一种高炉矿热炉渣固化热高中低余热回收利用系统的制作方法

本发明涉及一种高炉矿热炉渣固化热高中低余热回收利用系统，具体的说是一种高炉和镍铁溶炼矿热炉炉渣固化热高中低余热回收利用系统，属于炉渣余热回收技术领域。

背景技术：

目前，由于对环境、节能和降低成本等方面的要求，国内外各钢铁厂都非常重视对二次资源综合利用技术的研究。

高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣。由于近代选矿和炼铁技术的发展，每吨生铁产出的高炉渣量已经大大减少，一般来说，炉料品位达60%-66%，每炼出1t生铁，即可产炉渣250-300kg.。由于高炉渣产量很大，如果不很好地利用，不但是对二次资源的极大浪费，而且对环境造成的污染也是很大的。所以许多钢铁公司都对高炉渣综合利用进行了研究。

目前，世界上已有几十个国家把高炉渣作为一种物资加以利用，但显热的回收问题一直没有得到解决，当前，绝大部分高炉都采用水冲渣，高炉渣显热用于取暖发电等。但夏天和无取暖设备的地方，这部分能量只能白白浪费，在高炉余热回收领域内，高炉渣的显热回收是最后也是最大目标，但由于高炉渣的特殊性，解决这个问题难度较大。每生产1t生铁要副产0.3～0.6钢渣，每吨渣含有（126～188）x104kj的显热，相当于30～40kg重油的能量，可见，无论是从量还是从质上看，炉渣显热都是高能值的。回收这部分余热可节约大量的能源。

自20世纪70年代起，世界上一些主要产钢国家如日本，美国、英国、德国和瑞典，从节能和环保的目的出发，积极开发炉渣资源的利用，有的国家还为此成立了专门机构，如日本的钢铁渣显热综合利用技术委员会，还将炉渣综合利用技术列为通产省的重点科研课题。

高炉渣是由铁矿石中脉石、燃料中灰分和溶剂(一般是石灰石)中非挥发组分形成的物质,其主要成分氧化钙、氧化镁、三氧化二铝、二氧化硅,约占高炉渣总量的95%。高炉渣属于硅酸盐质材料,化学组成与天然矿石、硅酸盐水泥相似,可代替天然岩石和用作水泥生产原料等。国内高炉渣将在较长时期内主要用作水泥原料。目前,用水淬处理后的高炉渣制水泥存在新水消耗大、炉渣物理热无法回收和二氧化硫、硫化氢等污染物排放的问题,故高炉渣处理发展趋势是在利用干法将渣粒化作为水泥原料的同时,高效利用炉渣显热。

国内在高炉渣热能回收及干法粒化方面也进行过一些研究。20世纪50年代,曾在高炉渣沟末端,在喷嘴中通以压缩空气或高压蒸汽作为喷吹介质,将未经任何调质、调温处理的熔融渣直接喷吹成矿渣棉纤维。虽此法充分利用了熔渣的显热,生产成本很低,价格也便宜,但因国内的高炉渣均为碱性渣、料性短,并不适合直接成纤,所以这种矿渣棉纤维直径短且粗,加之其生产和施工过程对环境污染严重，早已被淘汰。攀钢研究院曾于80年代做过模拟实验。当时,主要是为不能作水泥原料的含钛高炉渣寻找出路，将通过干法处理的含钛渣碎化到一定程度后制成渣沙用于建筑,而不考虑作为水泥原料所需的玻璃相(非晶态)含量。因此,这项工作只做了部分实验室的冷态(石蜡)模拟,未深入研究。鉴于目前高炉渣处理方法存在的问题和高炉渣干法粒化的研究现状,须开发一种全新的高炉渣干法粒化及其显热回收技术,即粒化渣满足了做矿渣水泥的要求,且可高效回收炉渣显热。总体思路是,用转碟与风冷相结合的方法进行高炉渣处理和热能回收的现状及发展方向。

