用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收的系统及控制方法与流程

本发明属于高炉渣余热回收技术领域，特别涉及一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收的系统及控制方法。

背景技术：

中国目前是全球最大的钢铁生产国，钢铁产量已连续17年保持世界第一。2015年中国生铁产量为6.91亿吨，在冶炼生铁的过程中同时会产生蕴含巨大热量的高炉渣。高炉渣的出炉温度一般在1400～1550℃之间，每吨渣含(1260～1880)×10³kj的显热，相当于60kg标准煤。在我国现有的炼铁技术下，每生产1吨生铁副产0.3吨高炉渣，以目前我国生铁产量6.91亿吨进行计算，可折合产生2.07亿吨以上的高炉渣，其显热量相当于1242万吨标准煤。目前普遍采用的干渣坑冷却法和水冲渣法，不仅浪费了高温液态熔渣所含有的全部高品质余热资源，而且消耗大量水资源，对环境造成严重污染，这些处理方式已不能适应目前钢铁行业节能减排的迫切需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收的系统及控制方法，能够保证液态熔渣干式离心粒化及余热回收和利用系统安全可靠地稳定运行；本发明不浪费高温液态熔渣所含有的全部高品质余热资源，而且不消耗水资源，对环境没有污染，能够适应目前钢铁行业节能减排的迫切需求。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收的系统，包括液态熔渣引流单元、液态熔渣缓存及流量控制单元、液态熔渣粒化及余热回收单元、余热利用单元；

液态熔渣引流单元，包含渣沟和挡板；渣沟进口与高炉排渣口相连，挡板位于渣沟底部，渣沟出口与熔渣缓存装置进口相连；

液态熔渣缓存及流量控制单元，包含熔渣缓存装置、塞棒、落渣管及补燃燃烧器；熔渣缓存装置的侧墙底部设置有一个或多个出渣口，液态熔渣能够从出渣口流出进入对应的落渣管；补燃燃烧器设置在熔渣缓存装置顶部；落渣管顶部设置有温度测量装置tic1和液位测量装置lic1，分别用于检测出渣口液态熔渣温度和落渣管内液态熔渣液位；塞棒设置在熔渣缓存装置外部；

液态熔渣粒化及余热回收单元，包含粒化仓、离心粒化器、移动床、排渣装置、送风风机和给水泵；落渣管从粒化仓顶部中心伸入粒化仓内，位于离心粒化器正上方；移动床和粒化仓内表面设置有连通的受热面；离心粒化器的旁侧设有连接送风风机的送风管道，用于向所述粒化仓送风，送风管道入口设置有冷却风流量控制阀；移动床位于粒化仓下部，移动床顶部或侧面设有出风口，底部设有进风装置，进风装置入口设置有流量控制阀；移动床顶部设置有料位测量装置，用于检测移动床内熔渣颗粒的料位；移动床出口设置有温度测量装置，用于检测移动床出口排渣温度；排渣装置位于移动床进风装置下方；

余热利用单元包含依次连接的一次除尘器、余热锅炉、二次除尘器、排气风机和烟囱；一次除尘器与各移动床出风口热风汇集风道相连，余热锅炉最终产生过热蒸汽。

进一步的，塞棒包括塞棒头、塞棒杆和塞棒执行机构控制装置，塞棒杆一端连接锥形塞棒头，另一端连接塞棒执行机构控制装置；出渣口由座砖和定径水口组成；座砖嵌入出渣口处的渣包外壳中，座砖上设有相互连通的流道和定径水口容置腔，定径水口安装于定径水口容置腔内；座砖流道一端连通渣包外壳内部容置熔渣的内腔，另一端连通定径水口流道的入口；每个出渣口均设置一个塞棒，塞棒执行机构控制装置设置于正对定径水口的出流方向，用于控制塞棒头与定径水口之间的通流面积。

进一步的，塞棒与定径水口出流方向呈10°-30°夹角；定径水口内部为先渐缩后渐扩的非等截面流道，流道入口渐缩段上部与水平方向夹角为100°-110°，流道入口渐缩段下部与水平方向夹角为15°-25°，流道出口渐扩段为倒圆锥形结构，渐扩段上部与水平方向夹角为15°-25°，渐扩段下部与水平方向夹角为5°-15°；定径水口可拆卸的嵌套在座砖内。

进一步的，落渣管落下的高温液态熔渣滴落到转动的离心粒化器上粒化，粒化仓和移动床中的冷却介质将粒化后熔渣液滴/颗粒蕴含的热量进行回收，冷却后的熔渣颗粒经排渣装置排出系统。

