CN220083705U - 一种熔渣反应器及预热风熔渣余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种熔渣反应器及预热风熔渣余热回收系统，熔渣反应器包括第一外筒，其特征在于，在所述第一外筒内设置内筒，所述第一外筒和内筒之间形成流体层，所述内筒上设置贯穿内筒的喷嘴；使用时，流体通过喷嘴喷射，在所述内筒内壁形成流体膜。余热回收系统包括熔渣输送装置、熔渣反应器、旋风分离器、热粒化渣罐和加压风机。本实用新型的熔渣反应器及预热风熔渣余热回收系统，能够避免熔渣粘结到熔渣反应器内壁上，降低熔渣反应器的成本，提高处理效率，延长熔渣反应器乃至整个余热回收系统的使用寿命；还具有传热效率高、热回收比例高、余热品位高、价值高、热回收效率高、环保、节约用水、节省空间等优点。

Description

一种熔渣反应器及预热风熔渣余热回收系统

技术领域

本实用新型属于熔渣热能回收技术领域，具体是一种熔渣反应器及预热风熔渣余热回收系统。

背景技术

使用各种工业炉窑生产钢铁、有色金属、黄磷等产品的过程中，由于炉窑高温的反应环境，副产品炉渣具有很高的温度。在高温条件下，炉渣呈熔融液态，流动性好。炉渣的主要成分为CaO、MgO、SiO2、Al2O3等，经过水或空气急速冷却淬制后，变成颗粒细小均匀的颗粒炉渣，可作为水泥熟料，具有很高的商业价值。同时，高温炉渣有较高的显热，以1500 ℃计算，其可利用显热约为1400至1800 kJ/kg。我国各类炉渣每年总产量数亿吨，在淬制过程中，炉渣的显热以热交换形式传递至水或空气中。目前90%以上的熔渣以水淬为主，淬制后产生的副产品为60-90 ℃的热水和低温饱和蒸汽，部分企业在冬季作为采暖热源予以回收利用，整体利用水平不高，尤其在春夏秋三季，热量主要以水蒸发的形式直接排放到大气中，产生了巨大的浪费。并且，在淬制过程中产生一定量的H2S、SO2等有害气体以及粉尘，随淬制白烟排放到大气中污染了环境。

针对上述问题，国内外自20世纪70年代以来提出了以转轮、转杯、转鼓、转盘、粒化轮等熔渣机械破碎方法、并以常压空气等介质作为二次热媒回收熔渣热量；以金属球与熔渣混合，使炉渣冷却、破碎，并以金属球和热空气或氮气为二次热媒回收熔渣热量；以压缩空气或蒸汽，或以水与蒸汽或空气混合，冲击熔融渣流完成破碎与淬制，并以热空气或过热蒸汽为二次热媒回收熔渣热量；以固体渣冲击熔融液态炉渣或混合搅拌的固体颗粒冲击法，以固体渣粒和凝固的熔融渣粒混合物为二次热媒回收熔渣热量；以上等方法目前均未在工业生产中大量推广，主要原因为机械磨损、熔渣粘结、冲制气体能耗大、故障率高、能源回收率低等问题没有彻底解决。目前工业生产中仍以水淬的方法处理熔渣，主要分为因巴法（INBA）、图拉法（TYNA）、拉萨法（RASA）、底滤法（OCP），存在热量损失大、有害气体排放污染空气等缺点。

在熔渣余热回收利用的研究上，各国研究人员都提出了具体的方案，例如：

公开号为CN114959128A的中国实用新型专利申请，记载了一种用于高炉渣粒化过程悬浮输送降温的气水射流装置，以水力的方法将熔渣破碎为熔渣液滴，并以空气和水为介质冷却，将熔渣热能转换为常压空气和蒸汽的内能，获得玻璃体含量较高的炉渣，并利用余热锅炉对热空气的内能进行转化利用。由于熔渣在粒化的过程中，会形成不同粒径的熔渣液滴，熔渣爆裂后渣滴的飞行方向具有随机性，相邻喷枪之间的压强场因受力点距离喷嘴的距离不同而不同，且喷嘴布置在高速粒化流道内，会造成部分大颗粒熔渣从悬浮流道逃逸的可能，筒壁没有熔渣粘附后的处理措施，长期运行后会在喷嘴背面及流道筒壁内结成厚渣壳，影响稳定运行。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种熔渣反应器及预热风熔渣余热回收系统，能够避免熔渣粘结到熔渣反应器内壁上。

