一種高爐渣干法粒化及熱量回收系統和方法與流程

本發明屬于高爐煉鐵領域，特別涉及一種液態高爐渣的干法粒化及熱量回收方法及系統。

背景技術：

高爐渣是高爐煉鐵工序的副產品，溫度在1450～1650℃，呈熔融液態。目前行業內對高爐渣的處理主要采用水淬法(濕法)將高爐渣迅速冷卻到低于100℃，熔渣遇到大量的水迅速被冷卻而發生破碎變成富含玻璃體的顆粒，經脫水后得到水渣，主要用于水泥生產的原料。這種辦法使得渣中的熱量白白浪費，沒有回收利用；二要消耗大量的水資源；三對環境造成污染；而且水渣中含有的水在后續工序中(如制作水泥等建材用)，還要烘干處理，從而額外消耗大量的能量。

由于高爐生產時出渣是間歇性的，以1000m³高爐為例，平均每2小時出一次鐵和渣，每次出渣可達60噸，出渣時間少于15分鐘，相當于出渣流量為240噸/小時，考慮到出渣流量不均勻系數，出渣流量最大可達到288噸/小時，這些特性給后續的干法粒化和熱量回收工序帶來很大難度和不便：1、峰值如此大的出渣流量使得干法粒化和熱量回收工藝設備及其配套設備規格較大，建設投資和運行成本很高；2、由于是間歇工作制，設備運轉利用率很低，導致設備大部分時間處于閑置浪費狀態。同時也會造成熱量回收及后續作業的不連續，從而嚴重降低熱量回收的利用效率；3、出渣流量的不均勻嚴重影響了干法粒化和熱量回收工序工作的穩定性。這些問題制約了高爐渣干法粒化處理和熱量回收技術的推廣應用。

目前對于高爐渣干法粒化處理和熱量回收工藝的研究有很多，但均僅限于研究和試驗階段，沒有一種投入生產中加以推廣應用的。主要原因是未能解決好粒化渣的冷卻速度和回收余熱品質之間的矛盾所帶來的投資和運行成本過高的問題，未能解決高溫下渣粒二次粘結的問題，以及未能解決高溫下設備運 行可靠性和耐久性的問題。

技術實現要素：

本發明的目的之一是提供一種高爐渣干法粒化及熱量回收系統，該系統可變間歇性生產為連續性生產，從而提高了高爐渣干法粒化裝置的運轉利用率和熱量回收利用率，使設備的規格配置更為經濟合理，降低了建設投資和運行成本；還降低了設備瞬時負荷強度，提高了設備的可靠性和耐久性；同時，采用該系統更容易獲得富含玻璃體的滿足水泥生產所需的渣粒原料。另外，在本技術方案的優選方案中，粒化過程中冷卻水為循環利用，只有較少量的自然消耗(如揮發、漏損等)。

為了實現上述目的，本發明提供了一種高爐渣干法粒化及熱量回收系統，其包括：

保溫緩沖罐，其包括保溫緩沖罐體，保溫緩沖罐體的底部設有下渣管，所述下渣管內設有與下渣管匹配使用的塞棒；

粒化裝置，其包括：粒化倉，所述粒化倉的倉內空間通過下渣管與所述保溫緩沖罐連通，所述粒化倉的上方設有排氣口；噴淋裝置，其設于所述粒化倉內部上方；可轉動的粒化轉盤，其對應設于所述下渣管的下方；卸料溜槽，其設于粒化倉的底部，卸料溜槽末端為渣粒收集口；

換熱罐，其包括換熱罐體，所述換熱罐體通過所述卸料溜槽末端的渣粒收集口與粒化倉的倉內空間連通，所述換熱罐體的下方設有冷卻空氣入口，所述換熱罐體的上方設有熱風排出口，所述熱風被熱風收集裝置回收，所述換熱罐體的底部設有出料口；卸料閥，其設于換熱罐底部的出料口處。

