CN209428548U - 一种环保节能型高炉熔渣智能处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种环保节能型高炉熔渣智能处理系统，包括粒化塔(1)、烟囱(3)、过滤池(7)、热水换热单元、冷却塔(11)、储水池(12)、运渣汽车(9)和智能抓渣设备(8)，所述过滤池(7)、所述热水换热单元、冷却塔(11)和储水池(12)依次串联，智能抓渣设备(8)能够抓取所述过滤池(7)内的水渣。该环保节能型高炉熔渣智能处理系统既能充分回收粒化过程的蒸汽热能，也能回收过滤池冲渣水和蒸汽的热能，同时减小冷却塔的工作负荷，还可以减少熔渣处理工艺含硫蒸汽的排放实现消白处理，真正实现节能减排及能源的有效循环利用；通过智能抓渣设备实现对过滤池渣粒的智能化抓渣卸渣作业。

Description

一种环保节能型高炉熔渣智能处理系统

技术领域

本实用新型涉及冶金行业炼铁领域，具体的是一种环保节能型高炉熔渣智能处理系统。

背景技术

高炉冶炼时会产生高温液态熔渣(1350℃-1500℃)，国内每年生产铁水7亿吨，产生高温液态熔渣2.5亿吨。国内外已经进行多年的相关研究，希望充分利用高炉熔渣热量，实现余热回收利用。

中国专利CN106282445B，公开日期2017年1月4日，公开了“一种回收高炉渣余热的装置及回收方法”，该方法利用金属球与高温液态熔渣混合，得到500℃～800℃的高炉渣与金属球的固态混合物，混合物通过旋转金属笼完成破碎分离及余热回收，该方法得到的熔渣碎块很难实现循环利用，500℃～800℃的高炉渣与金属球的固态混合物在旋转金属笼内完成破碎分离，其高温状态下对金属笼的磨损会非常严重，对设备寿命及整个系统的作业率会产生严重影响。

国内外通常采用沉淀过滤法(常称底滤法)水渣工艺对熔渣进行处理。高炉炉前进行水力冲渣，用水淬将熔渣击碎后，变成松散的渣水混合物(常称水渣)，水渣经冲渣沟进入过滤池，液态水经过滤池内的滤层过滤，在过滤池底部留下固态的湿润的渣粒，然后通过桥式抓斗起重机对渣粒进行抓取、装车外运。经水淬后得到的渣粒(粒径0.2mm～3mm)用途广泛，可以作为水泥用料、隔热填料等，使炉渣得到充分利用。

高炉冲渣水(约70℃～90℃)作为一种低温废热源，具有温度稳定、流量大的特点，对于冲渣水的余热利用，中国专利CN207585372U，公开日期2018年7月6日，公开了“高炉冲渣水余热利用系统”，该系统通过提升泵、引流管把冲渣水引至循环池，循环池连接采暖泵，采暖泵的出水口通过供水管连接烧结混料用水管线，循环池还通过第一管道连接动力厂浓盐水排出管线，也可以通过换热器后，将多余水的余热进行充分利用后注入循环池进行循环使用。该系统把冲渣水从水池引至循环池再采取其他措施进行余热利用，这样会损失大量热量，不利于冲渣水的热能回收。

专利CN207121610U，公开日期2018年3月20日，公开了“高炉冲渣水蒸气余热回收利用系统”，该系统利用抽风装置将冲渣水蒸汽收集后经蒸汽再加热装置输送至蒸气蓄热器、溴化锂制冷水机组，最终将蒸气冷凝为冷凝水并产生制冷水。该系统需要在原有水渣系统的基础上额外配套大量设备，如抽风装置、蒸汽再加热装置、蒸汽蓄热器、汽液热交换器等，该系统流程复杂、设备投资高；该系统中进入冲渣水循环水池的不仅有大量冲渣水(约70℃～90℃)，还有熔渣水淬后得到的渣粒，另外部分蒸气(约60℃～100℃)不能被抽风罩捕集会沿管道进入循环水池，循环水池的冲渣水和蒸汽的热量没有得到充分的回收利用。

专利CN101265039B，公开日期2008年9月17日，公开了“一种环保型底滤法高炉炉渣处理设备及处理方法”，该方法能够减小冲渣水量、降低水耗，提高过滤速度、减少过滤池占地面积，该技术已经应用多年并取得了良好效果。高温液态熔渣的水淬由循环水(约40℃)完成，需要对冲渣水(约70℃～90℃)进行冷却后才能使用，在该方法中，冲渣水经过滤管后由上塔泵直接打到冷却塔进行冷却，不但浪费了冲渣水的热能，而且增加了冷却塔的工作负荷。

由以上分析可知，现有技术虽然已经提供了高炉水渣系统过滤池热能回收的方法，但是在不同程度及不同方面都有各种缺陷有待解决，有必要研究新的高炉水渣系统过滤池热能回收方法，实现能源的有效循环利用并减少空气污染。

高炉熔渣的处理工艺中，既有粒化过程的大量高温蒸汽，也有过滤池温度稳定、流量大的冲渣水，还有冲渣时过滤池表面长期存在的蒸汽，回收这些冲渣水和蒸汽的热能并减少含硫蒸汽的对空排放对于节能减排具有重大意义。