为实现上述发明目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种熔渣反应器，包括第一外筒，在所述第一外筒内设置内筒，所述第一外筒和内筒之间形成流体层，所述内筒上设置贯穿内筒的内筒喷嘴；使用时，流体通过内筒喷嘴喷射，在所述内筒内壁形成流体膜。流体膜的射流流体对内筒壁起到一定的冲刷、冷却作用，防止内筒壁粘结熔渣，即便少量随机爆裂的渣滴粘附于内筒壁面，在流体的反复冲刷下亦能脱落。

进一步的，所述流体为液体，所述内筒喷嘴为切向喷嘴。

另一种改进，所述流体为气体，所述内筒喷嘴为切向喷嘴或采用微孔陶瓷结构。

进一步的，熔渣反应器还包括流体供给管、排水管和回收环，所述供给管和排水管分别和所述流体层连通，所述回收环设置在所述第一外筒尾部。

进一步的，所述熔渣反应器还包括第二外筒，所述第二外筒连接到第一外筒尾部。所述第二外筒直径大于所述第一外筒，热结壳粒化渣与冷却介质的接触更充分，冷却效率更高。

一种带有上述熔渣反应器的预热风熔渣余热回收系统，包括熔渣输送装置、熔渣反应器、旋风分离器和热粒化渣罐。所述熔渣输送装置、熔渣反应器、旋风分离器和热粒化渣罐依次相连。

进一步的，所述熔渣反应器竖直布置。如果是水平布置熔渣反应器，则在重力作用下更容易向筒壁流动，容易粘粘。熔渣反应器内熔渣流体自下向上流动，则避免了重力导致的容易粘附筒壁的影响。并且利用熔渣的重力，增加多相流中固液气多相介质之间的速度差，强化换热，缩小反应器尺寸，同时也可减少占地面积。

进一步的，所述预热风熔渣余热回收系统还包括加压风机和高炉轴流压缩机，所述加压风机用于向热粒化渣罐输出加压气体；所述高炉轴流压缩机与所述加压风机的入口相连接。

进一步的，所述预热风熔渣余热回收系统还包括余热锅炉，所述余热锅炉与所述旋风分离器相连接。

进一步的，所述预热风熔渣余热回收系统还包括高温除尘器和热风炉，所述热风炉通过高温除尘器连接到热粒化渣罐的出口。

本实用新型的预热风熔渣余热回收系统以空气为预热对象，以热粒化渣作为热源，加热空气，回收热粒化渣显热热能，被加热的空气，通过高温除尘器除尘，产生的清洁热风送入炉窑，减少炉窑燃料消耗。以压缩空气、水或蒸汽等流体粒化介质，或由上述流体粒化介质组成的多相流，冲击熔渣给料装置输送的熔渣流，在反应器中完成熔渣的冷却固化，使熔渣转变为固态的热粒化渣，同时获得热粒化气体。熔渣反应器内形成流体膜，其射流流体对内筒壁起到一定的冲刷、冷却作用，防止内筒壁粘结熔渣，即便少量随机爆裂的渣滴粘附于内筒壁面，在流体的反复冲刷下亦能脱落。反应器操作压强为常压或加压状态。经固气两相分离后，所得热粒化气体可回收利用。在加压条件下操作的，还可以回收粒化蒸汽潜热。

本实用新型公开的一种熔渣反应器及预热风熔渣余热回收系统，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、能够避免熔渣粘结到熔渣反应器内壁上，降低清洁熔渣反应器的成本，提高处理效率，延长熔渣反应器乃至整个余热回收系统的使用寿命。

