一种高炉水渣工艺蒸汽消白及热能回收系统的制作方法

本发明涉及冶金行业炼铁领域，具体的是一种高炉水渣工艺蒸汽消白及热能回收系统。

背景技术：

高炉冶炼时会产生高温液态熔渣(1350℃-1500℃)，国内每年生产铁水7亿吨，产生高温液态熔渣2.5亿吨。国内外已经进行多年的相关研究，希望充分利用高炉熔渣热量，实现余热回收利用。

中国专利cn106282445b，公开日期2017年1月4日，公开了“一种回收高炉渣余热的装置及回收方法”，该方法利用金属球与高温液态熔渣混合，得到500℃～800℃的高炉渣与金属球的固态混合物，混合物通过旋转金属笼完成破碎分离及余热回收，该方法得到的熔渣碎块很难实现循环利用，500℃～800℃的高炉渣与金属球的固态混合物在旋转金属笼内完成破碎分离，其高温状态下对金属笼的磨损会非常严重，对设备寿命及整个系统的作业率会产生严重影响。

国内外通常采用沉淀过滤法(常称底滤法)水渣工艺对熔渣进行处理。高炉炉前进行水力冲渣，用水淬将熔渣击碎后，变成松散的渣水混合物(常称水渣)，水渣经冲渣沟进入过滤池，液态水经过滤池内的滤层过滤，在过滤池底部留下固态的湿润的渣粒，然后通过桥式抓斗起重机对渣粒进行抓取、装车外运。经水淬后得到的渣粒(粒径0.2mm～3mm)用途广泛，可以作为水泥用料、隔热填料等，使炉渣得到充分利用。

高炉冲渣水(约70℃～90℃)作为一种低温废热源，具有温度稳定、流量大的特点，对于冲渣水的余热利用，中国专利cn207585372u，公开日期2018年7月6日，公开了“高炉冲渣水余热利用系统”，该系统通过提升泵、引流管把冲渣水引至循环池，循环池连接采暖泵，采暖泵的出水口通过供水管连接烧结混料用水管线，循环池还通过第一管道连接动力厂浓盐水排出管线，也可以通过换热器后，将多余水的余热进行充分利用后注入循环池进行循环使用。该系统把冲渣水从水池引至循环池再采取其他措施进行余热利用，这样会损失大量热量，不利于冲渣水的热能回收。

专利cn207121610u，公开日期2018年3月20日，公开了“高炉冲渣水蒸气余热回收利用系统”，该系统利用抽风装置将冲渣水蒸汽收集后经蒸汽再加热装置输送至蒸气蓄热器、溴化锂制冷水机组，最终将蒸气冷凝为冷凝水并产生制冷水。该系统需要在原有水渣系统的基础上额外配套大量设备，如抽风装置、蒸汽再加热装置、蒸汽蓄热器、汽液热交换器等，该系统流程复杂、设备投资高；该系统中进入冲渣水循环水池的不仅有大量冲渣水(约70℃～90℃)，还有熔渣水淬后得到的渣粒，另外部分蒸气(约60℃～100℃)不能被抽风罩捕集会沿管道进入循环水池，循环水池的冲渣水和蒸汽的热量没有得到充分的回收利用。

专利cn101265039b，公开日期2008年9月17日，公开了“一种环保型底滤法高炉炉渣处理设备及处理方法”，该方法能够减小冲渣水量、降低水耗，提高过滤速度、减少过滤池占地面积，该技术已经应用多年并取得了良好效果。高温液态熔渣的水淬由循环水(约40℃)完成，需要对冲渣水(约70℃～90℃)进行冷却后才能使用，在该方法中，冲渣水经过滤管后由上塔泵直接打到冷却塔进行冷却，不但浪费了冲渣水的热能，而且增加了冷却塔的工作负荷。

由以上分析可知，现有技术虽然已经提供了高炉水渣系统过滤池热能回收的方法，但是在不同程度及不同方面都有各种缺陷有待解决，有必要研究新的高炉水渣系统过滤池热能回收方法，实现能源的有效循环利用并减少空气污染。

高炉熔渣的处理工艺中，既有粒化过程的大量高温蒸汽，也有过滤池温度稳定、流量大的冲渣水，还有冲渣时过滤池表面长期存在的蒸汽，回收这些冲渣水和蒸汽的热能并减少含硫蒸汽的对空排放对于节能减排具有重大意义。

技术实现要素：

为了回收高炉水渣中的热能，本发明提供了一种高炉水渣工艺蒸汽消白及热能回收系统，该高炉水渣工艺蒸汽消白及热能回收系统既能充分回收粒化过程的蒸汽热能，也能回收过滤池冲渣水和蒸汽的热能，同时减小冷却塔的工作负荷，还可以减少熔渣处理工艺含硫蒸汽的排放，真正实现节能减排及能源的有效循环利用。