近年来，随着红土矿火法冶炼镍铁合金规模逐步扩大，红土镍矿冶炼镍铁废渣（简称镍铁渣）的排放量逐渐增多。2011年我国全年镍铁合金产量达25万吨（含镍量），伴随产生的固体废渣超过1500万吨，2015年，预计镍铁渣的总排放量将接近一亿吨，超过铜渣、锰渣等冶金渣的排放总量，约占到冶金渣总排放量的五分之一。与其它冶金渣相比，镍铁渣有价金属回收价值低，排渣量大，已逐步成为冶金废渣处理的一大难题。大量电炉冶炼镍铁渣的堆置和填埋，不仅占用土地、污染环境，还给镍铁冶炼的可持续发展带来严峻挑战。所以，镍铁冶炼行业急需为解决镍铁冶炼渣的“开路”问题进行科学系统的综合利用研究。镍铁冶炼废弃渣的综合利用研究，将为全国范围乃至全球大量的镍铁冶炼废弃渣的无害化、资源化处理提供坚实的基础。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种高炉矿热炉渣固化热高中低余热回收利用系统，能够将高炉渣和镍铁溶炼矿热炉炉渣的余热回收发电，并对回收过程中的污染物进行除尘，既满足了环保要求，又利用炉渣产生了经济效益。

按照本发明提供的技术方案，一种高炉矿热炉渣固化热高中低余热回收利用系统包括高炉、矿热炉、一体宝塔式螺旋汽化渣沟出热器、旋风除尘器、翅片式余热锅炉、蒸汽包、脉冲袋滤式除尘机、蛇形管换热器、汽轮机、发电机、配电室、冷凝器，高炉、矿热炉和一体宝塔式螺旋汽化渣沟出热器之间设有炉渣输送车，炉渣输送车将高炉和矿热炉产生的炉渣输送到一体宝塔式螺旋汽化渣沟出热器中，其特征是：所述一体宝塔式螺旋汽化渣沟出热器包括导轨式加强立柱、提升机构、移动伸缩式大型行车、月牙型汽化渣沟装置、扇形喷吹机构、卸渣平台、汽化渣沟装置出气集气包和汽化渣沟装置进气集气包，导轨式加强立柱正上方设有提升机构，导轨式加强立柱上端连接卸渣平台，卸渣平台上端设有移动伸缩式大型行车，卸渣平台中心设有螺旋形结构的月牙型汽化渣沟装置，月牙型汽化渣沟装置的渣沟开口上方设有扇形喷吹机构；

月牙型汽化渣沟装置侧面连接多个汽化渣沟装置出气集气包和汽化渣沟装置进气集气包，汽化渣沟装置出气集气包和汽化渣沟装置进气集气包通过气管连接蒸汽包；月牙型汽化渣沟装置的顶部设有集烟罩，集烟罩通过烟气管道连接旋风除尘器的进气端，旋风除尘器的出气端连接翅片式余热锅炉进气端，翅片式余热锅炉出气端通过烟气管道连接脉冲袋滤式除尘机进气端，脉冲袋滤式除尘机出气端通过管路连接蛇形管换热器；翅片式余热锅炉的低温蒸汽出口端和高温蒸汽进口端通过蒸汽管路连接蒸汽包换热管进出端口；蒸汽包的高温蒸汽出口端通过蒸汽管路依次连接前分气缸、蓄热器、后分气缸、汽水分离器和汽轮机，汽轮机动力输出端连接发电机，发电机动力输出端连接配电室；

汽轮机出汽端通过蒸汽管路连接冷凝器进汽端，冷凝器出汽端通过蒸汽管路连接蛇形管换热器换热管端口；蒸汽包的低温蒸汽进口端通过蒸汽管路连接热力除氧器，热力除氧器通过管路连接水箱，热力除氧器和水箱之间的管路上设有水箱水泵，热力除氧器通过管路连接蛇形管换热器的换热管端口。

进一步的，月牙型汽化渣沟装置的渣沟横截面为圆弧形，月牙型汽化渣沟装置的渣沟包括从外向内依次设置的集水汽管层、循环管层和耐磨保护层，耐磨保护层表面设有氮气喷嘴，氮气喷嘴尾端连接氮气管总成，集水汽管层与汽化渣沟装置出气集气包和汽化渣沟装置进气集气包连通。

