用於造粒裝置的蒸汽冷凝塔的製作方法

2023-08-13 17:39:41

專利名稱：用於造粒裝置的蒸汽冷凝塔的製作方法
技術領域：
本發明大致涉及一種用於熔融物料尤其是冶煉熔融物(諸如高爐爐渣)的造粒裝置。更具體地，本發明涉及一種用於此類裝置中的改進的蒸汽冷凝塔設計。
背景技術：
所附圖5中示出了這中類型的尤其是用於熔融高爐爐渣的現代造粒裝置的一個實例，圖5是一篇發表於2005年8月發行的Iron & Steel Technology (鋼鐵技術)中的 11 "INBA Slag granulation system-Environmental process control" (INBA 爐渣造粒系統——環境工藝控制)的論文的一部分。從圖5可看出，這類裝置通常包括注水裝置2 (也稱為鼓風箱(blowing box))，用於將造粒水注入熔融物料流中(如經流道端1 接收的爐渣)。從而實現熔融物料的造粒。該裝置還具有造粒槽3，用於收集造粒水和已造粒物料，並在注水裝置2下方用大量水來冷卻顆粒。蒸汽冷凝塔通常具有由頂蓋封閉的圓柱形外殼，蒸汽冷凝塔位於造粒槽上方，用於收集和冷凝造粒槽中產生的蒸汽。實際上，因為熔融物料的溫度很高且淬火所需的水量很大，所以根據圖5的裝置通常會產生大量的蒸汽。為避免蒸汽排入大氣造成汙染，蒸汽冷凝塔包括一蒸汽冷凝系統，通常為逆流式的。蒸汽冷凝系統具有噴水裝置5，用於將水滴噴入蒸汽冷凝塔內產生的蒸汽中；以及集水裝置 6，位於噴水裝置5下方，用於收集噴淋的冷凝液滴和已冷凝的蒸汽。冶煉工藝中熔融物料的產生通常是循環的，且產生的流速會有相當大的波動。例如，在高爐的出渣操作期間，爐渣流速決不是恆定的。它顯示的峰值可能是出渣操作期間的爐渣平均流速的四倍。這種峰值在短時間(例如幾分鐘)內會偶爾或定期發生。由此推定， 在當前發展水平的典型的基於水的造粒裝置中，存在引入爐渣導致的引入熱流速的重要波動，因此，在此期間產生的蒸汽量也存在同樣的波動。為了實現裝置尺寸和成本之間的適當折衷，蒸汽冷凝能力通常不設計為處理峰值爐渣流量時可能產生的全部蒸汽流量。這種情況下可預見到過壓釋放活門(從圖5所示頂蓋中可看到)打開，以便將過量蒸汽排放到大氣中。然而，觀察表明，實踐中此類過壓活門在過量的熔融物流速時並不總能可靠地打開。由此推定蒸汽被部分阻擋而無法通過過壓活門排出，原因之一就是注水裝置2不斷產生的水「幕(curtain)」形成了 「屏障(barrier)」。在蒸汽速度很高時，集水裝置6也可能形成對蒸汽流的阻力。因此，過量蒸汽滯留在塔內，且隨即產生過壓。這可能導致冷凝塔下部入口處的蒸汽在造粒槽3進口處部分回流。儘管特別預見到內排風罩(hood)將內外隔離且從而避免不必要的空氣進入塔內，但也阻止了蒸汽排出塔外。這種逆向蒸汽流至少可能導致出鐵場的能見度很低，這對操作人員來說顯然是嚴重的安全風險。更不利的是，通過內排風罩回流的蒸汽可能引起蒸汽與爐渣流道口內的液態高溫熔融物接觸時生成大量的低密度爐渣顆粒(所謂的「爆米花」(popcorn))。這種高溫顆粒在投入出鐵場中時會產生甚至更嚴重的安全風險。

發明內容
因此，本發明的第一個目的在於提供一種蒸汽冷凝塔，其能夠在造粒期間在峰值流速時更可靠地排放過量蒸汽，同時僅需較低的額外成本與現有造粒設備設計相匹配。該目的通過根據本發明的造粒裝置和蒸汽冷凝塔實現。本發明的另一個目的在於提供一種能夠縮減設備的安裝和運行成本的冷凝塔。本發明大致涉及一種造粒裝置和一種冷凝塔。為了克服上述問題，本發明提出了一種煙囪或煙窗，下文稱為通道(stack)，用於選擇性地將過量蒸汽(不是煙氣)排放到大氣中。根據本發明的通道具有一個布置成與冷凝塔的下部區相連通的入口以及一個出口，該出口布置成在通道上方(例如在等於或高於冷凝塔的頂蓋的高度處)將蒸汽釋放到大氣中。此外，根據本發明，為了允許按要求或需要來選擇性地排放，通道優選地配備有任何適當的用於控制蒸汽通過通道的選擇性排放的裝置。有助於或限制排放的適當裝置可包括任何類型的封閉裝置，例如特別設計的「水幕」封閉裝置和/或通道內側的冷凝噴嘴和/或強制通風鼓風機或風扇。儘管這種排放控制裝置的結構不太重要，但能夠選擇性地控制蒸汽通過通道的排放的可行方案是非常有利的。所提出的通道具有無容置疑的安全排放任何不需要和潛在有害的過量蒸汽的優點，從而顯著提高運行安全性。