本发明解决其技术问题所采用的技术发明是：一种高炉水渣工艺蒸汽消白及热能回收系统，包括依次串联设置的粒化塔、烟囱、过滤池、热水换热单元、冷却塔、储水池，过滤池外连接有第一蒸汽换热器，过滤池的顶部设有可移动蒸汽罩。

粒化塔内设置有粒化器和第二蒸汽换热器，粒化器位于粒化塔的高温熔渣入口的下方，第二蒸汽换热器位于粒化塔的上部，粒化塔的高温熔渣入口位于第二蒸汽换热器和粒化器之间。

粒化塔的下部通过第一渣水混合物管道与烟囱连接，粒化塔的顶部通过蒸汽管道与烟囱连接，蒸汽管道上设有第一引风机，蒸汽管道与粒化塔的连接处位于第二蒸汽换热器的上方。

烟囱内从下向上依次设有喷淋装置、除沫器和反冲洗装置，蒸汽管道与烟囱的连接处位于喷淋装置的下方，喷淋装置含有沿烟囱的周向均匀交替排列的长喷枪和短喷枪，长喷枪和短喷枪上均匀布置有多个高压喷头。

烟囱的下部通过第二渣水混合物管道与过滤池连接，过滤池的上部设有蒸汽排放口，该蒸汽排放口通过蒸汽输送管线与第一蒸汽换热器连接，该蒸汽输送管线上设有第二引风机。

过滤池排出的高温蒸汽能够进入第一蒸汽换热器中放热，该高温蒸汽在放热后能够进入烟囱或返回至过滤池内，第一蒸汽换热器连接有第一换热管线，该第一换热管线内的第一换热介质能够在第一蒸汽换热器中吸热并在吸热后进入用户管网。

所述热水换热单元含有第一热水换热器和第二热水换热器，第一热水换热器与第二热水换热器串联或并联设置，第一热水换热器和第二热水换热器均设置于水泵房内，水泵房位于过滤池和储水池之间。

过滤池中流出的高温过滤水能够在第一热水换热器和第二热水换热器中放热，第一热水换热器和第二热水换热器连接有第二换热管线，该第二换热管线内的第二换热介质能够在第一热水换热器和第二热水换热器中吸热并在吸热后进入用户管网。

冷却塔位于储水池的上方，储水池通过输水管线与粒化塔和烟囱连接，过滤池的底部出口外连接有过滤水检测分析单元，该过滤水检测分析单元能够检测过滤水的水质、温度和流量。

本发明的有益效果是：

1、本发明能够充分回熔渣处理过程的蒸汽和过滤池内冲渣水的热能，实现能源的有效循环利用。

2、本发明提出了先换热后喷淋的蒸汽处理措施，可以减少熔渣处理过程含硫蒸汽的排放，减少空气污染。

3、高温过滤水经换热器处理后温度降低，能够减少冷却塔的工作负荷，实现高效冷却。

4、本发明采用无动力的换热器，具有运行成本低、效益高的优点。

5、本发明对过滤水的水质进行检测分析，同时检测过滤水的温度、流量，并把所有检测结果及时反馈到高炉中控系统，对优化高炉原燃料质量和配比、优化高炉操作、促进高炉顺行起到重要作用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是高炉水渣工艺蒸汽消白及热能回收系统的总体示意图。

图2是喷淋装置的俯视图。

1、粒化塔；2、第二蒸汽换热器；3、粒化器；4、第一引风机；5、蒸汽管道；6、第一渣水混合物管道；7、烟囱；8、反冲洗装置；9、除沫器；10、喷淋装置；11、第二渣水混合物管道；12、过滤池蒸汽管道；13、第一蒸汽换热器；14、第一电动蝶阀；15、第一手动蝶阀；16、可移动蒸汽罩；17、第二手动蝶阀；18、第二电动蝶阀；19、第一单向阀；20、第三手动蝶阀；21、第三电动蝶阀；22、温度计；23、流量计；24、第四手动蝶阀；25、热水泵；26、第二单向阀；27、第四电动蝶阀；28、第五手动蝶阀；29、第一热水换热器；30、第二热水换热器；31、上塔泵；32、第六手动蝶阀；33、第七手动蝶阀；34、冲渣泵；35、第三单向阀；36、第五电动蝶阀；37、第八手动蝶阀；38、长喷枪；39、短喷枪；40、高压喷头；41、第二引风机；42、用户管网；43、过滤池；44、冷却塔；45、储水池；46、水泵房。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种高炉水渣工艺蒸汽消白及热能回收系统，包括依次串联设置的粒化塔1、烟囱7、过滤池43、热水换热单元、冷却塔44、储水池45，过滤池43外连接有第一蒸汽换热器13，过滤池43的顶部设有可移动蒸汽罩16，如图1所示。

