一種熔融高爐渣氣固噴射粒化裝置及方法
2023-05-09 05:17:46
專利名稱：一種熔融高爐渣氣固噴射粒化裝置及方法
技術領域：
本發明屬於高溫固體廢棄物處理及餘熱餘能回收利用技術領域，特別涉及高溫熔融渣液幹法粒化處理的方法及其快冷防粘エ藝。
背景技術：
冶金エ業是最大的耗能單位，年能耗達20GJ。自1980年以來，我國鋼鐵エ業在節能方面取得很大成績，但在餘熱資源回收利用方面，尚有不足，相關研究結果顯示，煙氣、冷卻水和熔融渣的顯熱回收率都很低，其中渣顯熱的回收率最少，只有1.59%。鋼鐵エ業熔渣包括煉鐵高爐熔渣、煉鋼熔渣、鐵合金熔渣、有色冶煉熔渣等，我國以高爐渣比例最大，每煉I t生鐵約產生300kg 700kg高爐熔渣，出渣溫度1500°C左右，2010年，我國生鐵產量59733. 34萬t，以300kg渣/t鐵計算，高爐渣量約1. 8億萬t。堆積如山的高溫熔融態高爐渣不能隨意排放，必需經過冷卻或其他相關處理，否則將非常危險。目前我國鋼鐵企業大多數採用水淬エ藝(也稱溼法エ藝)處理高爐渣，處理後的渣料可用作水泥原料或水泥添加料、混凝土骨料等。但堆積如山的高爐熔渣水淬冷卻需消耗大量的水資源，衝渣過程中放出大量水蒸氣和硫化物等有害氣體對大氣造成汙染，且熔渣冷卻後需乾燥除溼又要額外耗能。另外，1500°C左右的熔融高爐渣比熱約1. 19kJ/(kg で)，凝固潛熱50kcal/kg，I t高爐熔渣約含1800 MJ顯熱和209MJ潛熱，折合標煤約62kg/t渣，熔融渣熱是ー種高品質的餘熱資源，但水冷處理後的衝渣水熱卻是一種低品位餘熱，需經沉澱、除汙後方可用於冬季取暖，其熱利用率不到10%，夏季和無取暖設備的地方，這部分能量只能白白地浪費棹。針對水淬エ藝處理過程中存在的缺點，為有效回收蘊含在熔融高爐渣中的餘熱，目前正大カ發展高爐渣的幹法處理工藝。熔渣幹法處理工藝主要分兩個階段粒化階段和二次冷卻階段。首先，粒化階段(也指粒化凝固階段)是將熔融渣粒化為細小顆粒，便於實現急速冷卻為玻璃體結構物質以滿足高爐渣處理後的物質品質要求，至渣粒不再重新粘結為準(渣粒平均溫度大約降至850°C 1000°C);其次，二次冷卻階段是指繼渣粒經粒化階段的再次冷卻階段，此階段的目的是高效回收高爐渣粒中的餘熱。粒化階段是熔渣幹法處理工藝的關鍵，也是難點。粒化階段核心技術エ藝主要包括粒化方法及其實現粒化及快速冷卻的配套裝置，目前，熔渣幹法粒化方法主要有滾筒法、轉鼓法、離心法、粒化輪法和風淬法。其中滾筒法、轉鼓法、離心法和粒化輪法都是利用大型機械裝置進行粒化，其核心部件滾筒、轉鼓、離心轉盤和粒化輪等都屬易損部件，受其結構及製造成本限制不利於大型化推廣應用，至今尚未有エ業應用實例。風淬法及其熱回收裝置已於1981年成功應用於日本福山制鐵所轉爐鋼渣エ業化處理中，我國馬鋼1988年發表「鋼渣風淬粒化裝置」專利(專利號CN88211276)，該技術在馬鋼、成鋼、石鋼等均有應用裝置。但是由於高爐渣玻璃體結構冷卻速度要求要比鋼渣處理要求高很多，至今尚未實現高爐渣的幹法處理餘熱回收エ藝的エ業化應用，但是鋼渣的風淬法エ業化應用為高爐渣幹法處理餘熱回收エ業エ業化應用指明方向。目前，關於高爐渣的風碎粒化工藝最成功的技術是20世紀80年代日本六大鋼鐵公司合作開發研究的風碎法高爐熔渣顯熱回收技木。該技術處理過程為將高爐排出的1400°C以上的熔融爐渣導入風洞造粒部，採用3個均分渣流供渣，熔渣有噴嘴噴出的高速空氣射流吹射粒化，噴嘴處空氣流速可調，風洞尺寸為長25m、寬7m、高13m (處理能力為100t/h,已達エ業化要求)。風洞內設有分散板使1050°C左右的渣粒碰板落下，下落過程中有風洞下部吹入的空氣冷卻，渣粒約在800°C左右排出風洞。成品渣中粒徑小於5mm部分佔95%以上，渣粒整體玻璃化率大於95%，粉碎性好，品質與水淬渣相當。但是，由於設備系統龐大，佔地面積大、投資費用高以及系統過程能量損失過大等因素的限制，一直沒有再進ー步推廣應用。本發明針對風碎粒化工藝中存在的問題提出了氣固噴射粒化方法及其配套快冷防粘系統。
