一种高温钢渣底吹风冷破碎余热回收装置及方法与流程

本发明涉及一种高温钢渣底吹风冷破碎余热回收装置及方法，特别是一种对钢铁企业生产过程产生的高温熔融钢渣进行风冷破碎余热回收的装置及方法。

背景技术：

近年来，我国每年钢产量超过8亿吨，占，每生产一吨钢约产生钢渣120～140kg，我国钢渣年产生量超过1亿吨。钢渣中含有铁金属资源以及硅酸钙等无机材料两种类型的资源，具备资源化利用的物质属性。长期以来，我国铁矿石主要依赖进口，资源十分紧缺。我国钢渣可望回收铁资源近2000万吨，无机材料达8000余万吨，具有重大的资源回收价值意义。

钢渣中金属铁和无机材料资源的高效回收首先要进行破碎分离，再采用磁选等方式实现两类物料的分离，从而得到针对性的资源化利用。钢渣的预处理工艺是钢渣的破碎磁选处理的前提条件，通过高温条件下的预处理实现钢渣更加高效的破碎筛分磁选。

目前钢渣的预处理工艺有热闷法、热泼法、滚筒法、风淬法等生产工艺，热泼法生产方式落后，处理过程简单粗放，存在环境污染严重，金属资源回收率低等问题，应尽快淘汰；滚筒法仅适用于流动性好的液态钢渣，钢渣处理率不到50％，且装备运行成本高，故障高，目前仅用于宝钢系内少数钢铁企业；风淬法采用采用大风量将液态钢渣吹散冷却成细小颗粒，仅适用于液态钢渣的处理，且钢金属铁资源回收率低，国内仅马钢有一套风淬装备。

国内主要钢渣处理方法为热闷法，该工艺具备适应性广，热闷后钢渣粉化效果好，渣铁分离效果好，金属铁回收率高，尾渣安定性合格等一系列的优点。目前热闷法分为池式热闷和有压热闷两种工艺。池式热闷法采用工程机械化操作的工艺方法，即使用挖掘机对倒入热闷池的高温钢渣进行扒渣破碎，需要进一步提高装备化水平和环境排放。有压热闷方式采用机械化的辊压破碎机对高温钢渣进行破碎，具有装备化、自动化程度高等优点，但投资相对较高，密闭性差且破碎过程采用水冷方式无法进行余热回收。

钢渣出渣温度高达1600℃，吨渣热值超过50kg标煤，其中蕴含了大量的余热资源。我国钢渣年产生量超过1亿吨，若其中余热资源全部回收利用可望每年新增经济效益达数十亿元，具有巨大的经济市场空间。目前围绕冶金渣等高温熔渣的余热回收还往往处于试验研究阶段，往往难以实现渣热两种资源的全部资源化利用。国内外针对风淬钢渣余热回收进行了大量的试验室及工业化中试试验研究，但往往因方法不当，铁资源的回收率低，生产不连续，综合经济效益差而无法生产应用。此外还有采用冶炼渣冷却产生水蒸汽或热水进行换热利用，但余热利用率低，不具备工业化运行的经济条件。

针对现有钢渣处理工艺及装备占地空间大，系统投资高，余热无法回收利用等问题，迫切需要开发新型钢渣处理工艺。因此研发新型的钢渣冷却破碎方法及设备，具有装备化自动化水平高，空间占地小，系统投资低，余热回收率高等优点。从而为钢渣有压热闷提供更好的预破碎工艺技术装备，同时实现“渣热”两种资源的全部回收利用，是对现有钢渣处理工艺技术装备的跨越式升级。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明采用固定轴螺旋破碎机对熔融钢渣进行破碎，熔融钢渣可连续倒入螺旋破碎机，螺旋破碎机按照一定速率旋转，一边破碎钢渣，一边将钢渣驱动到出渣口，该装备实现钢渣处理的连续化生产，大幅度提高了钢渣处理效率。该装备占地空间小，对厂房跨度、高度要求低，大幅度降低了土建费用；装备采用固定的螺旋方式驱动钢渣，无需在钢渣破碎区内设置行走机构，可实现全封闭的处理环境，降低了烟气处理系统投资。总之该系统装备自动化程度高，生产连续性好，处理效率高，空间占地小，系统投资低，环境排放达标等优点，能够满足钢渣处理的环保排放和经济性要求。

