專利名稱：一種高爐渣顯熱回收系統(tǒng)及生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于余熱余能回收技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及高溫液態(tài)渣的熱能回收與利用的一種高爐渣顯熱回收系統(tǒng)及生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
鋼鐵是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中重要的基礎(chǔ)性結(jié)構(gòu)材料和功能材料。21世紀(jì)，世界進(jìn)入經(jīng)濟(jì)全球化和信息化的新的歷史時(shí)代，但仍需要有鋼鐵作為支撐。隨著鋼鐵產(chǎn)量的高速增長，資源、能源和污染物排放已成為制約我國鋼鐵工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的限制性因素。因此，在我國鋼鐵工業(yè)走新型工業(yè)化道路的進(jìn)程中，應(yīng)著力降低能耗、水耗和原料消耗，做好環(huán)境保護(hù)工作，實(shí)現(xiàn)增長方式的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展與生態(tài)資源的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。
我國鋼鐵產(chǎn)量的絕大部分是采用高爐-轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)出來的。而且，在今后相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)電爐鋼比不會(huì)有大幅度的提高。高爐渣是在高爐冶煉過程中，由礦石中的脈石、燃料中的灰分和熔劑中非揮發(fā)組分形成的副產(chǎn)物。目前我國冶煉一噸生鐵約產(chǎn)生0.3～0.6噸高爐渣。2004年我國產(chǎn)鐵2.5億噸，即使按0.3t渣/t鐵計(jì)算，高爐渣的產(chǎn)量也在7500萬噸。
由于液態(tài)高爐渣的溫度大于1500℃，處理的方法大多采用水沖渣，經(jīng)水淬后的高爐渣用于制做水泥、路基、建筑等材料。此法的缺點(diǎn)是不僅高爐渣的顯熱無法利用，而且造成水資源的大量浪費(fèi)，對大氣、水和土壤也造成了嚴(yán)重的污染，惡化了工作環(huán)境。
鑒于上述處理高爐渣存在的問題，國內(nèi)外學(xué)者提出很多的利用方法，例如，NKK的研究人員將轉(zhuǎn)爐渣倒在兩個(gè)內(nèi)部通有低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)的轉(zhuǎn)鼓之間，爐渣被快速冷卻并形成薄膜，采用換熱器回收有機(jī)工質(zhì)的熱量并用于發(fā)電；這種方法的主要缺點(diǎn)是必須用刮渣器去除粘在轉(zhuǎn)鼓上的渣膜，否則將會(huì)導(dǎo)致傳熱效率的急劇下降。Kawasaki鋼廠將液態(tài)渣倒入一個(gè)攪拌器中破碎成小于100mm的顆粒，通過輻射傳熱回收熱量，渣從初始溫度冷卻到1000℃，產(chǎn)生的蒸汽可以達(dá)到450℃，然后將破碎的渣送入到冷卻塔中，用空氣將其進(jìn)一步冷卻到250℃，能量回收效率達(dá)到76％，這種方法只能是階段性的生產(chǎn)。
俄羅斯RU2018494公開一種《渣處理方法及實(shí)施裝置》，高溫液態(tài)爐渣被注入放置的滾筒內(nèi)，當(dāng)爐渣與置于滾筒內(nèi)的鋼球接觸時(shí)被急劇冷卻，爐渣由液態(tài)轉(zhuǎn)成脆狀可塑態(tài)并凝固在球體表面，由于球體的運(yùn)動(dòng)和球體間彼此碰撞，爐渣被破碎成700℃左右，直徑小于120mm的固態(tài)渣，專利98123555.7利用這個(gè)技術(shù)，使用滾筒裝置生產(chǎn)出的600～700℃固態(tài)熱渣，連續(xù)輸入到氣渣熱交換器內(nèi)與循環(huán)氣體進(jìn)行熱交換，加熱到350～400℃，爐渣被冷卻到200℃以下由汽渣熱交換器連續(xù)排出。這種技術(shù)的缺點(diǎn)在于，首先這種在滾筒對液態(tài)爐渣冷卻時(shí)滾筒與鋼球在高溫的作用下，溫度升高、容易發(fā)生變形，影響液態(tài)渣的冷凝，其次冷卻后的鋼渣溫度低，可利用的熱量減少。