实用新型内容

为了回收高炉水渣中的热能，本实用新型提供了一种环保节能型高炉熔渣智能处理系统，该环保节能型高炉熔渣智能处理系统既能充分回收粒化过程的蒸汽热能，也能回收过滤池冲渣水和蒸汽的热能，同时减小冷却塔的工作负荷，还可以减少熔渣处理工艺含硫蒸汽的排放实现消白处理，真正实现节能减排及能源的有效循环利用；通过智能抓渣设备实现对过滤池渣粒的智能化抓渣卸渣作业。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术实用新型是：一种环保节能型高炉熔渣智能处理系统，包括粒化塔、烟囱、过滤池、热水换热单元、冷却塔、储水池、运渣汽车和智能抓渣设备，粒化塔通过渣水混合物管道与所述过滤池连接，粒化塔通过蒸汽管道与烟囱连接，所述过滤池通过蒸汽换热管线与烟囱连接，烟囱通过排水管线与冷却塔连接，所述过滤池、所述热水换热单元、冷却塔和储水池依次串联，智能抓渣设备能够抓取所述过滤池内的水渣。

粒化塔内设置有粒化器和第一蒸汽换热器，粒化器位于粒化塔的高温熔渣入口的下方，第一蒸汽换热器位于粒化塔的上部，粒化塔的高温熔渣入口位于第一蒸汽换热器和粒化器之间。

烟囱内从下向上依次设有喷淋装置、除沫器和反冲洗装置，蒸汽管道与烟囱的连接处位于喷淋装置的下方，喷淋装置含有沿烟囱的周向均匀交替排列的长喷枪和短喷枪，长喷枪和短喷枪上均匀布置有多个高压喷头。

所述过滤池含有并列相邻设置的第一过滤分池和第二过滤分池，所述过滤池的顶部设有可移动蒸汽罩，可移动蒸汽罩能够密封第一过滤分池或第二过滤分池。

第一过滤分池或第二过滤分池排出的高温蒸汽能够进入第二蒸汽换热器中放热，该高温蒸汽在放热后能够进入烟囱内，第二蒸汽换热器连接有第一换热管线，该第一换热管线内的第一换热介质能够在第二蒸汽换热器中吸热并在吸热后进入用户管网。

所述热水换热单元含有第一热水换热器和第二热水换热器，第一热水换热器与第二热水换热器串联或并联设置，第一热水换热器和第二热水换热器均设置于水泵房内，水泵房位于过滤池和储水池之间。

过滤池中流出的高温过滤水能够在第一热水换热器和第二热水换热器中放热，第一热水换热器和第二热水换热器连接有第二换热管线，该第二换热管线内的第二换热介质能够在第一热水换热器和第二热水换热器中吸热并在吸热后进入用户管网。

智能抓渣设备包括：传感器检测模块、与所述传感器检测模块连接的控制模块以及与所述控制模块连接的抓渣模块和渣粒分析模块；

所述渣粒分析模块用于分析渣粒的化学成分，并将分析结果传输至所述控制模块；

所述传感器检测模块用于检测包含渣粒位置、抓渣模块的抓取部位置的信号；

所述控制模块根据所述传感器检测模块所检测的信号向所述抓渣模块输出抓渣和卸渣指令，并且，根据所述分析结果统计渣粒的化学成分变化情况并上传至高炉系统的中控系统；

所述抓渣模块架设于所述过滤池上，用于根据所述抓渣和卸渣指令进行抓渣和卸渣作业。

所述抓渣模块包括：设置在所述过滤池两侧且相互平行的两个轨道架、横跨在所述轨道架上的大车运行机构、设置在所述大车运行机构上的小车运行机构、连接在所述小车运行机构下部的升降机构以及连接在升降机构底部的所述抓取部；

所述大车运行机构沿着两个所述轨道架运动，其上设有与所述轨道架垂直的小车轨道；

所述升降机构用于提升或降低所述抓取部；

所述抓取部通过抓取动作实现抓渣和卸渣作业。

所述传感器检测模块包括：

料面扫描传感器，连接所述控制模块，用于检测过滤池内渣粒的料面状态，输出料面检测信号；

水平位置传感器，连接所述控制模块，用于检测所述抓取部的水平位置，输出水平位置检测信号；

高度传感器，连接所述控制模块，用于检测所述抓取部的高度，输出高度检测信号；

重量传感器，连接所述控制模块，用于检测所述过滤池内的渣粒的重量，输出渣粒重量信号；

其中，所述控制模块根据所述料面检测信号确定渣粒位置；

所述控制模块根据所述水平位置检测信号控制所述大车运行机构和所述小车运行机构运动，使所述抓取部运行至所述渣粒位置或预定卸渣位置；

所述控制模块根据所述高度检测信号控制所述升降机构提升或降低所述抓取部；

所述控制模块根据所述渣粒重量信号，实时统计所述过滤池内的渣粒重量变化情况，并计算累计抓渣重量，当所述累计抓渣重量达到预设重量时，控制所述抓渣模块停止抓渣作业，并将所述渣粒重量变化情况反馈至所述高炉系统的中控系统。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型能够充分回熔渣处理过程的蒸汽和过滤池内冲渣水的热能，实现能源的有效循环利用。

2、本实用新型提出了先换热后喷淋的蒸汽处理措施，可以减少熔渣处理过程含硫蒸汽的排放，减少空气污染。

3、高温过滤水经换热器处理后温度降低，能够减少冷却塔的工作负荷，实现高效冷却。

4、本实用新型采用无动力的换热器，具有运行成本低、效益高的优点。

5、本实用新型对过滤水的水质进行检测分析，同时检测过滤水的温度、流量，并把所有检测结果及时反馈到高炉中控系统，对优化高炉原燃料质量和配比、优化高炉操作、促进高炉顺行起到重要作用。

6、本实用新型能够对高炉熔渣重量及成分进行及时监测并反馈到高炉中控系统，实现预测性的生产决策，优化高炉原燃料质量和配比、优化高炉操作。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型所述环保节能型高炉熔渣智能处理系统的俯视图。

