蒸汽循環法高爐渣熱能利用及渣處理實施裝置的制作方法

專利名稱：蒸汽循環法高爐渣熱能利用及渣處理實施裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于鋼鐵冶金高爐渣處理過程，二次能源回收技術，具體涉及一
種液態高爐渣熱量回收裝置。
技術背景高爐煉鐵過程中，用大量的焦碳等燃料燃燒熱熔化礦石冶煉出鐵水，冶 煉過程中同時產生大量的高爐液渣，這些高爐渣帶有大量的顯熱。根據我國實際高爐生 產數據，每煉一噸生鐵生成約280-480kg的高爐渣，平均每煉一噸生鐵按380kg渣計算，根 據《煉鐵學》介紹爐渣焓熱1797. 4KJ/kg，則每煉1噸生鐵渣焓熱為380kgX 1797. 4KJ/kg =6S3012KJ。如果按標準煤7000千卡/kg計算，則每煉一噸生鐵產生的渣的焓熱相當于 23. 34kg標準煤的熱量。如果全國生鐵年產量按4億噸計算，每年因高爐渣帶走熱相當于 933. 7萬噸標準煤，按現煤價計算相當于140. 05億元。 目前全國來看高爐渣熱能利用率極低，我國現高爐渣處理全部采用水淬法，所謂 的利用就是部分企業在高爐渣水淬冷卻過程中產生的熱水用于冬季取暖，由于受到供熱區 域、流量等條件的限制，現渣熱能利用率不足15%。而且春、夏、秋三個季節不能使用，大量 熱通過風冷或外排水排掉，既污染環境又浪費能源。高爐渣物理熱的利用是目前鋼鐵企業 重要的節能方向之一。 目前國內外高爐渣顯熱利用的研究不少。重慶大學200620110985. 4專利公開了 一種高爐渣熱回收裝置。該方法采用液渣直接入安裝有旋轉輪的密封容器里，紅的熱渣落 到旋轉輪上被電機帶動的高速旋轉輪拋出，開始粒化并冷卻，同時空氣被加熱，熱的空氣經 風機引出進入熱交換器，熱交換器交換出的熱空氣再加以利用。東北大學200510047090. 0 專利公開了 一種高爐渣熱回收裝置。該方法采用高速旋轉粒化輪將渣粒化，粒化后的渣落 到鋼帶輸送機上，輸送過程中通過風機冷卻產生氣渣熱交換，加熱的空氣送到余熱鍋爐產 生蒸汽，并加以利用蒸汽。俄羅斯RU2018494專利公開了一種《渣處理方法及實施裝置》。該 方法是高溫液態爐渣被注入放置的滾筒內，當爐渣與置于滾筒內的鋼球接觸時被急冷，爐 渣由液態轉成脆狀可塑態并凝固在球體表面，由于球體的運動和彼此碰撞，爐渣被破碎成 70(TC左右粒壯的固態渣，固態渣連續輸送到氣渣交換器內與循環氣體進行熱交換。NKK公 司將熔融的高爐渣通過管道注入2個轉鼓之間，轉鼓連續轉動將渣擠壓形成一層薄渣片， 轉鼓內通入交換氣體冷卻渣，熱氣體回收用于發電、供暖等。這些渣處理及熱回收方法歸結 起來基本都是采用不同的渣的粒化冷卻方法先把熱渣粒化，然后在熱渣輸送、下落過程中
進行氣體熱交換，提取渣熱。其共同特點是高爐渣的冷卻介質都是空氣，即主要靠空氣帶走 渣熱，因此可以理解為空氣冷卻型。由于空氣比熱值小，沒有水的汽化吸熱過程，因此冷卻 空氣用量大，設備復雜，風機功率大。 現有的高爐渣處理方法也不少，有拉薩法(RASA) 、 INBA法、輪法、明特法、沉淀池 等多種方法，這些方法歸結起來其共同特點是采用了不同的工藝裝置把熱渣水淬粒化，用 不同的裝置使渣水分離后輸出，即主要靠水帶走渣熱，因此可以理解為水冷卻型。