【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及换热，特别涉及一种气液联合冷却钢渣余热回收方法及装置，主要用于回收钢铁冶炼过程中所产生的高温钢渣余热。
技术介绍
1、在工业生产过程中，钢渣是炼钢过程中的废渣,其生产率为粗钢产量的15％-20％，仅2019年钢渣排放量约为1.2亿吨。美、日等国钢渣综合利用率达到95％以上，而我国钢渣利用率仅有约60％，我国对钢渣的利用主要经过以下阶段：第一阶段是未处置阶段(1950s-1970s)，当时中国钢铁生产率低下，钢渣利用率几乎为0，造成的污染相当严重；第二个阶段是粗放发展阶段(1980s到2005年)，在这个阶段，钢渣通过简单的手动或机械磁选进行处理。废料在转炉中回收，尾矿用于回填和道路，由于这段时间使用钢渣效果不佳，其利用率不到10％；第三个阶段是综合利用阶段(2005年至今)，随着社会压力的增加和相关法律、政策、法规和标准的实施，大多数钢铁企业将钢渣回收为废钢和烧结矿，钢渣利用率快速提升。
2、钢渣的处理工艺决定了钢渣资源回收利用的效率。目前，钢渣处理工艺较为多样，其中应用较多的有：冷弃法、风淬法、水淬法、热泼法、热闷法、滚筒法、盘泼法等，国内以热泼法、热闷法等应用较广，水淬法、风淬法仍处于缓慢推广中，只在特定钢厂使用。
3、钢渣处理工艺的方法不同，其处理完后的钢渣则具有不同的组分和物理属性，使得不同的钢渣处理工艺具有相异的工艺特性。其中：热闷法、滚筒法、风淬法、水淬法在生产过程中主要依靠钢渣温度骤变产生的应力集中现象对其进行破碎、裂解，使得处理后的钢渣安定性较高，热泼法、盘泼法处理后的钢渣安
4、钢渣的回收利用是钢铁行业实现可持续发展的重要任务，同时也是钢渣处理工艺中不可或缺的重要步骤。随着碳中和碳达峰的政策提出，钢铁产业的能源管理进一步加强，钢渣不仅需要对金属资源进行回收，还要兼顾对余热资源的回收。在废料掩埋成本不菲、生产资源极度短缺、生态环境破坏严重等日益增长的压力下，亟需更先进的钢渣处理工艺或设备来解决现阶段存在的处理成本过高、能源浪费、钢渣安定性较差、安全性低等一系列问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种气液联合冷却钢渣余热回收方法及装置，解决现有钢渣处理设备余热回收效率低下、换热量不可控、安全性较低的问题。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、本专利技术采用螺旋换热管作为换热管道强化传热，利用水冷和空冷联合冷却技术实现管内高温钢渣的快速冷却，避免矿渣玻璃体结构解体，引起粒化钢渣胶凝，提高设备安全性和能量的利用效率。
4、具体的，本专利技术所述的高效的气液联合冷却钢渣余热回收方法，将高温钢渣送入设置于换热器内的螺旋换热管向下运动，外界低温空气被鼓风机引入螺旋换热管内，高温钢渣与低温空气形成逆流换热，同时，换热器内部冷却水与螺旋换热管管壁进行换热，高温钢渣经过换热后温度下降至500℃以下，在重力的作用下由螺旋换热管落入换热器外储存罐内收集起来。
5、进一步，在上述换热的同时，通过蒸汽管道连接至换热器顶部的汽包由压力表检测装置实时检测汽包内的压力状态，当压力到达一定临界值，蒸汽管道上的压力阀打开，释放蒸汽。
6、又，所述换热器顶部设置排风管道，热排风自该排风管道排出，经过除尘后进入给水预热器壳程加热冷却水，冷却水经加热后注入换热器。
7、本专利技术所述的高效的气液联合冷却钢渣余热回收装置，其包括：
8、换热器，为一罐体结构，其顶部设钢渣进料口及排风管道，其下部设低温补水管道；
9、至少一螺旋换热管，纵向设置于所述换热器内，其上端连接所述钢渣进料口，螺旋换热管下端自换热器底部伸出至一储存罐；
10、布料器，设置于所述换热器内顶部，位于螺旋换热管上方；
11、送风管道及鼓风机，送风管道一端自所述换热器底部伸入换热器内，连接所述螺旋换热管下部管道；
12、蒸汽管道及压力阀，蒸汽管道设置于所述换热器上部，其一端连接汽包。
13、进一步，还包括一给水预热器及给水管道，该给水管道连接至所述换热器下部一侧；所述排风管道经过除尘器连接至该给水预热器。
14、优选的，所述汽包通过一回流管连接至所述换热器下部。
15、优选的，所述鼓风机为磁悬浮鼓风机，更加的高效节能，以便于更好的调控钢渣的冷却效果，实现节能降耗。
16、本专利技术所述气液联合冷却钢渣余热回收方法及装置以水和空气作为冷却工质，传热过程可分为三个阶段，一是管内钢渣与空气、低温管壁三者之间的导热和对流传热，空气和低温管壁吸热，高温钢渣放热；二是金属管内外壁面间通过导热的形式传递热量；三是管外壁与冷却水进行对流传热，冷却水升温汽化，蒸汽向上运动的过程中也在不断与管壁换热升温。