2、余热回收系统能量转换环节少，有利于热能的高效传递与利用，热风直接回用于高炉热风炉或燃气锅炉，高效循环利用，无间壁式换热设备，传热效率高。

3、在加压操作条件下，可回收粒化蒸汽的潜热，热回收比例高。

4、余热品位高、价值高，热回收效率高。

5、全反应流程闭路操作，避免了水淬过程中硫化物及粉尘的排放，更加环保。

6、与水淬法相比，节约用水。

7、与只获取常压粒化热风相比，本实用新型的余热锅炉造价低，甚至可以不设余热锅炉，降低建设费用，减少用地。

附图说明

图1是本实用新型预热风熔渣余热回收系统整体结构示意图；

图2是本实用新型熔渣反应器结构示意图；

图3是本实用新型熔渣反应器周向喷嘴内筒截面结构示意图；

图4是本实用新型熔渣反应器内筒微孔陶瓷管状结构断面示意图；

图5是本实用新型熔渣反应器横向剖视图；

图6是图5所示的熔渣反应器A-A向剖视图；

图7是本实用新型熔渣反应器内筒（带有内筒保持支架）侧视图；

图8是本实用新型熔渣反应器单一化学性质冷却介质工况时粒化轮结构示意图；

图9是本实用新型另一个实施例中预热风熔渣余热回收系统整体结构示意图。

图中，1-加压风机，2-熔渣输送装置，3-熔渣反应器，31-粒化流体喷嘴，32-第一外筒，33-内筒，34-回收环，35-第二外筒，36-流体供给管，37-排水管，38-内筒喷嘴，39-内筒保持支架，310-粒化轮，312流体层， 4-旋风分离器，5-热粒化渣罐，6-余热锅炉，7-高炉轴流压缩机，8-热风炉，9-粒化冷却介质，10-高温除尘器。

实施方式

下面结合附图，对本实用新型提出的一种熔渣反应器及预热风熔渣余热回收系统进行详细说明。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”、“底部”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实用新型和简化描述，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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实施例中采用的具体尺寸、数值只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型的一种熔渣反应器及预热风熔渣余热回收系统，包括熔渣输送装置2、熔渣反应器3、旋风分离器4和热粒化渣罐5。熔渣输送装置2、熔渣反应器3、旋风分离器4和热粒化渣罐5依次相连。熔渣输送装置2采用熔渣加压输送装置，可以输送常压后加压熔渣流体。

预热风熔渣余热回收系统还包括加压风机1，加压风机1进口连接高轴流压缩机7，高轴流压缩机7也可替换为热风炉助燃风机出口管路或大气，出口连接热粒化渣罐5冷风管路，其作用为提供克服熔渣与空气换热所产生的流动阻力的动力。以加压风机4所提供的空气作为预热对象，以加压热粒化渣罐5中的热粒化渣作为热源，回收热粒化渣显热热能，被加热的空气，送入炉窑作为助燃空气使用。加压风机4所提供的风压须适应炉窑进风压力与熔渣余热回收装置的压降损耗。

一般来讲，还需要高温除尘器10和热风炉8，热风炉8通过高温除尘器10连接到热粒化渣罐5的出口。预热风熔渣余热回收系统还包括余热锅炉6，余热锅炉6连接在旋风分离器上方。如图9所示，也可不使用余热锅炉，而是采用两套高温除尘器10和热风炉8。

从熔渣反应器3输送来的气固混合物多相流，经旋风分离器4分离后，热粒化渣存储于热粒化渣罐5，气体进入余热锅炉6或进入高温除尘器10，除尘后作为热源加热除盐水或蒸汽，或者作为炉窑助燃空气使用。

熔渣反应器3在加压条件下操作的，进入余热锅炉6的气体，将显热传递至余热锅炉6内的水及蒸汽，余热锅炉6可回收粒化气体中水蒸汽的潜热。热粒化气体为空气的，可以与热粒化渣罐所生产的热风混合供应。

如图2所示，本实施例的熔渣反应器，分为两段，第一段包括第一外筒32，在第一外筒32内设置内筒33，一般为同心管。如图5至7所示，第一外筒32和内筒33之间通过内筒保持支架39连接，内筒保持支架39一般设置多根。第一外筒32为耐压壳，第一外筒32和内筒33之间形成流体层312，即配水管路空间。如图5和7所示，内筒33上设置贯穿内筒33的内筒喷嘴38。使用时，流体通过内筒喷嘴38喷射，在内筒33内壁形成流体膜。

熔渣反应器在本实施例的熔渣反应器及预热风熔渣余热回收系统中，可以为竖直布置、水平布置、斜向布置，优选熔渣反应器竖直布置。如果是水平布置熔渣反应器，则在重力作用下更容易向筒壁流动，容易粘粘。熔渣反应器内熔渣流体自下向上流动，则避免了重力导致的容易粘附筒壁的影响。并且利用熔渣的重力，增加多相流中固液气多相介质之间的速度差，强化换热，缩小反应器尺寸，同时也可减少占地面积。

一种选择是，流体为液体，比如水。流体还可以采用气体，比如空气或蒸汽。

如图3、图5和图7所示，内筒喷嘴38为切向喷嘴，可采用流动截面渐缩式喷嘴。喷射角度与多相流流向呈5°-90°角，根据多相流不同流态布置内筒喷嘴38射流量与射流角度。

