一种高炉渣干法粒化及热量回收系统和方法与流程

本发明属于高炉炼铁领域，特别涉及一种液态高炉渣的干法粒化及热量回收方法及系统。

背景技术：

高炉渣是高炉炼铁工序的副产品，温度在1450～1650℃，呈熔融液态。目前行业内对高炉渣的处理主要采用水淬法(湿法)将高炉渣迅速冷却到低于100℃，熔渣遇到大量的水迅速被冷却而发生破碎变成富含玻璃体的颗粒，经脱水后得到水渣，主要用于水泥生产的原料。这种办法使得渣中的热量白白浪费，没有回收利用；二要消耗大量的水资源；三对环境造成污染；而且水渣中含有的水在后续工序中(如制作水泥等建材用)，还要烘干处理，从而额外消耗大量的能量。

由于高炉生产时出渣是间歇性的，以1000m³高炉为例，平均每2小时出一次铁和渣，每次出渣可达60吨，出渣时间少于15分钟，相当于出渣流量为240吨/小时，考虑到出渣流量不均匀系数，出渣流量最大可达到288吨/小时，这些特性给后续的干法粒化和热量回收工序带来很大难度和不便：1、峰值如此大的出渣流量使得干法粒化和热量回收工艺设备及其配套设备规格较大，建设投资和运行成本很高；2、由于是间歇工作制，设备运转利用率很低，导致设备大部分时间处于闲置浪费状态。同时也会造成热量回收及后续作业的不连续，从而严重降低热量回收的利用效率；3、出渣流量的不均匀严重影响了干法粒化和热量回收工序工作的稳定性。这些问题制约了高炉渣干法粒化处理和热量回收技术的推广应用。

目前对于高炉渣干法粒化处理和热量回收工艺的研究有很多，但均仅限于研究和试验阶段，没有一种投入生产中加以推广应用的。主要原因是未能解决好粒化渣的冷却速度和回收余热品质之间的矛盾所带来的投资和运行成本过高的问题，未能解决高温下渣粒二次粘结的问题，以及未能解决高温下设备运 行可靠性和耐久性的问题。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种高炉渣干法粒化及热量回收系统，该系统可变间歇性生产为连续性生产，从而提高了高炉渣干法粒化装置的运转利用率和热量回收利用率，使设备的规格配置更为经济合理，降低了建设投资和运行成本；还降低了设备瞬时负荷强度，提高了设备的可靠性和耐久性；同时，采用该系统更容易获得富含玻璃体的满足水泥生产所需的渣粒原料。另外，在本技术方案的优选方案中，粒化过程中冷却水为循环利用，只有较少量的自然消耗(如挥发、漏损等)。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高炉渣干法粒化及热量回收系统，其包括：

保温缓冲罐，其包括保温缓冲罐体，保温缓冲罐体的底部设有下渣管，所述下渣管内设有与下渣管匹配使用的塞棒；

粒化装置，其包括：粒化仓，所述粒化仓的仓内空间通过下渣管与所述保温缓冲罐连通，所述粒化仓的上方设有排气口；喷淋装置，其设于所述粒化仓内部上方；可转动的粒化转盘，其对应设于所述下渣管的下方；卸料溜槽，其设于粒化仓的底部，卸料溜槽末端为渣粒收集口；

换热罐，其包括换热罐体，所述换热罐体通过所述卸料溜槽末端的渣粒收集口与粒化仓的仓内空间连通，所述换热罐体的下方设有冷却空气入口，所述换热罐体的上方设有热风排出口，所述热风被热风收集装置回收，所述换热罐体的底部设有出料口；卸料阀，其设于换热罐底部的出料口处。

上述高炉渣干法粒化及热量回收系统在工作时，间歇的、短时间内流出的大量液态高炉渣首先进入到保温缓冲罐，然后通过下渣管经塞棒控制，以较小的流量连续地被引至旋转的粒化转盘中心部位。其中通过塞棒的开闭可以调节和控制流经下渣管的渣流量大小，以确保干法粒化和热量回收过程中各项参数的稳定，同时也可确保干法粒化和热量回收两个工序工作的连续性。以1000m³高炉为例，在没有采用本技术方案的情况下，出完60吨渣只用15分钟，最大出渣流量可达到288吨/小时，而通过本技术方案中的缓冲罐可以使60吨渣用2小时进入干法粒化工序，渣流量降低到30吨/小时。本技术方案所述的系统 在工作状态下，温度为1450～1650℃的液态渣经下渣管被注入到旋转的粒化转盘上以后，液态渣在重力和离心力的作用下在盘面上摊开并沿着盘面向盘面的边缘流动扩散，最终被甩出盘面成为离散的液滴飞离转盘。离散的液滴在飞行过程中遇到从喷淋装置中喷出的冷却水雾而冷却、凝固，并沿着粒化仓的侧壁滑落至卸料溜槽，再经卸料溜槽汇集至渣粒收集口，经30～50秒的时间快速冷却至1000℃以下并形成固态渣粒。在此过程中渣粒由于冷却速度快，容易获得富含玻璃体的满足水泥生产所需的渣粒原料。固态渣粒通过渣粒收集口滑落至换热罐体中，遇到由冷却空气入口进入的冷却空气，此时渣粒释放热量冷却，其温度由1000℃以下降至200℃以下；而冷却空气则吸收热量升温，变成500～600℃的热空气，从换热罐体上方的热风排出口排出回收。