本发明涉及一种高温钢渣底吹风冷破碎余热回收装置及方法，所述装置包括渣罐(1)、破碎床(2)、密闭罩(3)、破碎机(8)、底吹风冷箱(6)、热闷罐(23)，烟气余热回收系统和控制系统(24)。采用破碎床作为高温钢渣处理载体，采用破碎机对钢渣高效破碎，同时底吹风冷箱通入冷风对高温钢渣进行固化降温，同时破碎机按照一定速率旋转，前后行进、旋转破碎钢渣。采用换热器和发电机对高温钢渣冷却产生高温余热进行回收发电。碎能力高，大幅度提高了钢渣处理效率，同时采用风冷换热可实现余热回收发电。本发明实现高温钢渣的高效破碎和余热回收，取消了钢渣水冷系统装置，采用简单的干法除尘方式取代了以往水冷工艺导致的湿法烟气处理系统，具有自动化程度高，空间占地小，密闭性好，系统投资低，超净排放等优点，大幅度提高了钢渣处理的综合经济效益，具有显著的技术和市场竞争力。

本发明涉及一种高温钢渣底吹风冷破碎余热回收装置，所述高温钢渣底吹风冷破碎余热回收装置包括：破碎床(2)、密闭罩(3)、破碎机(8)、底吹风冷箱(6)、集灰仓(13)、出渣机(22)、热闷罐(23)和烟气余热回收系统；所述破碎床(2)包括冷渣垫层(4)和篦板(5)，冷渣垫层(4)在篦板(5)上方；所述密闭罩(3)设置在破碎床(2)上方；所述密闭罩(3)包括倒渣口(10)、卸渣口(11)和大块渣出口(12)，倒渣口(10)设置在密闭罩(3)上方，用于将高温钢渣(7)通过倒渣口(10)倒入到破碎床(2)的冷渣垫层(4)上；卸渣口(11)设置在密闭罩(3)远离倒渣口(10)一侧的下方，大块渣出口(12)设置在密闭罩(3)靠近倒渣口(10)一侧的正前方；所述破碎机(8)位于破碎床(2)上方，用于对高温钢渣(7)进行搅拌破碎；所述底吹风冷箱(6)设置在篦板(5)下方，用于将引入的冷风经过篦板(5)和冷渣垫层(4)对高温钢渣(7)进行风冷；集灰仓(13)设置在底吹风冷箱(6)下侧，用于收集经篦板(5)落下的钢渣颗粒；所述出渣机(22)可在卸渣口(11)下侧和热闷罐(23)之间往复移动，用于将卸渣口(11)卸出的钢渣转运到热闷罐(23)中进行热闷处理；所述烟气余热回收系统连接在密闭罩(3)上部，用于将高温钢渣风冷破碎产生的烟气余热回收处理后排出。

其中，烟气余热回收系统包括热风管(16)、换热器(17)、发电机(18)、除尘器(19)、引风机(20)和烟囱(21)；热风管(16)的一端和密闭罩(3)的上部连接，热风管(16)的另一端与换热器(17)连接，用于将高温钢渣风冷破碎产生的烟气送入换热器(17)进行换热，换热器(17)连接发电机(18)，用于将换热后产生的饱和水蒸汽驱动发电机(18)发电，换热器(17)还通过管道连接除尘器(19)，用于将换热后的烟气送入到除尘器(19)进行除尘，除尘器(19)通过引风机(20)连接烟囱(21)，用于将除尘后的烟气进行外排。

3.根据权利要求2所述的高温钢渣底吹风冷破碎余热回收装置，其特征在于，所述高温钢渣底吹风冷破碎余热回收装置还包括控制系统(24)，控制系统(24)分别可控制的连接倒渣口(10)、卸渣口(11)、大块渣出口(12)、破碎机(8)、风冷破碎箱(6)、出渣机(22)、热闷罐(23)和烟气余热回收系统。

