一种高温熔渣干法冷却粒化余热回收系统及方法与流程

本发明涉及高温熔渣冷却粒化及余热回收加工处理领域，具体为一种高温熔渣干法冷却粒化余热回收系统及方法。

背景技术：

高温熔渣是高温冶炼和火力发电生产过程中的副产品，如钢铁冶炼产生的约1500-1600℃左右的高温转炉钢渣和高炉渣。这些高温熔渣的一个共同特点就是蕴含有大量的热能和无机矿物质，可作为优质能源和资源回收利用。此外，这些高温渣的产量十分巨大，直接关系到工业企业的节能减排和固废资源高效利用。通常情况，每炼1吨钢可产生100-150kg的高温钢渣，每吨钢渣含有相当于65kg标准煤的热量；每炼1吨铁可产生300-350kg的高温高炉渣，每吨高炉渣含有相当于68kg标准煤的热量。据统计，我国每年产生高温钢铁熔渣约4.5亿吨，如何高效回收利用这些高温熔渣中的热量，是高温冶炼企业节能减排的重要技术发展方向之一。

但是，目前国内外几乎所有钢铁厂均未能实现钢铁高温熔渣中热量回收利用，其主要原因在于没有这方面的技术和装备系统。现有高温冶金渣处理技术中，主要包括水淬法、热泼法、闷渣法、风淬法等，但是这些方法均不能实现高温渣热量的高效回收利用。

授权公告号cn200940148y公开了一种钢渣离心处理装置，授权公告号cn102643936b公开了一种钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统及工艺方法，授权公告号cn1888081b公开了一种液态高炉渣热量回收过程中渣的粒化方法及其装置，授权公告号cn100424187c公开了一种液态高炉渣热量回收装置及方法，授权公告号cn203559060u公开了一种钢渣粒化装置，上述专利提出的高温渣处理方法均属于旋转离心粒化法，均要求高温渣应具备良好流动性，对于流动性不好的高温渣容易出现堵塞、结块、粒化不均等技术问题。

公告号cn102200267a公开了一种高温物料物理热回收工艺，其渣罐将熔融渣倒入渣槽内导入到渣车中形成片状熔融高温渣；在辐射室中布置有吸收辐射热量的吸热管束；在传热室中布置高效传热元件吸收来自渣车的辐射热量和来自主辐射室的热风的对流换热，换热后的空气由引风机从空气出口抽走，进入常规对流受热面，热风与高温传热元件换热后经引风机排入大气；渣车进入水淬室后，冷却水将已经固化的渣炸裂形成粉体，将其中蕴含的热量更多地释放出来。该工艺采用熔融高温渣重力自流的方法将高温渣铺成片状，这样对于黏度较大、流动性不佳的高温渣而言很难实现；该工艺中用水淬方法将渣炸裂形成粉体容易产生水汽污染、设备腐蚀和降低能源回收利用的品质等技术缺陷。此外，该工艺将换热后气体直接排入空气中，必然导致回收热量的耗散和损失，降低系统的热回收效率。

授权公告号cn103966372b公开了一种液态钢渣固化分散处理系统和一种液态钢渣固化分散处理系统及方法，其首先利用固化分散剂与高温渣进行混合，实现高温渣的冷却固化和分散，然后再对固化渣进行进一步冷却粒化和余热回收利用。上述方法的难点在于高温渣的冷却固化过程中，不可避免高温混合设备与高温渣直接接触，一定程度上影响设备的使用寿命和生产的连续稳定性。

