渣干法离心粒化技术受到了业内的高度关注。在干法离心粒化处理过程中，高温高黏度的炉渣由高速旋转的粒化器甩离表面，在空中形成液滴，这些微小的液滴与空间中的传热介质，一般为空气，进行强烈的直接换热，使液滴温度降低，使其液滴表面发生相变，形成凝固层，随着温度进一步降低，液滴逐渐转变成固体小颗粒。由于粒化过程中转盘的转速极快，一般可高达1000～2000r/min，导致液滴的切向速度极快，使得液滴在粒化器周向空间上的换热有限，此时液滴表面仅能形成一层较薄的凝固层，内层仍呈液相，颗粒整体温度仍可高达800～900℃。为进一步降低颗粒温度，需加强颗粒在移动床内的换热。此时，高温颗粒(高温固体散料)在移动床内的冷却时间成为了高炉渣余热回收利用技术的控制关键因素。现有的技术存在对渣冷却不充分，换热效率低下的问题，会使得颗粒反热粘连造成堵塞，且系统余热回收率较低。

综上，亟需一种新的可以强化液态熔渣余热回收及冷却换热的系统。

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，提供一种高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，用于解决当前液态熔渣干式离心粒化过程中颗粒冷却不充分和余热回收率低的技术问题。

本发明采用以下技术方案：

一种高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，包括用于对液态熔渣进行粒化处理的粒化单元，粒化单元内设置有气膜冷却装置，粒化单元的下方设置有移动床单元，移动床单元设置有多级换热面，粒化单元的上方经热风汇集烟道连接余热回收单元。

具体的，粒化单元包括粒化仓，粒化仓的内部中心设置有粒化装置，粒化仓的顶部对称设置有出风口。

进一步的，出风口处设置有角度可调的挡烟板。

进一步的，粒化装置包括粒化器和落渣管，粒化器设置在粒化仓的内部中心位置处，落渣管的出口端正对于粒化器。

进一步的，气膜冷却装置设置在粒化仓的壁面，至少包括一排。

具体的，移动床单元包括移动床，移动床的悬浮段由上至下依次包括悬吊屏式受热面和换热管，移动床底部的堆积段设置有埋管，移动床的底部设置有布风装置。

具体的，余热利用单元包括余热锅炉，余热锅炉的一端经一次除尘器与热风汇集烟道的一端连接，另一路经二次除尘器与烟囱连接，二次除尘器与烟囱之间的连接管道上设置有排气风机。

进一步的，余热锅炉包括汽包，汽包的底部设置有省煤器，省煤器通过管道分别连接二次除尘器和给水泵，汽包的顶部通过管道连接一次除尘器。

具体的，热风汇集烟道内设置有高温受热面。

具体的，通过冷却水与高温渣颗粒换热实现余热回收，冷却水有五种方式进行余热回收：

方式一：冷却水依次经给水泵、省煤器后分两路，分别至余热锅炉、水冷壁面后汇集回汽包，再依次流入高温受热面、埋管、换热管、悬吊屏式受热面和顶棚受热面；

方式二：冷却水依次经给水泵、省煤器后后分三路，分别至余热锅炉、水冷壁面、埋管后汇集回汽包，再依次流入高温受热面、换热管、悬吊屏式受热面、顶棚受热面；

方式三：冷却水依次经给水泵、省煤器后分四路，分别至余热锅炉、水冷壁面、埋管和换热管后汇集回汽包，再依次流入高温受热面、悬吊屏式受热面、顶棚受热面；

方式四：冷却水依次经给水泵后分三路，分别至埋管、省煤器和余热锅炉后汇集回汽包，再依次流入水冷壁面、换热管、悬吊屏式受热面、顶棚受热面、高温受热面；

方式五；冷却水经给水泵后分两路，分别至省煤器和换热管，换热管后再分两路分别进入余热锅炉和埋管，随后返回至汽包，经给水泵进入省煤器后连至水冷壁面后返回至汽包，最后从汽包再依次流入高温受热面、悬吊屏式受热面、顶棚受热面。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，粒化单元粒化仓设置有粒化装置，用于对熔渣离心粒化成颗粒，侧壁设置有气膜冷却装置，冷却壁面高温渣粒，防止粘壁；；移动床单元悬浮段与堆积段设置多级换热面，增强移动床内粒化熔渣颗粒与冷却介质的换热，同时提高渣粒冷却速率；余热锅炉与粒化仓排烟口相连，实现烟气余热回收本系统通过冷却水流经各个部件实现对高温液态熔渣余热回收。