由于生產 水溫不許超過85t:的限制，渣水比一般達到1 : IO，耗水量極大。 本人2007年11月申請號200710157873申請了一種《高爐渣處理及渣熱能利用 方法及實施裝置》，該工藝也把渣處理過程完全封閉在一個容器內，靠渣入水中水淬產生蒸汽，它的特點是直接產生蒸汽，用蒸汽帶走渣熱，然后再利用蒸汽。由于蒸汽與水的烚熱不 同，使得本人的蒸汽法渣處理工藝節水效果十分明顯。但由于該方法是渣入水中而產生的 蒸汽，因此產生的蒸汽主要是飽和蒸汽，由于罐的壓力密封問題，產生的蒸汽溫度難以提 高，產生的蒸汽是溫度主要在100-16(TC左右的低溫飽和蒸汽，因此該方法產生的蒸汽主要 適用于取暖、解凍、熱水等項目熱利用，對大型高爐渣余熱發電等利用效果不理想。
新的高爐渣處理工藝裝置即蒸汽循環法渣處理工藝裝置盡管同樣也采用了蒸汽 循環帶走渣熱，但是它采用了與前方法完全不同的工藝處理方法及裝置，新的渣處理方法 采用渣不入水中，靠密封容器內對渣噴少量的水產生蒸汽，再循環蒸汽的辦法冷卻渣，即渣 熱主要是靠水淬產生蒸汽及循環該蒸汽帶走的，這樣造成產生的蒸汽具有足夠的過熱度， 以利于鍋爐換熱、發電等。由于水、蒸汽的比熱值大，水汽化過程焓熱多，因此該工藝方法比 現有的水冷渣工藝、現有的專利空氣冷渣工藝都節水、節電、經濟效益高，該工藝裝置主要 是針對蒸汽發電而設計的，因此更具有實用價值。 發明內容針對現有技術的不足，本發明提供一種又一新的高爐渣處理、渣熱能回 收方法及裝置，即蒸汽循環法高爐渣熱能利用及渣處理實施裝置。該方法把渣處理過程完 全放在一個密閉容器沸騰釜內進行，高爐熱渣由渣溝直接經耐高溫材料制造的具有喂料封 壓作用的喂料機拋到沸騰釜內，在沸騰釜內渣經過拋射、反射及噴水冷卻，再經過低溫循環 蒸汽冷卻等過程使渣冷卻、粒化。渣水淬及蒸汽循環過程中產生的過熱蒸汽經過輸出口輸 出加以利用。 本發明改變了現有高爐渣處理的水淬、水冷及熱能利用專利機械破碎風冷渣的工 藝方法及裝置，該發明在本人2007年申請的專利基礎上，取消了渣入水中的過程，而采用 了機械與水淬破碎加蒸汽循環冷卻渣的新的工藝方法及裝置，即渣一半靠水淬冷卻， 一半 靠循環蒸汽進行冷卻，破碎上采用了機械加水淬共同破碎工藝。工藝上解決了渣處理、熱能 回收的兩個關鍵問題。 一是渣的粒化，二是渣的熱能回收，熱回收熱效率高。新的高爐渣處 理方法好處是直接產生高溫過熱蒸汽以滿足發電需求。 本發明渣處理、渣熱能回收方法及裝置主要有以下幾個部分組成。特征主要由水 池1、水泵2、喂料機3、沸騰釜4、安全閥5、除塵器6、7、換熱鍋爐8、風機9、下料閥11、反射 板12等部分組成。沸騰釜4是密閉容器，內部由耐火材料及耐高溫鋼板組成，安裝有整流 罩、擋水板、反射板等，入渣口安裝有耐高溫的喂料機，出渣口安裝有密封下料閥，上部安裝 有安全閥，以及進出蒸汽管等，本發明要求渣處理裝置布置在高爐出渣溝附近，出渣溝直接 進入沸騰釜內。 本發明具有優點如下 比風冷以重慶大學、東北大學、NKK公司、俄羅斯RU2018494專利為代表的渣熱 能利用方法，都是采用的先破碎渣，而后用空氣為載體帶走渣熱，經鍋爐換熱實現渣熱能利 用，這些方法可以理解為風冷型。我們知道水的比熱4. 2kJ/kg，在0. 