进一步的，月牙型汽化渣沟装置中心设有包耐火泥通天柱，包耐火泥通天柱上沿高度方向依次设置多个耐火泥加强钢结构，耐火泥加强钢结构支撑连接月牙型汽化渣沟装置，每层耐火泥加强钢结构处设有检修门，包耐火泥通天柱内设有检修电梯。

进一步的，月牙型汽化渣沟装置的底部设有通风放渣漏头，通风放渣漏头出料端连接渣灰输送机构，渣灰输送机构连接灰仓进料端，灰仓内设有降温管，灰仓出料端设有卸料卡车。

进一步的，渣灰输送机构出风端口通过风管连接主风机，主风机通过风管连接蛇形管换热器。

进一步的，汽化渣沟装置出气集气包、汽化渣沟装置进气集气包和蒸汽包之间的管路上设有增压水泵。

进一步的，冷凝器和蛇形管换热器之间的蒸汽管路上设有冷凝器水泵。

进一步的，月牙型汽化渣沟装置出风端口通过风管连接冷却风机，冷却风机通过风管连接蛇形管换热器。

进一步的，冷凝器的换热管进出端通过管路连接冷凝塔的进出端，冷凝器和冷凝塔之间的管路上设有冷凝塔水泵。

进一步的，蒸汽包和热力除氧器之间的管路上设有蒸汽包水泵。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

本发明结构简单、紧凑、合理，能够将高炉渣和镍铁溶炼矿热炉炉渣的余热回收发电，并对回收过程中的污染物进行除尘，既满足了环保要求，又利用炉渣产生了经济效益。

附图说明

图1为本发明主视图。

图2为图1中a处放大图。

图3为图1中b处放大图。

图4为本发明月牙型汽化渣沟装置截面图。

图5为本发明月牙型汽化渣沟装置主视图。

附图标记说明：1-高炉、2-矿热炉、3-一体宝塔式螺旋汽化渣沟出热器、4-导轨式加强立柱、5-提升机构、6-移动伸缩式大型行车、7-月牙型汽化渣沟装置、8-扇形喷吹机构、9-卸渣平台、10-汽化渣沟装置出气集气包、11-汽化渣沟装置进气集气包、12-包耐火泥通天柱、13-耐火泥加强钢结构、14-检修门、15-检修电梯、16-集烟罩、17-通风放渣漏头、18-渣灰输送机构、19-降温管、20-灰仓、21-卸料卡车、22-旋风除尘器、23-翅片式余热锅炉、24-蒸汽包、25-热力除氧器、26-脉冲袋滤式除尘机、27-蛇形管换热器、28-前分气缸、29-蓄热器、30-后分气缸、31-汽水分离器、32-汽轮机、33-发电机、34-配电室、35-冷凝器、36-冷凝塔、37-冷凝器水泵、38-冷凝塔水泵、39-蒸汽包水泵、40-水箱水泵、41-水箱、42-主风机、43-冷却风机、44-增压水泵、45-集水汽管层、46-循环管层、47-耐磨保护层、48-氮气喷嘴、49-氮气管总成。

具体实施方式

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：

如图1~3所示，本发明主要包括高炉1、矿热炉2、一体宝塔式螺旋汽化渣沟出热器3、旋风除尘器22、翅片式余热锅炉23、蒸汽包24、脉冲袋滤式除尘机26、蛇形管换热器27、汽轮机32、发电机33、配电室34和冷凝器35。

高炉1、矿热炉2和一体宝塔式螺旋汽化渣沟出热器3之间设有炉渣输送车，炉渣输送车将高炉1和矿热炉2产生的炉渣输送到一体宝塔式螺旋汽化渣沟出热器3中。

所述一体宝塔式螺旋汽化渣沟出热器3包括导轨式加强立柱4、提升机构5、移动伸缩式大型行车6、月牙型汽化渣沟装置7、扇形喷吹机构8、卸渣平台9、汽化渣沟装置出气集气包10和汽化渣沟装置进气集气包11。

导轨式加强立柱4正上方设有提升机构5，导轨式加强立柱4上端连接卸渣平台9，卸渣平台9上端设有移动伸缩式大型行车6、卸渣平台9中心设有螺旋形结构的月牙型汽化渣沟装置7，炉渣进入月牙型汽化渣沟装置7后进行散热冷却。