上述高爐渣干法粒化及熱量回收系統在工作時，間歇的、短時間內流出的大量液態高爐渣首先進入到保溫緩沖罐，然后通過下渣管經塞棒控制，以較小的流量連續地被引至旋轉的粒化轉盤中心部位。其中通過塞棒的開閉可以調節和控制流經下渣管的渣流量大小，以確保干法粒化和熱量回收過程中各項參數的穩定，同時也可確保干法粒化和熱量回收兩個工序工作的連續性。以1000m³高爐為例，在沒有采用本技術方案的情況下，出完60噸渣只用15分鐘，最大出渣流量可達到288噸/小時，而通過本技術方案中的緩沖罐可以使60噸渣用2小時進入干法粒化工序，渣流量降低到30噸/小時。本技術方案所述的系統 在工作狀態下，溫度為1450～1650℃的液態渣經下渣管被注入到旋轉的粒化轉盤上以后，液態渣在重力和離心力的作用下在盤面上攤開并沿著盤面向盤面的邊緣流動擴散，最終被甩出盤面成為離散的液滴飛離轉盤。離散的液滴在飛行過程中遇到從噴淋裝置中噴出的冷卻水霧而冷卻、凝固，并沿著粒化倉的側壁滑落至卸料溜槽，再經卸料溜槽匯集至渣粒收集口，經30～50秒的時間快速冷卻至1000℃以下并形成固態渣粒。在此過程中渣粒由于冷卻速度快，容易獲得富含玻璃體的滿足水泥生產所需的渣粒原料。固態渣粒通過渣粒收集口滑落至換熱罐體中，遇到由冷卻空氣入口進入的冷卻空氣，此時渣粒釋放熱量冷卻，其溫度由1000℃以下降至200℃以下；而冷卻空氣則吸收熱量升溫，變成500～600℃的熱空氣，從換熱罐體上方的熱風排出口排出回收。

在本技術方案中，保溫緩沖罐、粒化倉以及換熱罐的腔體尺寸和容積均可以由本領域內的技術人員根據高爐渣的產量來確定。

在某些實施方式下，在本發明所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統中，所述粒化倉的側壁被設置為曲面結構。在另外一些實施方式下，所述粒化倉的側壁具有斜面部。

較之于豎直的側壁結構，上述優選的側壁結構更能有效防止未完全凝固渣粒與側壁碰撞而造成渣粒破碎后的二次粘結。

優選地，在本發明所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統中，所述粒化倉的側壁、卸料溜槽以及粒化轉盤的至少其中之一的內部設有水冷腔。

上述水冷腔內部通冷卻水時，可以對粒化倉的側壁、卸料溜槽以及粒化轉盤的至少其中之一進行水冷，由于上述部件均直接與高溫高爐渣接觸，水冷有利于提高渣粒的冷卻速度和相應部件的可靠性和耐久性。

進一步地，在本發明所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統中，所述粒化轉盤與設于粒化倉外的驅動裝置連接，以在驅動裝置的驅動下繞著其自身軸心轉動。

驅動粒化轉盤轉動的驅動裝置完全處于粒化倉外開放的環境中，提高了驅動裝置工作的可靠性和耐久性以及維護的方便性。

進一步地，在本發明所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統中，所述卸料閥為雙層卸料閥。較之于一般的卸料閥，雙層卸料閥能夠更好地防止換熱罐內的氣體從罐體中溢出。

在本發明所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統中，所述卸料溜槽末端的渣粒收集口處設有閥。

此閥用來控制倉內渣粒的排出，從而使得渣粒進入換熱罐的過程具有更強的可控性。需要時，此閥平時可處于關閉狀態，每隔30～50秒周期性地打開將匯集的渣粒排入換熱罐體中。

更進一步地，在本發明所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統中，所述冷卻空氣入口與冷卻空氣管道連接，所述排氣口與蒸汽管路連接，所述冷卻空氣管道和蒸汽管路分別與換熱器的第一入口和第二入口連接，以使冷卻空氣管道內的氣體與蒸汽管道內的氣體進行熱交換，所述換熱器的與第一入口對應的第一出口連接至所述冷卻空氣入口。