进一步的，离心粒化器包括粒化器、固定装置、电机及送风管道；粒化器为盘状或杯状，粒化器中心处设置导流锥，通过粒化器固定装置带动粒化器进行旋转，将液态熔渣粒化成小液滴；粒化器边缘设有环形对称布置的辅助粒化空气喷嘴，其将空气喷射到粒化器边缘用于辅助加强粒化；粒化器固定装置包括环形卡箍和粒化器底座；粒化器侧面有一环形凹槽，粒化器底座的中心设有一个圆形粒化器安装槽，安装槽的侧壁设有一环形凹槽，粒化器通过环形卡箍与粒化器底座固定；粒化器底座由左右两部分组成，通过销钉、抱箍固定；粒化器底座下部为空心法兰，底部环形对称布置销钉孔，空心法兰与传动轴的法兰通过销钉连接固定，在粒化器底座与转轴之间形成一段空气绝热层；粒化器底座侧壁开有环形对称布置的通风孔。

进一步的，电机为立式，与传动轴之间采用联轴器相连接，电机通过密封罩密封；传动轴顶部与粒化器固定连接；传动轴外周设有轴套筒和耐温推力轴承，传动轴通过轴套筒和耐温推力轴承设置于风管内套筒中；电机密封罩与风管内套筒固定连接，电机密封罩与风管内套筒通过通风口连通；送风管道包括环形冷却风道和轴冷却风道；轴冷却风道包括电机密封罩、风管内套筒和轴套筒，轴冷却风通过轴冷却风道后从粒化器边缘进入粒化仓；环形冷却风道由风管外套筒和风管内套筒组成，在风管外套筒底部开有环形冷却风道进风口，顶部有风帽；环形冷却风通过环形冷却风道后从粒化器下部旁侧的风帽进入粒化仓。

进一步的，轴套筒上开有环形对称布置的冷却风口，冷却风口为长条状；风管外套筒外焊接楔形固定块，与滑动块相配合，滑动块与固定支架之间通过销钉固定，通过扭动销钉调节滑动块的位置进而调节粒化器与落渣管之间的间距，实现液态熔渣下落高度的上下调节。

用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收的系统的控制方法，其特征在于，包括定径水口出口液态熔渣温度控制、落渣管内液态熔渣液位控制、液态熔渣粒化颗粒粒径控制和移动床排渣温度控制：

1、定径水口出口液态熔渣温度控制：

通过落渣管顶部的温度测量装置对定径水口出口液态熔渣温度进行测量，将实时温度反馈给补燃燃烧器控制装置，判定是否启动补燃燃烧器以维持定径水口出口液态熔渣温度不低于设定温度；

当液态熔渣温度低于设定温度时，启动补燃燃烧器对缓存装置内的液态熔渣进行加热；当液态熔渣温度不低于设定温度时，补燃燃烧器处于关闭状态；

2、落渣管内液态熔渣液位控制：

通过落渣管顶部的液位测量装置对落渣管内液态熔渣液位进行测量，将实时液位反馈给塞棒执行机构控制装置，从而对塞棒头与定径水口内之间的通流面积进行调节以维持落渣管内液态熔渣液位在设定的正常工作液位范围内；

当落渣管内液态熔渣液位高于正常工作液位上限时，增大塞棒在定径水口内的进给量以缩小塞棒头与定径水口之间的通流面积，从而降低缓存装置出渣量，直至落渣管内液态熔渣液位处于正常工作液位范围内；若不能将落渣管内液态熔渣液位降低到正常工作液位范围内，则将塞棒全关，停止向落渣管进渣；

当落渣管内液态熔渣液位低于正常工作液位下限时，减小塞棒在定径水口内的进给量以增大塞棒头与定径水口之间的通流面积，从而提高缓存装置出渣量，直至落渣管内液态熔渣液位处于正常工作液位范围内；若不能将落渣管内液态熔渣液位提高到正常工作液位范围内，则将塞棒全关，停止向落渣管进渣；