發明內容
本發明提出了一種新的熔融渣幹法粒化思路及快速冷卻防粘系統，通過高速氣體和固態顆粒混合射流將熔融液體高爐渣破碎，混合射流中的固體細顆粒可以極大的促進噴射劑的動能轉換為顆粒表面能，提高噴射劑能量利用率，得到細小均勻顆粒，並通過水冷壁上的防粘風組及下部通入的流化冷卻氣流組成的快冷防粘系統，提高粒化階段冷卻速度，得到高質量玻璃體型顆粒，便於處理後的渣粒在保證物質資源利用性的同時高效回收渣中餘熱。本發明主要內容如下ー種熔融高爐渣氣固噴射粒化方法及裝置，該裝置由熔渣導入單元、噴射劑供料単元、器壁冷卻防粘単元、快速冷卻排料單元和高溫風排出單元組成；
所述熔渣導入單元包括渣液導流管；
所述噴射劑供料単元由供風機、供料管道、固體顆粒加料器、球形方向調節座及噴嘴組
成；
所述器壁冷卻防粘単元由水冷壁和防粘供風管組；
所述快速冷卻排料單元主由粒化室、振動床、冷卻空氣供風管路和渣粒輸送裝置組
成；
所述高溫風排放単元由高溫風出口管路和濾網組成；
其中，所述供風機與所述供料管道一端連接，所述供料管道的另一端與所述粒化噴嘴連接，所述固體顆粒加料器設置在所述供料管道上，所述粒化噴嘴通過方向調節座安裝在所述粒化室的一側的側壁上，所述粒化噴嘴插入所述粒化室內安裝在所述球形方向調節座上，所述渣液導流管插入所述粒化室的器壁上設置在所述粒化噴嘴的上方，所述粒化室的另ー側的側壁上設置所述水冷壁和防粘供風管組，所述高溫風管路設置在所述粒化室的頂端，所述高溫風管路內設置濾網，所述振動床以傾斜角度為15-30°角度安裝在所述粒化室內的底部，所述冷卻空氣供風管路設置所述振動床的下端，所述粒化室一端的底部設有渣粒出口，所述渣粒輸送裝置設置所述渣粒出口下方。
進ー步，所述粒化室為立式或臥式箱體。進ー步，所述導流管的截面呈扁圓形。進ー步，所述粒化噴嘴的噴射角度與水平方向夾角為0° 75°之間。進一歩，所述粒化噴嘴與所述供料風管通過螺旋接ロ連接。進ー步，所述振動床的振幅為5 20_。本發明的另一目的是提供上述裝置的粒化方法，該方法具體包括以下步驟
首先，將粒徑小於Imm的水淬渣或風淬渣通過固 體顆粒加料器3進入供風管道2內與供風機I提供的壓カ為0. 35^1MPa的常溫空氣混合，固體細顆粒和空氣的質量輸送比為1. 6 25，壓縮空氣和固體細顆粒混合氣流在供風管道內輸送穩定後，經粒化噴嘴5射流噴吹，將溫度為1500°C的熔融態高爐渣液從渣液導流管6導入粒化室4粒化成熔融態液滴，然後液滴飛行進入快速冷凝區被凝固成固態細顆粒，實現粒化；通過粒化噴嘴5上的風量調節閥調節風量，控制出ロ氣流風速，為保證渣液流粒化後的顆粒直徑小於5mm出ロ氣流速度需大於40m/s，為避免產生渣棉量過多噴吹速度需小於190m/s ;熔融渣液和混合氣流用量比為150"250m3氣/t渣。
本發明的有益效果是1、粒化噴嘴內採用的粒化冷卻介質為壓縮空氣和固體細顆粒混合物，固體細顆粒可採用粒徑小於1_的水淬渣、風淬渣等顆粒物質。2.、熔渣導入單元主要由導流管截面呈扁圓形(截面形狀如附圖3所示)，傾斜角度由渣液流動性確定，以保證渣液順利流入，儘可能使噴射垂直方向界面偏薄，便於粒化均勻。3、噴射劑供料単元中增加噴嘴方向調節座，用於調節噴嘴的噴射角度(與水平方向夾角0° ^75°之間可調)，便於控制粒化距離和粒化效果，噴射角度0° ^45°之間時粒化室尺寸結構為臥式(橫向大於縱向)，噴射角度45° 75°之間時粒化室尺寸結構設計為豎式(橫向小於縱向)。4、噴嘴是該裝置易損部件，採用便宜更換方式連接，便於拆卸更換。5、粒化裝置組成中粒化室器壁冷卻防粘單元採用水冷壁，増配防粘供風管組沿水冷內壁貼附射流噴入冷空氣形成風幕，或直接噴吹接近器壁的顆粒，防止顆粒粘結在器壁上。6、採用振動床底部通冷風組成快速冷卻排料單元，熔融渣粒在飛行過程流經冷卻風管路供入的冷卻氣流形成的流化床區域時快速凝固，冷卻空氣防止渣粒粘接、團聚等；冷卻凝固後的渣粒沉降在振動床上，振動床傾斜角度為10° 30°，振幅為5 20mm。渣粒通過渣粒出口流落在渣粒輸送裝置上，輸送到後續的二次冷卻餘熱回收系統內。7、高溫風出ロ濾網通過偵測壓カ信號得高溫風出ロ風速信息，防止渣粒被輸送入高溫風管路中；