而且，所提出的通道允許設計具有小規模冷凝系統的裝置。 實際上，配備有所提出的通道的裝置能夠處理與更高的爐渣流速相對應的總蒸汽流量，該蒸汽流量包括以常規方式冷凝的一部分蒸汽流量(通常是大部分)以及在有限時間內通過所提出的通道簡單地排放到大氣中的另一部分蒸汽流量(通常是小部分)。因此，與採用設計用於最大預期熔融物流速的整個裝置的常規做法不同，該裝置可設計為處理運行期間的大部分時間內發生的平均公稱流速。從而能夠大量地節省資金和運行費用。還應理解的是，優選的通道設計避免了冷凝塔內側的過壓，且在高於公稱流速時安全地防止蒸汽回流到出鐵場。僅通過選擇性地排放，在公稱流速和低於公稱流速時本裝置以傳統方式運行，而不會蓄意將蒸汽釋放到大氣中。所提出的裝置還具有能夠進行被動設計(passive design) (利用自然通風)的其他優勢，被動設計不需要增加水的流速，即不需要增加水泵、管道、閥門和冷卻塔的投資和運行成本。此外，與將冷凝系統的能力增加到相當安全裕度相比，用於設置所提出的通道的投資(資本支出)非常低。具體地，本發明提供一種造粒裝置，用於對冶煉設備中產生的熔融物料進行造粒， 該造粒裝置包括注水裝置，用於將造粒水注入到熔融物料流中，從而對熔融物料進行造粒；造粒槽，用於收集造粒水和已造粒物料；蒸汽冷凝塔，位於造粒槽上方，用於收集造粒槽中產生的蒸汽，蒸汽冷凝塔具有帶頂蓋的外殼和蒸汽冷凝系統。該蒸汽冷凝系統包括用於將水滴噴入蒸汽冷凝塔(30)中是噴水裝置以及位於蒸汽冷凝塔內且位於噴水裝置下方的用於收集已噴淋的水滴和冷凝蒸汽的集水裝置。集水裝置將塔分為蒸汽能夠在其中冷凝的上部區和下部區，蒸汽能夠從造粒槽通過下部區進入上部區。造粒裝置還包括通道，用於選擇性地將過量蒸汽排放到大氣中，所述通道具有一個布置為與冷凝塔的下部區相連通的入口以及一個出口，出口布置為在冷凝塔的頂蓋的高度處或高於該高度處釋放蒸汽。優選地，通道配備有用於控制蒸汽通過所述通道的選擇性排放的裝置，具體地配備有封閉裝置；和/或至少一個內部噴嘴，布置在通道內側，用於將水滴噴入通道中；和/ 或鼓風機，用於形成通過通道的強制通風。
優選地，通道從集水裝置下方延伸進入或通過頂蓋中的開口。優選地，通道布置在冷凝塔內側。優選地，通道布置在冷凝塔的內側中央。優選地，通道的出口延伸到頂蓋之上的高度不超過通道總高度的15%。優選地，通道由冷凝塔的外殼和/或頂蓋支承。優選地，封閉裝置包括同軸相對的水流噴嘴，用於在通道內形成水幕，所述相對的水流噴嘴優選地布置在通道的內側中央；和/或可移動板。優選地，噴水裝置包括幾個用於將水滴噴入蒸汽冷凝塔中的噴水噴嘴以及至少一個內部噴嘴，所述內部噴嘴布置在通道內側，用於將水滴噴入通道中，具體地位於封閉裝置的下方。優選地，該造粒裝置還包括脫水單元，尤其是具有旋轉過濾轉鼓的脫水單元，所述脫水單元具有集氣罩，第一輔助管的入口端連接到集氣罩且排出端具體地在封閉裝置上方的高度處連接到通道。優選地，該造粒裝置還包括內排風罩，所述內排風罩伸入造粒槽中，以密封冷凝塔防止環境空氣進入，第二輔助管的入口端連接到內排風罩且排出端具體地在封閉裝置上方的高度處連接至通道。優選地，該造粒裝置還包括控制器裝置，其被連接以操作封閉裝置，從而選擇性地限制或允許通過通道的蒸汽通路；和/或控制布置在通道內側的至少一個噴嘴的運行。優選地，通道具有的高度在10-25m的範圍內，優選地在15_20m的範圍內。優選地，通道的內徑和高度之間的比例在0. 055 ^ d/h ^ 0. 25的範圍內，優選地在0. 1彡d/h彡0. 2的範圍內。優選地，所述用於控制選擇性排放的裝置包括封閉裝置和至少一個布置在通道內側用於將水滴噴入通道中的內部噴嘴；並且通道配置為自然通風。優選地，通道的內徑和高度之間的比例為d/h ( 0. 1，優選地為d/h ( 0. 055。優選地，所述用於控制選擇性排放的裝置包括用於形成通過通道的強制通風的鼓風機。優選地，集水裝置包括一個或多個與排液管相連通的漏鬥形集流器，用於回收工藝水。優選地，集水裝置包括漏鬥形上部集流器和漏鬥形下部集流器，所述漏鬥形下部集流器圍繞通道的下部同心地布置，所述漏鬥形上部集流器具有直徑比漏鬥形下部集流器的外徑小的中心開口。應當理解的是，所提出的裝置特別適合於高爐設備，但並不局限於此。本發明還涉及一種冷凝塔，其工業應用為可單獨用作現有造粒裝置的翻新替換。