因此如何有效地回收高爐渣的高溫顯熱，減少其處理過程中對環(huán)境造成的污染，又不影響其處理后的使用價(jià)值，就成為一個(gè)急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種高爐渣顯熱回收系統(tǒng)及其生產(chǎn)工藝。首先對高爐渣進(jìn)行破碎，并將渣粒冷卻到凝固點(diǎn)溫度(1300℃)以下，然后用空氣對凝固后的高爐渣進(jìn)一步冷卻，回收爐渣的高溫顯熱。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的，它是由初冷-破碎單元、氣-渣熱交換單元、余熱鍋爐組成，其特征在于，在高爐的出渣口設(shè)置初冷-破碎單元，初冷-破碎單元后面接連續(xù)運(yùn)輸裝置，連續(xù)運(yùn)輸裝置連接氣-渣熱交換單元，氣體凈化器以及余熱鍋爐安裝在氣-渣熱交換單元后面。
本發(fā)明的破碎-初冷單元可采用兩種方式，一種為爐渣初冷破碎單元由渣分配器、碎渣齒輪、冷卻噴管以及擋渣板組成，渣分配器位于渣流槽下方，由耐火材料制成，并開有流渣口，擋渣板內(nèi)部通水冷卻，阻擋固態(tài)渣的飛濺，并使其落到渣輸送帶上。
本發(fā)明的爐渣破碎-初冷單元的另一種方式為直接噴管式，它由流渣槽、渣分配器、冷卻噴管以及擋渣板組成，渣分配器位于渣流槽下方，由耐火材料制成，并開有流渣口，冷卻噴管安裝在渣分配器的下方、擋渣板中間，冷卻噴管內(nèi)采用的介質(zhì)為壓縮空氣、蒸汽或水做冷卻介質(zhì)冷卻水。
本發(fā)明氣-渣熱交換單元也可以采用兩種不同的方式，一種采用的是鏈蓖機(jī)，另一種方式是渣罐結(jié)構(gòu)。
采用上述方案的本發(fā)明工藝過程為1)高溫液態(tài)爐渣1450～1550℃，液態(tài)渣經(jīng)過渣分配器，輸送到渣初冷-破碎單元，在該單元渣被冷卻到凝固點(diǎn)1200～1300℃以下，并被破碎成直徑小于100mm的渣粒，減小該單元熱量的損失；
2)初冷后的固態(tài)熱渣被連續(xù)輸送裝置送到氣-渣熱交換單元，與空氣進(jìn)行熱交換，空氣被加熱到700～800℃，渣被冷卻到150℃以下；3)被加熱后的空氣經(jīng)凈化后，被輸送到余熱鍋爐，鍋爐加熱管內(nèi)的水吸收氣體的熱量，產(chǎn)生壓力為0.3～0.4MPa，溫度為260～350℃的蒸汽，空氣被冷卻到150℃以下。
4)一座高爐可在每個(gè)出渣口的相應(yīng)部位安裝渣破碎和初冷單元。凝固后的渣被集中輸送到氣-渣熱交換單元進(jìn)行冷卻，這樣就可實(shí)現(xiàn)渣口輪流出渣，冷卻室連續(xù)冷卻，余熱鍋爐連續(xù)生產(chǎn)蒸汽。
為了保證碎渣齒輪的性能，液態(tài)渣采用軸向通水冷卻的碎渣齒輪進(jìn)行初破碎，齒輪的轉(zhuǎn)速根據(jù)處理渣量的在150～500rpm之間，同時(shí)采用冷卻噴管結(jié)構(gòu)，對高爐渣采取二次破碎。
本發(fā)明冷卻噴管的冷卻介質(zhì)的流向與渣流的方向垂直，其壓力為0.4～0.7MPa。
本發(fā)明高溫固態(tài)渣通過輸送帶連續(xù)輸送到鏈蓖機(jī)式氣-渣冷卻單元，空氣由下部穿過固態(tài)渣層，采用鏈蓖機(jī)式時(shí)，氣-渣冷卻單元分兩個(gè)區(qū)間收集熱氣，溫度高的部分送到余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，溫度低的部分直接送到熱風(fēng)爐做助燃風(fēng)用，爐渣冷卻至150℃以下，有效利用熱源，減小對環(huán)境的熱污染。
本發(fā)明高爐可在每個(gè)出渣口的相應(yīng)部位安裝渣破碎和初冷單元。凝固后的渣被集中輸送到氣-渣熱交換單元進(jìn)行冷卻，這樣就可實(shí)現(xiàn)渣口輪流出渣，冷卻室連續(xù)冷卻，余熱鍋爐連續(xù)生產(chǎn)蒸汽。高溫空氣大部分被送入余熱鍋爐，還有少部分作為助燃風(fēng)直接供給熱風(fēng)爐以提高熱風(fēng)爐的熱風(fēng)溫度，降低高爐焦比。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了液態(tài)高爐渣顯熱的有效回收，綜合能量回收效率達(dá)到70％以上，可降低鋼鐵生產(chǎn)的能源消耗，減少了爐渣冷卻用水的消耗，以及由此而帶來的環(huán)境污染。


附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡圖。
附圖2為本發(fā)明的另一種方案的結(jié)構(gòu)簡圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