图2是本实用新型所述环保节能型高炉熔渣智能处理系统的立体示意图。

图3是粒化塔的结构示意图。

图4是烟囱的结构示意图。

图5是喷淋装置的俯视图。

图6是过滤池、水泵房、冷却塔和储水池的结构示意图。

图7是智能抓渣设备的总体电路示意图。

图8是智能抓渣设备的机械结构示意图图。

图9是智能抓渣设备的详细电路示意图。

1、粒化塔；2、第一引风机；3、烟囱；4、第二引风机；51、第一过滤池蒸汽管道阀门；52、第二过滤池蒸汽管道阀门；61、第一渣水混合物管道阀门；62、第二渣水混合物管道阀门；7、过滤池；71、第一过滤分池；72、第二过滤分池；8、智能抓渣设备；9、运渣汽车；10、水泵房；11、冷却塔；12、储水池；13、第一蒸汽换热器；14、粒化器；15、反冲洗装置；16、除沫器；17、喷淋装置；18、长喷枪；19、短喷枪；20、高压喷头；21、第二蒸汽换热器；22、可移动蒸汽罩；23、第一热水换热器；24、第二热水换热器；39、蒸汽管道；40、蒸汽换热管线；41、渣水混合物管道；42、排水管线；43、用户管网；

110、抓渣模块；120、渣粒分析模块；130、预定卸渣位置；140、控制模块；150、传感器检测模块；160、中控系统；111、轨道架；112、大车运行机构；113、小车运行机构；114、升降机构；115、抓取部；116、大车车轮；117、钢丝绳；121、渣粒； 153、料面扫描传感器；154、水平位置传感器；155、高度传感器；156、重量传感器； 157、力矩传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种环保节能型高炉熔渣智能处理系统，包括粒化塔1、烟囱3、过滤池7、热水换热单元、冷却塔11、储水池12、运渣汽车9和智能抓渣设备8，粒化塔1通过渣水混合物管道41与过滤池7连接，粒化塔1通过蒸汽管道39与烟囱3连接，所述过滤池7通过蒸汽换热管线40与烟囱3连接，烟囱3通过排水管线42与冷却塔11 连接，所述过滤池7、所述热水换热单元、冷却塔11和储水池12依次串联，智能抓渣设备8能够抓取所述过滤池7内的水渣，运渣汽车9用于将智能抓渣设备8抓取的水渣运走，如图1至图6所示。

在本实施例中，粒化塔1内设置有粒化器14和第一蒸汽换热器13，粒化器14 位于粒化塔1的高温熔渣入口的下方，第一蒸汽换热器13位于粒化塔1的上部，粒化塔1的高温熔渣入口位于第一蒸汽换热器13和粒化器14之间。粒化器位于粒化塔高温熔渣的入口下方，蒸汽换热器位于粒化器的上方靠近粒化塔顶部。

在本实施例中，粒化塔1的下部通过渣水混合物管道41与所述过滤池7连接，粒化塔1的顶部通过蒸汽管道39与烟囱3连接，蒸汽管道39上设有第一引风机2，蒸汽管道39与粒化塔1的连接处位于第一蒸汽换热器13的上方。粒化塔内未凝结的蒸汽从粒化塔顶部侧面的蒸汽管道被引风机引入烟囱。

在本实施例中，烟囱3内从下向上依次设有喷淋装置17、除沫器16和反冲洗装置15，蒸汽管道39与烟囱3的连接处位于喷淋装置17的下方，喷淋装置17可以设置一层或多层，蒸汽换热管线40与烟囱3的连接处也位于喷淋装置17的下方，喷淋装置17含有沿烟囱3的周向均匀交替排列的长喷枪18和短喷枪19，长喷枪18和短喷枪19上均匀布置有多个高压喷头20，如图5所示。

在本实施例中，所述过滤池7含有并列(图1中上下方向)相邻设置的第一过滤分池71和第二过滤分池72，所述过滤池7的顶部设有可移动蒸汽罩22，可移动蒸汽罩22能够在第一过滤分池71和第二过滤分池72的顶部之间来回移动，从而使可移动蒸汽罩22能够密封第一过滤分池71或第二过滤分池72。冲渣时，可移动蒸汽罩对第一过滤分池71或第二过滤分池72实现密封，避免含硫蒸汽对空排放；冲渣停止后把蒸汽罩移开便于抓渣作业清理过滤池内渣粒。

在本实施例中，烟囱3的下部通过排水管线42与冷却塔11连接，第一过滤分池 71和第二过滤分池72的上部均设有蒸汽排放口，该蒸汽排放口与蒸汽换热管线40 连接，蒸汽换热管线40上设有第二蒸汽换热器21和第二引风机4。渣水混合物管道 41上设有第一渣水混合物管道阀门61和第二渣水混合物管道阀门62，蒸汽换热管线 40上设有第一过滤池蒸汽管道阀门51和第二过滤池蒸汽管道阀门52，如图1所示。第二引风机4能够把过滤池表面的蒸汽抽离后进入第二蒸汽换热器21。

在本实施例中，第一过滤分池71或第二过滤分池72排出的高温蒸汽能够进入第二蒸汽换热器21中放热，该高温蒸汽在放热后能够进入烟囱3内，第二蒸汽换热器 21连接有第一换热管线，该第一换热管线内的第一换热介质(如常温水或其他介质) 能够在第二蒸汽换热器21中吸热并在吸热后进入用户管网43。

在本实施例中，所述热水换热单元含有第一热水换热器23和第二热水换热器24，第一热水换热器23与第二热水换热器24串联或并联设置(如图6中为串联)，第一热水换热器23和第二热水换热器24均设置于水泵房10内，水泵房10位于过滤池7 和储水池12之间。