进一步的，粒化器设置在粒化仓中心，使得粒化后颗粒在粒化仓内各方向充分飞行冷却且分布均匀；粒化仓顶部设置出风口，可以排出换热后的高温烟气。

进一步的，挡烟板用于调节出风流量。

进一步的，落渣管出口正对于粒化器，使出流的熔渣落至粒化器，保证粒化顺利，防止渣流直接流入粒化仓与移动床。

进一步的，粒化仓壁面至少设置一排气膜冷却装置，其喷射的冷却气体形成环形边缘风膜，调节气膜冷却装置与壁面的距离及出口风速、出风角度，可使得其在不扰乱粒化渣粒的飞行轨迹的前提下对飞行至粒化仓壁面的高温粒化渣粒进行冷却，防止粘壁。

进一步的，移动床悬浮段设置分别设置悬吊屏式受热面核换热管，用于与粒化后高温渣粒换热，悬吊屏式受热面强化受热面与粒化后高温渣之间辐射换热与固固换热，换热管密集布置可增加颗粒与换热管接触时间，提高换热效率；颗粒在移动床底部堆积，在堆积区内设置埋管受热面，对堆积颗粒余热进一步回收；移动床底部设置布风装置，引入冷却气体，防止堆积颗粒反热粘连同时自下而上强化与颗粒气固换热。

进一步的，余热锅炉热风入口端与热风汇集烟道相连，确保移动床内与渣充分换热后的热风可以引入至余热锅炉，入口段管道设置有一次除尘器，确保余热锅炉安全运行；余热锅炉热风出口段设置有二次除尘器，使余热回收系统排烟达到标准，除尘器与烟囱之间设置有排气风机，确保排烟顺利。

进一步的，汇集烟道处设置有高温受热面，用于初步回收高温气体热流。

进一步的，冷却水进行余热回收方式多样，可根据不同水流程实现提高系统余热回收效率，保证冷却后渣粒的玻璃体含量。

综上所述，本发明通过冷却水进行余热回收，可根据不同的水流程实现高效回收高温液态熔渣所蕴含的高品质余热资源，能够适应目前钢铁行业节能减排的迫切需求。

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为本发明结构示意图；

图2为本发明设计水流程方式一意图；

图3为本发明设计水流程方式二意图；

图4为本发明设计水流程方式三意图；

图5为本发明设计水流程方式四意图；

图6为本发明设计水流程方式五意图。

其中：1.粒化器；2.落渣管；3.挡烟板；4.出风口；5.热风汇集烟道；6.悬吊屏式受热面；7.换热管；8.埋管；9.布风装置；10.一次除尘器；11.汽包；12.余热锅炉；13.排气风机；14.省煤器；15.二次除尘器；16.给水泵；17.烟囱；18.高温受热面；19.顶棚受热面；20.气膜冷却器；21.水冷壁面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了一种高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，对环境无污染，可有效回收高温液态熔渣所蕴含的高品质余热资源，能够适应目前钢铁行业节能减排的迫切需求。

请参阅图1，本发明一种高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，包括粒化单元、移动床单元及余热利用单元，粒化单元用于对液态熔渣进行粒化；移动床单元设置于粒化单元下部，用于对粒化后熔渣进行冷却；粒化单元和移动床单元产生的热风经热风汇集烟道5连通至余热利用单元，通过水在粒化单元和移动床单元中换热以实现余热回收。