從以下參照附圖對幾個非限制性實施方式的詳細描述中，本發明的其他細節和優點將顯而易見，附圖中圖1是根據本發明的配備有蒸汽冷凝塔的造粒裝置的第一實施方式的方框示意圖2A至圖2B以示意性垂直和水平剖面圖示出了蒸汽冷凝塔在低於熔融物料峰值流速時的正常運行；圖3A至圖;3B以示意性垂直和水平剖面圖示出了蒸汽冷凝塔在熔融物料峰值流速時通過通道排放蒸汽；圖4是根據本發明的配備有蒸汽冷凝塔的造粒裝置的第二實施方式的方框示意圖；圖5示出了根據現有技術的一種熟知的造粒裝置。所有附圖中使用相同的參考標號來表示結構或功能類似的元件。
具體實施例方式為了說明本發明的第一實施方式，圖1示出了設計用於高爐設備(該設備未示出) 中的爐渣造粒的造粒裝置10的圖解視圖。一般說來，裝置10用於通過利用一股或多股較冷的造粒水流12對熔融高爐爐渣流14淬火而進行造粒。從圖1看出，不可避免地與來自高爐的生鐵接觸的熔融爐渣流14從高溫熔融物流道端16落入到造粒槽18中。運行過程中，通過一個或多個並聯的高壓水泵22供水的注水裝置20 (通常也稱為「鼓風箱」)產生的造粒水流12衝擊從高溫流道端16落下的熔融爐渣14。注水裝置20的適當配置例如在專利申請WO 2004/048617中有所描述。在老舊的造粒裝置(未示出，但包括在內)中，熔融爐渣從高溫流道落入到冷流道上，其中來自類似的注水裝置的造粒水流夾帶著冷流道上的爐渣流一起流至造粒槽。不管設計如何，在造粒水流12衝擊熔融爐渣流14時實現造粒。通過淬火，熔融爐渣14分裂成顆粒大小的「顆粒」，這些顆粒落入造粒槽18盛放的大量水中。這些爐渣「顆粒」通過與水換熱完全固化成爐渣砂。應該注意的是，造粒水流12 衝向造粒槽18的水面，從而形成了加速冷卻爐渣的湍流。眾所周知，最初高溫熔融物(> 1000°C )(諸如熔融爐渣)的淬火導致大量的蒸汽 (即水蒸汽)。這種蒸汽通常會受到各種汙染，其中之一是氣態硫化物的汙染。為了減少大氣汙染，造粒槽18中釋放的蒸汽路由到通常垂直位於造粒槽18上方的蒸汽冷凝塔30。蒸汽冷凝塔30 (下文簡稱為「塔30」)配備有通常為逆流式的蒸汽冷凝系統，該蒸汽冷凝系統包括噴水裝置40和集水裝置42。從圖1看出，塔30是相對較大的建築，具有外殼32。外殼32通常是圓柱形焊接鋼板結構，但並非一定如此，且設置有頂蓋34。塔30具有與所產生蒸汽的公稱體積相應的一定的高度和直徑。如圖2A至2B和圖3A至;3B所示，塔30在頂蓋 34處可具有存有備用水的水池。為了實現最好的效果，噴水裝置40通常位於塔30的頂蓋34附近。噴水裝置包括多個噴水噴嘴47、49，用於將水滴噴入到在塔30內上升的蒸汽和水氣中。噴水裝置40用於蒸汽冷凝以及附加地改善有害蒸氣的溶解。集水裝置42布置在塔30內且位於噴水裝置40下方幾米的垂直距離處。可以看出，集水裝置42將塔30分成運行期間蒸汽在其中冷凝的虛擬上部區44和虛擬下部區46。 運行過程中，蒸汽從造粒槽18上升，通過下部區46並通過集水裝置42進入上部區44。通常，上部區44佔據的高度比例比下部區46大得多。圖1中的折線表明未示出塔30的全部高度，即噴水裝置40和集水裝置42之間的垂直距離通常大於圖1所示的距離。集水裝置42配置為收集噴霧液滴和冷凝蒸汽所形成的掉落液滴。因此，集水裝置42防止水回落到造粒槽18中，且通過排液管48允許回收相對清潔的工藝水。為此目的，集水裝置42可包括至少一個漏鬥形或杯形的上部集流器43和一個漏鬥形的下部集流器45， 如圖1示意性所示。在這種情況下，集流器43、45之間的幾個圓周分布開口允許蒸汽和水氣從塔30的下部區46升入上部區44。為了使蒸汽的流動阻力最小，集流器43、45之間的分布開口優選地具有至少500mm的高度。集水裝置42的其他設計也是可行的且包括在內。從圖1看出，混和有造粒水的固化爐渣砂在造粒槽18的底部被排放。混和物(漿液)被輸送至脫水單元50。該脫水單元50的目的是分離已造粒物料(即爐渣砂)和水，即允許爐渣砂和工藝水的分別回收。從現有的INBA 裝置或美國專利第4，204，855號的描述中可知脫水單元50的合適的普通配置，所以此處不再贅述。此類脫水單元包括一個旋轉過濾轉鼓52，例如美國專利第5，248, 420號中更詳細的描述。也可以使用任何其他靜態或動態的裝置為精細的固化熔融顆粒脫水。如圖1進一步所示，造粒水回收槽M(通常稱為 「高溫水槽」)與用於收集從已造粒爐渣砂分離的水的脫水單元50相關。