8、高溫風經由管路後進入除塵裝置，然後進入後續餘熱利用系統。
圖1為本發明高溫熔渣氣固粒化方法的エ藝流程——臥式結構裝置示意圖。圖2為本發明高溫熔渣氣固粒化方法的エ藝流程——豎式結構裝置示意圖。圖3為本發明高溫熔渣氣固粒化方法的エ藝流程——洛液導流管界面形狀示意圖。圖中1——供風機；2——供料管道；3——固體顆粒加料器；4——噴嘴方向調節座；5——粒化噴嘴；6——渣液導流管；7——粒化室；7-2——水冷壁；8——熔融渣液；9——高溫風管路；10——濾網；11——防粘供風管組；12——渣粒輸送裝置；13——渣粒出口 ；14——冷卻空氣供風管路；15——振動。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案做進ー步說明。如圖1-3所示，ー種熔融高爐渣氣固噴射粒化裝置，該裝置由熔渣導入単元、噴射劑供料単元、器壁冷卻防粘単元、快速冷卻排料單元和高溫風排出單元組成；
所述熔渣導入單元包括渣液導流管6 ；
所述噴射劑供料単元由供風機1、供料管道2、固體顆粒加料器3、球形方向調節座4及噴嘴5組成；
所述器壁冷卻防粘単元由水冷壁7-1和防粘供風管組11 ；
所述快速冷卻排料單元主由粒化室7、振動床15、冷卻空氣供風管路14和渣粒輸送裝置12組成；
所述高溫風排放単元由高溫風出ロ管路9和濾網10組成；
其中，所述供風機I與所述供料管道2 —端連接，所述供料管道2的另一端與所述粒化噴嘴5連接，所述固體顆粒加料器3設置在所述供料管道2上，所述粒化噴嘴5通過方向調節座4安裝在所述粒化室4的一側的側壁上，所述粒化噴嘴5插入所述粒化室4內安裝在所述球形方向調節座4上，所述渣液導流管6插入所述粒化室4的器壁上設置在所述粒化噴嘴5的上方，所述粒化室4的另ー側的側壁上設置所述水冷壁7-2和防粘供風11管組，所述高溫風管路9設置在所述粒化室4的頂端，所述高溫風管路9內設置濾網10，所述振動床15以傾斜角度為15-30°角度安裝在所述粒化室4內的底部，所述冷卻空氣供風管路14設置所述振動床15的下端，所述粒化室的底部4 一端的設有渣粒出ロ 13，所述渣粒輸送裝置12設置所述渣粒出ロ 13下方。高爐排出的1500°C左右的熔融渣8通過導流管6進入粒化室7內，供風機I將經由粒化噴嘴5噴射出的摻有適量固體顆粒的壓カ為0. 35^1MPa高壓氣體流束噴射破碎成 熔融渣粒，熔融渣粒的平均粒徑f 3mm為宜，粒化噴嘴5噴射角度小於45°時採用示意圖1所示臥式結構裝置，噴嘴5噴射角度45° 75。時採用示意圖2所示豎式結構裝置，渣粒在飛行、降落過程中經由水冷壁7-2和底部冷卻空氣供風管路14吹出的冷卻風快速冷卻，使溫度降至850°C 1000°C時渣粒降落到底部振動床15上，防粘供風管組11沿水冷內壁貼附射流噴入冷空氣形成風幕，或直接噴吹接近器壁的顆粒，防止顆粒粘結在器壁上；振動床15以5 20mm的振幅震動，使渣粒隨振動床15然後經由渣粒出ロ 13流落至渣粒輸送裝置12上被輸送到後續餘熱利用系統，粒化室4內的高溫風經高溫風出ロ管路9和濾網10過濾後排出，並回收 利用。
權利要求