粒化倉內的水霧吸收液態渣粒的熱量而變成100℃左右的低溫飽和蒸汽，從粒化倉上方的排氣口中排出后經換熱器與準備進入換熱罐的冷卻空氣換熱。此舉有助于熱量回收中風溫的進一步提高，熱量回收過程中可獲得較高風溫。

更進一步地，在本發明所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統中，所述換熱器的第二出口連接至冷凝水槽，該冷凝水槽通過管路連接至所述噴淋裝置。

粒化倉內的水霧吸收液態渣粒的熱量而變成100℃左右的低溫飽和蒸汽，從粒化倉上方的排氣口中排出后經換熱器與準備進入換熱罐的冷卻空氣換熱后冷凝成水，將該冷凝水輸送至噴淋裝置可以進一步用于液態渣的粒化過程，從而實現噴淋水的循環使用，有利于節約水源。

優選地，在本發明所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統中，所述換熱罐還包括：

進料喉管，其與所述卸料溜槽末端的渣粒收集口連接，并自所述渣粒收集口延伸至換熱罐體的內部腔體內；

環形進風道，其設置于所述換熱罐體的外圍，所述環形進風道上設有所述冷卻空氣入口；

配風器，其設于所述換熱罐體內部腔體的下部，出料口的上方，所述配風器具有配風口，所述配風器與環形進風道導通，并通過配風口向換熱罐體內部腔體配風。

上述換熱罐在工作過程中，冷卻空氣經環形進風道、配風器后，通過配風 口被送入換熱罐體內并且在換熱罐體內橫截面方向均勻分布。高溫渣粒經卸料溜槽、渣粒收集口沿進料喉管落入換熱罐體內自然堆積，渣粒料面直至進料喉管的下緣。隨后高溫渣粒在換熱罐體內自上而下運行，冷卻風在換熱罐體內自下而上在渣粒縫隙中穿行。冷卻風經換熱后成為熱風被熱風收集裝置回收。高溫渣粒經冷卻后在雙層卸料閥的控制下從換熱罐體的底部出料口排出。在這一過程中，高溫渣粒與上升的冷卻風氣體充分接觸并持續進行熱交換，有利于提高換熱效率。

優選地，在本發明所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統中，所述粒化轉盤設于粒化倉的幾何中心處。

本發明的另一目的在于提供一種采用所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統進行高爐渣干法粒化及熱量回收的方法。

基于上述發明目的，本發明還提供了一種采用所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統進行高爐渣干法粒化及熱量回收的方法，其包括步驟：

(1)將液態高爐渣收集于所述保溫緩沖罐中，然后使液態高爐渣以300～1250千克/分鐘的流量連續地流入所述粒化裝置中，以1000m³高爐為例，流量可控制在500千克/分鐘左右(具體流量視爐渣產量而定)；

(2)采用所述粒化裝置將液態高爐渣制成渣粒并在30～50秒的時間內冷卻至1000℃以下；

(3)將所述渣粒置于所述換熱罐中與冷卻空氣進行換熱，以使所述渣粒降溫至200℃以下，使所述冷卻空氣升溫為熱空氣；

(4)回收所述熱空氣。

本發明所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統和方法，由于采用了上述技術方案，變間歇性生產為連續性生產，確保了干法粒化及熱量回收的連續性，從而提高了高爐渣干法粒化裝置的運轉利用率和熱量回收利用率；降低了干法粒化及熱量回收裝置的瞬時負荷強度，使設備的規格配置更為經濟合理，進而降低了建設投資和運行成本；提高了設備的可靠性和耐久性以及維護的方便性。

另外，經本發明所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統和方法處理后的渣粒由于冷卻速度快，容易獲得富含玻璃體的滿足水泥生產所需的渣粒原料。

