本发明涉及高温液态熔渣余热回收技术领域，特别涉及一种具有冷却功能的粒化器及其驱动系统。
技术背景
目前，中国是全球最大的钢铁生产国，钢铁产量居世界第一位。2015年中国的生铁产量达到6.91亿吨，约占世界总产量的60％。2016年10个月中国生铁产量为5.86亿吨，约占世界总产量的60％。在冶炼生铁的过程中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5.86亿吨进行计算，可折合产生1.75亿吨以上的高炉渣，其显热量相当于1050万吨标准煤。
干渣坑冷却法和水冲渣法是目前我国最常见的高炉渣处理方法。干渣坑冷却法将高温的液态熔渣直接排入干渣坑空冷，辅助水冷。该法降温时产生大量水蒸气，同时释放出大量的h2s和so2气体，腐蚀建筑、破坏设备和恶化工作环境，一般只在事故处理时使用该法。我国90％的高炉渣都采用水冲渣法处理。水冲渣法是指利用低温的冷却水直接与高温的液态熔渣混合，使得液态熔渣温度迅速降低并形成玻璃体态炉渣颗粒。水冲渣法按照不同的工艺流程可分为因巴法、图拉法、底滤法、拉萨法、明特克法。尽管水冲渣工艺不断发展，但其技术的核心还是对高温液态熔渣进行喷水水淬，进而达到冷却和粒化的目的，然后进行水渣分离，冲渣的水经过沉淀过滤后再循环使用。尽管该法产生的玻璃体态熔渣可以应用于水泥工业进行资源化利用，但是处理过程浪费大量水资源，产生so2和h2s等有害气体，也不能有效回收高温液态熔渣所含有的高品质余热资源。而干法处理技术利用高温高炉渣与传热介质间接或直接接触进行渣粒化及显热回收，处理过程中不耗费宝贵的水资源，也几乎不释放h2s和so2等有害气体。随着我国对钢铁行业节能减排工作的全力推进，高温高炉渣干法离心粒化技术受到了业内的高度关注。
在干法离心粒化处理过程中，高温高黏度的炉渣由高速旋转的转盘甩离转盘表界面，在空中形成液滴，这些微小的液滴与空间中的传热介质，一般为空气，进行强烈的直接换热，使液滴温度降低，使其液滴表面发生相变，形成凝固层，随着温度进一步降低，液滴逐渐转变成固体小颗粒。然而，由于液态高炉渣的温度在1350℃以上，高炉渣的热量从粒化器传到托盘上，进而传递到转轴上，致使粒化器托盘和转轴温度过高，强度降低，产生变形，进而影响到所驱动的粒化器的粒化效果，同时电机的持续运行也会导致温度的升高，易引发电机故障，缩短寿命，另外，因为结构上的原因，轴在旋转时会来回晃动，影响到了粒化器的粒化效果。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种具有冷却功能的粒化器及其驱动系统，以解决上述技术问题。本发明能够降低电机、粒化器固定装置与转轴工作温度，稳定转轴的转动，保证粒化器驱动安全、稳定，更好的实现粒化效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有冷却功能的粒化器及其驱动系统，包括粒化器、粒化器固定装置及粒化器驱动装置；粒化器为盘状或杯状，边缘倾角为30°～60°，中心设有导流锥，粒化器固定在粒化器固定装置上；粒化器固定装置内部设有气流通道，粒化器固定装置接触粒化器的底部设置扩展受热面；粒化器固定装置顶部开有多个第一风口，顶部第一风口的出风角度与粒化器边缘倾角相交，用于对粒化过程中形成的液膜或液丝进行外力破碎；粒化器固定装置侧面设有多个第二风口，第二风口与粒化器边缘倾斜角度平行或交叉，用于对粒化过程中液丝断裂形成的液滴进行冷却；第一风口和第二风口与气流通道连通；粒化器驱动装置用于驱动粒化器旋转。