其中，所述高温钢渣底吹风冷破碎余热回收装置还包括冷风管(15)和鼓风机(14)，所述底吹风冷箱(6)经冷风管(15)和鼓风机(14)连接。

其中，所述高温钢渣底吹风冷破碎余热回收装置还包括渣罐(1)，渣罐(1)可移动的设置在密闭罩(3)上方，用于将渣罐(1)中的高温钢渣通过倒渣口(10)倒入到破碎床(2)的冷渣垫层(4)上。

其中，破碎机(8)通过其底部的行走机构沿着破碎床(2)底部设置的轨道(27)往复移动；行走机构包括车轮(25)。

其中，破碎机(8)包括驱动电机(26)，所述驱动电机(26)设置在破碎机(8)一侧，用于使得破碎机(8)旋转以对钢渣进行破碎；破碎机(8)可通过驱动电机(26)实现正反两个方向的转动，正方向转动可推动钢渣向卸渣口(11)方向运动，反方向转动可推动钢渣向大块渣出口(12)方向运动。

其中，破碎机(8)还包括破碎齿(9)，破碎齿(9)在破碎机(8)轴上均匀布置，圆周方向每360度可布置3-9个破碎齿(9)；相邻两个破碎齿(9)之间的夹角为40-120度；所述破碎机(8)和破碎齿(9)的材料为耐热合金钢。

其中，所述倒渣口(10)内径不小于2000mm，所述倒渣口(10)通过滑轮方式开启用于倒渣，卸渣口(11)采用液压方式开启用于向出渣机(22)卸渣，大块渣出口(12)采用液压方式开启用于通过破碎机(8)将大块难以破碎的钢渣推出破碎床(2)。

其中，所述篦板(5)厚度不低于20mm，篦板(5)设置板孔(30)，板孔(30)缝隙宽度为5-40mm；篦板(5)上方设置冷渣垫层(4)对高温钢渣(7)隔热以保护篦板(5)防止高温形变，冷渣垫层(4)厚度不小于50mm。

其中，隔热板(28)设置在破碎机(8)沿轨道(27)行进方向的外侧，在破碎床(2)外侧设置有挡墙(29)，在隔热板(28)和挡墙(29)之间由鼓风机(14)提供冷风对破碎机(8)的行走机构进行风冷保护。

其中，所述密闭罩(3)内的电缆设置电缆铠甲，以保护供电；密闭罩(3)、隔热板(28)、热风管(16)、换热器(17)采用无机保温棉进行隔热处理。

优选，本发明涉及一种高温钢渣底吹风冷破碎余热回收系统装置，，所述高温钢渣底吹风冷破碎余热回收系统装置包括：渣罐、破碎床、密闭罩、破碎机、底吹风冷箱、热闷罐，烟气余热回收系统和控制系统。所述破碎床包括冷渣垫层和篦板，冷渣垫层在篦板上方；所述密闭罩放置在破碎床上方；所述密闭罩包括倒渣口，卸渣口，大块渣出口，倒渣口在密闭罩上方，卸渣口在密闭罩远离倒渣口一侧的下方，大块渣出口在靠近倒渣口一侧的正前方；所述底吹风冷箱在篦板下方，集灰仓在底吹风冷箱下侧；所述底吹风冷箱经冷风管和鼓风机连接；所述接渣机在卸渣口下侧；所述烟气余热回收系统部分位于密闭罩上部，用于将高温钢渣风冷破碎产生的烟气进行发电利用后有组织排放；控制系统分别连接倒渣口、卸渣口、大块渣出口、破碎机、风冷破碎箱、出渣机、热闷罐和烟气余热处理系统；控制系统用于启动出渣机从卸渣口下方运出，所接渣经天车倒入热闷罐进行热闷处理。

其中，烟气余热回收系统包括热风管、换热器、发电机、除尘器、引风机、烟囱；换热器、发电机、除尘器、引风机、烟囱之间依次采用管道连接；热风管和密闭罩的上部连接。

其中，集灰仓用于收集经篦板落下的钢渣颗粒；控制系统为plc控制系统；鼓风机和引风机为变频引风机；驱动装置为电机在破碎机一侧，用于破碎机旋转破碎。

其中，倒渣口内径不小于2000mm。破碎机可通过驱动装置的电机实现正反两个方向的转动，电机正方向旋转可推动钢渣向卸渣口方向运动，反之反方向旋转可推动钢渣向大块渣出口方向运动。