在本实施例中，粒化塔1内设置有粒化器3和第二蒸汽换热器2，粒化器3位于粒化塔1的高温熔渣入口的下方，第二蒸汽换热器2位于粒化塔1的上部，粒化塔1的高温熔渣入口位于第二蒸汽换热器2和粒化器3之间。粒化器位于粒化塔高温熔渣的入口下方，蒸汽换热器位于粒化器的上方靠近粒化塔顶部。

在本实施例中，粒化塔1的下部通过第一渣水混合物管道6与烟囱7连接，粒化塔1的顶部通过蒸汽管道5与烟囱7连接，蒸汽管道5上设有第一引风机4，蒸汽管道5与粒化塔1的连接处位于第二蒸汽换热器2的上方。粒化塔内未凝结的蒸汽从粒化塔顶部侧面的蒸汽管道被引风机引入烟囱。

在本实施例中，烟囱7内从下向上依次设有喷淋装置10、除沫器9和反冲洗装置8，喷淋装置10可以设置一层或多层，蒸汽管道5与烟囱7的连接处位于喷淋装置10的下方，喷淋装置10含有沿烟囱7的周向均匀交替排列的长喷枪38和短喷枪39，长喷枪38和短喷枪39上均匀布置有多个高压喷头40，如图2所示。

在本实施例中，烟囱7的下部通过第二渣水混合物管道11与过滤池43连接，过滤池43的上部设有蒸汽排放口，该蒸汽排放口通过蒸汽输送管线与第一蒸汽换热器13连接，该蒸汽输送管线上设有第二引风机41。烟囱7与第一蒸汽换热器13之间还设有过滤池蒸汽管道12。

在过滤池顶部设置可移动蒸汽罩，冲渣时可移动蒸汽罩对过滤池实现密封，避免含硫蒸汽对空排放；冲渣停止后把蒸汽罩移开便于抓渣作业清理过滤池内渣粒。在过滤池与烟囱之间设置引风机，把过滤池表面的蒸汽抽离后进入蒸汽换热器。

在本实施例中，过滤池43排出的高温蒸汽能够进入第一蒸汽换热器13中放热，该高温蒸汽在放热后能够进入烟囱7或返回至过滤池43内，第一蒸汽换热器13连接有第一换热管线，该第一换热管线内的第一换热介质(如常温水或其他介质)能够在第一蒸汽换热器13中吸热并在吸热后进入用户管网42。

高炉冲渣时，渣水混合物携带蒸汽进入过滤池，过滤池上设置可移动蒸汽罩，把冲渣时过滤池表面的蒸汽和过滤池底部的高温过滤水分别引出，经蒸汽换热器和热水换热器的热交换作用，实现过滤池的热能回收，避免蒸汽对空排放。高炉停止冲渣，需要清理过滤池内渣粒时，把蒸汽罩移开便于抓渣作业。

在本实施例中，所述热水换热单元含有第一热水换热器29和第二热水换热器30，第一热水换热器29与第二热水换热器30串联或并联设置(图1中为串联)，第一热水换热器29和第二热水换热器30均设置于水泵房46内，水泵房46位于过滤池43和储水池45之间。

在本实施例中，过滤池43中流出的高温过滤水能够在第一热水换热器29和第二热水换热器30中放热，第一热水换热器29和第二热水换热器30连接有第二换热管线，该第二换热管线内的第二换热介质(如常温水或其他介质)能够在第一热水换热器29和第二热水换热器30中吸热并在吸热后进入用户管网42，如图2所示。

在本实施例中，冷却塔44位于储水池45的上方，储水池45通过输水管线与粒化塔1和烟囱7连接，过滤池43的底部出口外连接有过滤水检测分析单元，该过滤水检测分析单元能够检测过滤水的水质、温度和流量，该过滤水检测分析单元含有温度计22和流量计23。

高温过滤水在换热器的作用下温度降低成为低温过滤水，低温过滤水进入冷却塔进一步冷却后进入储水池，作为低温冲渣水，实现过滤水的循环利用。在过滤池底部出口处，对过滤水的水质进行检测分析，同时检测过滤水的温度、流量，并把所有检测结果及时反馈到高炉中控系统，优化高炉原燃料质量和配比、优化高炉操作、促进高炉顺行。

下面介绍该高炉水渣工艺蒸汽消白及热能回收系统的工作过程。

在粒化塔1高温熔渣的入口下方设置粒化器3，高温熔渣在大量高速粒化水的作用下完成粒化，渣水混合物落入粒化塔1底部。粒化塔1底部引入输送水，在输送水的作用下，渣水混合物进入烟囱7底部。