1.一種熔融高爐渣氣固噴射粒化裝置，其特徵在於，該裝置由熔渣導入單元、噴射劑供料單元、器壁冷卻防粘單元、快速冷卻排料單元和高溫風排出單元組成；所述熔渣導入單元包括渣液導流管(6)；所述噴射劑供料單元由供風機(I)、供料管道(2)、固體顆粒加料器(3)、球形方向調節座(4)及噴嘴(5)組成；所述器壁冷卻防粘單元由水冷壁(7-2 )和防粘供風管組(11);所述快速冷卻排料單元主由粒化室(7)、振動床(15)、冷卻空氣供風管路(14)和渣粒輸送裝置(12)組成；所述高溫風排放單元由高溫風出口管路(9)和濾網(10)組成；其中，所述供風機(I)與所述供料管道(2) —端連接，所述供料管道(2)的另一端與所述粒化噴嘴(5)連接，所述固體顆粒加料器(3)設置在所述供料管道(2)上，所述粒化噴嘴(5)通過方向調節座(4)安裝在所述粒化室(7)的一側的側壁上，所述粒化噴嘴(5)插入所述粒化室(7)內安裝在所述球形方向調節座(4)上，所述渣液導流管(6)插入所述粒化室 (7)的器壁上設置在所述噴嘴(5)的上方，所述粒化室(7)的另一側的側壁上設置所述水冷壁(7-2)和防粘供風管組(11 )，所述高溫風管路(9)設置在所述粒化室的頂端，所述高溫風管路(9)內設置濾網(10)，所述振動床(15)以傾斜角度為15° 30°安裝在所述粒化室 (7)內的底部，所述冷卻空氣供風管路(14)設置所述振動床(15)的下端，所述粒化室(7) — 端的底部設有渣粒出口(13)，所述渣粒輸送裝置(12)設置所述渣粒出口(13)下方。
2.根據權利要求1所述的熔融高爐渣氣固噴射粒化裝置，其特徵在於所述粒化室(7) 為立式或臥式箱體。
3.根據權利要求1或2所述的熔融高爐渣氣固噴射粒化裝置，其特徵在於，所述導流管(6)的截面呈扁圓形。
4.根據權利要求1或2所述的熔融高爐渣氣固噴射粒化裝置，其特徵在於，所述粒化噴嘴(5)的噴射角度與水平方向夾角為0° ^75°之間。
5.根據權利要求1或2所述的熔融高爐渣氣固噴射粒化裝置，其特徵在於，所述粒化噴嘴(5 )與所述供料風管(2 )通過螺旋接口連接。
6.根據權利要求1或2所述的熔融高爐渣氣固噴射粒化裝置，其特徵在於，所述振動床 (15)振幅為5 20mm。
7.—種權利要求1所述的熔融高爐渣氣固噴射粒化裝置的粒化方法，其特徵在於具體包括以下步驟首先，將粒徑小於1_的水淬渣或風淬渣通過固體顆粒加料器(3)進入供風管道(2)內與供風機(I)提供的壓力為O. 35^1MPa的常溫空氣混合，固體細顆粒和空氣的質量輸送比為1. 6 25，壓縮空氣和固體細顆粒混合氣流在供風管道內輸送穩定後，經粒化噴嘴(5)射流噴吹，將溫度為1500°C的熔融態高爐渣液從渣液導流管(6)導入粒化室(4)粒化成熔融態液滴，然後液滴飛行進入快速冷凝區被凝固成固態細顆粒，實現粒化；通過粒化噴嘴(5) 上的風量調節閥調節風量，控制出口氣流風速，為保證渣液流粒化後的顆粒直徑小於5mm 出口氣流速度需大於40m/s，為避免產生渣棉量過多噴吹速度需小於190m/s ;熔融渣液和混合氣流用量比為15(T250m3氣/t渣。
全文摘要
本發明一種熔融高爐渣氣固噴射粒化裝置及方法，該裝置由熔渣導入單元、噴射劑供料單元、器壁冷卻防粘單元、快速冷卻排料單元和高溫風排出單元組成，該方法採用高壓氣體與固體顆粒的混合物做噴射粒化劑，對高溫熔融液態高爐渣流進行高速噴吹粒化，將其破碎成熔融渣粒；然後，渣粒在飛行過程中，被下部噴入的流化冷卻氣和經側壁貼附射入的防粘冷卻氣，急劇冷卻，快速凝固成固體顆粒，有效解決熔融渣粒粘結問題。該粒化方法可以極大的促進噴射劑的動能轉換為顆粒表面能，提高噴射劑能量利用率，得到細小均勻渣粒，實現粒化急速冷卻目的，獲得高玻璃體率渣粒，保證熔融高爐渣物質資源利用性的同時高效回收渣中餘熱。
文檔編號C21B3/06GK103014201SQ20131002011
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者馮俊小, 陳豔梅 申請人:北京科技大學