在本实施例中，过滤池7中流出的高温过滤水能够在第一热水换热器23和第二热水换热器24中放热，第一热水换热器23和第二热水换热器24连接有第二换热管线，该第二换热管线内的第二换热介质(常温水或其他介质)能够在第一热水换热器 23和第二热水换热器24中吸热并在吸热后进入用户管网43。高温过滤水从过滤池底部流出后依次经过多台热水换热器，在热交换过程中完成对待加热介质(常温水或其他介质)的加热，常温水(或其他待加热介质)经水泵房热水换热器加热后进入用户管网。

在本实施例中，冷却塔11位于储水池12的上方，冷却塔11排出的水将进入储水池12，储水池12通过输水管线与粒化塔1和烟囱3连接，过滤池7的底部出口外连接有过滤水检测分析单元，该过滤水检测分析单元能够检测过滤水的水质、温度和流量，蒸汽换热管线40上设有第一余热制冷机，粒化塔1内设置第二余热制冷机，所述环保节能型高炉熔渣智能处理系统还包括运渣汽车9。

高温过滤水在换热器(第一热水换热器23和第二热水换热器24)的作用下温度降低成为低温过滤水，低温过滤水进入冷却塔进一步冷却后进入储水池，作为低温冲渣水、输送水、喷淋水备用，实现过滤水的循环利用。

过滤池上方设置智能抓渣设备8，过滤池侧面停放运渣汽车。智能抓渣设备8包括传感器检测系统、中控系统、控制装置、渣粒分析模块、抓斗起重机，中控系统接收传感器系统的信号后，通过控制装置控制抓斗起重机进行抓渣作业，抓渣后把渣粒卸载到运渣汽车，如图7所示。

在过滤池底部出口处，对过滤水的水质进行检测分析，同时检测过滤水的温度、流量，并把所有检测结果及时反馈到高炉中控系统，优化高炉操作、促进高炉顺行。该系统能够通过渣粒分析模块统计整个过滤池渣粒重量、分析渣粒化学成分变化情况，对高炉熔渣重量及成分进行及时监测并反馈到高炉中控系统，实现预测性的生产决策，优化高炉原燃料质量和配比、优化高炉操作。

可以用余热制冷机代替换热器(即用第一余热制冷机替代第二蒸汽换热器21，用第二余热制冷机替代第一热水换热器23和第二热水换热器24)完成熔渣处理过程中蒸汽和热水的余热利用，也可以同时安装换热器和余热制冷机两套系统，夏季运行余热制冷系统供空调制冷，冬季运行换热器系统供采暖。

下面详细介绍本实用新型所述智能抓渣设备8。

该智能抓渣设备包括：传感器检测模块150、与传感器检测模块150连接的控制模块140以及与控制模块140连接的抓渣模块110和渣粒分析模块120，如图7、图 8和图9所示。

渣粒分析模块120用于分析渣粒的化学成分，并将分析结果传输至控制模块140。其中，渣粒分析模块120与控制模块140可以通过信号传输线进行通信连接，也可以通过蓝牙通信或无线通信网络或局域网络等实现无线通信连接，本实用新型对此不作限制。

另外，该渣粒分析模块120可以设置在卸渣位置，并设有与之配合的机械手。机械手用于在抓渣模块卸渣后，抓取渣粒，作为渣粒样本，送至渣粒分析模块的样本放置位置。其中，该机械手可以设置为预定间隔时间抓取一次渣粒样本，也可以通过信号线或无线通信方式接收检测指令，根据检测指令抓取渣粒样本，使该渣粒分析模块自动化进行渣粒分析。

传感器检测模块150用于检测包含渣粒位置、抓渣模块110的抓取部位置的信号。其中，传感器检测模块150与控制模块140可以通过信号传输线进行通信连接，也可以通过蓝牙通信或无线通信网络或局域网络等实现无线通信连接，本实用新型对此不作限制。

控制模块140根据传感器检测模块150所检测的信号以及预存的过滤池位置范围、保护滤料的最低抓渣极限高度、预定卸渣位置等向抓渣模块110输出抓渣和卸渣指令。

另外，控制模块140记录渣粒分析模块上传的化学成分分析结果，并根据多次上传的化学成分分析结果统计渣粒的化学成分变化情况，并将渣粒的化学成分变化情况上传至高炉系统的中控系统。

抓渣模块110架设于过滤池7上，用于根据抓渣和卸渣指令进行抓渣和卸渣作业，以将过滤池内的渣粒移至预设卸渣位置。

通过上述方案可以得知，本实用新型实施例提供的智能抓渣设备，控制模块基于传感器检测模块采集的信号，控制抓渣模块动作，实现自动抓渣和卸渣，能够提高自动化程度，进而提高作业效率，减少人为因素的影响，精确控制抓斗起重机作业，实现渣粒的彻底清理，避免破坏滤料，防止卸料时发生撒料。

另外，本实用新型实施例提供的智能抓渣设备，通过渣粒分析模块，能够及时监测渣粒的化学成分变化情况，并反馈至高炉系统的中控系统，利于高炉系统的中控系统优化高炉原燃料质量和配比、优化高炉操作、促进高炉顺行，实现预测性的生产决策。

该智能抓渣设备8的电路结构如下所述：传感器检测模块150连接控制模块140，控制模块140连接抓渣模块110，渣粒分析模块120连接控制模块140，控制模块140 连接高炉系统的中控系统160。其中，各部分之间的连接方式可以采用传输线通信连接，也可以通过局域网络通信连接。

当然，该局域网络包括但不限于：蓝牙网络、无线通信网络。通过将模块之间采用无线连接方式进行连接，可以有效减少布线工作量。其中，传感器检测模块150 将检测到的渣粒位置、抓渣模块110的抓取部位置等信号传输给控制模块140，控制模块140向抓渣模块110输出抓渣和卸渣指令，进而抓渣和卸渣作业，以将过滤池内的渣粒移至预定卸渣位置。