有它是由初冷-破碎單元、氣-渣熱交換單元、余熱鍋爐組成，在高爐的出渣口1設(shè)置初冷-破碎單元，初冷-破碎單元后面接連續(xù)運(yùn)輸裝置，連續(xù)運(yùn)輸裝置連接氣-渣熱交換單元7，氣體凈化器9以及余熱鍋爐10安裝在氣-渣熱交換單元后面，一座高爐可在每個(gè)出渣口的相應(yīng)部位安裝渣破碎和初冷單元，凝固后的渣被集中輸送到氣-渣熱交換單元進(jìn)行冷卻，這樣就可實(shí)現(xiàn)渣口輪流出渣，冷卻室連續(xù)冷卻，余熱鍋爐連續(xù)生產(chǎn)蒸汽，這是采用其他方法所達(dá)不到的。
破碎-冷卻單元可采用破碎齒輪5式結(jié)構(gòu)，它是由渣分配器2、碎渣齒輪5、冷卻噴管3以及擋渣板4組成，渣分配器2位于渣流槽1下方，由耐火材料制成，并開有流渣口，擋渣板4內(nèi)部通水冷卻，阻擋固態(tài)渣的飛濺，并使其落到渣輸送帶6上，液態(tài)渣采用軸向通水冷卻的碎渣齒輪進(jìn)行初破碎，為了保證碎渣齒輪的性能，齒輪的轉(zhuǎn)速根據(jù)處理渣量在150～500rpm之間。
破碎-初冷單元的另一種方式是由流渣槽1、渣分配器2、冷卻噴管3以及擋渣板4組成，冷卻噴管3內(nèi)采用的介質(zhì)為壓縮空氣、蒸汽或水做冷卻介質(zhì)冷卻水，冷卻介質(zhì)的流向與渣流的方向垂直，其壓力為0.4～0.7MPa。
采用破碎齒輪式結(jié)構(gòu)時(shí)，也可以同時(shí)采用冷卻噴管結(jié)構(gòu)，對高爐渣采取二次破碎。
本發(fā)明氣-渣熱交換單元7也可以采用兩種不同的方式，一種為采用的是鏈蓖機(jī)，也可以采用渣罐結(jié)構(gòu)。
采用上述方案的本發(fā)明工藝過程為1)高溫液態(tài)爐渣1450～1550℃，液態(tài)渣經(jīng)過渣分配器，輸送到渣初冷破碎單元，在該單元渣被冷卻到凝固點(diǎn)1200～1300℃以下，并被破碎成直徑小于100mm的渣粒，減小該單元熱量的損失。
2)初冷后的固態(tài)熱渣被連續(xù)輸送裝置送到氣-渣熱交換單元，鏈蓖機(jī)式或者是渣罐結(jié)構(gòu)氣-渣冷卻單元與空氣進(jìn)行熱交換，空氣被加熱到700～800℃，渣被冷卻到150℃以下，符合排放要求。
3)被加熱后的空氣經(jīng)凈化后，被輸送到余熱鍋爐，鍋爐加熱管內(nèi)的水吸收氣體的熱量，根據(jù)需要，產(chǎn)生壓力為0.3～0.4MPa，溫度為260～350℃的蒸汽，空氣被冷卻到150℃以下。
本發(fā)明高溫固態(tài)渣通過輸送帶連續(xù)輸送到鏈蓖機(jī)式氣-渣冷卻單元7，空氣8由下部穿過固態(tài)渣層。采用鏈蓖機(jī)式時(shí)，氣-渣冷卻單元7分兩個(gè)區(qū)間收集熱氣，溫度高的部分送到余熱鍋爐10生產(chǎn)蒸汽，溫度低的部分直接送到熱風(fēng)爐做助燃風(fēng)用，爐渣冷卻至150℃以下，有效利用熱源，減小對環(huán)境的熱污染。
權(quán)利要求
1.一種高爐渣顯熱回收系統(tǒng)，它是由破碎—初冷單元、氣-渣熱交換單元(7)、余熱鍋爐(10)組成，其特征在于，在高爐的出渣口設(shè)置初冷—破碎單元，初冷—破碎單元后面接連續(xù)運(yùn)輸裝置，連續(xù)運(yùn)輸裝置連接氣-渣熱交換單元(7)，余熱鍋爐(10)安裝在氣-渣熱交換單元后面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高爐渣顯熱回收系統(tǒng)，其特征在于，爐渣初冷—破碎單元由流渣槽(1)、渣分配器(2)、破碎齒輪(5)、冷卻噴管(3)以及擋渣板(4)組成，渣分配器(2)位于渣流槽(1)下方，由耐火材料制成，并開有流渣口，破碎齒輪(5)安裝在渣分配器(2)的下方、擋渣板(4)中間，擋渣板阻擋固態(tài)渣的飛濺，并使其落到渣輸送帶(6)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高爐渣顯熱回收系統(tǒng)，其特征在于，爐渣初冷破碎單元由流渣槽(1)、渣分配器(2)、冷卻噴管(3)以及擋渣板(4)組成，渣分配器(2)位于渣流槽下方，由耐火材料制成，并開有流渣口，冷卻噴管(3)安裝在渣分配器(2)的下方、擋渣板(4)中間，擋渣板(4)阻擋固態(tài)渣的飛濺，并使其落到渣輸送帶上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種高爐渣顯熱回收系統(tǒng)，其特征在于，冷卻噴管內(nèi)采用的介質(zhì)為壓縮空氣、蒸汽或水做冷卻介質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高爐渣顯熱回收系統(tǒng)，其特征在于，氣-渣熱交換單元(7)采用的是鏈蓖機(jī)結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所的一種高爐渣顯熱回收系統(tǒng)，其特征在于，氣-渣熱交換單元(7)采用的是渣罐結(jié)構(gòu)。
