【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于冶金熔渣粒化及余热回收，特别涉及一种液态高炉渣旋流粒化及余热回收系统及方法。
技术介绍
1、高炉渣是钢铁冶炼过程产生的固态废弃物，其主要成分包括cao、mgo、al2o3、mno等。高炉渣出渣温度为1400～1600℃，每吨高炉渣携带的热能约1770mj，相当于60kg标准煤，有着极大的热回收潜质。2020年中国生铁产量为8.88亿吨，按照渣铁比400kg/t计算，高炉渣产量约3.55亿吨；按照每吨高炉渣携带1770mj预估，这些高炉渣的显热约为6.28×108gj，相当于2142万吨标准煤。此外经过近些年的积累，目前我国高炉渣的堆置量约10亿多吨，不但占用了企业用地，同时污染了环境，危害生物和人体健康。
2、为实现高炉渣的资源化利用，目前我国最常见的高炉渣处理方法是水冲渣法。任玉斌等人采用粒化塔+脱水器+蒸汽集中排放的水冲渣工艺，通过粒化系统的压力射水流，对熔渣进行快速水淬粒化；产生的渣水混合物进入粒化塔后充分进行缓冲和水淬，再通过水渣沟流入脱水装置筛斗中，进入脱水程序；粒化过程中产生的高温蒸汽，通过集气装置上部烟囱高空排放(任玉斌.首钢长钢9#高炉水冲渣系统设计[j].江西建材,2021,04:238-24)。尽管该法产生的玻璃态高炉渣可以应用于水泥工业进行资源化利用，但是整体处理系统耗水量大，每处理1吨熔渣需要消耗3t冲渣水，吨渣补充水量0.7t，渣耗电量3kw·h/吨渣，同时排放大量富含h2s、so2等污染物的废蒸汽且该工艺中采用直接排放烟气的处理方式，烟气的余热回收效率为零。在后续资源化利用时
3、为解决水冲渣耗水量大，减少害气体生成，可以采用干法粒化。邹有武等介绍了日本川崎制铁等六大公司联合开发的高炉溶渣显热综合回收技术，熔渣从溜槽进入风洞，被粒化风吹散破碎成颗粒，风洞中鼓入冷却循环风使渣粒冷却到800℃并从风洞中排出。排出的粒化渣经热筛筛出大颗粒炉渣后，储存在高温漏斗内，然后在多段流动层内进行二次热交换，把粒化渣进一步冷却到150℃左右(邹有武.日本开发的高炉熔渣显热综合回收技术[j].鞍钢技术，1990，10：3-14)。处理能力为100t/h高温熔渣的设备所需风淬造粒的风量为4000m3/h，循环冷却风量为3100m3/min(186000m3/h)，风压按照0.2mpa计算，计算得出风机的功率约为40kw·h/吨渣(续魁昌.风机手册[m].北京：机械工业出版社，2011：21-22)。在此工艺中，存在以下问题：
4、1)液态渣利用空气进行粒化，空气耗量巨大为190000m3/h，耗电量约为40kw·h/吨渣，约为水冲渣法耗电的13倍。
5、2)系统中造粒、换热和气固分离装置占地面积庞大，首先用来造粒和一次换热的风洞主体尺寸为：长25m，宽7m，高度13m；其次系统中的旋风集尘器用来对190000m3/h气体进行分离除尘，取集尘器筒体净空截面平均速度为2.5m/s，则旋风集尘器筒体直径约为5200mm(张殿印，“除尘器手册”，北京：化学工业出版社，2014：114)。
6、3)在渣流量变化时，风速和风量不易协调，且大量的冷风进入系统也降低了余回收效率。
7、高炉渣的风淬粒化及余热回收技术，均发展自日本川崎制铁等六大公司联合开发的风淬粒化工艺；后续的改进专利如hatch公司的美国专利us 20170297113a1和us20170137912a1，alfred edlinger等人专利技术的美国专利us6,803,016b2和us2002/0117786a1。