抓渣模块包括：设置在过滤池7两侧且相互平行的两个轨道架111、横跨在轨道架111上的大车运行机构112、设置在大车运行机构112上的小车运行机构113、连接在小车运行机构113下部的升降机构114以及连接在升降机构114底部的抓取部 115。

其中，大车运行机构112可以包括：行车梁、大车电动机、大车制动器、大车联轴器以及大车车轮116，行车梁水平架设在两个轨道架之间，大车电动机连接大车联轴器，大车联轴器连接大车车轮，大车制动器连接大车车轮。大车车轮116设置在行车梁的两侧下方，沿着两个轨道架111运动。另外，大车电动机、大车制动器、大车联轴器均连接控制模块140。

该大车运行机构112还可以包括：减速器，大车电动机通过减速器连接大车联轴器，减速器连接控制模块140。该大车运行机构112还可以包括：行程限位器，该行程限位器连接控制模块140。该行程限位器作为行程开关，用于控制大车运行机构的行程、变换运行方向或速度。另外，行车梁上设有与轨道架111方向垂直的小车轨道，如图8所示。

小车运行机构113沿着小车轨道运动，运动方向与大车运行机构112的运动方向相垂直。具体地，该小车运行机构113可以包括：小车架、小车电动机、小车制动器、小车联轴器以及小车车轮，小车电动机连接小车联轴器，小车联轴器连接小车车轮，小车制动器连接小车车轮。下车架下侧设置小车车轮和连接结构。另外，小车电动机、小车制动器、小车联轴器均连接控制模块140。

该小车运行机构113还可以包括：减速器，小车电动机通过减速器连接小车联轴器，该减速器也连接控制模块140。该减速器可以采用由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，用于在小车电动机与小车联轴器之间起匹配转速和传递转矩的作用。

该小车运行机构113还可以包括：行程限位器，该行程限位器也连接控制模块140。该行程限位器作为行程开关，用于控制小车运行机构的行程、变换运行方向或速度。升降机构114通过该连接结构连接在该小车运行机构113的下部，升降机构 114的位置随着小车运行机构的位置变动而变动。

升降机构114通过钢丝绳117连接抓取部115，用于提升或降低抓取部115。该升降机构114可以包括：电动机、减速器、卷筒和制动器，其中，电动机连接减速器，减速器和制动器连接卷筒，电动机、减速器和制动器均连接至控制模块140。另外，该电动机、减速器、制动器均连接控制模块140。该减速器可以采用由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，用于匹配转速和传递转矩。

该升降机构114可以采用卷扬机实现。抓取部115通过抓取动作实现抓渣和卸渣作业。其中，该抓取部115包括：抓斗以及传动模块，抓斗通过传动模块连接在升降机构114的下端，传动模块带动抓斗进行抓取动作。传动模块内设有减震模块。另外，传感器检测模块150检测渣粒位置、抓渣模块的抓取部位置等信号。

控制模块140根据渣粒位置以及抓取部的位置控制大车运行机构112和小车运行机构113运动方向和运动距离，使得抓取部115移动至渣粒位置的上方，以便进行后续抓渣作业。

当抓取部115移动至渣粒位置的上方后，控制模块140根据抓取部115的高度位置控制升降机构114对抓取部115进行升降，使得抓取部115下降至渣粒上方；当抓取部115位于渣粒上方时，控制模块140向抓取部115发送抓取动作指令，抓取部 115进行抓渣作业。

当抓取部115完成抓渣后，控制模块140根据抓取部的高度位置，控制升降机构114动作，使抓取部115上升预设距离。然后，控制模块140根据预设卸渣位置130 控制大车运行机构112和小车运行机构113运动方向和运动距离，使得抓取部115 移动预定卸渣位置130的上方。

当抓取部115移动至预定卸渣位置130的上方时，控制模块140根据抓取部115 的高度位置，控制升降机构114动作，调节抓取部115高度，控制抓取部115的传动模块，通过传动模块动作使抓斗翻斗或打开，实现卸渣作业。

通过分析上述智能抓渣设备，可以得知，控制模块140基于传感器检测模块150 采集的信号，控制抓渣模块110的大车运行机构112、小车运行机构113、升降机构 114以及抓取部115动作，实现自动抓渣和卸渣。

该智能抓渣设备8的电路结构包括：传感器检测模块150连接控制模块140，控制模块140连接抓渣模块110的大车运行机构112、小车运行机构113、升降机构114 以及抓取部115，其中，模块之间的连接方式可以采用导线进行电连接。

当然，模块之间的连接方式也可以采用局域网进行无线连接方式，包括但不限于：蓝牙连接、无线通信网络连接。通过将模块之间采用无线连接方式进行连接，可以有效减少布线工作量。

其中，传感器检测模块150用于检测渣粒位置、抓渣模块的抓取部115位置等信号。控制模块140根据传感器检测模块150所检测的信号控制大车运行机构112、小车运行机构113、升降机构114以及抓取部115动作，实现自动化作业。

传感器检测模块150包括：料面扫描传感器153、水平位置传感器154、高度传感器155。料面扫描传感器153设置于过滤池7上方位置，并连接控制模块140，用于检测过滤池7内渣粒121的料面状态，输出料面检测信号。

该料面扫描传感器153可以设置在大车运行机构上，进行3D扫描，当然，本实用新型不以此为限，只要是位于过滤池上方，能够完整扫描到过滤池的位置均可设置该料面扫描传感器。

水平位置传感器154设置在抓取部115上，或者设置在小车运行机构113上，或者设置在升降机构114上，并连接控制模块140，用于检测抓取部115的水平位置，输出水平位置检测信号。