大多數情況下，該造粒水回收槽M被認為是具有沉降隔間和清潔水隔間的沉降槽(見圖1的右側)，大量的無砂(「清潔」)水溢流到清潔水隔間中。還如圖1所示，可連接集水裝置42的排液管48，以便將來自塔30的冷凝噴淋水輸送到水回收槽M中。也可將冷凝噴淋水直接泵送至冷卻系統56或用於其他目的，如輸送至注水裝置20，或簡單地丟棄。在圖1所示的變型中，排液管48將水排入到水回收槽M 的清潔水隔間內。大量無砂水從這個隔間被泵送至具有一個或多個冷卻塔的冷卻系統56。 來自冷卻系統56的冷卻工藝水被回送至造粒裝置10，作為工藝中的再利用。更具體地，一方面，冷水優選地通過一個供應管23被輸送至注水裝置20，另一方面，通過另一供應管58 被輸送至噴水裝置40。供應管23配備有上述水泵22。反過來，供應管58配備有至少一個水泵57，或優選地配備有屬於噴水裝置40的兩個並聯水泵。因此，通過供應管58向噴水裝置40的噴水噴嘴47、49供應來自冷卻系統56的再循環冷水。儘管工藝水的這種「閉合迴路」配置是優選的，但開放迴路的替代方案也包括在內，其中供應到噴水噴嘴47、49和/或注水裝置20的水在使用後被處置。根據可以理解的一個方面，根據本發明的塔30配備有通道60，用於將過量蒸汽排放到大氣中。如圖1示意性所示，通道60是一種與塔30操作性地相關的蒸汽排放煙囪。 更具體地，圖1所示的通道60具有布置為與下部區46相連通的下部入口 62和布置為大致或略高於塔30的頂蓋34的高度的上部出口 64。通道60還配備有用於控制蒸汽通過通道 60的選擇性排放的裝置。在圖1的實施方式中，該裝置包括一個封閉裝置70，用於控制蒸汽從下部區46通過通道60進入到出口 64上方的大氣中的選擇性排放。因此，通道60用作控制將蒸汽排放到大氣中的可控煙 。尤其如下文更顯然，通道60使得能夠排放超過塔 30冷凝能力的蒸汽量。在傳統的系統中，如圖5所示，只要熔融物流速超過塔30的能力，經驗表明會有蒸汽回流(逆流)的嚴重風險，例如逆流進入高溫流道甚至進入流道端16上遊的出鐵場(未示出)。即便通過圖1所示的頂蓋34中的過壓活門以及內排風罩80實現一定的回流阻力， 但回流依然可能發生。在已知的方式中，內排風罩80(也如圖5所示)的設置主要用於封閉塔30，防止環境空氣「誤」進入塔內。與這種傳統設計相反，所提出的通道60提供一種只要流速超過塔30公稱能力就可靠排放過量蒸汽的可靠方案。應當理解的是，這種過量流速可能偶爾發生，例如在由於高爐出渣口處的問題導致熔融爐渣峰值的情況下。應當理解的是，通過本發明，可以考慮蒸汽冷凝能力較低的設備設計。實際上，通過將公稱能力設計為低於預期的短期流速峰值，即與公認的設計規範(公稱能力與預期的峰值流量一致)相反，配備有通道60的塔30依然可以可靠地運行。考慮到給定直徑的被動(passive)通道60的最優煙囪排風(通風)，通道60具有布置在集水裝置42的集流器43、45下方的入口，以便入口 62與下部區46直接相連通。換句話說，通道60從集水裝置42下面延伸，穿過上部區44，進入或穿過頂蓋34中的開口。由於入口 62位於漏鬥形的集流器43、45下方，所以通道60產生的通風能夠將蒸汽直接排出下部區46，即從蒸汽產生的地方(造粒水面的正上方)排放。因此，除了最優通風之外，作為上述風險的主要來源，下部區46中的過壓可通過所提出的通道60的配置而避免。而且， 來自噴水裝置40的水滴不會被吸入通過下部入口 62，因為集水裝置42依然會適當地收集水。儘管外部布置的通道(未示出)(例如固定於外殼32的外側)包括在內並且是可行的，但塔30內側的內部通道60是優選的。其中後一種配置利用外殼32作為通道60的擋風板。因為結構原因，直徑相對較大的單個通道60優選地布置在外殼32的內側中央，如圖1所示。次優選的布置，例如兩根直徑上相對的小通道，也是可行的且包括在內。為了實現額外的通風，通道60可略突出超過頂蓋34。如果通道60的出口 64沒有明顯延伸到外殼 32之上，即超過頂蓋34的高度，儘管犧牲了潛在的輔助通風，但從結構原因來講這也是有利的。在實踐中，出口延伸到頂蓋34之上的長度不應超過通道60的整體高度h(見圖3A) 的15%。通過圖1所示的布置，通道60能夠通過外殼32的結構容易地支承，和/或如果需要，通道可部分或全部地懸掛於頂蓋34的結構上。