8、中国技术专利cn202530095u中公开了一种离心式熔融炉渣干式粒化及余热回收发电系统。该技术的系统包括接渣装置、炉渣离心急冷粒化装置、炉渣缓冷装置、余热回收发电装置以及废气净化处理装置。利用离心粒化装置将熔融炉渣急冷粒化并使其迅速冷却为玻璃体态再通过水冷式振动蓖床进一步缓慢冷却换热，再通过余热锅炉产生蒸汽推动汽轮发电机组做功发电。根据专利中提供的数据，高炉渣在转杯离心力作用下变成液滴并与鼓风机输入的冷却风进行换热，1)若高炉渣初始温度为1500℃，质量流率为2t/min，空气吸收热量温度从25℃升高到850℃，根据热量平衡原理计算得到冷却风量约为103122m3/h，风压按照0.2mpa计算，得出风机的功率约为18kw·h/吨渣；2)当转杯转速为3000r/min，熔渣流量为2t/min时，所需要的电机功率为0.1～0.125kw·h/吨渣(孙鹏，“高炉渣综合利用现状与展望”，鞍钢技术，2008，3：6-9)。则在高炉渣粒化过程中消耗电量约为18.1kw·h/吨渣，约为风淬粒化耗电量的0.45倍，能耗低于风淬粒化。但是该系统中炉渣离心急冷粒化装置占地面积庞大，处理量仅为40t/h的炉渣离心急冷粒化装置直径为4.2m，若处理质量流量为100t/h的熔渣需要3台直径为4.2m的炉渣离心急冷粒化装置并联(李顺，“国内外熔融高炉渣显热回收方法”，工业加热，2009，38(03)：1-4)。同时高速旋转的转杯与高温熔渣直接接触，降低了粒化设备运行的可靠性，加之粒化效果对液态高炉渣的温度和流量变化较为敏感，粒化质量不稳定且在旋转过程中容易形成渣棉，仅靠调节转速效果并不理想。高温熔渣集中高速撞击设备内部某一部位，也易造成设备的局部过热而损坏设备。目前干式粒化法还处于试验研究阶段，尚未实现工业化利用(刘猛，“高炉渣的处理技术现状及趋势”，冶金设备，2021，266：1-4)。
9、中国专利技术专利cn108060279a公开了一种干法粒化和水淬粒化进行结合的方法，通过电机带动粒化杯旋转，使进入杯内的熔渣被甩出而形成小液滴，小液滴被喷水器喷出的冷却水冷却而形成渣粒，渣粒通过出料口落至输送机上被送出；粒化过程中未被气化的冷却水回流至集水池，气化的水汽进入水蒸汽余热回收系统，使其热量得到利用。该专利技术仍然使用离心法作为初始粒化的方式，高温熔渣直接冲蚀粒化杯表面，会导致转杯易烧损变形，无法长时间稳定运行；且水淬产生的so2和h2s等酸性气体没有得到处理就进入余热回收系统，长时间运行后会导致余热回收设备腐蚀严重，给安全生产带来隐患。
10、中国专利技术专利cn101550460a公开了一种高炉渣急冷和余热回收的方法和装置。该装置通过流化风将高炉渣携带进入旋风分离器实现气固分离，同时在流化风和气固分离器周围的水冷壁双重冷却系统使高炉渣迅速降温，达到急冷的效果；分离出来的高炉渣进入储料罐，在储料罐底部通入流化风使其处于鼓泡床状态，进一步冷却；风和冷却水经过加压处理后进入锅炉，实现余热回收。从造粒方式看该法本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种液态高炉渣旋流粒化及余热回收系统，其特征在于，包括旋流粒化换热装置、喷射装置、余热回收装置；其中，
2.如权利要求1所述的液态高炉渣旋流粒化及余热回收系统，其特征在于，所述余热回收装置，设置于所述旋流粒化换热装置下方，其包括：
3.如权利要求1或2所述的液态高炉渣旋流粒化及余热回收系统，其特征在于，还设有脱硫除尘装置，所述脱硫除尘装置包括碱液罐、循环泵、喷嘴、洗涤塔、储液罐、除液塔、引风机、烟囱；
