專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高爐熔渣干式顯熱回收系統(tǒng)和生產(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，特別涉及一種高爐熔渣干式顯熱回收系統(tǒng)及 生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
高爐熔渣顯熱為高品位余熱資源，具有很高的回收價(jià)值。目前大多數(shù)鋼鐵企業(yè)采 用水淬工藝處理高爐渣，爐渣顯熱基本沒(méi)有得到回收。隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇和能源的 持續(xù)緊缺，鋼鐵行業(yè)面臨著維系可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的多項(xiàng)環(huán)境友好型課題。其中，高效高品位 地回收高爐熔渣顯熱已成為亟待突破的技術(shù)難題。美國(guó)專(zhuān)利US5255900報(bào)道了用于熔渣余熱回收的?；骱土骰驳南嚓P(guān)設(shè)計(jì)方 法。流化床內(nèi)渣粒的溫度可通過(guò)循環(huán)風(fēng)量的調(diào)節(jié)來(lái)控制，一般為500 800°C。該裝置的熱 量回收率約為64%，但有效能利用率偏低。鞍鋼集團(tuán)申請(qǐng)的專(zhuān)利200510047090.0公開(kāi)了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，該單元采用兩種方式，一種是由渣分配器、碎渣齒輪、冷卻噴管以及擋渣板 組成；另一種方式為直接噴管式，由流渣槽、渣分配器、冷卻噴管以及擋渣板組成。在該單 元渣被冷卻到凝固點(diǎn)1200°C -1300°C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，然后接氣_渣熱交換單元，該單元可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)。該單元內(nèi)空氣被加熱到700°C-80(TC，渣被冷卻 到150°C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°C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 由此帶來(lái)的環(huán)境污染。然而，由于本工藝相對(duì)簡(jiǎn)易，爐渣粉碎粒度較粗，制得的成品渣品位 較差，很難實(shí)現(xiàn)高值化利用。同時(shí)較粗的渣粒與空氣間的換熱接觸面積小，不利于熱量的交 換，換熱效率低。20世紀(jì)80年代在日本開(kāi)發(fā)出風(fēng)碎法高爐熔渣顯熱回收技術(shù)。將高爐排出的溫度 1400°C以上的熔融爐渣導(dǎo)入風(fēng)洞造粒部，采用3個(gè)均分渣流供渣，熔渣由噴嘴中出來(lái)的高 速空氣射流吹射粒化，噴嘴處空氣流速可調(diào)，風(fēng)洞尺寸為長(zhǎng)25m、寬7m、高13m(處理能力為 100t/h)。風(fēng)洞內(nèi)設(shè)有分散板使1050°C左右的渣粒碰板落下，下落過(guò)程中由風(fēng)洞下部吹入 的空氣冷卻，渣粒約在800°C左右排出風(fēng)洞。排出的熱渣粒經(jīng)稱(chēng)量機(jī)、振動(dòng)篩(除去大徑顆 粒)后，儲(chǔ)存在熱渣粒儲(chǔ)倉(cāng)中，再通過(guò)二次流化床熱交換器冷卻到150°C左右排出，得到成 品渣的品質(zhì)通過(guò)風(fēng)洞內(nèi)的冷卻速度來(lái)保證。