在粒化器3的上方靠近粒化塔1顶部设置第二蒸汽换热器2，粒化塔顶部侧面设置蒸汽管道5和第一引风机4。在第一引风机4的作用下，熔渣粒化过程中产生的蒸汽(约80℃～100℃)在粒化塔内部向上运动，蒸汽经过第二蒸汽换热器2时，被引入换热器的常温水(约25℃～35℃)吸收大量热能成为热水(约60℃～80℃)，大量蒸汽在换热过程中凝结为水滴落入粒化塔1底部。未凝结的蒸汽从粒化塔1顶部侧面的蒸汽管道5进入烟囱7。

烟囱7内在粒化塔蒸汽管道5出口的上方依次设置一层(或多层)喷淋装置10、除沫器9、反冲洗装置8。

喷淋装置10由在烟囱内部同一高度上均匀交叉布置的多个长喷枪38和短喷枪39组成，长喷枪和短喷枪上均匀布置多个高压喷头40。根据工艺需求，可以在不同高度上布置多个层次的长喷枪38和短喷枪39及其附带的高压喷头40。喷淋水从高压喷头40喷出后在烟囱7内部形成雾化状态，雾化的喷淋水均匀布满烟囱内部空间。

未凝结的蒸汽进入烟囱7后，在雾化喷淋水的作用下成为冷凝水，冷凝水与喷淋水一起落入烟囱7底部。除沫器9设置在喷淋装置10上方，消除未凝结的蒸汽和小水滴；反冲洗装置8定期对除沫器9进行反冲洗，避免除沫器9长期使用后被堵塞。

从粒化塔1引出的渣水混合物进入烟囱7后，与烟囱底部的冷凝水和喷淋水一起进入过滤池。过滤池顶部设置可移动蒸汽罩16，对过滤池表面的蒸汽进行密封；冲渣停止后可移动蒸汽罩16移开便于抓渣。

在过滤池侧壁靠近烟囱7处接近顶部的位置开孔引出过滤池表面的蒸汽。在过滤池侧壁开孔外设置第二引风机41。在第二引风机41的负压和可移动蒸汽罩16密封的作用下，过滤池表面的蒸汽被抽离过滤池进入第一蒸汽换热器13。

常温水(约25℃～35℃)(或其他待加热的介质)经第一蒸汽换热器13加热后(约60℃～70℃)进入用户管网42，大部分蒸汽在第一蒸汽换热器13的作用下凝结成水滴，与渣水混合物一起进入过滤池43，小部分蒸汽未被凝结进入烟囱7，在烟囱7内喷淋装置10的作用下成为水滴，落入烟囱7底部经第二渣水混合物管道11进入过滤池43。

在水泵房46内设置第一热水换热器29和第二热水换热器30，两个换热器以串联方式连接，高温过滤水(约70℃～90℃)从过滤池底部流出后依次经过第一热水换热器29和第二热水换热器30，在热交换过程中完成对常温水的加热。

常温水(约25℃～35℃)经第一热水换热器29和第二热水换热器30加热后成为热水(约60℃～70℃)，经过第一单向阀19、第二电动蝶阀18和第二手动蝶阀17进入用户管网42。高温过滤水经热水泵25、第二单向阀26、第四电动蝶阀27和第五手动蝶阀28后进入第一热水换热器29和第二热水换热器30，在换热器的作用下温度降低成为低温过滤水(约50℃～60℃)。

低温过滤水经上塔泵31和第六手动蝶阀32进入冷却塔，完成冷却后成为冷却水(约40℃～45℃)进入储水池45储存备用。需要冲渣时，冷却水从储水池45的底部引出，经冲渣泵34提升动力，然后作为低温冲渣水、喷淋水、输送水经第三单向阀35、第五电动蝶阀36和第八手动蝶阀37引向相应位置，实现过滤水的循环利用。

高炉原燃料质量和配比的变化会导致高炉熔渣的成分变化，进而改变过滤水的水质。在过滤池底部出口处，对过滤层过滤后流出的过滤水的水质进行检测分析，同时安装温度计22和流量计23，检测过滤水的温度、流量，并把所有检测结果及时反馈到高炉中控系统，对优化高炉原燃料质量和配比、优化高炉操作、促进高炉顺行起到重要作用。

经换热器加热后的热水(约60℃～70℃)用途广泛，引入用户管网后可以用作生活水系统的浴池淋浴、冬季供暖，也可以用作工业水系统的材料加湿预热等。熔渣的粒化蒸汽以及过滤池内冲渣水和蒸汽的热能得到有效回收，而且减少了含硫蒸汽的对空排放，对于节能减排具有重大意义。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。