进一步的，还包括轴冷却风道；粒化器驱动装置包括电机和转轴；电机的输出轴与转轴的下端固定连接；转轴的上端与粒化器固定装置的底部固定连接；转轴上设有若干耐温叶片；轴冷却风道包括电机密封罩、风管内套筒和轴套筒；密封罩围绕在电机外周，风管内套筒和轴套筒套设于转轴的外周；耐温推力轴承和耐温定位轴承的内圈均固定在转轴上，外圈固定在风管内套筒内壁；轴套筒固定在最顶部耐温推力轴承的外圈和最下部的耐温定位轴承的外圈之间，将耐温叶片包围于其中；耐温推力轴承和耐温定位轴承上均设有气流流道；密封罩与风管内套筒固定连接，通过通风口连通；风管内套筒外周布置有风管外套筒，风管内套筒外周布置有风管外套筒之间形成环形冷却风道，环形冷却风道顶部环形布置有若干风帽；风管外套筒底部开有环形冷却风道进风口。
进一步的，轴冷却风从密封罩风口进入，经过轴套筒内部对转轴冷却后，大部分进入粒化器固定装置的气流通道，从粒化器固定装置顶部和侧壁环形均布的多个第一风口和第二风口进入粒化仓，小部分从粒化器固定装置与风管内套筒之间狭小缝隙进入粒化仓。
进一步的，风帽的出风口低于第一风口和第二风口的出风口。
进一步的，第一风口与水平面夹角在45°～90°之间。
进一步的，轴冷却风有三种产生方式：
方式一，通过风机产生冷却风，从密封罩风口进入，大部分经过粒化器固定装置的气流流道流出，小部分从固定装置与风管内套筒之间狭小缝隙流出；
方式二，转轴上的耐温叶片随转轴的高速旋转产生冷却风，大部分经过粒化器固定装置的气流流道流出，小部分从固定装置与风管内套筒之间狭小缝隙流出；
方式三，风机出风与耐温叶片高速旋转出风配合作为轴冷却风，对轴冷却风道及转轴进行冷却。
进一步的，还可以采用轴冷却流道；
粒化器驱动装置包括电机和转轴；电机的输出轴与转轴的下端固定连接；转轴的上端与粒化器固定装置的底部固定连接；
轴冷却流道包括水/油套管；水/油套管安装在转轴外周并密封；进行水/油冷时，水/油从水/油套管底部的进水/油口进入水/油套管，对转轴进行冷却后从上部出水/油口排出进入油/水冷却及动力系统进行冷却，冷却后的水/油重新参与循环对转轴进行冷却。
进一步的，粒化器固定装置由左右两部分组成，通过销钉、抱箍固定。
进一步的，风管外套筒的外周间隔固定有固定支架；风管外套筒的外壁设有楔形固定块；楔形固定块下部支撑有滑动块，固定支架与滑动块通过螺栓连接；粒化器、粒化器固定装置和粒化器驱动装置支撑在滑动块上，通过旋转螺栓调整滑动块与固定支架之间的距离，能够调整粒化器的高度。
相对于现有技术，本发明据有以下有益效果：
1)本发明中转轴可以采用风冷或水/油冷，在进行风冷时，转轴上设有一级、两级或者多级的耐温叶片，在粒化过程中，转轴的转动带动耐温叶片旋转来产生轴冷却风道的流动动力，在粒化进行的过程中，即伴随产生轴冷却风，减少了对设备的需求，使系统更简便，同时耐温叶片也可以作为肋片结构，强化转轴整体的散热；转轴也可以采用油冷或者水冷，水/油从底部的进水/油口进入水/油套管，对转轴进行冷却后从上部出水/油口排出进入油/水冷却及动力系统进行冷却，冷却后的水/油重新参与循环对转轴进行冷却。有利于电机、转轴的冷却，能够防止电机运行时产生的热量传递到转轴引起转轴温度的升高，同时也提高电机、转轴运行的可靠性和使用寿命。
2)本发明中在转轴靠近粒化器固定装置的部位，设有一个或者多个耐温定位轴承，可以大大减轻因机械结构不够精密而在粒化过程中转轴产生的晃动，延长设备寿命，改善粒化效果，使粒化颗粒的粒径分布更加稳定，也使粒化器的运行更加稳定。