如图4所示，内筒33也可以采用微孔陶瓷结构 。微孔陶瓷表面具有吸湿性的特性以及微孔陶瓷布水均匀、过流流动阻力适中的优良特点，以及耐高温耐磨的特点，是反应器一段内筒的优选结构材料。其工作原理为，由反应器第一段内筒和外筒空腔内的有压清洁水，通过内筒渗透到内筒内壁上，形成若干个附着于内筒内壁上的液体水珠，液体水珠在内筒高速流动的多相流曳力作用下，在内筒壁上形成一层水膜，利用莱顿弗罗斯特效应，防止高温渣滴在内筒内壁粘附。

如图2所示，熔渣反应器还包括流体供给管36、排水管37和回收环34，供给管36和排水管37分别和流体层连通，回收环34设置在第一外筒32尾部。

熔渣反应器第二段包括第二外筒35，第二外筒35连接到第一外筒32尾部。

根据莱顿弗罗斯特效应（Leidenfrost effect），上述流体膜可以抑制熔渣液滴在反应器内的粘结。由熔渣反应器一端射来的熔渣与粒化冷却介质9中的渣滴、水雾或空气或蒸汽等组成的多相流，多相流中的高温渣滴在与内筒壁水膜瞬间接触所产生的蒸汽托动作用下，随多相流其他组分悬浮于熔渣反应器内筒，直至熔渣液滴冷却生成固体外壳。并随汽水混合物射入熔渣反应器第二段，反应器内筒内壁的流体膜由回收环回收并循环利用。反应器第二段为管式结构，生成固体熔渣壳的熔渣滴继续与多相流其他组分换热，并完全凝固为热粒化渣，其他组分完全汽化，气固两相流共同流入旋风旋风分离器。

熔渣反应器第一段可以为顺流向切向射入内筒壁面的环装射流结构，切向射流介质除水外，还可以应用空气或蒸汽，亦可以替代莱顿弗罗斯特效应实现对多相流中高温颗粒的托动作用。

以下为本实施例的预热风熔渣余热回收系统的工作过程实例：

实例一：

由熔渣输送装置2（采用熔渣加压输送装置）输送来的熔渣温度为1500 ℃，压强0.55 MPa，注入压强为0.5 MPa采用多孔陶瓷的熔渣反应器3后，在蒸汽和水的混合流冲击、冷却下，受表面张力和熔渣液滴的热应力，形成表面有凝固壳的熔渣滴，在反应器中冷却、固化，并随气流输入旋风分离器4，蒸汽流升温至400-500 ℃，熔渣冷却为820-980 ℃的热粒化渣，蒸汽流入加压余热锅炉6，并在余热锅炉6尾端换热器内凝结成水，并将潜热传递至锅炉中的工质。在热粒化渣装料达到设计料位后，关闭旋风分离器4与热粒化渣罐5之间的高温阀，向热粒化渣罐5通入加压风机1送来的高炉150-250 ℃、0.53MPa冷鼓风，热粒化渣与冷鼓风换热后，获得500-700 ℃的高炉热鼓风，并经除尘后输送至热风炉8，温度200-300℃以下冷粒化渣在渣罐降压后排至粒化渣仓，温度在300℃以上的粒化渣，继续存留与热粒化渣罐内，作为下次来料的底渣。

实例二：

由熔渣输送装置2（采用熔渣常压输送装置）输送来的常压熔渣温度为1400-1500℃，注入熔渣反应器3（常压反应器）后，在压缩空气和水的混合流冲击、冷却下，受表面张力和熔渣液滴的热应力，形成表面有凝固壳的熔渣滴，在反应器中冷却、固化，并随气流输入旋风分离器4，气流升温至400-500 ℃，熔渣冷却为820-980 ℃的热粒化渣，热气与蒸汽流入加压余热锅炉加热锅炉工质。在热粒化渣装料达到设计料位后，关闭旋风分离器4与热粒化渣罐5之间的高温阀，向热粒化渣罐5通入加压风机1送来的高炉150-250 ℃、0.53MPa冷鼓风，与热粒化渣换热后，形成500-700 ℃的高炉热鼓风，并经除尘后输送至热风炉8；换热后温度300 ℃以下的冷粒化渣在渣罐降压后排至粒化渣仓，温度在300 ℃以上的粒化渣，继续存留于热粒化渣罐内，作为下次来料的底渣。