公告号cn104988255a公开了一种液态渣余热回收及尾渣超微粉化的方法及设备系统。其首先利用固化分散剂与高温渣进行混合，实现高温渣的冷却固化和分散，然后再对固化渣进行进一步冷却粒化和余热回收利用；将换热气体实现循环利用，将回收的高温渣余热转换为过热蒸汽，并将该过热蒸汽用于冷却后尾渣的超微粉碎，将尾渣制备成超微粉材料，有利于实现热量的高效回收和高效利用，同时有利于实现尾渣的高效利用。但是，该方法仍然存在“高温渣的冷却固化过程中，不可避免金属设备与高温渣直接接触，一定程度上影响设备的使用寿命和生产的连续稳定性”的技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有的高温渣处理系统及方法存在的对高温熔渣黏度要求较高、高温设备损耗较大、设备耐久性差的技术问题，提供一种高温熔渣干法冷却粒化余热回收系统及方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种高温熔渣干法冷却粒化余热回收系统，包括：保温隧道、冷渣斗、高温熔渣斗、水冷管、挡料板、犁渣器、铲渣器、台车轨道、进风管、冷风室、换热器、除尘器、循环风机、环形台车、储料槽、冷风室侧板、出渣口、溜料槽和支柱；所述保温隧道是由耐火砖砌筑而成的拱门环形隧道，下端固定位于地面上，保温隧道顶部为拱形，在拱形顶的底面下方设有若干水冷管；所述冷渣斗设在保温隧道的顶部且与出渣口相邻，所述高温熔渣斗设在保温隧道的顶部且与冷渣斗相邻，冷渣斗和高温熔渣斗均与保温隧道的内腔连通；所述台车轨道设在保温隧道内腔的底部，所述环形台车设于保温隧道内腔的下部并位于台车轨道上，保温隧道内腔两侧固定有支柱，所述挡料板固定在支柱的上部，且挡料板的底面与环形台车的台车面板相接触组成储料槽，所述犁渣器设在挡料板上且位于高温熔渣斗出料口沿环形台车运行方向的一侧，所述铲渣器设在挡料板上且位于挡料板的出料口处，挡料板的出料口与出渣口连通；所述出渣口设在保温隧道侧面的上部，并通过溜料槽与换热器的进料口连接；所述冷风室侧板设在支柱的下部并位于挡料板下方，冷风室侧板与台车面板、地面组成环状矩形冷风室，保温隧道的两侧下部设有进风管且进风管与冷风室连通；换热器的出料口与后续渣处理系统连接；所述出渣口还通过管道与换热器的上部进风口连接，换热器的余热输出口与余热利用系统连接，换热器的出风口与除尘器的进风口连接，除尘器的出风口与循环风机的进风口连接，循环风机的出风口分别与换热器的下部进风口与进风管连接。

进一步地，所述环形台车由台车面板、台车支架和车轮组成，台车面板焊接在台车支架上，台车支架的下端设有车轮，台车面板上设有可供气流穿过的风孔。

进一步地，所述高温熔渣斗的出料口比冷渣斗的出料口高50-150毫米；高温熔渣斗的出料口长度比两侧挡料板之间的距离小50-100毫米。

进一步地，所述犁渣器为1个水平三角锥形犁刀与多个竖向犁刀相结合的复合结构，且水平三角锥形犁刀的锥尖端与竖向犁刀尾部中间段焊接，竖向犁刀的长度为50-150毫米，竖向犁刀的设置间距为100-200毫米，犁渣器的底面与台车面板顶面的距离为300-600毫米。

进一步地，所述铲渣器由两块耐磨高温钢板焊接而成，其中一块钢板竖直固定在两侧挡料板上，且钢板的一侧与挡料板出料口的切面夹角为30-60度，另一块钢板焊接在竖直钢板底部，且与竖直钢板的夹角为135度，铲渣器底面与台车面板顶面的距离为300-600毫米。

进一步地，所述台车面板上的风孔孔径为3-5毫米，其开孔率为20-30％。

一种高温熔渣干法冷却粒化余热回收的方法，包括如下步骤：

1)先将粒度和水分满足要求的冷渣颗粒加入冷渣斗中，同时开启环形台车和循环风机,并向水冷管中充入冷水；

2)冷渣颗粒通过冷渣斗下落到储料槽中，形成300-600毫米厚度的冷渣层；

3)高温熔渣通过高温熔渣斗流入到冷渣层上表面，形成50-150毫米厚度的高温熔渣层；

4)环形台车水平环形运转，犁渣器对高温熔渣凝固层进行多次破渣和翻转，实现高温熔渣层的冷却、初步粒化和强化透气；

5)铲渣器将冷却粒化后的高温熔渣层铲出储料槽，并通过溜料槽流入换热器中，通过换热器的下进风口进入的冷风，对该部分渣粒进行二次换热，二次换热后的冷渣进入后续渣处理系统进行深加工处理；

6)被铲渣器铲走的部分冷渣颗粒，由后续渣处理系统产生的冷渣颗粒回用补充，保证冷却剂冷渣颗粒的物料平衡。

进一步地，所述高温熔渣为温度大于1300摄氏度的高炉熔渣、转炉炼钢熔渣、电炉炼钢熔渣或燃煤炉熔渣中的任意一种。

进一步地，所述冷渣颗粒为钢渣尾渣、高炉矿渣、铁尾矿、石灰石尾矿或砂石颗粒中的任意一种；所述冷渣颗粒的粒径为5-100毫米，水分含量低于10％。

本发明的有益效果是：

1)本发明利用环形保温隧道式台车运动剪切力与固定渣斗中熔渣和冷渣的自重力，自动铺设成一定厚度的冷渣层和高温熔渣层，且高温熔渣层铺设在冷渣层上表面，避免高温熔渣与动载金属设备直接接触，以此解决高温熔渣冷却粒化工艺的装备耐久性难题，提高系统对不同黏度高温熔渣干法冷却粒化的普遍适应性；