3、液态熔渣粒化颗粒粒径控制：

当液态熔渣粒化颗粒粒径大于设定值时，先增大离心粒化器的转速；若转速增大至最大值仍不能满足要求，则逐步降低落渣管内液态熔渣的液位；

当液态熔渣粒化颗粒粒径小于设定值时，则减小离心粒化器的转速；

4、移动床排渣温度控制：

当移动床排渣温度高于正常工作温度上限时，先逐步增大移动床进风装置入口冷却风流量控制阀的开度以增大进风量，直至移动床排渣温度处于正常工作温度范围内；若移动床进风装置入口冷却风流量控制阀处在最大开度，但排渣温度仍高于正常工作温度上限，则增大移动床送风风机入口挡板开度以提高总风量，直至移动床排渣温度处于正常工作温度范围内；若移动床送风风机入口挡板开度处在最大，但排渣温度仍高于正常工作温度上限，则通过调节排料装置排料速率降低出料量，使移动床内熔渣颗粒的料位升高以延长冷却时间，直至移动床排渣温度处于正常工作温度范围内；若移动床内熔渣颗粒的料位达到上限值，但移动床排渣温度仍高于正常工作温度上限，则逐步降低落渣管内液态熔渣的液位，直至移动床排渣温度处于正常工作温度范围内；若落渣管内液态熔渣的液位已降至正常工作液位下限，但仍不能将移动床排渣温度降低到正常工作温度范围内，则将塞棒全关，停止向粒化及余热回收单元进渣；

当移动床排渣温度低于正常工作温度下限时，先逐步减小移动床进风装置入口冷却风流量控制阀的开度以降低进风量，直至移动床排渣温度处于正常工作温度范围内；若移动床进风装置入口冷却风流量控制阀处在最小开度，但排渣温度仍低于正常工作温度下限，则减小移动床送风风机入口挡板开度以降低总风量，直至移动床排渣温度处于正常工作温度范围内。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明通过补燃燃烧器调节缓存装置定径水口出口的液态熔渣温度，维持进入粒化仓的液态熔渣温度不低于设定值。通过调节塞棒在定径水口内的进给量实现对落渣管内液态熔渣液位的控制，确保进入粒化仓的液态熔渣流量在正常工作范围内。通过调节离心粒化器的转速及进入粒化仓的液态熔渣流量控制粒化颗粒粒径不大于设定值。通过组合调节移动床冷却风流量控制阀的开度、移动床风机入口挡板开度、排渣装置排料速率及进入粒化仓的液态熔渣流量，维持移动床排渣温度在正常工作温度范围内，使得粒化熔渣颗粒达到冷却要求。本发明控制方法能够同时对进入粒化仓的液态熔渣温度和流量、液态熔渣粒化颗粒粒径及移动床排渣温度进行控制，在实现液态熔渣干式离心粒化及余热回收和利用系统安全可靠运行的情况下，提高系统的自动化水平。

附图说明

图1为用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收的系统的简化示意图；

图2为熔渣缓存装置及出渣口结构示意图；

图3为座砖、定径水口及塞棒头的结构示意图；

图4为离心粒化器及其固定装置示意图；

图5为离心粒化器及其冷却装置示意图。

图中：1为渣沟，2为熔渣缓存装置，3为塞棒，4为落渣管，5为补燃燃烧器，6为定径水口，7为粒化仓，8为离心粒化器，9为移动床，10为排渣装置，11为送风风机，12为给水泵，13为受热面，14为粒化仓送风管道，15为移动床出风口，16为移动床送风管道，17为一次除尘器，18为余热锅炉，19为二次除尘器，20为排气风机，21为烟囱，22为热风汇集风道，23为补燃燃烧器控制装置，24为塞棒执行机构控制装置，36为过热蒸汽，3101、3102和3103为冷却风流量控制阀，tic1、tic2和tic3为温度测量装置，lic1为液位测量装置，lic2、lic3为料位测量装置。101为熔渣缓存装置外壳，102为座砖，103为定径水口，104为塞棒头，105为塞棒杆，107为座砖流道，108为座砖定径水口内置腔，109为定径水口内流道。201为粒化器，202为环形卡箍，203为粒化器底座，204为通风口，205为销钉，206为抱箍，207为空心法兰，208为销钉，209为法兰，210为传动轴，211为辅助粒化空气喷嘴。301为电机，302为电机密封罩，303为联轴器，304为耐温推力轴承，305为楔形固定块，306为滑动块，307为固定支架，308为风道外套筒，309为风道内套筒，310为通风孔，312为风帽，313为轴套筒，315为进风口，316为冷却风口，317为风口。

具体实施方式

参照图1至图5，用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收的系统，主要包括：液态熔渣引流单元、液态熔渣缓存及流量控制单元、液态熔渣粒化及余热回收单元、余热利用单元。