实例三：

由熔渣输送装置2（采用熔渣常压输送装置）输送来的常压熔渣温度为1400-1500℃，注入熔渣反应器3（常压反应器）后，在压缩空气和水的混合流冲击、冷却下，受表面张力和熔渣液滴的热应力，形成表面有凝固壳的熔渣滴，在反应器中冷却、固化，并随气流输入旋风分离器4，气流升温至400-500 ℃，熔渣冷却为820-980 ℃的热粒化渣，热气与蒸汽流通入加压余热锅炉加热锅炉工质。在热粒化渣装料达到设计料位后，关闭旋风分离器4与热粒化渣罐5之间的高温阀，向热粒化渣罐5通入加压风机1送来的热风炉150-250 ℃助燃空气，与热粒化渣换热后，形成500-700 ℃的热风炉助燃空气，并经除尘后输送至热风炉8；换热后温度300 ℃以下的冷粒化渣在渣罐降压后排至粒化渣仓，温度在300 ℃以上的粒化渣，继续存留于热粒化渣罐内，作为下次来料的底渣。

实例四

由熔渣输送装置2（采用熔渣常压输送装置）输送来的常压熔渣温度为1400-1500℃，注入熔渣反应器3（常压反应器），在粒化轮（3-10）或压缩空气的冲击下，射入反应器内筒中33，在冷却空气的作用下，形成表面有凝固壳的熔渣滴，并在反应器中冷却、固化，并随气流输入旋风分离器4，气流升温至400-500 ℃，熔渣冷却为820-980 ℃的热粒化渣，热空气流通入高温除尘器10后，作为热风进入热风炉8或其他适宜使用热风的炉窑。在热粒化渣装料达到设计料位后，关闭旋流分离器4与热粒化渣罐5之间的高温阀，向热粒化渣罐5通入加压风机1送来的常温空气，与热粒化渣换热后，形成500-700 ℃的热风，并经除尘后利用；换热后温度100 ℃以下的冷粒化渣在渣罐降压后排至粒化渣仓，温度在100 ℃以上的粒化渣，继续存留于热粒化渣罐内，作为下次来料的底渣。

基于对本实用新型优选实施方式的描述，应该清楚，由所附的权利要求书所限定的本实用新型并不仅仅局限于上面说明书中所阐述的特定细节，未脱离本实用新型宗旨或范围的对本实用新型的许多显而易见的改变同样可能达到本实用新型的目的。

Claims (10)

1.一种熔渣反应器，其特征在于，包括第一外筒，在所述第一外筒内设置内筒，所述第一外筒和内筒之间形成流体层，所述内筒上设置贯穿内筒的内筒喷嘴；使用时，流体通过内筒喷嘴喷射，在所述内筒内壁形成流体膜。

2.根据权利要求1所述的熔渣反应器，其特征在于，所述流体为液体，所述内筒喷嘴为切向喷嘴。

3.根据权利要求1所述的熔渣反应器，其特征在于，所述流体为气体，所述内筒喷嘴为切向喷嘴或采用微孔陶瓷结构。

4.根据权利要求1所述的熔渣反应器，其特征在于，熔渣反应器还包括流体供给管、排水管和回收环，所述供给管和排水管分别和所述流体层连通，所述回收环设置在所述第一外筒尾部。

5.根据权利要求4所述的熔渣反应器，其特征在于，所述熔渣反应器还包括第二外筒，所述第二外筒连接到第一外筒尾部；所述第二外筒直径大于所述第一外筒。

6.一种带有权利要求1至5任一项所述的熔渣反应器的预热风熔渣余热回收系统，其特征在于，包括熔渣输送装置、熔渣反应器、旋风分离器和热粒化渣罐；所述熔渣输送装置、熔渣反应器、旋风分离器和热粒化渣罐依次相连。

7.根据权利要求6所述的带有熔渣反应器的预热风熔渣余热回收系统，其特征在于，所述熔渣反应器竖直布置。

8.根据权利要求6所述的带有熔渣反应器的预热风熔渣余热回收系统，其特征在于，所述预热风熔渣余热回收系统还包括加压风机和高炉轴流压缩机，所述加压风机用于向热粒化渣罐输出加压气体；所述高炉轴流压缩机与所述加压风机的入口相连接。

9.根据权利要求6所述的带有熔渣反应器的预热风熔渣余热回收系统，其特征在于，所述预热风熔渣余热回收系统还包括余热锅炉，所述余热锅炉与所述旋风分离器相连接。

10.根据权利要求6所述的带有熔渣反应器的预热风熔渣余热回收系统，其特征在于，所述预热风熔渣余热回收系统还包括高温除尘器和热风炉，所述热风炉通过高温除尘器连接到热粒化渣罐的出口。