控制模块140根据料面检测信号确定渣粒位置，然后基于渣粒位置以及抓取部115的水平位置，控制大车运行机构112和小车运行机构113运动，使抓取部115移动至渣粒位置上方。

其中，通过料面扫描传感器153和水平位置传感器154采集信号，控制模块140 基于采集的信号进行控制，能够准确定位渣粒位置、抓渣位置和抓渣高度，实现精准抓渣。

高度传感器155可以设置在抓取部115上，或设置在升降机构114上，或设置在过滤池7的侧壁上，并连接控制模块140，用于检测抓取部115的高度，输出高度检测信号。

控制模块140根据高度检测信号控制升降机构114提升或降低抓取部115，使得抓取部115到达渣粒121上方位置。其中，通过高度传感器155采集抓取部115的高度信息，控制模块140基于采集的信号进行控制，能够准确定位抓渣高度，实现精准抓渣。

该传感器检测模块150还可以包括：重量传感器156，设置在过滤池7底部，并连接控制模块140，用于检测过滤池7内的渣粒121的重量，输出渣粒重量信号；控制模块140根据渣粒121重量信号，实时统计过滤池7内的渣粒121重量变化情况，并计算累计抓渣重量，当累计抓渣重量达到预设重量时，控制抓渣模块110停止抓渣作业，并将渣粒重量变化情况反馈至高炉系统的中控系统，利于高炉系统的中控系统优化高炉原燃料质量和配比、优化高炉操作、促进高炉顺行。

重量传感器156检测到过滤池7内的渣粒121的重量查出预设值时，向控制模块140发送信号，控制模块140发送启动指令，进行抓渣作业。该传感器检测模块还可以包括：力矩传感器157，该力矩传感器157设置在该钢丝绳117上，并连接控制模块140，用于监测升降机构114的工作状态，产生力矩信号；控制模块140根据力矩信号和高度检测信号，控制升降机构工作。

值得说明的是，当抓取部115下降到过滤池7内的液态水的水面时，水面对该抓取部产生一个向上的浮力，力矩传感器157会感受到作用于钢丝绳117上的浮力，产生力矩信号，基于该力矩信号调低升降机构114的转速，使得抓取部115下降的速度减小，能够预防卷扬机的绳索松弛，避免抓斗落到渣粒表面后卷扬机继续旋转导致卷扬机的绳索松弛而脱出卷扬机的滑轮组。

该控制模块为PLC，其中预存有过滤池位置范围、保护滤料的最低抓渣极限高度以及设定好的控制程序。渣粒分析模块120为金属原位分析仪，当然，本实用新型不以此为限，所有能够分析渣粒化学成分的仪器均可作为本实用新型实施例中的渣粒分析模块。

该智能抓渣设备8还可以包括：报警器，该报警器连接控制模块，当过滤池内的渣粒重量超出预设阈值或抓渣模块动作异常时，控制模块向报警器发送报警信号，报警器基于报警信号进行声光报警，使得值班人员能够及时发现问题，防止设备损伤。

本实用新型实施例提供的智能抓渣设备，能够根据预先设置的程序自动运行，不需要专人值守，避免含硫蒸汽危害操作人员身体健康，实现无人值守连续进行抓渣、卸渣作业，减少人为因素的影响，精确控制抓斗起重机作业，实现渣粒的彻底清理，避免破坏滤料，预防卷扬机的绳索松弛，避免抓斗落到渣粒表面后卷扬机继续旋转导致卷扬机的绳索松弛而脱出卷扬机的滑轮组，并能有效减缓滤料板结，大幅提升过滤池滤料的使用寿命，进而降低滤料更换费用。

另外，本实用新型实施例提供的智能抓渣设备，通过渣粒分析模块，能够及时监测渣粒的化学成分变化情况，并反馈至高炉系统的中控系统，并且，通过重量传感器监测渣粒重量，控制模块基于重量传感器采集的信号，统计熔渣重量，反馈至高炉系统的中控系统，利于高炉系统的中控系统优化高炉原燃料质量和配比、优化高炉操作、促进高炉顺行，实现预测性的生产决策。

本申请中所述的控制模块或控制器可以采取专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的模块也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

下面介绍该环保节能型高炉熔渣智能处理系统的工作过程。

在粒化塔1的高温熔渣(1350℃～1500℃)的入口下方设置粒化器14，高温熔渣在大量高速粒化水的作用下完成粒化，渣水混合物落入粒化塔1的底部。粒化塔1 的底部引入输送水(约40℃～45℃)，在输送水的作用下，渣水混合物进入第一过滤分池71或第二过滤分池72。

在粒化器14的上方靠近粒化塔1顶部设置第一蒸汽换热器13，粒化塔1顶部侧面设置蒸汽管道和第一引风机2。在第一引风机2的作用下，熔渣粒化过程中产生的蒸汽(约80℃～100℃)在粒化塔1内部向上运动，蒸汽经过第一蒸汽换热器13时，被引入第一蒸汽换热器13的常温水(约25℃～35℃)吸收大量热能成为热水(约 60℃～80℃)，大量蒸汽在换热过程中凝结为水滴落入粒化塔1底部。未凝结的蒸汽从粒化塔1顶部侧面的蒸汽管道进入烟囱3。

烟囱3内在粒化塔蒸汽管道出口的上方依次设置一层(或多层)喷淋装置17、除沫器16、反冲洗装置15。喷淋装置17由在烟囱3内部同一高度上均匀交叉布置的多个长喷枪18和短喷枪19组成，长喷枪和短喷枪上均匀布置多个高压喷头20。根据工艺需求，可以在不同高度上布置多个层次的长喷枪18和短喷枪19及其附带的高压喷头20。喷淋水(约40℃～45℃)从高压喷头20喷出后在烟囱内部形成雾化状态，雾化的喷淋水均匀布满烟囱内部空间。