液态熔渣引流单元，主要包含渣沟1和挡板；渣沟进口与高炉排渣口相连，挡板位于渣沟1底部，渣沟出口与熔渣缓存装置2进口相连。

液态熔渣缓存及流量控制单元，包含熔渣缓存装置2、塞棒3、落渣管4及补燃燃烧器5；熔渣缓存装置2的侧墙底部设置有一个或多个出渣口6，液态熔渣从出渣口6流出进入对应的落渣管4；补燃燃烧器5设置在熔渣缓存装置2顶部；落渣管4顶部设置有温度测量装置tic1和液位测量装置lic1，分别用于检测出渣口液态熔渣温度和落渣管内液态熔渣液位。塞棒3设置在熔渣缓存装置2外部，由塞棒头104、塞棒杆105和塞棒执行机构控制装置24组成，塞棒杆105一端连接锥形塞棒头104，另一端连接塞棒执行机构控制装置24。出渣口由座砖102和定径水口103组成。座砖102嵌入出渣口处的渣包外壳101中，座砖102上设有相互连通的流道107和定径水口容置腔108，定径水口103安装于定径水口容置腔108内。座砖流道107一端连通渣包外壳101内部容置熔渣的内腔，另一端连通定径水口流道109的入口。每个出渣口均设置一个塞棒3，塞棒执行机构控制装置24设置于正对定径水口103的出流方向，用于控制塞棒头104与定径水口103之间的通流面积。塞棒3与定径水口103出流方向呈10°-30°夹角。定径水口103内部为先渐缩后渐扩的非等截面流道，流道入口渐缩段上部与水平方向夹角为100°-110°，流道入口渐缩段下部与水平方向夹角为15°-25°，流道出口渐扩段为倒圆锥形结构，渐扩段上部与水平方向夹角为15°-25°，渐扩段下部与水平方向夹角为5°-15°。座砖102固定于熔渣缓存装置外壳101内，定径水口103嵌套在座砖102内，可拆卸。

液态熔渣粒化及余热回收单元，包含粒化仓7、离心粒化器8、移动床9、排渣装置10、送风风机11及给水泵12。落渣管4从粒化仓7顶部中心伸入粒化仓7内，位于离心粒化器8正上方；移动床9和粒化仓7内表面设置有连通的受热面13，受热面13通过管道和软热器连接给水泵12；离心粒化器8的旁侧设有送风管道14，用于向粒化仓7送风，送风管道14入口设置有冷却风流量控制阀3103；移动床9位于粒化仓7下部，顶部或侧面设有出风口15，底部设有进风装置16，向移动床9送风，进风装置入口设置有冷却风流量控制阀3102和3103；移动床9顶部设置有料位测量装置lic2和lic3，用于检测移动床内熔渣颗粒的料位；移动床出口设置有温度测量装置tic2和tic3，用于检测移动床出口排渣温度；排渣装置10位于移动床进风装置16下方。落渣管4落下的高温液态熔渣滴落到转动的离心粒化器8上粒化，粒化仓7和移动床9中的冷却介质将粒化后熔渣液滴/颗粒蕴含的热量进行回收，冷却后的熔渣颗粒经排渣装置10排出系统。离心粒化器8包括粒化器201、固定装置、电机301及送风管道14。粒化器201为盘状或杯状，粒化器中心处设置导流锥，通过粒化器固定装置带动粒化器201进行旋转，将液态熔渣粒化成小液滴。粒化器201边缘设有环形对称布置的辅助粒化空气喷嘴211，其将空气喷射到粒化器边缘用于辅助加强粒化。粒化器固定装置包括环形卡箍202、粒化器底座203、通风孔204、销钉205、抱箍206、空心法兰207、销钉208、法兰209及传动轴210。粒化器201侧面有一环形凹槽，粒化器底座203的中心设有一个圆形粒化器安装槽，安装槽的侧壁设有一环形凹槽，粒化器201通过环形卡箍202与粒化器底座203固定。粒化器底座203由左右两部分组成，通过销钉205、抱箍206固定。粒化器底座203下部为空心法兰207，底部环形对称布置销钉孔，空心法兰207与法兰209通过销钉208与传动轴210连接固定。粒化器底座203侧壁开有环形对称布置的通风孔204。电机301为立式，与传动轴210之间采用联轴器303相连接，通过密封罩302密封，耐温推力轴承304与轴套筒313同时作用固定传动轴210；电机密封罩302与风管内套筒309固定。送风管道14包括环形冷却风道和轴冷却风道。环形冷却风道由两个外径不同的风管套筒组成(风管内套筒和风管外套筒)，在风管外套筒308底部开有进风口315，顶部有风帽312；轴冷却风道由风管内套筒309和轴套筒313组成，轴承上盖边缘开有通风孔310，轴冷却风通过轴冷却风道后从粒化器201边缘进入粒化仓。轴套筒313上开有环形对称布置的冷却风口316，冷却风口316为长条状。电机密封罩302下部开有风口317，轴冷却风直接从风口317通入，对电机301进行一定程度冷却。环形风道的风管外套筒308外焊接楔形固定块305，与滑动块306相配合，滑动块306的位置根据楔形固定块305上下可调节，滑动块306与固定支架307之间通过销钉固定。