其中，破碎机和破碎齿的材料为耐热合金钢。所述破碎齿在破碎机轴上均匀布置，每360度可布置3-9个破碎齿；相邻两个破碎齿之间的夹角为40-120度。

其中，破碎机位于破碎床上方，破碎机通过其底部车轮在电机驱动下沿着破碎床底部轨道前后移动。

其中，倒渣口采用滑轮在密闭罩上部来回移动方式开启用于向倒渣，卸渣口采用液压方式开启用于向出渣机卸渣，大块渣出口采用液压方式开启用于大块难以破碎的固废钢渣推出破碎床。

其中，密闭罩内电缆设置电缆铠甲保护供电；密闭罩、隔热板、热风管、换热器采用无机保温棉进行隔热处理；隔热板放置在破碎机沿轨道行进方向外侧，在隔热板和破碎床外侧挡墙间由鼓风机提供冷风对破碎机行走机构进行风冷保护。

其中，篦板厚度不低于20mm，篦板设置板孔，优选，板孔缝隙宽度为5-40mm；篦板上方设置冷渣垫层对高温钢渣隔热保护篦板防止高温形变，冷渣垫层厚度不小于50mm。

优选，本发明还涉及一种对高温钢渣底吹风冷破碎余热回收的方法，优选采用上述的高温钢渣底吹风冷破碎余热回收装置对高温钢渣进行风冷破碎余热回收的方法，包括以下步骤：

(1)通过控制系统打开密闭罩上的倒渣口，关闭卸渣口，大块渣出口，将盛有高温钢渣的渣罐经行车吊运倒向破碎床上，高温钢渣下落到冷渣垫层上；

(2)通过控制系统启动鼓风机将冷风经冷风管鼓入底吹冷风箱，进而经过篦板、冷渣垫层对高温钢渣进行风冷；同时启动破碎机，破碎机沿轨道往复运动采用破碎齿对高温钢渣进行搅拌破碎，底吹冷风和高温钢渣在搅拌破碎过程中进行强烈的对流换热；

(3)在鼓风冷却的同时，通过控制系统启动换热器、发电机、引风机，经高温钢渣换热得到的高温烟气通过热风管送入换热器，换热器产生的饱和水蒸汽采用发电机进行发电；经换热器降温后的烟气经除尘器、引风机、烟囱有组织外排；

(4)高温钢渣经冷风换温度降低到一定温度后，通过控制系统启动破碎机将钢渣推向卸渣口，打开卸渣口使用出渣机将降温后的钢渣从卸渣口下方运出，采用行车吊运至热闷罐中进行热闷处理。

优选，破碎机一工作，就会集灰

其中，单个渣罐倒渣时间为2-6分钟，破碎处理时间为10-60分钟。破碎机转速为3-15转/分钟，可通过增大破碎机旋转转速提高钢渣处理速率，反之降低钢渣处理速率。钢渣冷却鼓风量为1000-4000m³/吨钢渣，可通过提高鼓风量降低卸渣口钢渣温度，反之提高卸渣口钢渣温度。卸渣口钢渣出渣温度控制在400-1200℃，可实现钢渣的初步冷却固化破碎，又能保留一定的热量用于后续热闷。钢渣经破碎处理后，颗粒粒度<50mm的钢渣超过70％。

其中，鼓风机提供高温钢渣冷却气体为常温空气，经高温钢渣冷却换热所得高温烟气温度为250-500℃，高温烟气经换热器换热降温至200℃以下，然后依次经除尘器、引风机、烟囱有组织外排，外排烟气粉尘浓度低于10mg/m³；高温烟气经换热器换热所得饱和水蒸汽发电，吨钢渣发电量为10-40kwh。

其中，破碎机破碎高温钢渣，鼓风机鼓风冷却高温钢渣，以及破碎机、换热器、发电机、除尘器、引风机、烟囱同时进行。

其中，控制系统为plc控制系统，通过plc控制系统控制倒渣口、卸渣口、大块渣出口开启、破碎机电机启动和运行速率调节、鼓风机启动和风量调节、换热器开启和水量调节、发电机开启、引风机开启和风量调节、出渣机和热闷罐开启。