試驗(yàn)中達(dá)到的平均熱回收率為48%，風(fēng)洞出口 風(fēng)溫達(dá)到500°C，成品渣中粒徑小于5mm部分占95%以上，渣粒整體玻璃化率大于95%，粉 碎性好，品質(zhì)與水淬渣相當(dāng)。日本開(kāi)發(fā)的熔渣風(fēng)碎工藝，直至目前仍然可以稱(chēng)之為風(fēng)碎法所 取得的最高成就，其熔渣的處理能力達(dá)到100t/h的大規(guī)模生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果表明，熱回收效 率和成品渣品質(zhì)都可以達(dá)到工業(yè)化的要求。但是，由于設(shè)備系統(tǒng)龐大、占地面積大、投資費(fèi)用高以及系統(tǒng)過(guò)程能量損失過(guò)大等因素的限制，當(dāng)時(shí)就終止了前進(jìn)的步伐。根據(jù)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)資料的分析，目前多數(shù)工藝均有換熱效率低、成品渣粒徑粒大、設(shè) 備龐大等問(wèn)題。本發(fā)明即針對(duì)這些方面的問(wèn)題提出了新型的高爐熔渣顯熱回收系統(tǒng)和生產(chǎn) 工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種高爐熔渣干式顯熱回收系統(tǒng)和生產(chǎn)工藝，通過(guò)高速氣流將液態(tài) 高爐渣破碎，通過(guò)射流撞擊實(shí)現(xiàn)氣固強(qiáng)化傳熱，置換出高品位熱空氣，通過(guò)余熱鍋爐實(shí)現(xiàn)顯 熱回收，同時(shí)獲得均勻微細(xì)成品渣。本發(fā)明的技術(shù)方案如下采用熔渣中間包技術(shù)對(duì)高爐熔渣進(jìn)行集中處理，保證了 操作工藝的連續(xù)性和高效性；利用噴槍來(lái)控制熔渣的帶出和?；玫臍怏w介質(zhì)可以采 用鋼鐵廠內(nèi)的富余氮?dú)饣蚩諝?，更容易?shí)現(xiàn)熔渣的破碎和?；?；利用射流磨在強(qiáng)化傳熱、細(xì) 化渣粒方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)來(lái)強(qiáng)化渣粒的破碎和迅速冷卻；采用平板沖擊磨，進(jìn)一步促進(jìn) 高溫渣粒的破碎和換熱冷卻；使用二冷流化床對(duì)熔渣熱量進(jìn)行二次回收，提高了整體熱量 回收效率。實(shí)施本發(fā)明的關(guān)鍵在于以合適的渣氣量比和氣流速度使熔渣在?；覂?nèi)粒化并 迅速冷卻至950°C以下，在該溫度下渣粒之間將不會(huì)發(fā)生粘附而致重新粗大化的現(xiàn)象；粒 化渣粒在射流磨的作用下被破碎成更細(xì)的顆粒(高爐熔渣在大于1250°C時(shí)發(fā)生韌性斷裂， 低于1250°C時(shí)發(fā)生脆性斷裂)，并在微?；耐瑫r(shí)，加快了渣粒與氣體介質(zhì)的換熱速度；最 后，在沖擊磨的作用下，渣粒再次被細(xì)化，進(jìn)一步強(qiáng)化換熱效果。此外，本發(fā)明全系統(tǒng)中的渣 粒都處在< 950°C的溫度條件下，渣粒也不可能發(fā)生與器壁之間的粘附作用(這一粘附溫 度為1050°C)。因此，本方案真正可以同時(shí)獲得很高的熱回收效率(氣體消耗量減少，熱風(fēng) 溫度提高)和高附加值的干渣制品(粒度更細(xì)，玻璃化程度更高)。鑒于高爐熔渣的特性，本發(fā)明的工藝系統(tǒng)包括五項(xiàng)關(guān)鍵工藝熔渣中間包保溫工 藝、噴槍熔渣帶出工藝、熔渣多股射流?；瘬Q熱工藝、沖擊磨粉碎工藝和二冷流化床熱回收 工藝。