因此，不需要額外的支承結構或額外增加通道60的壁厚。可以理解的是，通道60的直徑d(見圖3A)和高度h(見圖3A)的適當尺寸決定可通過通道60安全排放到大氣中的蒸汽量(塔30的下部區46沒有過壓且沒有和蒸汽回流相關的風險)。對於設計為被動的通道60，即僅具有自然通風的功能，通常需要內徑 d彡400mm。實踐中，通道高度h通常在10_25m的範圍內，優選地在15_20m的範圍內，如果直徑d與高度h之比為0. 055 ^ d/h ^ 0. 25，優選地在0. 1彡d/h彡0. 2的範圍內，就能實現最優結果。如果裝置10設計成用於高爐爐渣，則相應的通道60易於實現自然通風，能夠以大約3-4t/min (過量流速)排放額外爐渣產生的蒸汽。因此，通過通道60，裝置10能夠在爐渣流速高於塔30的最大冷凝能力時安全運行。例如，通過將塔30設計成用於冷凝熔融物流速僅為8t/min時產生的蒸汽，裝置可在峰值爐渣流速為ll-12t/min時運行。應當理解的是，根據本發明的通道60因此允許處理能力增加高達50%，同時也增強了運行安全性。應當理解的是，d/h < 0. 1或甚至d/h < 0. 055的通道(未示出)也是可行的。然而， 這種配置是不太優選的，且通常要求給這種小直徑通道(未示出)配備電動排風機，以保證充分的抽吸，即人為通風以及避免相關的故障風險。為了確保低於峰值的正常流速時的有效冷凝和減少汙染，圖1的通道60配備有上述可控封閉裝置70。該封閉裝置70用於「關閉」通道60，即在造粒裝置10以公稱流速或低於公稱流速運行時，尤其是對於塔30的冷凝能力時或低於該冷凝能力時產生的蒸汽，關閉或至少大大限制入口 62和出口 64之間的蒸汽通路。換句話說，封閉裝置70用於僅在要求或根據實際產生的蒸汽量而需要時選擇性地通過通道60排放蒸汽。封閉裝置70可布置為略低於通道60的上部出口 64，且優選地布置在通道60的上半部。在一個簡單實施方式中，封閉裝置70可包括一個簡單的電機驅動的可移動板(未示出)，用於關閉通過通道60的通路。例如，一鉸接活門或節氣盤可布置在通道60的頂部或內部，例如布置在出口 64處。然而，在圖1至圖4所示的優選配置中，封閉裝置70不是傳統的閥門，而是配置為形成可控「水幕」作為封閉器。在一個優選實施方式中，封閉裝置70包括布置在通道60內側的同軸相對的水流噴嘴72，用於在通道內形成水幕。相對的水流噴嘴 72優選地布置在通道60的內側中央。從根據圖5的傳統設計或從德國專利DE 3，619，857 中通常可知相對的水流噴嘴72的適當概念。這種相對的水流噴嘴72產生已經發現可對蒸汽通路造成相當大阻力的膜狀水「幕」、水「壁」或水「罩」。此外，封閉裝置70的這種設計具有幫助蒸汽冷凝以及在缺水或缺電的情況下自動打開通過通道60的通路的優勢。因此，所提出的封閉裝置70提供了額外的運行安全性。所以，水流噴嘴72優選地通過向噴水裝置 40供應水的同一供應管58進行供水。封閉裝置70的運行可通過額外的封閉器水泵74的操作進行控制，且基於任何適當的流速(例如爐渣流速)或過量蒸汽測量進行控制，例如熱平衡計算或表示經由流道端16接收的熔融物的實際流速的其他測量。可以理解的是，除了帶有可控的封閉裝置70的通道60之外，根據本發明的塔30 的幾個自身典型組件也經過了重新設計。首先，當使用帶有基於「水幕」式封閉裝置70限制通路的通道60時，上部頂蓋34 處的安全活門的數量可減少，或完全省去。從圖1可看出，集水裝置42也需要重新設計。在一個可行的實施方式中，漏鬥形的下部集流器45以盤狀方式圍繞通道60的下部同心地布置，且可由通道60支承。漏鬥形的上部集流器43具有中心開口，該中心開口的直徑小於漏鬥形的下部集流器45的外徑，以防止液滴回落到造粒槽18中。通過集流器之間的通路的流動阻力例如由於具有足夠大自由橫截面的開口而降到最低。其他設計也是可行的，例如直徑徑向向外增大的多個向外傾斜的盤，如圖2A和圖3A所示。噴水裝置40的噴水噴嘴47、49的布置和類型也可根據通道60而改變。具體地， 從圖2B和圖;3B中最佳所示，多個噴水噴嘴47圍繞通道60以圓形對稱方式布置，用於將水滴噴入塔30的上部區44中。可在塔30的上部區44中的不同高度處設置幾行水平的噴嘴，通常為一到四行，例如圖2A和圖3A所示的兩行。優選地，噴水噴嘴47是所謂完頂體 (full-cone)式的單獨(不是相對的)噴嘴。