余热利用单元包含依次连接的一次除尘器17、余热锅炉18、二次除尘器19、排气风机20和烟囱21；一次除尘器17与各移动床出风口热风汇集风道22相连，余热锅炉18最终产生过热蒸汽36。

本发明一种用于液态熔渣干式离心粒化及余热回收的系统的控制方法，包括：

1、定径水口出口液态熔渣温度控制：

通过落渣管4顶部的温度测量装置tic1对定径水口出口液态熔渣温度进行测量，将实时温度反馈给补燃燃烧器控制装置23，判定是否启动补燃燃烧器5以维持定径水口出口液态熔渣温度不低于设定温度。

当液态熔渣温度低于设定温度时，启动补燃燃烧器5对缓存装置内的液态熔渣进行加热；当液态熔渣温度不低于设定温度时，补燃燃烧器5处于关闭状态。

2、落渣管内液态熔渣液位控制：

通过落渣管4顶部的液位测量装置lic1对落渣管内液态熔渣液位进行测量，将实时液位反馈给塞棒执行机构控制装置24，从而对塞棒头与定径水口内之间的通流面积进行调节以维持落渣管内液态熔渣液位在设定的正常工作液位范围内。

当落渣管4内液态熔渣液位高于正常工作液位上限时，增大塞棒3在定径水口内的进给量以缩小塞棒头与定径水口之间的通流面积，从而降低缓存装置2出渣量，直至落渣管内液态熔渣液位处于正常工作液位范围内；若不能将落渣管内液态熔渣液位降低到正常工作液位范围内，则将塞棒3全关，停止向落渣管进渣。

当落渣管4内液态熔渣液位低于正常工作液位下限时，减小塞棒3在定径水口内的进给量以增大塞棒头与定径水口之间的通流面积，从而提高缓存装置2出渣量，直至落渣管内液态熔渣液位处于正常工作液位范围内；若不能将落渣管内液态熔渣液位提高到正常工作液位范围内，则将塞棒3全关，停止向落渣管进渣。

3、液态熔渣粒化颗粒粒径控制：

当液态熔渣粒化颗粒粒径大于设定值时，先增大离心粒化器8的转速；若转速增大至最大值仍不能满足要求，则逐步降低落渣管4内液态熔渣的液位。

当液态熔渣粒化颗粒粒径小于设定值时，则减小离心粒化器8的转速。

4、移动床排渣温度控制：

当移动床排渣温度高于正常工作温度上限时，先逐步增大移动床进风装置16入口冷却风流量控制阀3102、3103的开度以增大进风量，直至移动床排渣温度处于正常工作温度范围内；若冷却风流量控制阀3102、3103处在最大开度，但排渣温度仍高于正常工作温度上限，则增大移动床送风风机11入口挡板开度以提高总风量，直至移动床排渣温度处于正常工作温度范围内；若移动床送风风机11入口挡板开度处在最大，但排渣温度仍高于正常工作温度上限，则通过调节排料装置10排料速率降低出料量，使移动床内熔渣颗粒的料位升高以延长冷却时间，直至移动床排渣温度处于正常工作温度范围内；若移动床内熔渣颗粒的料位达到上限值，但移动床排渣温度仍高于正常工作温度上限，则逐步降低落渣管4内液态熔渣的液位，直至移动床排渣温度处于正常工作温度范围内；若落渣管4内液态熔渣的液位已降至正常工作液位下限，但仍不能将移动床排渣温度降低到正常工作温度范围内，则将塞棒3全关，停止向粒化及余热回收单元进渣。

当移动床排渣温度低于正常工作温度下限时，先逐步减小移动床进风装置16入口冷却风流量控制阀3102、3103的开度以降低进风量，直至移动床排渣温度处于正常工作温度范围内；若冷却风流量控制阀3102、3103处在最小开度，但排渣温度仍低于正常工作温度下限，则减小移动床送风风机11入口挡板开度以降低总风量，直至移动床排渣温度处于正常工作温度范围内。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明而非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施方式对本发明已进行了详细说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。