2)利用水冷管的高温辐射换热、冷却风的气体对流换热一体化方法，增加换热效率，实现高温熔渣层的冷却固化；

3)通过设置固定式下埋犁渣器的方法，在环形台车载货水平移动过程中，自动实现高温熔渣凝固层的破裂与翻转，实现了高温熔渣凝固层的粒化破碎，强化气体对流换热；

4)通过采用全干法换热，全流程密闭加工，换热风循环使用和全自动连续稳定生产等方法，有利于实现高温渣余热高效回收、流程清洁生产和减少环境污染。

附图说明

图1为本发明高温熔渣干法冷却粒化余热回收系统的俯视图；

图2为图1的a-a面剖视图；

图3为图1的b-b面剖视图。

图中：1—冷渣斗；2—高温熔渣斗；3—保温隧道；4—水冷管；5—挡料板；6—犁渣器；7—铲渣器；8—台车面板；9—台车支架；10—车轮；11—台车轨道；12—进风管；13—冷风室；14—换热器；15—除尘器；16—循环风机；17—环形台车；18—储料槽；19—冷风室侧板；20—出渣口；21—溜料槽；22—支柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

如图1-3所示，本实施例中的一种高温熔渣干法冷却粒化余热回收系统，包括：保温隧道3、冷渣斗1、高温熔渣斗2、水冷管4、挡料板5、犁渣器6、铲渣器7、台车轨道11、进风管12、冷风室13、换热器14、除尘器15、循环风机16、环形台车17、储料槽18、冷风室侧板19、出渣口20、溜料槽21和支柱22；所述保温隧道3是内层由钢结构支撑架，外层由耐火砖砌筑而成的拱门环形隧道，下端固定位于地面上，保温隧道3顶部为拱形，在拱形顶的底面下方设有若干水冷管4，所述水冷管4的进水口与给水泵连接，出水口与余热利用系统连接；所述冷渣斗1设在保温隧道3的顶部且与出渣口20相邻，所述高温熔渣斗2设在保温隧道3的顶部且与冷渣斗1相邻，冷渣斗1和高温熔渣斗2均与保温隧道3的内腔连通；所述台车轨道11设在保温隧道3内腔的底部，台车轨道11由钢轨构成；所述环形台车17设于保温隧道3内腔的下部并位于台车轨道11上，环形台车17由台车面板8、台车支架9和车轮10组成，台车面板8焊接在台车支架9上，台车支架9的下端设有车轮10，环形台车17可在台车轨道11上做环形运动，环形台车17的动力牵引机构由电机、减速机、连接轴等组成，连接轴与台车支架9连接，电机驱动连接轴带动台车支架9运动；台车面板8上设有可供气流穿过的风孔，所述风孔的孔径为3-5毫米，开孔率为20-30％；保温隧道3内腔两侧固定有金属支柱22，支柱22的底端固定在地面上，所述挡料板5固定在支柱22的上部，所述挡料板5由内衬耐火材料的钢结构组成，具有耐高温性能，挡料板5的底面与环形台车17的台车面板8相接触组成“u”字形储料槽18，主要起盛料作用；所述犁渣器6设在挡料板5上且位于高温熔渣斗2出料口沿环形台车17运行方向的一侧0.5-1.5米，且多排布置，每排犁渣器6在环形台车17运行方向上相距0.5-1.5米；所述铲渣器7设在挡料板5上且位于挡料板5的出料口处，挡料板5的出料口与出渣口20连通；所述出渣口20设在保温隧道3侧面的上部，并通过溜料槽21与换热器14的进料口连接，所述换热器14为一个内衬耐火材料的高温容器，其上段为冷水管与高温气体换热区，其下段为高温渣与冷风换热区；冷风室侧板19设在支柱22的下部5下方，冷风室侧板19与台车面板8、地面组成环状矩形冷风室13；保温隧道3的两侧下部设有进风管12且进风管12与冷风室13连通；换热器14的出料口与后续渣处理系统连接；所述出渣口20还通过管道与换热器14的上进风口连接，换热器14的余热输出口与余热利用系统连接，换热器14的出风口与除尘器15的进风口连接，除尘器15的出风口与循环风机16的进风口连接，循环风机16的出风口分别与换热器14的下进风口与进风管12连接。