在本技术方案中，保温缓冲罐、粒化仓以及换热罐的腔体尺寸和容积均可以由本领域内的技术人员根据高炉渣的产量来确定。

在某些实施方式下，在本发明所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统中，所述粒化仓的侧壁被设置为曲面结构。在另外一些实施方式下，所述粒化仓的侧壁具有斜面部。

较之于竖直的侧壁结构，上述优选的侧壁结构更能有效防止未完全凝固渣粒与侧壁碰撞而造成渣粒破碎后的二次粘结。

优选地，在本发明所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统中，所述粒化仓的侧壁、卸料溜槽以及粒化转盘的至少其中之一的内部设有水冷腔。

上述水冷腔内部通冷却水时，可以对粒化仓的侧壁、卸料溜槽以及粒化转盘的至少其中之一进行水冷，由于上述部件均直接与高温高炉渣接触，水冷有利于提高渣粒的冷却速度和相应部件的可靠性和耐久性。

进一步地，在本发明所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统中，所述粒化转盘与设于粒化仓外的驱动装置连接，以在驱动装置的驱动下绕着其自身轴心转动。

驱动粒化转盘转动的驱动装置完全处于粒化仓外开放的环境中，提高了驱动装置工作的可靠性和耐久性以及维护的方便性。

进一步地，在本发明所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统中，所述卸料阀为双层卸料阀。较之于一般的卸料阀，双层卸料阀能够更好地防止换热罐内的气体从罐体中溢出。

在本发明所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统中，所述卸料溜槽末端的渣粒收集口处设有阀。

此阀用来控制仓内渣粒的排出，从而使得渣粒进入换热罐的过程具有更强的可控性。需要时，此阀平时可处于关闭状态，每隔30～50秒周期性地打开将汇集的渣粒排入换热罐体中。

更进一步地，在本发明所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统中，所述冷却空气入口与冷却空气管道连接，所述排气口与蒸汽管路连接，所述冷却空气管道和蒸汽管路分别与换热器的第一入口和第二入口连接，以使冷却空气管道内的气体与蒸汽管道内的气体进行热交换，所述换热器的与第一入口对应的第一出口连接至所述冷却空气入口。

粒化仓内的水雾吸收液态渣粒的热量而变成100℃左右的低温饱和蒸汽，从粒化仓上方的排气口中排出后经换热器与准备进入换热罐的冷却空气换热。此举有助于热量回收中风温的进一步提高，热量回收过程中可获得较高风温。

更进一步地，在本发明所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统中，所述换热器的第二出口连接至冷凝水槽，该冷凝水槽通过管路连接至所述喷淋装置。

粒化仓内的水雾吸收液态渣粒的热量而变成100℃左右的低温饱和蒸汽，从粒化仓上方的排气口中排出后经换热器与准备进入换热罐的冷却空气换热后冷凝成水，将该冷凝水输送至喷淋装置可以进一步用于液态渣的粒化过程，从而实现喷淋水的循环使用，有利于节约水源。

优选地，在本发明所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统中，所述换热罐还包括：

进料喉管，其与所述卸料溜槽末端的渣粒收集口连接，并自所述渣粒收集口延伸至换热罐体的内部腔体内；

环形进风道，其设置于所述换热罐体的外围，所述环形进风道上设有所述冷却空气入口；

配风器，其设于所述换热罐体内部腔体的下部，出料口的上方，所述配风器具有配风口，所述配风器与环形进风道导通，并通过配风口向换热罐体内部腔体配风。

上述换热罐在工作过程中，冷却空气经环形进风道、配风器后，通过配风 口被送入换热罐体内并且在换热罐体内横截面方向均匀分布。高温渣粒经卸料溜槽、渣粒收集口沿进料喉管落入换热罐体内自然堆积，渣粒料面直至进料喉管的下缘。随后高温渣粒在换热罐体内自上而下运行，冷却风在换热罐体内自下而上在渣粒缝隙中穿行。冷却风经换热后成为热风被热风收集装置回收。高温渣粒经冷却后在双层卸料阀的控制下从换热罐体的底部出料口排出。在这一过程中，高温渣粒与上升的冷却风气体充分接触并持续进行热交换，有利于提高换热效率。