未凝结的蒸汽进入烟囱3后，在雾化喷淋水的作用下成为冷凝水，冷凝水与喷淋水一起落入烟囱3底部沿冷凝水喷淋水管道进入冷却塔11。除沫器16设置在喷淋装置17上方，消除未凝结的蒸汽和小水滴；反冲洗装置15定期对除沫器16进行反冲洗，避免除沫器16长期使用后被堵塞。

从粒化塔1底部引出的渣水混合物管道与两条过滤池管道的汇合点相连接，两条过滤池管道分别进入两个过滤池。进入两个过滤池的管道上分别安装第一渣水混合物管道阀门61和第二渣水混合物管道阀门62，需要使用第一过滤分池71时，打开第一渣水混合物管道阀门61，关闭第二渣水混合物管道阀门62。

过滤池顶部设置可移动蒸汽罩22，对过滤池表面的蒸汽进行密封；冲渣停止后可移动蒸汽罩22移开便于抓渣。在过滤池侧壁靠近烟囱处接近顶部的位置开孔，在过滤池侧壁开孔外设置第二引风机4引出过滤池表面的蒸汽。在第二引风机4的负压和可移动蒸汽罩22密封的作用下，过滤池表面的蒸汽被抽离过滤池进入第二蒸汽换热器21。

常温水(约25℃～35℃)经第二蒸汽换热器21加热后进入用户管网，大部分蒸汽在换热器的作用下凝结成水滴，与渣水混合物一起进入过滤池，小部分蒸汽未被凝结进入烟囱3，在烟囱内喷淋装置17的作用下成为水滴，落入烟囱3的底部后进入冷却塔11。

在水泵房10设置第一热水换热器23和第二热水换热器24，两个换热器以串联方式连接，高温过滤水(约70℃～90℃)从过滤池底部流出后依次经过第一热水换热器23和第二热水换热器24，在热交换过程中完成对常温水的加热。

高温过滤水换热后成为低温过滤水进入冷却塔11，完成冷却后成为冷却水进入储水池12，储水池的冷却水可以作为烟囱的喷淋水、粒化塔的粒化水或输送水循环利用。

高炉原燃料质量和配比的变化会导致高炉熔渣的成分变化，进而改变过滤水的水质。在过滤池底部出口处，对过滤层过滤后流出的过滤水的水质进行检测分析，同时检测过滤水的温度、流量，并把所有检测结果及时反馈到高炉中控系统，有利于优化高炉操作、促进高炉顺行。

智能抓渣设备控制抓斗起重机进行抓渣作业，抓渣后把渣粒卸载到运渣汽车9。

智能抓渣设备能够通过渣粒分析模块统计整个过滤池渣粒重量、分析渣粒化学成分变化情况，对高炉熔渣重量及成分进行及时监测并反馈到高炉中控系统，实现预测性的生产决策，优化高炉原燃料质量和配比、优化高炉操作。

经蒸汽换热器加热后的热水(约60℃～70℃)用途广泛，引入用户管网后可以用作生活水系统的浴池淋浴、冬季供暖，也可以用作工业水系统的材料加湿预热等。熔渣粒化过程中的蒸汽以及过滤池内冲渣水和蒸汽的热能得到有效回收，减少了含硫蒸汽的对空排放，实现蒸汽消白处理，对于节能减排具有重大意义。

实用新型内容中的蒸汽换热器也可以用低能耗的溴化锂吸收式余热制冷机代替，功率只有5～10kW，利用粒化熔渣粒化过程中的蒸汽以及过滤池内冲渣水和蒸汽的热能进行制冷，经余热制冷机得到的低温冷水(约5℃～15℃)可以作为空调冷冻水送往空调机组，也可以作为生产工艺用冷冻水送往高炉相应的系统(如炉体冷却系统)。

对于高炉熔渣处理过程中蒸汽和热水的余热利用，可以同时安装换热器系统和余热制冷系统，夏季运行余热制冷系统供空调制冷，冬季运行换热器系统供采暖。

经蒸汽换热器加热后的热水(约60℃～70℃)用途广泛，引入用户管网后可以用作生活水系统的浴池淋浴、冬季供暖，也可以用作工业水系统的材料加湿预热等。经溴化锂吸收式余热制冷机得到的低温冷水(约5℃～15℃)可以作为空调冷冻水送往空调机组，也可以作为生产工艺用冷冻水送往高炉相应的系统(如炉体冷却系统)。

本实用新型具有以下优点：充分利用粒化塔内蒸汽、过滤池内冲渣水和蒸汽的余热，实现能源的有效循环利用；减少过滤池含硫蒸汽的排放实现消白处理，减少空气污染；过滤水经余热制冷机处理后温度降低，能够减少冷却塔的工作负荷，实现高效冷却；采用无能耗的换热器或低能耗的溴化锂吸收式余热制冷机，具有运行成本低、效益高的优点。

本实用新型对过滤水的水质进行检测分析，同时检测过滤水的温度、流量，并把所有检测结果及时反馈到高炉中控系统，对优化优化高炉操作、促进高炉顺行起到重要作用。本实用新型能够对高炉熔渣重量及成分进行及时监测并反馈到高炉中控系统，实现预测性的生产决策，优化高炉原燃料质量和配比、优化高炉操作。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术实用新型之间、技术实用新型与技术实用新型之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种环保节能型高炉熔渣智能处理系统，其特征在于，所述环保节能型高炉熔渣智能处理系统包括粒化塔(1)、烟囱(3)、过滤池(7)、热水换热单元、冷却塔(11)、储水池(12)、运渣汽车(9)和智能抓渣设备(8)，粒化塔(1)通过渣水混合物管道(41)与所述过滤池(7)连接，粒化塔(1)通过蒸汽管道(39)与烟囱(3)连接，所述过滤池(7)通过蒸汽换热管线(40)与烟囱(3)连接，烟囱(3)通过排水管线(42)与冷却塔(11)连接，所述过滤池(7)、所述热水换热单元、冷却塔(11)和储水池(12)依次串联，智能抓渣设备(8)能够抓取所述过滤池(7)内的水渣。