因此，噴嘴47單獨地布置，以形成不受限制的噴霧(與圖5所示的同軸相對式相反)，噴嘴也可以向下或略微側向地定向。作為一個額外的優勢，這種噴嘴47以比圖5所示噴水裝置的噴嘴更低的壓力運行，例如僅為1-1. ^ar。圖2A和圖2B示出所提出的塔30在熔融物的正常流速(即低於峰值)時的運行。 進而，圖3A和圖:3B示出通過通道60選擇性排放蒸汽的狀態，即產生過量蒸汽時的運行。從圖2B和圖;3B還可看出，所提出的塔30包括一個或多個布置在通道60內側的垂直隔開的噴水噴嘴49，優選地布置在通道中央，例如布置在通道60和塔30的同軸中心線上。這些噴水噴嘴49優選地與通道60外側的噴水噴嘴47為同一類型的。從圖3A和圖看出，與外部噴水噴嘴47相反，通道60內的噴嘴49在過量流速期間關閉，以保證過量蒸汽通過通道 60的不受限制的通路。這種關閉能夠實現最大的排放流速，且避免將水滴和蒸汽一起排放。應當理解的是，通道60內側的噴水噴嘴49的運行具有提高噴水裝置40的整體冷凝效率的顯著優勢。實際上，由於內部噴水噴嘴49，仍舊利用塔30的整個橫截面，包括通道60在上部區44內佔據的空間(可能表示相當大的比例)進行冷凝。在一種簡單的配置中，在通道 60內側運行的噴水噴嘴49連接到供應例如封閉器水泵74下遊的「水幕」封閉裝置70的同一供應管線。因此，當封閉裝置70處於無效的「開啟」狀態時，噴嘴49的供應斷開。另一方面，當封閉裝置70處於有效的即「關閉」狀態時，噴水噴嘴49運行。作為有益的副效應， 噴水噴嘴49的運行進一步增大了通過通道60的流動阻力。為了正確地協作，通道60內側的噴水噴嘴49布置在封閉裝置70的高度之下。因此，可看出，內部噴水噴嘴49形成為用於控制選擇性地通過通道排放蒸汽的裝置或布置的一部分。然而，對於更小直徑的通道和 /或更大直徑的外殼，可能沒有內部噴嘴。儘管不必要，但也可設想成還包括強制通風鼓風機或風扇，用於增加裝置中的強制通風來控制排放，例如在偶爾發生高流速的情況下。圖4示出根據第二優選實施方式的具有改進通道60』的造粒裝置10』。下文僅詳細描述與先前實施方式的不同之處，其餘特徵是相同的。從圖4可看出，封閉裝置70儘管也包括同軸相對噴嘴72來形成「水幕」，但該封閉裝置布置在通道60』上半部的較低部分處，例如布置在高度h的60%處。該配置使得通道60』能夠實現額外的排放目的。具體地，如圖4示意性所示，脫水單元50在脫水轉鼓52 上方具有一個集氣罩53，該集氣罩連接至封閉裝置70上方的通道60』。因此，第一輔助管 59的入口端連接至集氣罩53，且其排出端進入略高於封閉裝置70高度的內部通道60』。所以，來自脫水單元50的蒸汽從集氣罩53被抽吸到通道60』，而沒有額外的能量損失，即使當封閉裝置70限制了來自塔30的下部區46的蒸汽(即正常流速)的通路時也如此。該配置具有正確排放來自脫水單元50的蒸汽的優勢，且在比平常更高的高度(例如高於地面 25-30m)處釋放蒸汽，從而總體上減少脫水單元50和裝置10』周圍的能見度問題。類似地， 如圖4示意性所示，第二輔助管82的入口連接至內排風罩80，且其排出端在高於封閉裝置 70的高度處連接至通道60』。該措施將內排風罩80轉換為分離罩(extraction hood)。在由高溫流道端16和水流12上方的內排風罩80限制的空間內形成一定的通風。該措施通過避免水流12產生的蒸汽分流到流道和出鐵場中而提供額外的安全性。進一步如圖4所示，通道60』，尤其是其可控封閉裝置70和內部噴嘴49均連接至控制器90，該控制器可整合到整個設備的工藝控制系統中。控制器90運行連接到供給噴水裝置40的水泵57的出口的遠程可控自動閥92。因此，通過對閥92的開啟和關閉進行控制，控制器間接控制封閉裝置70的運行，以選擇性地限制或允許通過通道60』的蒸汽通路。在優選布置中，布置在通道60』內側的噴嘴49連接到閥92下遊的封閉裝置的供應管線。因此，閥92和控制器90還控制內部噴嘴49的運行，無需額外的費用。作為測量熔融物實際流速的讀數，並從而推斷造粒槽18上方的塔30內產生的蒸汽量，控制器90可連接到使脫水轉鼓52旋轉的轉鼓電機55。實際上，使轉鼓52旋轉所需的扭矩表示脫水單元50 所接收到的漿料的流速，且因此表示塔30的下部區46中產生的蒸汽量。其他測量表示所產生的蒸汽的值的可行方案(例如熱平衡計算)當然也應包括在內。總之，應當理解的是，本發明不僅能夠明顯提高基於水(尤其是用於高爐爐渣)的造粒裝置10的操作安全性，此外，本發明還允許在降低冷凝能力下的可靠運行，所以投資和運行費用都很低。實際上，就高爐爐渣造粒裝置而言，帶有所提出的通道60、60』的造粒裝置10能夠可靠地處理與爐渣流量增加高達+60%相對應的過量蒸汽。這表示例如在冷凝能力設計為處理最大爐渣流速為8t/min(133. 33kg/s)的系統中增加大約+5t/min(83. 33kg/