此外，本發明所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統和方法，由于采用了 上述技術方案，使得粒化處理和熱量回收分別在兩個相對獨立的環境中進行，從而使得熱量回收可以獲得較高的風溫。

另外，在本發明的優選方案中，粒化過程中粒化倉內的水霧吸收液態渣粒形成低溫飽和蒸汽，經與冷卻空氣換熱后也有助于熱量回收中風溫的進一步提高；同時，粒化過程中粒化倉內的水霧吸收液態渣粒形成低溫飽和蒸汽，經與冷卻空氣換熱冷凝成水，返回噴淋裝置循環使用，有利于節能減排。

另外，在本發明的優選的技術方案中，本發明所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統和方法，避免了未完全凝固渣粒與粒化倉壁的垂直碰撞而破碎后的二次粘結。

附圖說明

圖1為本發明所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統在一種實施方式下的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖說明和具體的實施例對本發明所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統和方法做進一步的解釋和說明，然而，該解釋和說明并不對本發明的技術方案構成不當限定。

圖1顯示了本發明所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統在一種實施方式下的結構。

如圖1所示，該高爐渣干法粒化及熱量回收系統包括保溫緩沖罐1、粒化裝置2、換熱罐3、鼓風系統4、引風系統5、余熱鍋爐6、皮帶機7和除塵器8。

保溫緩沖罐1包括保溫緩沖罐體11，保溫罐11的底部設有下渣管12，下渣管12內設有與其匹配使用的塞棒13，保溫緩沖罐1的容積可以設置為高爐每一次的出渣量。

粒化裝置2包括粒化倉22，其為封閉的圓形容器，保溫緩沖罐1的下渣管12由粒化倉22的頂部中心處垂直伸進倉內，用來將液態渣引至粒化轉盤21的中心部位；粒化倉22頂部布置有噴淋裝置23，以用于向液態高爐渣噴淋冷卻水霧；在粒化倉22的頂部邊緣部位設置兩個或多個排氣口20，用以排放被 汽化的蒸汽；粒化倉22與飛行渣粒接觸的側壁19為曲面結構或者為斜面結構，從而避免了渣粒的垂直碰撞；粒化倉22的底部中部為平底，粒化轉盤21設于粒化倉22的底部中部，并對應設于下渣管12的下方，粒化轉盤21通過穿過粒化倉22底部的傳動軸與粒化倉外的驅動裝置24連接，從而在驅動裝置24的驅動作用下，繞著其自身軸心轉動以將液態高爐渣甩出；粒化倉22的底部邊緣設有4個卸料溜槽26，相鄰兩個卸料溜槽末端設一渣粒收集口，收集口處設有閥門25，用以控制倉內渣粒的排出。

在優選的實施方式中，粒化轉盤21、粒化倉22的側壁19及倉底的卸料溜槽26中均設有用于流通冷卻水的水冷腔，從而實現對粒化轉盤21、粒化倉22的側壁19及倉底的卸料溜槽26的水冷處理。在某些實施方式中，還可以從粒化倉22的外部向其側壁19的外部噴冷卻水，從而實現對粒化倉22的側壁19的冷卻。

繼續參閱圖1，在本實施例中，換熱罐3共設有2個，每個換熱罐3包括：換熱罐體31、進料喉管32、環形熱風腔33、環形進風道34、設置于換熱罐體31內部的配風器35以及底部的出料口36和雙層卸料閥37。其中，進料喉管32設于換熱罐3的頂部，并插入換熱罐體31內，進料喉管32上端與粒化裝置2的卸料溜槽26末端的渣粒收集口相連，當粒化裝置2卸料溜槽26渣粒收集口處閥門25打開時，高溫渣粒便在重力作用下落入換熱罐3內，并自然堆積，渣粒料面直至進料喉管32的下緣，此時在換熱罐體31內渣粒料面上方形成一環形空腔即環形熱風腔33，換熱罐體31內設置的配風器35與罐體外部的環形進風道34連通。換熱罐體31底部設有冷渣粒的出料口36，和雙層卸料閥37，換熱罐體31下方設有皮帶機7。當雙層卸料閥37動作時，換熱罐31體內的渣粒料依靠自重作用在換熱罐3內由上向下運行，在運行過程中逐漸冷卻，最終從換熱罐體31底部的出料口36排出到皮帶機7上運走。