如图4~5所示，所述月牙型汽化渣沟装置7的渣沟从上到下呈螺旋形分布，月牙型汽化渣沟装置7的渣沟横截面为圆弧形，月牙型汽化渣沟装置7的渣沟包括从外向内依次设置的集水汽管层45、循环管层46和耐磨保护层47，耐磨保护层47表面设有氮气喷嘴48，氮气喷嘴48尾端连接氮气管总成49。集水汽管层45与汽化渣沟装置出气集气包10和汽化渣沟装置进气集气包11连通。氮气管总成49中的氮气通过氮气喷嘴48喷入渣沟中，将热气往上方的集烟罩16方向吹。

月牙型汽化渣沟装置7的渣沟开口上方设有扇形喷吹机构8，扇形喷吹机构8对渣沟内的炉渣进行喷水辅助冷却。炉渣输送到导轨式加强立柱4处后由提升机构5提升到卸渣平台9，然后由移动伸缩式大型行车6将炉渣倒入月牙型汽化渣沟装置7中，扇形喷吹机构8对月牙型汽化渣沟装置7中的渣沟内的炉渣喷水散热冷却。

月牙型汽化渣沟装置7中心设有包耐火泥通天柱12，包耐火泥通天柱12上沿高度方向依次设置多个耐火泥加强钢结构13，耐火泥加强钢结构13支撑连接月牙型汽化渣沟装置7。每层耐火泥加强钢结构13处设有检修门14，包耐火泥通天柱12内设有检修电梯15，检修人员过检修电梯能够到达每层耐火泥加强钢结构13进行检修。

月牙型汽化渣沟装置7侧面连接多个汽化渣沟装置出气集气包10和汽化渣沟装置进气集气包11。汽化渣沟装置出气集气包10和汽化渣沟装置进气集气包11通过气管连接蒸汽包24。汽化渣沟装置出气集气包10、汽化渣沟装置进气集气包11和蒸汽包24之间的管路上设有增压水泵44。

月牙型汽化渣沟装置7的底部设有通风放渣漏头17，通风放渣漏头17出料端连接渣灰输送机构18，渣灰输送机构18连接灰仓20进料端，灰仓20内设有降温管19，灰仓20出料端设有卸料卡车21。月牙型汽化渣沟装置7中产生的灰渣进入风放渣漏头17中，然后由渣灰输送机构18输送到灰仓20中，灰仓20内降温管19对渣灰再次降温，最后输送到卸料卡车21中。

月牙型汽化渣沟装置7的顶部设有集烟罩16，集烟罩16通过烟气管道连接旋风除尘器22的进气端，旋风除尘器22的出气端连接翅片式余热锅炉23进气端，翅片式余热锅炉23出气端通过烟气管道连接脉冲袋滤式除尘机26进气端，脉冲袋滤式除尘机26出气端通过管路连接蛇形管换热器27。月牙型汽化渣沟装置7产生的高温烟气通过旋风除尘器22和脉冲袋滤式除尘机26进行除尘。

翅片式余热锅炉23的低温蒸汽出口端和高温蒸汽进口端通过蒸汽管路连接蒸汽包24换热管进出端口，高温烟气进入翅片式余热锅炉23后与蒸汽进行热交换，低温蒸汽在翅片式余热锅炉23中热量交换成为高温蒸汽进入蒸汽包24中。

蒸汽包24的高温蒸汽出口端通过蒸汽管路依次连接前分气缸28、蓄热器29、后分气缸30、汽水分离器31和汽轮机32，汽轮机32动力输出端连接发电机33，发电机33动力输出端连接配电室34。月牙型汽化渣沟装置7中产生的高温烟气通过翅片式余热锅炉23进行热交换，产生的高温蒸汽进入蒸汽包24中，然后依次通过前分气缸28、蓄热器29、后分气缸30、汽水分离器31进入汽轮机32中进行做功，带动发电机33发电，产生的电量由配电室34分配。蒸汽包24中的低温蒸汽进入月牙型汽化渣沟装置7的渣沟中，由月牙型汽化渣沟装置7渣沟中的热渣料加热产生高温蒸汽再次回到蒸汽包24中。