本发明优点从装置上和方法上实现高温钢渣风冷破碎和余热回收处理，采用plc远程控制，具有自动化程度高，余热回收利用率高，处理效率高，钢渣粉化率高，空间占地小，系统投资低，环境排放达标，生产操作方便等优点。该方法及装置大幅度提高了钢渣破碎处理的装备化水平，提高了钢渣处理效率，突破了钢渣余热回收利用的难题，增大了钢渣综合利用收益，有效降低钢渣生产运营成本。

本发明采用破碎床作为高温钢渣处理载体，采用破碎机对钢渣高效破碎，采用底吹冷风箱对高温钢渣进行风冷，采用换热器和发电机对高温钢渣余热进行回收发电。高温钢渣倒入破碎床，同时底部通入冷风对钢渣进行风冷固化降温，破碎机按照一定速率旋转，一边破碎钢渣，同时也可以实现推渣作用。该装备破碎能力高，大幅度提高了钢渣处理效率，同时破碎过程采用风冷换热得到高温烟气可进行余热回收发电。该工艺装备可实现吨渣发电量10～40kwh，余热回收经济效益显著。钢渣经破碎后<50mm的钢渣比例高达70％以上，钢渣粉化率显著提高。高温烟气换热后冷却经除尘器有组织排放，烟尘排放浓度低于10mg/m³。本发明优点从装置上和方法上实现高温钢渣的高效破碎和余热回收，取消了钢渣水冷系统装置，采用简单的干法除尘方式取代了以往水冷工艺导致的湿法烟气处理系统，具有自动化程度高，空间占地小，密闭性好，系统投资低，超净排放等优点，大幅度提高了钢渣处理的综合经济效益，具有显著的技术和市场竞争力。

附图说明

图1高温钢渣底吹风冷破碎余热回收系统装置示意图。

图2高温钢渣底吹风冷破碎余热回收系统装置截面图。

图3钢渣破碎床篦板示意图。

具体实施方式

一种高温钢渣底吹风冷破碎余热回收系统装置如图1、图2和图3所示，所述高温钢渣底吹风冷破碎余热回收系统装置包括：渣罐1、破碎床2、密闭罩3、破碎机8、底吹风冷箱6、热闷罐23，烟气余热回收系统和控制系统24。所述破碎床2包括冷渣垫层4和篦板5，冷渣垫层4在篦板5上方；所述密闭罩3放置在破碎床2上方；所述密闭罩3包括倒渣口10，卸渣口11，大块渣出口12，倒渣口10在密闭罩3上方，卸渣口11在密闭罩3远离倒渣口10一侧的下方，大块渣出口12在靠近倒渣口10一侧的正前方；所述底吹风冷箱6在篦板5下方，集灰仓13在底吹风冷箱下侧；所述底吹风冷箱6经冷风管15和鼓风机14连接；所述接渣机22在卸渣口11下侧；所述烟气余热回收系统部分位于密闭罩3上部，用于将高温钢渣风冷破碎产生的烟气进行发电利用后有组织排放；控制系统24分别连接倒渣口10、卸渣口11、大块渣出口12、破碎机8、风冷破碎箱6、出渣机22、热闷罐23和烟气余热处理系统；控制系统24用于启动出渣机22从卸渣口11下方运出，所接渣经天车倒入热闷罐23进行热闷处理。