另外，在本實施例中，換熱罐體31的冷卻空氣入口通過冷卻空氣管道Q與鼓風系統4連接，粒化倉22的排氣口20與蒸汽管路38連接，冷卻空氣管道Q和蒸汽管路38分別與換熱器39的第一入口和第二入口連接，以使冷卻空氣管道Q內的氣體與蒸汽管道38內的蒸汽進行熱交換，換熱器39的與第一入口對應的第一出口連接至冷卻空氣入口，換熱器39的第二出口連接至冷凝水槽40，冷凝水槽40通過管路P連接至噴淋裝置23，從而將冷凝水輸送至噴淋 裝置23以對粒化倉22內的渣粒進行冷卻噴淋。

本實施例所述的高爐渣干法粒化及熱量回收系統在工作時，大流量的高爐液態渣在短時間內進入保溫緩沖罐1中，然后以一小流量緩慢連續地流出保溫緩沖罐1，經下渣管12被注入到旋轉的粒化轉盤21上，液態渣在重力和離心力的作用下在盤面上攤開并沿著盤面向盤面的邊緣流動擴散，最終被甩出盤面成為離散的液滴飛離轉盤，在飛行過程中遇到水霧而冷卻、凝結沿著粒化倉22的側壁19滑落至倉底，并沿著倉底的卸料溜槽26匯集至渣粒收集口。在粒化倉22中渣粒在30-50秒的時間內被快速冷卻至溫度為1000℃以下，卸料溜槽26末端渣粒收集口處設有閥門25，平時處于關閉狀態，每隔30-50秒周期性地打開可以使渣粒周期性地通過渣粒收集口排入換熱罐3。同時，粒化倉22內的水霧吸收液態渣粒的熱量而變成100℃左右的低溫飽和蒸汽，該蒸汽從粒化倉22頂部邊緣處的排氣口20中排出后經換熱器39與準備進入換熱罐3的冷空氣換熱后，冷凝成水，返回噴淋裝置23循環使用。鼓風系統4將冷卻空氣與粒化倉22頂部排出的低溫常壓蒸汽進行熱交換后，再通過環形進風道34、配風器35送入換熱罐體31內，并且使得被配送的風在換熱罐體31內橫截面方向上均勻分布，進入換熱罐體31內的空氣在渣粒縫隙中由下至上穿行，并與高溫渣粒進行熱交換，最后到達環形熱風腔33完成熱交換，環形熱風腔33一側設有熱風出風口30，在引風系統5作用下，熱風經熱風出風口30通過管道被引入余熱鍋爐6，之后再經除塵器8將渣灰回收后放散。

由此，采用本實施例中的高爐渣干法粒化及熱量回收系統進行高爐渣干法粒化及熱量回收的方法包括步驟：

(1)將液態高爐渣收集于保溫緩沖罐1中，然后使液態高爐渣以300～1250千克/分鐘的流量連續地流入粒化裝置2中，對于1000m³高爐的實施例來說，流量可控制在500千克/分鐘左右；

(2)采用粒化裝置2將液態高爐渣制成渣粒并在30～50秒的時間內冷卻至1000℃以下；

(3)將渣粒置于換熱罐3中與冷卻空氣進行換熱，以使渣粒降溫至200℃以下，同時使冷卻空氣升溫為熱空氣；

(4)采用引風系統5將熱空氣回收至余熱鍋爐6。

需要注意的是，以上列舉的僅為本發明的具體實施例，顯然本發明不限于以上實施例，隨之有著許多的類似變化。本領域的技術人員如果從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應屬于本發明的保護范圍。