s)的爐渣。
圖例
10,10'造粒裝置52旋轉過濾轉鼓
12水流53集氣罩
14熔融物流54水回收槽
16高溫流道端55轉鼓電機
18造粒槽56冷卻系統
20注水裝置57水泵
22高壓水泵58(40的)供應力
23(20的)供應·？ 59第一輔助管
30蒸汽冷凝塔60,60'通道
32塔的外殼62通道入口
34塔的頂蓋64通道出口
40噴水裝置70封閉裝置
42集水裝置72相對的噴水噴
43,45集流器74封閉器水泵
47、49噴水噴嘴80內排風罩
44塔的上部區82第二輔助管
46塔的下部區90控制器
48排液管92遠程控制閥
50脫水單元。
權利要求
1.一種造粒裝置(10)，用於對冶煉設備中產生的熔融物料進行造粒， 所述造粒裝置包括注水裝置(20)，用於將造粒水注入到熔融物料流(14)中，從而對熔融物料進行造粒； 造粒槽(18)，用於收集造粒水和已造粒物料；蒸汽冷凝塔(30)，位於所述造粒槽(18)上方，用於收集所述造粒槽(18)中產生的蒸汽，所述蒸汽冷凝塔(30)具有帶頂蓋(34)的外殼(3 和蒸汽冷凝系統，所述蒸汽冷凝系統包括噴水裝置(40)，用於將水滴噴入所述蒸汽冷凝塔(30)中；以及集水裝置(42)，位於所述蒸汽冷凝塔(30)內且位於所述噴水裝置GO)下方，用於收集已噴淋的水滴和冷凝蒸汽，所述集水裝置0 將所述塔分為蒸汽能夠在其中冷凝的上部區G4)和下部區(46)， 蒸汽能夠從所述造粒槽(18)通過所述下部區進入所述上部區G4)； 其特徵在於，通道(60)，用於選擇性地將過量蒸汽排放到大氣中，所述通道(60)具有一個布置為與所述冷凝塔(30)的所述下部區G4)相連通的入口(6 以及一個出口(64)，所述出口布置為在所述冷凝塔(30)的所述頂蓋(34)的高度處或高於該高度處釋放蒸汽。
2.根據權利要求1所述的造粒裝置(10)，其特徵在於，所述通道(60)配備有用於控制蒸汽通過所述通道(60)的選擇性排放的裝置，具體地配備有封閉裝置(70)；和/或至少一個內部噴嘴(49)，布置在所述通道(60)內側，用於將水滴噴入所述通道(60) 中；和/或鼓風機，用於形成通過所述通道(60)的強制通風。
3.根據權利要求1所述的造粒裝置(10)，其特徵在於，所述通道(60)從所述集水裝置 (42)下方延伸進入或通過所述頂蓋(34)中的開口。
4.根據權利要求1所述的造粒裝置(10)，其特徵在於，所述通道(60)布置在所述冷凝塔(30)內側。
5.根據權利要求4所述的造粒裝置(10)，其特徵在於，所述通道(60)布置在所述冷凝塔(30)的內側中央。
6.根據權利要求5所述的造粒裝置(10)，其特徵在於，所述通道(60)的所述出口(64) 延伸到所述頂蓋(34)之上的高度不超過所述通道(60)總高度的15%。
7.根據權利要求4所述的造粒裝置(10)，其特徵在於，所述通道(60)由所述冷凝塔 (30)的所述外殼(3 和/或所述頂蓋(34)支承。
8.根據權利要求2所述的造粒裝置(10)，其特徵在於，所述封閉裝置(70)包括 同軸相對的水流噴嘴(72)，用於在所述通道(60)內形成水幕，所述相對的水流噴嘴優選地布置在所述通道(60)的內側中央；和/或可移動板。
9.根據權利要求2所述的造粒裝置(10)，其特徵在於，所述噴水裝置00)包括幾個用於將水滴噴入所述蒸汽冷凝塔(30)中的噴水噴嘴07)以及至少一個內部噴嘴(49)，所述內部噴嘴布置在所述通道(60)內側，用於將水滴噴入所述通道(60)中，具體地位於所述封閉裝置(70)的下方。
10.根據權利要求2所述的造粒裝置(10)，還包括脫水單元，尤其是具有旋轉過濾轉鼓 (52)的脫水單元(50)，所述脫水單元具有集氣罩(53)，且其特徵在於，第一輔助管(59)的入口端連接到所述集氣罩(5 且排出端具體地在所述封閉裝置(70)上方的高度處連接到所述通道(60)。