2.根据权利要求1所述的环保节能型高炉熔渣智能处理系统，其特征在于，粒化塔(1)内设置有粒化器(14)和第一蒸汽换热器(13)，粒化器(14)位于粒化塔(1)的高温熔渣入口的下方，第一蒸汽换热器(13)位于粒化塔(1)的上部，粒化塔(1)的高温熔渣入口位于第一蒸汽换热器(13)和粒化器(14)之间。

3.根据权利要求1所述的环保节能型高炉熔渣智能处理系统，其特征在于，烟囱(3)内从下向上依次设有喷淋装置(17)、除沫器(16)和反冲洗装置(15)，蒸汽管道(39)与烟囱(3)的连接处位于喷淋装置(17)的下方，喷淋装置(17)含有沿烟囱(3)的周向均匀交替排列的长喷枪(18)和短喷枪(19)，长喷枪(18)和短喷枪(19)上均匀布置有多个高压喷头(20)。

4.根据权利要求1所述的环保节能型高炉熔渣智能处理系统，其特征在于，所述过滤池(7)含有并列相邻设置的第一过滤分池(71)和第二过滤分池(72)，所述过滤池(7)的顶部设有可移动蒸汽罩(22)，可移动蒸汽罩(22)能够密封第一过滤分池(71)或第二过滤分池(72)。

5.根据权利要求4所述的环保节能型高炉熔渣智能处理系统，其特征在于，第一过滤分池(71)或第二过滤分池(72)排出的高温蒸汽能够进入第二蒸汽换热器(21)中放热，该高温蒸汽在放热后能够进入烟囱(3)内，第二蒸汽换热器(21)连接有第一换热管线，该第一换热管线内的第一换热介质能够在第二蒸汽换热器(21)中吸热并在吸热后进入用户管网(43)。

6.根据权利要求1所述的环保节能型高炉熔渣智能处理系统，其特征在于，所述热水换热单元含有第一热水换热器(23)和第二热水换热器(24)，第一热水换热器(23)与第二热水换热器(24)串联或并联设置，第一热水换热器(23)和第二热水换热器(24)均设置于水泵房(10)内，水泵房(10)位于过滤池(7)和储水池(45)之间。

7.根据权利要求6所述的环保节能型高炉熔渣智能处理系统，其特征在于，过滤池(7)中流出的高温过滤水能够在第一热水换热器(23)和第二热水换热器(24)中放热，第一热水换热器(23)和第二热水换热器(24)连接有第二换热管线，该第二换热管线内的第二换热介质能够在第一热水换热器(23)和第二热水换热器(24)中吸热并在吸热后进入用户管网(43)。

8.根据权利要求1所述的环保节能型高炉熔渣智能处理系统，其特征在于，智能抓渣设备(8)包括：传感器检测模块、与所述传感器检测模块连接的控制模块以及与所述控制模块连接的抓渣模块和渣粒分析模块；

所述渣粒分析模块用于分析渣粒的化学成分，并将分析结果传输至所述控制模块；

所述传感器检测模块用于检测包含渣粒位置、抓渣模块的抓取部位置的信号；

所述控制模块根据所述传感器检测模块所检测的信号向所述抓渣模块输出抓渣和卸渣指令，并且，根据所述分析结果统计渣粒的化学成分变化情况并上传至高炉系统的中控系统；

所述抓渣模块架设于所述过滤池上，用于根据所述抓渣和卸渣指令进行抓渣和卸渣作业。

9.根据权利要求8所述的环保节能型高炉熔渣智能处理系统，其特征在于，所述抓渣模块包括：设置在所述过滤池两侧且相互平行的两个轨道架、横跨在所述轨道架上的大车运行机构、设置在所述大车运行机构上的小车运行机构、连接在所述小车运行机构下部的升降机构以及连接在升降机构底部的所述抓取部；

所述大车运行机构沿着两个所述轨道架运动，其上设有与所述轨道架垂直的小车轨道；

所述升降机构用于提升或降低所述抓取部；

所述抓取部通过抓取动作实现抓渣和卸渣作业。

10.根据权利要求9所述的环保节能型高炉熔渣智能处理系统，其特征在于，所述传感器检测模块包括：

料面扫描传感器，连接所述控制模块，用于检测过滤池内渣粒的料面状态，输出料面检测信号；

水平位置传感器，连接所述控制模块，用于检测所述抓取部的水平位置，输出水平位置检测信号；

高度传感器，连接所述控制模块，用于检测所述抓取部的高度，输出高度检测信号；

重量传感器，连接所述控制模块，用于检测所述过滤池内的渣粒的重量，输出渣粒重量信号；

其中，所述控制模块根据所述料面检测信号确定渣粒位置；

所述控制模块根据所述水平位置检测信号控制所述大车运行机构和所述小车运行机构运动，使所述抓取部运行至所述渣粒位置或预定卸渣位置；

所述控制模块根据所述高度检测信号控制所述升降机构提升或降低所述抓取部；

所述控制模块根据所述渣粒重量信号，实时统计所述过滤池内的渣粒重量变化情况，并计算累计抓渣重量，当所述累计抓渣重量达到预设重量时，控制所述抓渣模块停止抓渣作业，并将所述渣粒重量变化情况反馈至所述高炉系统的中控系统。