本發(fā)明所提熔渣中間包保溫工藝設(shè)計(jì)了熔渣吹氮飽和措施，促進(jìn)了中間包內(nèi)熔渣 的混合和溫度均勻分布，保證中間包內(nèi)的熔渣溫度保持在1400°C以上，以防止熔渣早期凝 固和高爐出口帶出部分固體渣塊對(duì)整個(gè)工藝系統(tǒng)的影響。本發(fā)明所提噴槍熔渣帶出工藝以圓形或扁平單拉瓦爾噴嘴的噴槍沒(méi)入熔渣液面， 通過(guò)噴嘴與底部出口的高度調(diào)節(jié)來(lái)控制出渣量，噴槍內(nèi)通以N2或空氣超音速射流，將熔渣 帶出同時(shí)吹射?；１景l(fā)明所提熔渣多股射流?；に囀窃跇O短的時(shí)間內(nèi)將熔渣完全?；?，并迅速冷 卻至950°C以下，得到的?；蛽Q熱效果達(dá)到傳統(tǒng)方法的十倍甚至幾十倍。本發(fā)明所提沖擊磨粉碎工藝是在粉碎區(qū)將?；母邷卦＿M(jìn)一步細(xì)化，以得到高 附加值的渣制品，同時(shí)細(xì)化的過(guò)程進(jìn)一步對(duì)渣粒進(jìn)行移熱和冷卻。本發(fā)明所提二冷流化床熱回收工藝是對(duì)粉碎區(qū)出來(lái)的400-600°C的渣粒進(jìn)行二次 熱量回收，保證得到合格的渣制品，同時(shí)提高整體的熱量回收效率。本發(fā)明所提生產(chǎn)工藝具備以下特點(diǎn)
4
(1)中間包下渣出口設(shè)計(jì)成拉瓦爾內(nèi)形其優(yōu)點(diǎn)在于上部頂槍正對(duì)渣口噴吹時(shí)， 渣口成為頂槍渣嘴的拉瓦爾形延伸段，高壓氣流表面為熔渣所包圍，渣流和氣流之間的速 度差不斷增大，從而產(chǎn)生的強(qiáng)大剪切力使渣流變成細(xì)小的液滴。由于氣流是越音速，在氣流 使渣流加速的過(guò)程中，兩者之間幾乎不發(fā)生熱交換。因而，渣口被熔渣冷凝粘附的危險(xiǎn)性大 大減小。(2)射流磨粒化換熱室插入上下各三支以上的對(duì)稱(chēng)環(huán)形放射狀布置的高速氣流 噴槍形成射流磨，將來(lái)自上方的速度已大為減小的液滴卷入旋回流動(dòng)區(qū)，在渣滴跟隨旋回 氣流運(yùn)動(dòng)的歷程中，進(jìn)行熱交換，到達(dá)射流磨中心磨碎區(qū)時(shí)則被進(jìn)一步?；?。這種循環(huán)流動(dòng) 延長(zhǎng)液滴或渣粒在?；覂?nèi)平均停留時(shí)間，進(jìn)一步的微粒化則大大增加總的換熱面積，從 而強(qiáng)化換熱效果。(3)沖擊磨在粒化換熱室內(nèi)完全固化了的渣粒和中心尚有液相存在的較為粗大 的渣粒均由?；瘬Q熱室出口經(jīng)高壓加速兩相流噴嘴形成具有強(qiáng)大動(dòng)能的高速射流沖擊設(shè) 在粉碎室下部的沖擊板形成沖擊磨，從而渣粒被再次微細(xì)化的同時(shí)，又一次強(qiáng)化換熱效果。這些特點(diǎn)是任何其他風(fēng)碎風(fēng)冷法無(wú)法比擬的。與前述日本開(kāi)發(fā)的方法相比較，裝 置傳熱效率高，高速氣流的剪切帶動(dòng)，以及撞擊區(qū)的高強(qiáng)度湍動(dòng)振蕩滲透，大大提高氣體與 熔渣的傳熱效率；換熱室體積大大縮小、空間利用率高；熔渣的初步資源化，渣制品的粒度 和品質(zhì)將更細(xì)更好；此外，冷卻氣體介質(zhì)也可以利用鋼鐵廠的富余氮?dú)?，使用惰性氣體預(yù)期 能提高終態(tài)渣粒的性能。本發(fā)明所提工藝將達(dá)到如下效果高爐爐渣的熱回收效率超過(guò)80%，熱氣溫度能達(dá)到700-800°C，可轉(zhuǎn)化成水蒸汽 或電力使用；渣制品收得率> 90%，且粒度小于5mm、玻璃化率大于95%，可供作水泥熟料 而高值化；全過(guò)程不使用冷卻水，無(wú)需與此相關(guān)的設(shè)備與投資；干式處理節(jié)約大量用水，渣 中堿性成分不造成水污染，不產(chǎn)生H2S等有害氣體對(duì)大氣的污染，避免渣粒干燥過(guò)程的大