优选地，在本发明所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统中，所述粒化转盘设于粒化仓的几何中心处。

本发明的另一目的在于提供一种采用所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统进行高炉渣干法粒化及热量回收的方法。

基于上述发明目的，本发明还提供了一种采用所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统进行高炉渣干法粒化及热量回收的方法，其包括步骤：

(1)将液态高炉渣收集于所述保温缓冲罐中，然后使液态高炉渣以300～1250千克/分钟的流量连续地流入所述粒化装置中，以1000m³高炉为例，流量可控制在500千克/分钟左右(具体流量视炉渣产量而定)；

(2)采用所述粒化装置将液态高炉渣制成渣粒并在30～50秒的时间内冷却至1000℃以下；

(3)将所述渣粒置于所述换热罐中与冷却空气进行换热，以使所述渣粒降温至200℃以下，使所述冷却空气升温为热空气；

(4)回收所述热空气。

本发明所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统和方法，由于采用了上述技术方案，变间歇性生产为连续性生产，确保了干法粒化及热量回收的连续性，从而提高了高炉渣干法粒化装置的运转利用率和热量回收利用率；降低了干法粒化及热量回收装置的瞬时负荷强度，使设备的规格配置更为经济合理，进而降低了建设投资和运行成本；提高了设备的可靠性和耐久性以及维护的方便性。

另外，经本发明所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统和方法处理后的渣粒由于冷却速度快，容易获得富含玻璃体的满足水泥生产所需的渣粒原料。

此外，本发明所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统和方法，由于采用了 上述技术方案，使得粒化处理和热量回收分别在两个相对独立的环境中进行，从而使得热量回收可以获得较高的风温。

另外，在本发明的优选方案中，粒化过程中粒化仓内的水雾吸收液态渣粒形成低温饱和蒸汽，经与冷却空气换热后也有助于热量回收中风温的进一步提高；同时，粒化过程中粒化仓内的水雾吸收液态渣粒形成低温饱和蒸汽，经与冷却空气换热冷凝成水，返回喷淋装置循环使用，有利于节能减排。

另外，在本发明的优选的技术方案中，本发明所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统和方法，避免了未完全凝固渣粒与粒化仓壁的垂直碰撞而破碎后的二次粘结。

附图说明

图1为本发明所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统在一种实施方式下的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图说明和具体的实施例对本发明所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统和方法做进一步的解释和说明，然而，该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

图1显示了本发明所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统在一种实施方式下的结构。

如图1所示，该高炉渣干法粒化及热量回收系统包括保温缓冲罐1、粒化装置2、换热罐3、鼓风系统4、引风系统5、余热锅炉6、皮带机7和除尘器8。

保温缓冲罐1包括保温缓冲罐体11，保温罐11的底部设有下渣管12，下渣管12内设有与其匹配使用的塞棒13，保温缓冲罐1的容积可以设置为高炉每一次的出渣量。

粒化装置2包括粒化仓22，其为封闭的圆形容器，保温缓冲罐1的下渣管12由粒化仓22的顶部中心处垂直伸进仓内，用来将液态渣引至粒化转盘21的中心部位；粒化仓22顶部布置有喷淋装置23，以用于向液态高炉渣喷淋冷却水雾；在粒化仓22的顶部边缘部位设置两个或多个排气口20，用以排放被 汽化的蒸汽；粒化仓22与飞行渣粒接触的侧壁19为曲面结构或者为斜面结构，从而避免了渣粒的垂直碰撞；粒化仓22的底部中部为平底，粒化转盘21设于粒化仓22的底部中部，并对应设于下渣管12的下方，粒化转盘21通过穿过粒化仓22底部的传动轴与粒化仓外的驱动装置24连接，从而在驱动装置24的驱动作用下，绕着其自身轴心转动以将液态高炉渣甩出；粒化仓22的底部边缘设有4个卸料溜槽26，相邻两个卸料溜槽末端设一渣粒收集口，收集口处设有阀门25，用以控制仓内渣粒的排出。