5MPa以下過熱蒸汽的 比熱1. 98-2. 3kJ/kg. t:左右，而空氣的比熱1-1. 42kJ/kg左右。也就是說單位的渣熱用空 氣吸熱比用蒸汽吸熱重量多了許多。因此單從比熱上看在介質密度變化不大的情況下，用 蒸汽吸收渣熱比用空氣吸收渣熱使用風機功率要小。 而蒸汽循環法不僅用蒸汽循環帶走渣熱，同時又采用了水淬冷卻的工藝，靠水淬 產生蒸汽帶走渣熱，由于水汽化過程吸熱大，所以用氣量更少，比風冷渣工藝循環風機功率小了許多倍。因此該工藝簡單、節水、節能。 同時該工藝設備也可以稍微改動一下，不用渣噴水的水淬過程，采用加大風機流 量及系統體積的辦法，靠風機循環空氣進行冷卻渣，又實現了現有部分專利所采用的風冷 渣工藝的又一新型結構，即該裝置也同樣可以實現風冷渣工藝；如果沸騰釜內下部始終存 有一定量的水，靠渣入水中產生蒸汽帶走渣熱，又形成本人2007年申請的蒸汽法渣處理工 藝及裝置的方法。因此該工藝適應性更廣，設備更好。 比水冷現有的拉薩法、INBA法、輪法、明特法、沖渣法等渣處理方法靠水淬水吸 熱使渣冷卻，可以理解為水冷型。我們知道lkg4(TC的水變成10(TC蒸汽吸收的熱是4(TC的 水變成8(TC吸收熱的14. 94倍，lkg的渣采用4(TC的進行水淬，分別變成8(TC的水和直接 變成10(TC蒸汽，用水量降低93^左右(理論)。蒸汽循環法采用渣噴水產生蒸汽，再用風 機循環蒸汽的辦法冷卻渣。也就是說渣水淬過程僅僅是渣放熱的一個部分，水淬渣的目的 不僅是過去的冷卻、粒化過程，而是使其產生蒸汽并使渣失去流動性為目的，還有大部分渣 熱靠蒸汽循環帶走，所以該法噸鐵用水量比本人2007年的專利蒸汽法渣處理工藝還要低， 因此其節水效果是十分明顯的。 工藝設備該渣處理設備采用了耐高溫、耐磨材料制造的一個罐式密封容器，外加 一個喂料機、一個密封閥組成。設備簡單，而且維修、維護容易。盡管熱利用部分一次性投 資較大，但經濟上也是合算的。
具體的優點是 1、節水拉薩法、INBA法、輪法、明特法、沖渣法等現有渣處理方法靠水淬水吸熱 使渣冷卻，用水量都較大。經實際統計數據顯示現有的渣處理方法渣水比為1 : IO左右， 噸渣需補充新水1000kg左右；蒸氣法靠蒸汽吸收渣熱，直接把水變成了蒸汽，該法用水量 較少，理想狀態下渣水比1 : 0. 59，噸鐵耗水270kg/t左右；蒸汽循環法采用水淬、蒸汽循 環吸收渣熱，用水量更少，經計算噸鐵用水約60-100kg/t左右，節水效果更加明顯。
2、能耗低現有的渣處理方法用水量大，水量大必然造成水泵送水、循環及冷卻等 電機功率成倍數加大。蒸汽循環法不需要冷卻塔、較多的循環水泵，循環風機功率也比現有 專利用的風機小了許多倍，其節能效果十分明顯。 3、實現了高爐渣熱利用蒸汽循環法渣處理工藝的熱交換完全是在密閉容器里進 行的，直接產生低壓過熱蒸汽，蒸汽也可直接利用，熱損失主要是系統散熱損失，僅占總熱 的很小部分，因此熱效率高，經初步計算渣處理部分熱效率達86. 8%左右。盡管沸騰釜產生 的低壓過熱蒸汽不適合直接發電，但經過鍋爐換熱后產生的高溫、高壓過熱蒸汽可直接用 于發電，熱利用效果也是十分明顯的。經初步估算2850!113高爐僅發電日可達到18萬度左 右。 4、免除了現有的渣處理方法對周圍設備的腐蝕和對大氣造成的污染現有的渣處 理方法中，產生的渣水部分外排，同時水與紅渣直接接觸產生大量含堿性物資的蒸汽及大 量的C02，自由排放對大氣污染及附近設備造成腐蝕。而蒸汽循環法高爐渣處理工藝蒸汽完 全控制在一個封閉的系統里，經過二次除塵，沒有外排不會對大氣造成污染，非常適合當前 節能減排形勢。