量會(huì)旨耗。


下面對(duì)照附圖對(duì)該發(fā)明作進(jìn)一步描述附圖1為高爐熔渣干式顯熱回收系統(tǒng)圖附圖中1、熔渣中間包；2、通氣塞；3、熔渣出口 ；4、熔渣；5、噴槍?zhuān)?、?；瘬Q熱室； 7、噴嘴；8、環(huán)形管道；9、射流磨；10、磨碎區(qū)；11、粉碎室；12、氣動(dòng)捕集器；13、噴嘴；14、沖 擊磨；15、沖擊板；16、旋風(fēng)分離器；17、熱粒排出口 ；18、二冷移動(dòng)床(流化床)；19、進(jìn)氣嘴； 20、環(huán)形管道；21、多孔錐；22、排氣嘴；23、環(huán)形管道；24、多孔板；25、渣砂出口 ；26、換熱 器；27，換熱器
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 如圖1所示流程，熔渣由渣溝或與渣溝連接的渣槽連續(xù)流入中間包1的 凹坑部通氣塞2的上方，經(jīng)2送入凹坑部的N2或空氣在近于與熔渣乳化狀態(tài)的條件下使渣 為氣體所飽和，氣體飽和的熔渣4達(dá)到規(guī)定的液位后，由頭部為扁平形或橢圓形或圓形拉 瓦爾噴嘴的噴槍5噴出的超音速氣流攜熔渣從出口 3進(jìn)入?；瘬Q熱室6，在熔渣出口 3的
5擴(kuò)張部，渣氣兩相流股向下擴(kuò)張膨脹，熔渣邊被氣流粒化，邊向氣相傳熱，并在?；疑喜?形成高速向下的軸向主流，該主流與來(lái)自環(huán)形管道8經(jīng)噴嘴7噴入的高速氣流形成的射流 磨9，使渣粒在磨碎區(qū)10進(jìn)一步?；嵩Ｅc熱氣體經(jīng)加速?lài)娮?3造成兩相混合射流高 速?zèng)_擊11粉碎室下部的沖擊板15而形成沖擊磨14。渣粒被再次破碎細(xì)化，并進(jìn)一步強(qiáng)化 換熱效果。用適當(dāng)?shù)脑鼩饬勘却_保?；蚁虏繙囟炔桓哂?00°C是流程順行的基本條件。 伸入粉碎室上部的氣動(dòng)捕集器12捕集渣粒與氣體的混合物經(jīng)管道沿切線(xiàn)方向送入旋風(fēng)分 離器16。分離掉渣粒的熱風(fēng)經(jīng)管道送入換熱器26。經(jīng)26冷卻的氣體送入環(huán)形管道循環(huán)使 用。熱渣粒則由16的熱粒排出口排至二冷流化床18。18的下方經(jīng)由環(huán)形管道20、進(jìn)氣嘴 19送入冷氣通過(guò)多孔錐21均勻分流自下而上，18的上部由出氣多孔板24均勻分流，經(jīng)熱 風(fēng)出氣嘴22、環(huán)形管道23接直管送入換熱器27。經(jīng)27冷卻的氣體返回至環(huán)形管道8循環(huán) 使用。二冷流化床冷卻后的渣粒經(jīng)渣砂出口 25排出。二冷流化床可能要采用2 3級(jí)低 壓損型多級(jí)方式。換熱器26、27是否合二為一，取決于一冷和二冷所得熱風(fēng)的溫差大小。
實(shí)施例2 如圖1所示流程中，在保證較高換熱效率的前提下，工藝中直接省掉 18-25,27部分設(shè)備和內(nèi)容，在17處直接獲得粒化渣粒，26處直接獲得余熱。
權(quán)利要求
一種高爐熔渣干式顯熱回收系統(tǒng)，它是由熔渣中間包、?；瘬Q熱室、粉碎室、二冷流化床和換熱器五部分組成，其特征在于，采用高速氣流將中間包內(nèi)高溫液態(tài)高爐渣帶出，在?；瘬Q熱室內(nèi)被高速射流撞擊實(shí)現(xiàn)熔渣顆?；夤虖?qiáng)化換熱，渣粒進(jìn)一步在粉碎室內(nèi)被沖擊破碎后進(jìn)入二冷流化床進(jìn)行二次換熱，兩次換熱后熱氣通過(guò)換熱器實(shí)現(xiàn)顯熱回收，并獲得均勻微細(xì)成品渣。