粒化单元包括粒化仓、粒化装置及对称设置的出风口4，

出风口4对称设置在粒化仓的顶部，出风口4处设置有角度可调节的挡烟板3，用于调节出风流量。

粒化装置包括粒化器1和落渣管2，粒化器1设置在粒化仓的内部中心位置处，正对落渣管2的出口端。

粒化仓的壁面设置有气膜冷却装置20，根据实际情况可布置一排或多排，在粒化仓四壁上贴壁或者近壁布置，喷射的冷却气体为空气、氮气等，形成环形边缘风膜，调节气膜冷却装置20与壁面的距离及出口风速、出风角度，可使得其在不扰乱粒化渣粒的飞行轨迹的前提下对飞行至粒化仓壁面的高温粒化渣粒进行冷却，防止粘壁。

移动床单元包括移动床和布风装置9，移动床的悬浮段由上至下依次设置有悬吊屏式受热面6、换热管7，换热管7根据实际情况可以布置成带扩展受热面形式或光管形式；底部堆积段设置有埋管8。

布风装置9位于移动床底部，引入冷却气体如空气、氮气等。

水冷壁面21根据实际情况可以布置成盘管冷却壁、膜式冷却壁或者非膜式冷却壁等。

余热利用单元包括一次除尘器10、余热锅炉、二次除尘器15、给水泵16、烟囱17和高温受热面18。

高温受热面18布置在汇集热风烟道5的内壁，汇集热风烟道5通过一次除尘器10与余热锅炉12的一端连接，余热锅炉12的另一端经二次除尘器15与烟囱17连接，二次除尘器15与烟囱17之间的连接管道上设置有排气风机13。

余热锅炉包括汽包11、余热锅炉12、排气风机13和省煤器14。

汽包11的底部设置有省煤器14，省煤器14通过管道分别连接二次除尘器15和给水泵16，汽包11的顶部通过管道连接一次除尘器10。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一种高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统的内冷却风工作流程具体为：

冷却气体由风机通过布风装置9送入四周由水冷壁围成的移动床内，然后从下往上依次通过动床的埋管8、悬浮设置的换热管7、悬吊屏式受热面6、顶棚受热面19，与气膜冷却风汇集后通过在顶棚受热面19处的出风口4与热风汇集烟道5内布置的高温受热面18进行换热，再进入余热锅炉，最终进入烟气排放处理系统净化后排出。

本发明设计了五种冷却水流程回收余热方式，具体如下：

方式一：冷却水依次经给水泵16、省煤器14，随后分两路分别至余热锅炉12、水冷壁面21后汇集回至汽包11，再依次流入高温受热面18、埋管8、换热管7、悬吊屏式受热面6和顶棚受热面19；

此水路方式设置水冷壁面21为蒸发受热面，可防止熔渣流量过大时，粒化器处理量不足而造成粒化仓粘壁情况，如图2所示。

方式二：冷却水依次经给水泵16、省煤器14，随后分三路分别至余热锅炉12、水冷壁面21、埋管8后汇集回至汽包11，再依次流入高温受热面18、换热管7、悬吊屏式受热面6、顶棚受热面19；

该在方式一基础上增加埋管为蒸发受热面，此方式可防止移动床底部堆料区颗粒反热粘连造成的排料困难，如图3所示。

方式三：冷却水依次经给水泵16、省煤器14后分四路分别至余热锅炉12、水冷壁面21、埋管8和换热管7，随后汇集回至汽包11，再依次流入高温受热面18、悬吊屏式受热面6、顶棚受热面19，如图4所示；

该方式增加换热管7为蒸发受热面，可应对熔渣流量过大，导致移动床料层堆积，确保换热管段及埋管处颗粒不粘壁，同时增加移动床换热管与颗粒温差，提高管束对颗粒冷却速率，而粒化后颗粒玻璃体含量与冷却速率紧密相关，若实现大流量下粒化颗粒高玻璃体含量，选用方式三。

方式四：冷却水依次经给水泵16后分三路分别至埋管8、省煤器14和余热锅炉12，随后汇集回至汽包11，再依次流入水冷壁面21、换热管7、悬吊屏式受热面6、顶棚受热面19、高温受热面18，如图5所示；

该方式水路在粒化仓及移动床内自下而上温度上升，各层换热管与颗粒温度近似，换热充分，对于余热利用产品蒸汽品质要求的情况，水路可选方式四。

方式五；冷却水经给水泵16后分两路分别至省煤器14、换热管7，换热管7后再分两路分别进入余热锅炉12、埋管8，随后返回汽包11，经给水泵进入省煤器14后连至水冷壁面21后返回至汽包11，最后从汽包11再依次流入高温受热面18、悬吊屏式受热面6、顶棚受热面19，如图6所示。