所述烟气余热回收系统包括热风管16、换热器17、发电机18、除尘器19、引风机20、烟囱21；换热器17、发电机18、除尘器19、引风机20、烟囱21之间依次采用管道连接；热风管16和密闭罩3的上部连接。集灰仓13用于收集经篦板5落下的钢渣颗粒；控制系统24为plc控制系统；鼓风机14和引风机20为变频引风机；驱动装置为电机26在破碎机8一侧，用于破碎机旋转破碎。倒渣口13内径不小于2000mm。破碎机8可通过驱动装置的电机18实现正反两个方向的转动，电机18正方向旋转可推动钢渣向卸渣口11方向运动，反之反方向旋转可推动钢渣向大块渣出口12方向运动。破碎机8和破碎齿9的材料为耐热合金钢。所述破碎齿9在破碎机8轴上均匀布置，每360度可布置3-9个破碎齿9；相邻两个破碎齿9之间的夹角为40-120度。破碎机8位于破碎床2上方，破碎机8通过其底部车轮25在电机驱动下沿着破碎床2底部轨道27前后移动。倒渣口10采用滑轮在密闭罩3上部来回移动方式开启用于向倒渣，卸渣口11采用液压方式开启用于向出渣机22卸渣，大块渣出口12采用液压方式开启用于大块难以破碎的固废钢渣推出破碎床2。密闭罩3内电缆设置电缆铠甲保护供电；密闭罩3、隔热板28、热风管16、换热器17采用无机保温棉进行隔热处理；隔热板28放置在破碎机8沿轨道27行进方向外侧，在隔热板28和破碎床2外侧挡墙29间由鼓风机14提供冷风对破碎机8行走机构进行风冷保护。篦板5厚度不低于20mm，篦板5设置板孔30，优选，板孔30缝隙宽度为5-40mm；篦板5上方设置冷渣垫层4对高温钢渣7隔热保护篦板5防止高温形变，冷渣垫层4厚度不小于50mm。

如图1-3所示，一种采用上述的装置对高温钢渣底吹风冷破碎余热回收的方法，包括以下步骤：(1)通过控制系统24打开密闭罩3上的倒渣口10，关闭卸渣口11，大块渣出口12，将盛有高温钢渣的渣罐1经行车吊运倒向破碎床2上，高温钢渣7下落到冷渣垫层4上；(2)通过控制系统24启动鼓风机14将冷风经冷风管15鼓入底吹冷风箱16，进而经过篦板5、冷渣垫层4对高温钢渣7进行风冷；同时启动破碎机8，破碎机8沿轨道27往复运动采用破碎齿9对高温钢渣7进行搅拌破碎，底吹冷风和高温钢渣7在搅拌破碎过程中进行强烈的对流换热；(3)在鼓风冷却的同时，通过控制系统24启动换热器17、发电机18、引风机20，经高温钢渣7换热得到的高温烟气通过热风管16送入换热器17，换热器17产生的饱和水蒸汽采用发电机18进行发电；经换热器17降温后的烟气经除尘器19、引风机20、烟囱21有组织外排；(4)高温钢渣7经冷风换温度降低到一定温度后，通过控制系统24启动破碎机8将钢渣推向卸渣口11，打开卸渣口11使用出渣机22将降温后的钢渣从卸渣口11下方运出，采用行车吊运至热闷罐23中进行热闷处理。

其中，单个渣罐1倒渣时间为2-6分钟，破碎处理时间为10-60分钟。破碎机3转速为3-15转/分钟，可通过增大破碎机3旋转转速提高钢渣处理速率，反之降低钢渣处理速率。钢渣冷却鼓风量为1000-4000m³/吨钢渣，可通过提高鼓风量降低卸渣口11钢渣温度，反之提高卸渣口11钢渣温度。卸渣口11钢渣出渣温度控制在400-1200℃，可实现钢渣的初步冷却固化破碎，又能保留一定的热量用于后续热闷。钢渣经破碎处理后，颗粒粒度<50mm的钢渣超过70％。鼓风机14提供高温钢渣冷却气体为常温空气，经高温钢渣7冷却换热所得高温烟气温度为250-500℃，高温烟气经换热器17换热降温至200℃以下，然后依次经除尘器19、引风机20、烟囱21有组织外排，外排烟气粉尘浓度低于10mg/m³；高温烟气经换热器17换热所得饱和水蒸汽发电，吨钢渣发电量为10-40kwh。破碎机8破碎高温钢渣7，鼓风机14鼓风冷却高温钢渣7，以及破碎机8、换热器17、发电机18、除尘器19、引风机20、烟囱21同时进行。控制系统为plc控制系统，通过plc控制系统控制倒渣口10、卸渣口11、大块渣出口12开启、破碎机8电机26启动和运行速率调节、鼓风机14启动和风量调节、换热器17开启和水量调节、发电机18开启、引风机10开启和风量调节、出渣机22和热闷罐23开启。