2.一種如權(quán)利要求1所述的高爐熔渣干式顯熱回收系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，其特征在于，整 個(gè)生產(chǎn)工藝包括熔渣中間包保溫工藝、噴槍熔渣帶出工藝、熔渣多股射流?；瘬Q熱工藝、沖 擊磨粉碎工藝和二冷流化床熱回收工藝。
3.如權(quán)利要求2所述的高爐熔渣干式顯熱回收系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述的 熔渣中間包保溫工藝含有熔渣吹氮飽和步驟。
4.如權(quán)利要求2所述的高爐熔渣干式顯熱回收系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述的 噴槍熔渣帶出工藝是將噴槍沒(méi)入熔渣液面，通過(guò)噴嘴與底部出口的高度調(diào)節(jié)控制出渣量， 噴槍內(nèi)通以N2或空氣超音速射流，將熔渣帶出同時(shí)吹射粒化。
5.如權(quán)利要求2所述的高爐熔渣干式顯熱回收系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述的 熔渣多股射流?；瘬Q熱工藝是在?；瘬Q熱室內(nèi)利用多股射流將熔渣全部粒化，并迅速冷卻 至950°C以下。
6.如權(quán)利要求2所述的高爐熔渣干式顯熱回收系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述的 沖擊磨粉碎工藝是在粉碎區(qū)將?；母邷卦６瘟；瘬Q熱。
7.如權(quán)利要求2所述的高爐熔渣干式顯熱回收系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述的 二冷流化床熱回收工藝是對(duì)粉碎區(qū)出來(lái)的400-600°C的渣粒進(jìn)行二次熱量回收。
8.如權(quán)利要求4所述的噴槍熔渣帶出工藝，其特征在于，中間包下渣出口為拉瓦爾內(nèi)形。
9.如權(quán)利要求5所述的熔渣多股射流?；瘬Q熱工藝，其特征在于，在?；瘬Q熱室插入 上下各三支以上的對(duì)稱(chēng)環(huán)形放射狀布置的高速氣流噴槍形成射流磨。
10.如權(quán)利要求6所述的沖擊磨粉碎工藝，其特征在于，在?；瘬Q熱室內(nèi)渣粒均由粒化 換熱室出口經(jīng)高壓加速兩相流噴嘴形成高速射流沖擊設(shè)在粉碎室下部的沖擊板形成沖擊磨。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高爐熔渣干式顯熱回收系統(tǒng)和生產(chǎn)工藝。整個(gè)系統(tǒng)和生產(chǎn)工藝包括熔渣中間包保溫工藝、噴槍熔渣帶出工藝、熔渣多股射流?；瘬Q熱工藝、沖擊磨粉碎工藝和二冷流化床熱回收工藝五項(xiàng)關(guān)鍵部分。高爐熔渣在中間包內(nèi)通過(guò)吹氮飽和處理后，高速氣流噴槍將其帶出，途經(jīng)射流磨高速氣流渣?；ハ嘧矒袅；?，強(qiáng)化換熱，渣粒下行經(jīng)過(guò)平板沖擊磨反彈破碎換熱冷卻；二冷流化床對(duì)渣粒熱量二次回收，一次回收與二次回收的熱量通過(guò)換熱器轉(zhuǎn)換成熱能或電能。應(yīng)用本發(fā)明提供的系統(tǒng)和生產(chǎn)工藝，高爐熔渣的熱回收效率可達(dá)到80％以上；成品渣收得率＞90％，且粒度小于5mm；系統(tǒng)全過(guò)程不使用冷卻水，干式處理節(jié)約大量用水。
文檔編號(hào)C21B3/06GK101921884SQ20091008640
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者葉樹(shù)峰, 謝裕生, 陳運(yùn)法, 魏連啟 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所