3)本发明中在粒化器固定装置内部开有流线型气流流道，且设有环形肋片结构来强化换热，从而更好的对粒化器固定装置进行冷却；轴冷却风通过风管内套筒和轴套筒后，从粒化器固定装置下部进入流动通道，分为两股风，分别从粒化器固定装置的侧面和顶部进入粒化仓，顶部的风口与水平方向的夹角可以在45°到90°之间，在粒化过程中可以对粒化颗粒起到风碎的作用，侧面的风与粒化器固定装置的夹角可以在30°到60°之间，与粒化颗粒的轨迹平行，在粒化过程中可以对粒化颗粒起到风淬的作用。有利于对粒化器固定装置的冷却，同时改善了粒化效果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明的一种具有冷却功能的粒化器及其驱动系统的结构示意图；
图2为粒化器油/水冷结构示意图；
图3为粒化器及粒化器固定装置示意图。
其中，209-电机；210-密封罩；211-联轴器；212-耐温推力轴承；213-楔形固定块；214-滑动块；215-固定支架；216-风管外套筒；217-风管内套筒；218-通风孔；219-粒化器；220-风帽；221-耐温定位轴承；222-轴套筒；223-转轴；224-叶片；225-进风口；226-通风口；227-风口；228-出水/油口；229-通水/油口；230-水/油套管；231-进水/油口；232-粒化器固定装置；233-流动通道；234-扩展受热面；235-第二风口；236-第一风口。
具体实施方式
请参阅图1、图2所示，本发明一种具有冷却功能的粒化器及其驱动系统，包括粒化器219、粒化器固定装置232和粒化器驱动装置。
粒化器219为盘状或杯状，边缘倾角为30°～60°，中心设有导流锥；粒化器219固定在粒化器固定装置232上；粒化器固定装置232内部设有气流通道233；粒化器固定装置232接触粒化器219的底部内设置扩展受热面234，如环形肋片等，能更好地对粒化器固定装置冷却；粒化器固定装置232顶部开有多个风口236，顶部风口的出风角度与粒化器边缘倾角相交，可对粒化过程中形成的液膜或液丝进行外力破碎，加强粒化效果；粒化器固定装置232侧面设有多个风口235，该风口与粒化器边缘倾斜角度平行或交叉，可对粒化过程中液丝断裂形成的液滴进行冷却，提高其玻璃体转化率。风口236和风口235与气流通道233连通。
粒化器驱动装置包括电机209、密封罩210、转轴223、轴套筒222、风管内套筒217、风管外套筒216和风帽220等。电机209与转轴223之间通过联轴器211联接；转轴上设置有若干耐温叶片224；转轴223底部设有耐温推力轴承212，转轴中部及上部设有一个或者多个耐温定位轴承221，其中最上部定位轴承应尽量靠近粒化器固定装置232底部，一方面可改善高速旋转的转轴因机械结构不够精密而产生摆动进而影响粒化效果的情况，另一方面可延长设备的寿命。
轴冷却风道包括电机密封罩210、风管内套筒217和轴套筒222。密封罩210围绕在电机209外周，风管内套筒217和轴套筒222套设于转轴223的外周；耐温推力轴承212和耐温定位轴承221的内圈均固定在转轴223上，外圈固定在风管内套筒217内壁；轴套筒222固定在最顶部耐温推力轴承212的外圈和最下部的耐温定位轴承221的外圈之间，将大部分耐温叶片224包围于其中；耐温推力轴承212和耐温定位轴承221上均设有供气流流道。转轴223顶部固定有粒化器固定装置232。