4.如权利要求1所述的液态高炉渣旋流粒化及余热回收系统，其特征在于，所述旋流粒化换热器的筒体包括柱段和锥段，筒体在厚度方向分为三层，从内到外分别是绝热耐磨衬里、水冷壁、碳钢或低合金钢；
5.如权利要求4所述的液态高炉渣旋流粒化及余热回收系统，其特征在于，所述水冷壁设连接除氧水管路的水冷壁冷水进口，水冷壁热水出口连接至所述汽包进口端。
6.如权利要求1所述的液态高炉渣旋流粒化及余热回收系统，其特征在于，所述溢流管为等径圆柱形容器或上部直径为下部直径1～2倍的上部扩径的锥体。
7.如权利要求1所述的液态高炉渣旋
8.使用如权利要求1所述的液态高炉渣旋流粒化及余热回收系统的方法，其特征是，压缩空气和水分别由喷射装置上的气体接口、水接口进入喷射装置腔内混合形成高速射流进入旋流粒化换热器内；熔融高炉渣从渣罐自由下落进入旋流器粒化换热器中，在高速射流的剪切、冲击作用下发生破碎凝固成固态颗粒；粒化后的高炉渣随着高温空气和水蒸汽在旋流粒化换热器内部不断运动，利用气相同固相的密度差异较大，在旋流粒化换热器内实现气固两相的快速分离；除氧水经过热水泵增压后输送到螺旋管束内，与管外高温气体换热得到饱和或者过热蒸汽；与气体分离后的高温炉渣由卸料阀输送至余热回收装置；内置于余热回收装置的换热管内通入冷却水，液态水在余热回收装置中迅速吸收热量转变为水蒸气，高炉渣温度进一步降低至100℃以下，低温渣粒经余热回收装置底部流出，由传送装置输出外送回收利用。
9.如权利要求8所述的液态高炉渣旋流粒化及余热回收系统的方法，其特征是，换热后的气体进入脱硫除尘装置内，碱液罐里的碱液通过循环泵由喷嘴自下而上喷入气流中，达到高效洗涤净化效果；洗涤后的混合气体经气液分离，液体重新进入储液罐并进行循环利用，净化后的气体经除液器除去夹带的液体后排出。
...【技术特征摘要】
1.一种液态高炉渣旋流粒化及余热回收系统，其特征在于，包括旋流粒化换热装置、喷射装置、余热回收装置；其中，
2.如权利要求1所述的液态高炉渣旋流粒化及余热回收系统，其特征在于，所述余热回收装置，设置于所述旋流粒化换热装置下方，其包括：
3.如权利要求1或2所述的液态高炉渣旋流粒化及余热回收系统，其特征在于，还设有脱硫除尘装置，所述脱硫除尘装置包括碱液罐、循环泵、喷嘴、洗涤塔、储液罐、除液塔、引风机、烟囱；
4.如权利要求1所述的液态高炉渣旋流粒化及余热回收系统，其特征在于，所述旋流粒化换热器的筒体包括柱段和锥段，筒体在厚度方向分为三层，从内到外分别是绝热耐磨衬里、水冷壁、碳钢或低合金钢；
5.如权利要求4所述的液态高炉渣旋流粒化及余热回收系统，其特征在于，所述水冷壁设连接除氧水管路的水冷壁冷水进口，水冷壁热水出口连接至所述汽包进口端。
6.如权利要求1所述的液态高炉渣旋流粒化及余热回收系统，其特征在于，所述溢流管为等径圆柱形容器或上部直径为下部直径1～2倍的上部扩径的锥体。
7.如权利要求1所述的液态高炉渣旋流粒化及余热回收系统，其特征在于，所述筒体包括柱段和锥段，柱段为圆柱形筒体，所述锥段为倒圆锥形筒体；所述锥段的轴线同柱段的轴线重...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖永力，李诗韵，汪华林，李剑平，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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