选用换热管7为蒸发受热面，提高颗粒冷却速率。若实现设计熔渣流量下玻璃体含量，水流程选用方式五。

水流程种类多样，以上为本发明设计水流程方式，同时可以基于现有设计水路根据实际应用过程中对产品的需求，调整水流程的方式。

综上所述，本发明一种高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，通过冷却水进行余热回收，可根据不同的水流程实现高效回收高温液态熔渣所蕴含的高品质余热资源，能够适应目前钢铁行业节能减排的迫切需求。

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)

1.一种高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，其特征在于，包括用于对液态熔渣进行粒化处理的粒化单元，粒化单元内设置有气膜冷却装置(20)，粒化单元的下方设置有移动床单元，移动床单元设置有多级换热面，粒化单元的上方经热风汇集烟道(5)连接余热回收单元。

2.根据权利要求1所述的高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，其特征在于，粒化单元包括粒化仓，粒化仓的内部中心设置有粒化装置，粒化仓的顶部对称设置有出风口(4)。

3.根据权利要求2所述的高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，其特征在于，出风口(4)处设置有角度可调的挡烟板(3)。

4.根据权利要求2所述的高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，其特征在于，粒化装置包括粒化器(1)和落渣管(2)，粒化器(1)设置在粒化仓的内部中心位置处，落渣管(2)的出口端正对于粒化器(1)。

5.根据权利要求2所述的高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，其特征在于，气膜冷却装置(20)设置在粒化仓的壁面，至少包括一排。

6.根据权利要求1所述的高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，其特征在于，移动床单元包括移动床，移动床的悬浮段由上至下依次包括悬吊屏式受热面(6)和换热管(7)，移动床底部的堆积段设置有埋管(8)，移动床的底部设置有布风装置(9)。

7.根据权利要求1所述的高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，其特征在于，余热利用单元包括余热锅炉(12)，余热锅炉(12)的一端经一次除尘器(10)与热风汇集烟道(5)的一端连接，另一路经二次除尘器(15)与烟囱(17)连接，二次除尘器(15)与烟囱(17)之间的连接管道上设置有排气风机(13)。

8.根据权利要求7所述的高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，其特征在于，余热锅炉包括汽包(11)，汽包(11)的底部设置有省煤器(14)，省煤器(14)通过管道分别连接二次除尘器(15)和给水泵(16)，汽包(11)的顶部通过管道连接一次除尘器(10)。

9.根据权利要求1所述的高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，其特征在于，热风汇集烟道(5)内设置有高温受热面(18)。

10.根据权利要求1所述的高温熔渣离心粒化及余热回收冷却换热系统，其特征在于，通过冷却水与高温渣颗粒换热实现余热回收，冷却水有五种方式进行余热回收：

方式一：冷却水依次经给水泵、省煤器后分两路，分别至余热锅炉、水冷壁面后汇集回汽包，再依次流入高温受热面、埋管、换热管、悬吊屏式受热面和顶棚受热面；

方式二：冷却水依次经给水泵、省煤器后后分三路，分别至余热锅炉、水冷壁面、埋管后汇集回汽包，再依次流入高温受热面、换热管、悬吊屏式受热面、顶棚受热面；

方式三：冷却水依次经给水泵、省煤器后分四路，分别至余热锅炉、水冷壁面、埋管和换热管后汇集回汽包，再依次流入高温受热面、悬吊屏式受热面、顶棚受热面；

方式四：冷却水依次经给水泵后分三路，分别至埋管、省煤器和余热锅炉后汇集回汽包，再依次流入水冷壁面、换热管、悬吊屏式受热面、顶棚受热面、高温受热面；

方式五；冷却水经给水泵后分两路，分别至省煤器和换热管，换热管后再分两路分别进入余热锅炉和埋管，随后返回至汽包，经给水泵进入省煤器后连至水冷壁面后返回至汽包，最后从汽包再依次流入高温受热面、悬吊屏式受热面、顶棚受热面。

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