所述高温熔渣斗2内衬高温耐火绝热砖，高温熔渣斗2的出料口比冷渣斗1的出料口高50-150毫米；高温熔渣斗2的出料口长度比台车面板8上的两侧挡料板5之间的距离小50-100毫米，以确保高温熔渣铺满冷渣层上表面宽度的90％；高温熔渣斗2的出料口的宽度与长度比为1/5-1/20，保证熔渣顺利出料，不堵塞，但也不宜太大，以免造成逸渣，本实施例中，高温熔渣斗2的进料口长2米，宽1米，出料口长1米，宽200毫米；冷渣斗1的进料口长2米，宽1米，出料口长1米，宽300毫米；台车面板8宽1.5米，面板内圆直径为10米，台车运转速度为3米/分钟，高温熔渣在台车上停留时间约12分钟，处理高温液态高炉渣能力约45吨/小时。

所述犁渣器6为1个水平三角锥形犁刀与多个竖向犁刀焊接而成的复合结构，且水平三角锥形犁刀的锥尖端与竖向犁刀尾部中间段焊接，竖向犁刀的长度为50-150毫米，竖向犁刀的设置间距为100-200毫米，且相邻两排犁渣器6上的竖向犁刀位置交错设置，有利于均匀翻转高温熔渣层；犁渣器6的底面与台车面板8顶面的距离为300-600毫米；犁渣器6由耐高温、耐磨损钢材制成，起破裂高温渣层，增强透气冷却的作用。

所述铲渣器7由两块耐磨高温钢板焊接而成，其中一块钢板竖直固定在两侧挡料板5上，且钢板的一侧与挡料板5出料口的切面夹角为30-60度，另一块钢板焊接在竖直钢板底部，且与竖直钢板的夹角为135度，铲渣器7底面与台车面板8顶面的距离为300-600毫米，铲渣器7的安装位置应满足将高温熔渣层铲离储料槽18的要求。

本实施中的一种高温熔渣干法冷却粒化余热回收的方法，包括如下步骤：

1)先将粒度和水分满足要求的冷渣颗粒加入冷渣斗1中，同时开启环形台车17和循环风机16，并向水冷管4中充入冷水；

2)冷渣颗粒通过冷渣斗1下落到储料槽18中，形成300-600毫米厚度的冷渣层；

3)高温熔渣通过高温熔渣斗2流入到冷渣层上表面，形成50-150毫米厚度的高温熔渣层；

4)环形台车17水平环形运转，犁渣器6对凝固的高温熔渣层进行多次破渣和翻转，实现高温熔渣层的冷却、初步粒化和强化透气；

5)铲渣器7将冷却粒化后的高温熔渣层铲出储料槽18，并通过溜料槽21流入换热器14中，通过换热器14的下进风口进入的冷风，对该部分渣粒进行二次换热，二次换热后的冷渣进入后续渣处理系统进行深加工处理；

6)被铲渣器7铲走的部分冷渣颗粒，由后续渣处理系统产生的冷渣颗粒回用补充，保证冷却剂冷渣颗粒的物料平衡。

所述高温熔渣为温度大于1300摄氏度的高炉熔渣、转炉炼钢熔渣、电炉炼钢熔渣或燃煤炉熔渣中的任意一种。

所述冷渣颗粒为钢渣尾渣、高炉矿渣、铁尾矿、石灰石尾矿或砂石颗粒中的任意一种；所述冷渣颗粒的粒径为5-100毫米，水分含量低于10％。

所述余热回收系统和后续渣处理系统按照公告号为cn104988255a所公开的“一种液态渣余热回收及尾渣超微粉化的方法”配套实施，实现高温熔渣的余热和尾渣的协同高效利用。

本发明的工作原理为：储料槽18中的高温熔渣层与水冷管4中的水进行辐射换热，换热后的水介质进入余热利用系统回收利用；同时，冷风在循环风机16的作用下，先后穿过进风管12、冷风室13、台车面板8、冷渣层和高温熔渣层转换为热风，再进入换热器14中冷却，冷却后的冷风经过除尘器15和循环风机16，一部分进入进风管12、冷风室13、台车面板8、冷渣层和高温熔渣层中完成高温熔渣的快速冷却凝固；另一部分经过除尘器15和循环风机16进入换热器14的下进风口，从下至上穿过热渣层换热，同时与换热器14上部冷水管换热，然后先后进入除尘器15和循环风机16，实现冷却风的循环利用；换热器14中的热水及热蒸汽进入余热利用系统，实现余热的回收。