汽轮机32出汽端通过蒸汽管路连接冷凝器35进汽端，冷凝器35出汽端通过蒸汽管路连接蛇形管换热器27换热管端口，冷凝器35和蛇形管换热器27之间的蒸汽管路上设有冷凝器水泵37。冷凝器35的换热管进出端通过管路连接冷凝塔36的进出端，冷凝器35和冷凝塔36之间的管路上设有冷凝塔水泵38。汽轮机32产生的低温蒸汽依次进入冷凝器和冷凝塔中冷却。

蒸汽包24的低温蒸汽进口端通过蒸汽管路连接热力除氧器25，蒸汽包24和热力除氧器25之间的管路上设有蒸汽包水泵39，热力除氧器25通过管路连接水箱41，热力除氧器25和水箱41之间的管路上设有水箱水泵40。热力除氧器25通过管路连接蛇形管换热器27的换热管端口。

渣灰输送机构18出风端口通过风管连接主风机42，主风机42通过风管连接蛇形管换热器27。月牙型汽化渣沟装置7出风端口通过风管连接冷却风机43，冷却风机43通过风管连接蛇形管换热器27。

所述旋风除尘器22为耐高温离心旋风除尘器，脉冲袋滤式除尘机26为强力清灰式高温低压离线脉冲袋滤式除尘机。

本发明的工作原理是：本发明包括除尘系统，除尘系统的主风机工作时，通过通风放渣漏头到一体宝塔式螺旋汽化渣沟出热器将高温烟气带出来再通过耐高温离心旋风除尘器进行粗除尘后进入翅片式余热锅炉系统来产生蒸汽并将烟气温度降下来能满足进入强力清灰式高温低压离线脉冲袋除尘器条件进行精除尘，精除尘后带有余温净烟气通过蛇形管换热器，主要作用将汽轮机冷凝下水升温。

本发明还包括余热系统，余热系统产出两路余热：一路翅片式余热锅炉产生还有一路月牙型汽化渣沟装置产生。翅片式余热锅炉:高温热烟气通过余热锅炉进行辐射换热和对流换热后产生蒸汽热升力作用下进入蒸汽包将汽水分离后进入前分气缸使压力平衡后进入蓄热器将蒸汽储能下来再进入后分气缸使压力更平衡后进入汽水分离器将水分离下来，蒸汽进入汽轮机做功，做功下来的蒸汽到冷凝器冷凝成水，在循环水泵作用下将冷凝水打到蛇形管换热器进行换热，将冷凝水升温后热力除氧器进出热力除氧，除氧后水通过循环水泵到汽包中去，再通过重力作用下将热水送到翅片式余热锅炉加热，如此循环整个过程。月牙型汽化渣沟装置：蒸汽包中热水通过增压循环水泵打到月牙型汽化渣沟进气集汽包和集水汽管到月牙型汽化渣沟装置中进行分流式换热产生蒸汽通过集水汽管到月牙型汽化渣沟出气集汽包后到汽包中去，将蒸汽送人汽轮机做功。本发明还包括余热发电系统，余热发电系统的汽轮机带动发电机发出了电进入配电室后到个个用电单元。本发明还包括汽轮机冷却系统，汽轮机冷却系统将汽轮机出来低压蒸汽通过冷凝器进行汽水换热，换热下来带温度水通过循环水泵打入冷却塔内将水降温，热量从空气排出。本发明还包括灰渣运输系统，高炉和矿热炉出来热渣通过高炉渣灌车和矿热炉渣灌车运到上下导轨式加强立柱中间，在定位和勾住；通过加强型提升装置将渣灌提升到卸渣平台上，在通过移动伸缩式大型行车倒入月牙型汽化渣沟装置中进行散热冷却钢渣，同时上面扇形喷吹装置进出辅助散热，冷却渣到通风放渣漏头，再到输送系统、降温管、灰仓、卸料卡车。本发明的气路系统共两路，一路是扇形喷吹装置，除尘后干净气体在冷却风机作用下通过吹风管道将空气输送到扇形喷吹装置将热气吹出来；还有一路是氮气管总成，氮气喷嘴通过氮气管总将氮气从喷嘴喷出通过防粘耐磨保护层和液体钢渣将热气吹出来。