圖1是本發明高爐渣處理及渣熱能利用方法及實施裝置結構示意圖。圖 2是本發明的反射板及擋水板結構圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
進行進一步對本發明進行闡述。
如圖所示，渣處理裝置布置在高爐渣溝近處，出渣溝直接進入沸騰釜內。系統主要由水池1、水泵2、喂料機3、沸騰釜4、安全閥5、除塵器6、7、換熱鍋爐8、風機9、下料閥11、反射板12、擋水板13等部分組成。
具體的工作過程及方法如下 高爐來的紅液渣經渣溝直接由喂料機3拋入沸騰釜4內。沸騰釜是密閉容器，由耐火材料及耐高溫鋼板組成。釜內部安裝有控制氣流分布、高爐渣分布及脫水、渣破碎作用的反射板12、擋水板13及整流罩等。喂料機3是由普通星型給料機改制而成，由高鉻鋼制造，具有耐高溫、耐磨特性，起到喂料、封壓、拋射破碎渣作用。喂料機出口安裝有高壓噴水裝置，進入釜內的液渣首先經過喂料機高速旋轉的料輪進行機械拋射破碎，接照又經過高壓噴水初步冷卻粒化。由于初冷的噴水量是根據進入釜內渣量經過微機自動控制的，渣初冷噴水過程蒸汽帶走的熱僅僅是渣全部顯熱的一個部分，大部分渣的顯熱仍在渣中并未放出。經過水淬及蒸汽冷卻了的高爐渣溫度以大大低于高爐渣的凝結溫度而失去了流動性，被高速旋轉的喂料機拋到反射板12上再次動能破碎，破碎后的粒渣經反射板及整流罩整流后均勻分布在釜的下部。經反射板破碎后的粒渣在下落過程及落到釜的下部時，又經換熱鍋爐換熱回來的低溫蒸汽進行了二次冷卻，隨著渣的下移溫度逐漸降低，待渣溫降到20(TC左右后經過下部的旋轉密封閥11排出。渣冷卻過程中蒸汽同時被加熱，隨著蒸汽的上升而逐漸加溫，初冷產生的高溫蒸汽與循環冷卻產生的高溫蒸汽在上部混合后，經過上部擋水板及勻汽、除塵結構的脫水、除塵后，經出口管道送到一次、二次除塵器6、7，經換熱鍋爐8進行熱交換，經鍋爐換熱產生的高壓過熱蒸汽通過管道送到發電機組發電。換熱鍋爐換熱后的低溫蒸汽經循環風機9加壓后又回到沸騰釜內，形成了蒸汽的閉路循環系統。
本裝置的反射板12由特殊耐熱、耐磨材料鑄造而成，與上部的連接、調整桿共同組成渣的二次破碎及渣的反射布料系統，通過調節各拉桿的長短實現調節布料的位置、范圍等，滿足布料的均勻性要求。本裝置的反射板也可以根據需要做成弧形、滾輪及轉盤等其它形狀。本裝置的擋水板13由普通鋼板及疊層網格篩組成，起到蒸汽勻流、降速、除塵、脫水作用。擋水板也可以根據需要做成如疊層波紋板等其它形狀。 本裝置的低溫蒸汽回氣管是放置在渣中的，由于渣的氣體阻力存在也就造成了沸騰釜的盛渣部位即低溫段與上部的高溫段存在著壓力差，這樣我們也就可以通過調節高爐渣的厚度實現沸騰釜內渣出、入口部位的壓力使其微正壓，確保渣出、入口不至于高壓出現密封泄露問題。 本裝置所述的風機9及出、入渣口的電機均采用變頻調速，由于風機的壓力、流量可以通過變頻進行調節控制的，這樣經過沸騰釜下部的循環蒸汽壓力、流量是可控、可調的。