11.根據權利要求2所述的造粒裝置(10)，還包括內排風罩(80)，所述內排風罩伸入所述造粒槽(18)中，以密封所述冷凝塔(30)防止環境空氣進入，且其特徵在於，第二輔助管(8 的入口端連接到所述內排風罩(80)且排出端具體地在所述封閉裝置(70)上方的高度處連接至所述通道(60)。
12.根據權利要求2所述的造粒裝置(10)，還包括控制器裝置(90)，其被連接以操作封閉裝置(70)，從而選擇性地限制或允許通過所述通道(60)的蒸汽通路；和/或控制布置在所述通道(60)內側的至少一個噴嘴G9)的運行。
13.根據前述權利要求1至12中任一項所述的造粒裝置(10)，其特徵在於，所述通道 (60)具有的高度在10-25m的範圍內，優選地在15_20m的範圍內。
14.根據權利要求13所述的造粒裝置(10)，其特徵在於，所述通道(60)的內徑(d)和高度(h)之間的比例在0. 055 ( d/h ( 0. 25的範圍內，優選地在0. 1彡d/h彡0. 2的範圍內。
15.根據權利要求14所述的造粒裝置(10)，其特徵在於，所述用於控制選擇性排放的裝置包括封閉裝置(70)和至少一個布置在所述通道(60) 內側用於將水滴噴入所述通道(60)中的內部噴嘴09)；並且所述通道配置為自然通風。
16.根據權利要求13所述的造粒裝置(10)，其特徵在於，所述通道(60)的內徑(d)和高度(h)之間的比例為d/h ( 0. 1，優選地為d/h ( 0. 055。
17.根據權利要求16所述的造粒裝置(10)，其特徵在於，所述用於控制選擇性排放的裝置包括用於形成通過所述通道(60)的強制通風的鼓風機。
18.根據前述權利要求1至12中任一項所述的造粒裝置(10)，其中，所述集水裝置 (42)包括一個或多個與排液管G8)相連通的漏鬥形集流器03、45)，用於回收工藝水。
19.根據權利要求18所述的造粒裝置(10)，其中，所述集水裝置0 包括漏鬥形上部集流器^幻和漏鬥形下部集流器(45)，所述漏鬥形下部集流器0 圍繞所述通道(60)的下部同心地布置，所述漏鬥形上部集流器具有直徑比所述漏鬥形下部集流器G5)的外徑小的中心開口。
20.一種高爐設備，包括根據前述權利要求1至19中任一項所述的造粒裝置(10)。
21.一種蒸汽冷凝塔，用於根據權利要求1至19中任一項所述的造粒裝置中，所述塔配置為收集造粒槽(18)中產生的蒸汽，且具有帶頂蓋(34)的外殼(3 和蒸汽冷凝系統，所述冷凝系統包括噴水裝置(40)，用於將水滴噴入所述蒸汽冷凝塔(30)中；以及集水裝置(42)，位於所述蒸汽冷凝塔(30)內且位於所述噴水裝置GO)下方，用於收集已噴淋的水滴和冷凝蒸汽，所述集水裝置0 將所述塔分為蒸汽能夠在其中冷凝的上部區G4)和下部區(46)，蒸汽能夠從所述造粒槽(18)通過所述下部區進入所述上部區G4)； 其特徵在於，通道(60)，用於選擇性地將過量蒸汽排放到大氣中，所述通道(60)具有一個布置為與所述冷凝塔(30)的所述下部區G4)相連通的入口(6 以及一個出口(64)，所述出口布置為在所述冷凝塔(30)的所述頂蓋(34)的高度處或高於該高度處釋放蒸汽。
全文摘要
本發明涉及用於造粒裝置的蒸汽冷凝塔。造粒裝置(10)具有注水裝置(20)和造粒槽(18)。蒸汽冷凝塔(30)位於造粒槽(18)上方，用於收集造粒槽(18)中產生的蒸汽。蒸汽冷凝塔(30)具有帶噴水裝置(40)和位於噴水裝置(40)下方的集水裝置(42)的蒸汽冷凝系統。塔(30)配備有用於將過量蒸汽排放到大氣中的通道(60)。通道(60)的入口(62)與冷凝塔(30)的下部區(44)相連通，且出口(64)布置為將蒸汽在冷凝塔(30)上方排放到大氣中。而且，通道(60)配備有封閉裝置(70)，用於通過通道(60)選擇性地排放蒸汽。該裝置可在冷凝能力設計成最大爐渣流速為8t/min的系統中處理增加60％的爐渣，即大約+5t/min的爐渣，不會有蒸汽回流的風險。
文檔編號C21B3/08GK102534073SQ20111029488
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月30日 優先權日2010年12月14日
發明者鮑勃·格賴弗爾丁格 申請人:保爾伍斯股份有限公司