在优选的实施方式中，粒化转盘21、粒化仓22的侧壁19及仓底的卸料溜槽26中均设有用于流通冷却水的水冷腔，从而实现对粒化转盘21、粒化仓22的侧壁19及仓底的卸料溜槽26的水冷处理。在某些实施方式中，还可以从粒化仓22的外部向其侧壁19的外部喷冷却水，从而实现对粒化仓22的侧壁19的冷却。

继续参阅图1，在本实施例中，换热罐3共设有2个，每个换热罐3包括：换热罐体31、进料喉管32、环形热风腔33、环形进风道34、设置于换热罐体31内部的配风器35以及底部的出料口36和双层卸料阀37。其中，进料喉管32设于换热罐3的顶部，并插入换热罐体31内，进料喉管32上端与粒化装置2的卸料溜槽26末端的渣粒收集口相连，当粒化装置2卸料溜槽26渣粒收集口处阀门25打开时，高温渣粒便在重力作用下落入换热罐3内，并自然堆积，渣粒料面直至进料喉管32的下缘，此时在换热罐体31内渣粒料面上方形成一环形空腔即环形热风腔33，换热罐体31内设置的配风器35与罐体外部的环形进风道34连通。换热罐体31底部设有冷渣粒的出料口36，和双层卸料阀37，换热罐体31下方设有皮带机7。当双层卸料阀37动作时，换热罐31体内的渣粒料依靠自重作用在换热罐3内由上向下运行，在运行过程中逐渐冷却，最终从换热罐体31底部的出料口36排出到皮带机7上运走。

另外，在本实施例中，换热罐体31的冷却空气入口通过冷却空气管道Q与鼓风系统4连接，粒化仓22的排气口20与蒸汽管路38连接，冷却空气管道Q和蒸汽管路38分别与换热器39的第一入口和第二入口连接，以使冷却空气管道Q内的气体与蒸汽管道38内的蒸汽进行热交换，换热器39的与第一入口对应的第一出口连接至冷却空气入口，换热器39的第二出口连接至冷凝水槽40，冷凝水槽40通过管路P连接至喷淋装置23，从而将冷凝水输送至喷淋 装置23以对粒化仓22内的渣粒进行冷却喷淋。

本实施例所述的高炉渣干法粒化及热量回收系统在工作时，大流量的高炉液态渣在短时间内进入保温缓冲罐1中，然后以一小流量缓慢连续地流出保温缓冲罐1，经下渣管12被注入到旋转的粒化转盘21上，液态渣在重力和离心力的作用下在盘面上摊开并沿着盘面向盘面的边缘流动扩散，最终被甩出盘面成为离散的液滴飞离转盘，在飞行过程中遇到水雾而冷却、凝结沿着粒化仓22的侧壁19滑落至仓底，并沿着仓底的卸料溜槽26汇集至渣粒收集口。在粒化仓22中渣粒在30-50秒的时间内被快速冷却至温度为1000℃以下，卸料溜槽26末端渣粒收集口处设有阀门25，平时处于关闭状态，每隔30-50秒周期性地打开可以使渣粒周期性地通过渣粒收集口排入换热罐3。同时，粒化仓22内的水雾吸收液态渣粒的热量而变成100℃左右的低温饱和蒸汽，该蒸汽从粒化仓22顶部边缘处的排气口20中排出后经换热器39与准备进入换热罐3的冷空气换热后，冷凝成水，返回喷淋装置23循环使用。鼓风系统4将冷却空气与粒化仓22顶部排出的低温常压蒸汽进行热交换后，再通过环形进风道34、配风器35送入换热罐体31内，并且使得被配送的风在换热罐体31内横截面方向上均匀分布，进入换热罐体31内的空气在渣粒缝隙中由下至上穿行，并与高温渣粒进行热交换，最后到达环形热风腔33完成热交换，环形热风腔33一侧设有热风出风口30，在引风系统5作用下，热风经热风出风口30通过管道被引入余热锅炉6，之后再经除尘器8将渣灰回收后放散。

由此，采用本实施例中的高炉渣干法粒化及热量回收系统进行高炉渣干法粒化及热量回收的方法包括步骤：

(1)将液态高炉渣收集于保温缓冲罐1中，然后使液态高炉渣以300～1250千克/分钟的流量连续地流入粒化装置2中，对于1000m³高炉的实施例来说，流量可控制在500千克/分钟左右；

(2)采用粒化装置2将液态高炉渣制成渣粒并在30～50秒的时间内冷却至1000℃以下；

(3)将渣粒置于换热罐3中与冷却空气进行换热，以使渣粒降温至200℃以下，同时使冷却空气升温为热空气；

(4)采用引风系统5将热空气回收至余热锅炉6。

需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。