密封罩210与风管内套筒217固定连接，通过通风口226连通，轴冷却风从密封罩风口227进入，经过轴套筒222内部对转轴223冷却后，大部分进入粒化器固定装置232的气流通道233，从粒化器固定装置232顶部和侧壁环形均布的多个风口236和风口235进入粒化仓，小部分从粒化器固定装置232与风管内套筒217之间狭小缝隙进入粒化仓。风管内套筒217外周布置有风管外套筒216，风管内套筒217外周布置有风管外套筒216之间形成环形冷却风道，环形冷却风道顶部环形布置有若干风帽220，风帽220的出风口低于风口236和风口235的出风口。在风管外套筒216底部开有环形冷却风道进风口225。
风管外套筒216的外周间隔固定有固定支架215；风管外套筒216的外壁设有楔形固定块213；楔形固定块213下部支撑有滑动块214，固定支架215与滑动块214通过螺栓连接；粒化器219、粒化器固定装置232和粒化器驱动装置支撑在滑动块214上，通过旋转螺栓调整滑动块214与固定支架215之间的距离，可以调整粒化器219与上部落渣管之间的距离，进而调整熔渣粒化的情况。
轴冷却风有三种产生方式：方式一，通过风机产生冷却风，从密封罩风口227进入，大部分经过粒化器固定装置的环形风道进入粒化仓，小部分从固定装置与风管内套筒217之间狭小缝隙进入粒化仓；方式二，在转轴223上设有一级、两级或者多级的小型耐温叶片224，通过转轴的高速旋转产生冷却风，大部分经过粒化器固定装置232的环形风道进入粒化仓，小部分从固定装置与风管内套筒217之间狭小缝隙进入粒化仓。转轴223上设有一级、两级或者多级的小型耐温叶片224，随转轴223高速旋转，一方面，会产生轴冷却风道的流动动力，加速轴冷却风对轴、粒化器固定装置的冷却，另一方面，耐温叶片224也可作为肋片结构，强化转轴223的整体散热；方式三，风机出风与小型耐温叶片高速旋转出风配合作为轴冷却风，对轴冷却风道及转轴等部件进行冷却。
对转轴223进行风冷以外，还可以采用水冷或油冷。相对于风冷结构，将轴套筒222替换为水/油套管230，安装在转轴223外周并密封；进行水/油冷时，水/油从水/油套管230底部的进水/油口231进入水/油套管230，对转轴223进行冷却后从上部出水/油口228排出进入油/水冷却及动力系统进行冷却，冷却后的水/油重新参与循环对转轴223进行冷却。
在本发明中，粒化器固定装置232由左右两部分组成，通过销钉、抱箍固定。粒化器219损坏时，拆下销钉，可以取下粒化器219和粒化器固定装置232，拆下销钉、抱箍，可以将粒化器固定装置232的左右两部分拆开，取下环形卡箍后就可取下粒化器219。当粒化器219出现开裂时，由于粒化器底座及固定装置的存在，开裂的粒化器219不会被甩飞，同时液态熔渣不会直接滴落到传动装置和电机209上，在停机检修之前保证系统安全。同时，只需更换粒化器219就可以，减少了一般粒化器219因受损而更换整个粒化装置的费用。粒化器固定装置232内部开有流线型流动通道233；同时粒化器底座底部侧面与风道内套筒217之间的缝隙很小，便于由粒化器底座下部送来的风大部分都能进入到流线型流动通道233，对粒化器固定装置232进行冷却，同时便于由粒化器底座送来的风吹到粒化器219的边缘，以加强粒化。
本发明中，采用空心法兰对转轴223和粒化器固定装置232进行连接，空心法兰使粒化器底座和转轴223之间有一段空气绝热层以阻断粒化器219和转轴223之间热量传递，使粒化器底座的热量不至于传递到转轴223上，保证粒化器219能够安全、稳定运行，更好的实现粒化效果。
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。