7.一種如要權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的高爐渣顯熱回收系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，其特征在于有以下工藝過程1)高溫液態(tài)爐渣1450～1550℃，液態(tài)渣經(jīng)過渣分配器(2)，輸送到渣初冷—破碎單元，在該單元渣被冷卻到凝固點(diǎn)1200～1300℃以下，并被破碎成直徑小于100mm的渣粒；2)初冷后的固態(tài)熱渣被連續(xù)輸送裝置送到氣-渣熱交換單元(7)，與空氣進(jìn)行熱交換，空氣被加熱到700～800℃，渣被冷卻到150℃以下；3)被加熱后的空氣經(jīng)凈化后，被輸送到余熱鍋爐(10)，鍋爐加熱管內(nèi)的水吸收氣體的熱量，產(chǎn)生壓力為0.3～0.4MPa，溫度為260～350℃的蒸汽，空氣被冷卻到150℃以下；4)，一座高爐在每個(gè)出渣口的相應(yīng)部位安裝渣破碎—初冷單元，凝固后的渣被集中輸送到氣-渣熱交換單元進(jìn)行冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高爐渣顯熱回收系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，其特征在于液態(tài)渣采用軸向通水冷卻的碎渣齒輪(5)進(jìn)行初破碎，齒輪的轉(zhuǎn)速根據(jù)處理渣量在150～500rpm之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高爐渣顯熱回收系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，其特征在于，冷卻噴管(3)的冷卻介質(zhì)的流向與渣流的方向垂直，其壓力為0.4～0.7MPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高爐渣顯熱回收系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，其特征在于高溫固態(tài)渣通過輸送帶(6)連續(xù)輸送到鏈蓖機(jī)式氣-渣冷卻單元，空氣由下部穿過固態(tài)渣層，鏈蓖機(jī)式氣-渣冷卻單元分兩個(gè)區(qū)間收集熱氣，溫度高的部分送到余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，溫度低的部分直接送到熱風(fēng)爐做助燃風(fēng)用，爐渣冷卻至150℃以下。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高爐渣顯熱回收系統(tǒng)及生產(chǎn)工藝，它是由初冷－破碎單元、氣－渣熱交換單元、余熱鍋爐組成，在高爐的出渣口設(shè)置初冷－破碎單元，在該單元渣被冷卻到凝固點(diǎn)1200～1300℃以下，破碎成直徑小于100mm的渣粒，初冷－破碎單元后面接連續(xù)運(yùn)輸裝置，連續(xù)運(yùn)輸裝置連接氣－渣熱交換單元，該單元內(nèi)空氣被加熱到700～800℃，渣被冷卻到150℃以下，加熱后的空氣被輸送到余熱鍋爐，鍋爐加熱管內(nèi)的水吸收氣體的熱量，產(chǎn)生壓力為0.3～0.4MPa，溫度為260～350℃的蒸汽。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了液態(tài)高爐渣顯熱的有效回收，綜合能量回收效率達(dá)到70％以上，降低鋼鐵生產(chǎn)的能源消耗，減少爐渣冷卻用水的消耗，以及由此而帶來的環(huán)境污染。
文檔編號(hào)C21B7/00GK1920380SQ200510047090
公開日2007年2月28日 申請日期2005年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月23日
發(fā)明者王安平, 于慶波, 黃浩東, 陸鐘武 申請人:東北大學(xué), 鞍鋼集團(tuán)新鋼鐵有限責(zé)任公司