17、钢渣是以c3as、c2ms2为主要成分的玻璃体，粒化钢渣的胶凝性来源于钢渣玻璃体结构的解体，钢渣在800℃高温时自然冷却至500℃及以下，钢渣会由于自身的玻璃体结构胶凝成团，冷却后质地坚硬难破碎，给钢渣后期利用带来困难。经过研究发现当温度快速冷却时，钢渣内部产生的温度应力大于钢渣本身的极限应力，钢渣容易产生碎裂。因此本专利技术采用水冷和空冷联合冷却技术实现管内高温钢渣的快速冷却，水冷和空冷联合冷却相比与传统的水冷技术和空冷技术，冷却效果更为显著。钢渣从800℃快速降温至500℃以下，产生大量较高品质蒸汽，可投入各类工艺生产。
18、本专利技术所述螺旋换热管内钢渣由上向下流动，空气由下向上流动，冷却水在螺旋换热管与换热器之间与高温管壁换热。实现了高温钢渣与空气和水的联合换热，强化了传热机理，提高了高温钢渣的冷却效率。
19、高温钢渣进入换热器，被布料器均匀的分布在换热器的上端，通过螺旋换热管的上端进口在重力的作用下进入螺旋换热管，实现高温钢渣被空气和水的联合余热回收，强化了传热机理，提高了高温钢渣的冷却效率，冷却后的钢渣又在重力的作用下落入储存罐内收集起来，过程方便快捷。
20、外界低温空气被鼓风机引入螺旋换热管内与高温钢渣进行充分换热，升温后的高温空气通过风道进入除尘器进行除尘处理，然后又进入预热器继续与预热器中的低温水进行换热，然后排出。在此过程中，通过调控鼓风机的功率，一方面可控制风量的大小，影响钢渣的滑落速度进而控制换热时间，一方面影响着钢渣与空气之间的对流传热系数，强化传热。
21、所述给水预热器设置在除尘器之后，排风经过除尘器作用后，通过给水预热器壳程通道与管程内的冷却水换热，除尘后排风携带的粉尘颗粒明显减少，降低了预热器管束积灰堵塞的风险。冷却水在进入换热器前预热，进一步有效的利用排风余热，提高设备能源利用效率，提高了设备运行的安全性能。
22、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
23、(1)本专利技术采用螺旋换热管换热器且管内空气与钢渣接触面积本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高效的气液联合冷却钢渣余热回收方法，其特征是，将高温钢渣送入设置于换热器内的螺旋换热管向下运动，外界低温空气被鼓风机引入螺旋换热管内，高温钢渣与低温空气形成逆流换热，同时，换热器内部冷却水与螺旋换热管管壁进行换热，高温钢渣经过换热后温度下降至500℃以下，在重力的作用下由螺旋换热管落入换热器外储存罐内收集起来。
2.如权利要求1所述的高效的气液联合冷却钢渣余热回收方法，其特征是，在上述换热的同时，通过蒸汽管道连接至换热器顶部的汽包由压力表检测装置实时检测汽包内的压力状态，当压力到达一定临界值，蒸汽管道上的压力阀打开，释放蒸汽。
3.如权利要求1或2所述的高效的气液联合冷却钢渣余热回收方法，其特征是，所述换热器顶部设置排风管道，热排风自该排风管道排出，经过除尘后进入给水预热器壳程加热冷却水，冷却水经加热后注入换热器。
4.一种高效的气液联合冷却钢渣余热回收装置，其特征在于，包括：
5.如权利要求4所述的高效的气液联合冷却钢渣余热回收装置，其特征在于：还包括一给水预热器及给水管道，该给水管道连接至所述换热器下部一侧；所述排风管道
6.如权利要求4所述的高效的气液联合冷却钢渣余热回收装置，其特征在于：所述汽包通过一回流管连接至所述换热器下部。
7.如权利要求4所述的高效的气液联合冷却钢渣余热回收装置，其特征在于：所述鼓风机为磁悬浮鼓风机。
...【技术特征摘要】
1.一种高效的气液联合冷却钢渣余热回收方法，其特征是，将高温钢渣送入设置于换热器内的螺旋换热管向下运动，外界低温空气被鼓风机引入螺旋换热管内，高温钢渣与低温空气形成逆流换热，同时，换热器内部冷却水与螺旋换热管管壁进行换热，高温钢渣经过换热后温度下降至500℃以下，在重力的作用下由螺旋换热管落入换热器外储存罐内收集起来。
2.如权利要求1所述的高效的气液联合冷却钢渣余热回收方法，其特征是，在上述换热的同时，通过蒸汽管道连接至换热器顶部的汽包由压力表检测装置实时检测汽包内的压力状态，当压力到达一定临界值，蒸汽管道上的压力阀打开，释放蒸汽。
3.如权利要求1或2所述的高效的气液联合冷却钢渣余热回收方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖永力，周剑秋，沈安祥，张友平，史玉涛，韦玉峰，王英杰，顾秋生，谢梦芹，
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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