渣的冷卻速度、出渣的溫度是由下部循環蒸汽的溫度、流量及渣的厚度決定的，一定程度上說也是可調的。沸騰釜上部高溫蒸汽出口的溫度是由加水量、循環氣體的流量，及外排蒸汽的流量決定的，這些參數都是可以通過人工實現控制的，因此蒸汽出口溫度、流量是可控的。因此通過該工藝裝置可以生產出溫度400-80(TC左右過熱蒸汽的，滿足發電過熱蒸汽需要的。由于高爐渣溫度高、流量大、熱焓總值大，利用高爐渣顯熱直接產生蒸汽用于發電是可行的、合算的。 根據生產需要的不同，鍋爐產生的蒸汽也可以經過減壓直接并網使用，此時不用發電單元。
權利要求
蒸汽循環法高爐渣熱能利用及渣處理實施裝置，其特征是包括專用的渣處理裝置、渣熱能利用方法。其中(1)所述的專用的渣處理裝置由水池1、水泵2、喂料機3、沸騰釜4、安全閥5、除塵器6、7、換熱鍋爐8、風機9、閥門10、下料閥11、反射板12等部分組成。沸騰釜4是密閉容器，由耐火材料及鋼板組成，內部安裝有整流罩、擋水板、反射板等，入渣口安裝有耐高溫的喂料機，出渣口安裝有密封下料閥，上部安裝有安全閥，以及進出蒸汽管等，并且釜內裝置并可根據需要進行部分取舍；(2)所述的渣熱能利用方法，是通過熱渣直接進入形同沸騰釜4內的密閉容器中進行熱渣水淬而產生蒸汽，再用風機循環蒸汽冷卻渣，即主要靠蒸汽及蒸汽循環帶走渣熱，蒸汽輸出后加以利用蒸汽熱能的方法；(3)根據權利要求(1)(2)所述的裝置及方法也包括通過沸騰釜4產生的過熱蒸汽經蒸汽出口到除塵器除塵，到換熱鍋爐進行換熱產生高壓蒸汽，再加以利用蒸汽的方法。同時也包括根據需要取消發電機、鍋爐、除塵器或風機等，僅用沸騰釜、鍋爐產生蒸汽，直接加以利用蒸汽的方法；(4)根據權利要求(2)所述的渣處理方法也包括采用喂料機進行拋射到反射板對渣進行破碎的方法；以及采用高壓水沖擊渣冷卻、破碎的方法；以及通過喂料機、下料閥對出入渣口密封的方法；及反射板布料、蒸汽擋水勻流的方法；(5)根據權利要求(1)所述的喂料機3及下料閥11其特征是由普通星形喂料機改進而成，由特殊耐磨耐高溫材料制造，由閥體、葉輪等部分組成，裝在入渣口及出渣口部位，起到喂、出料和封壓作用。
2. 根據權利要求1所述的裝置及方法中，也包括采用不用渣的水淬過程而采用加大風 機流量的辦法，通過風機循環空氣進行冷卻渣，即采用該裝置實現的完全風冷渣工藝方法； 也包括采用在釜內下部始終存放一定量的水，通過喂料機將渣送入水中進行水淬產生蒸 汽，靠蒸汽帶走渣熱的方法。
3. 根據權利要求1所述裝置及方法，包括應用于非高爐的渣粒化、熱能利用領域。
全文摘要
本發明提供一種新的高爐渣處理、渣熱能回收方法及裝置。該方法把渣處理過程完全放在一個密閉容器沸騰釜4內進行，高爐熱渣由渣溝直接經耐高溫材料制造的具有喂料封壓作用的喂料機3拋到密閉容器內，在密閉容器內經過拋射、反射及噴水或入水冷卻，再經過低溫循環蒸汽冷卻等過程使渣冷卻、粒化。渣水淬及循環冷卻過程中產生的過熱蒸汽經過循環風機9循環輸出加以利用。該渣處理及熱利用方法采用的是一半靠水淬、一半靠循環蒸汽進行冷卻渣，即主要是靠蒸汽帶走渣熱的工藝，改變了現有水冷或空氣冷卻渣工藝用水量、空氣量大的不足，實現了渣熱二次利用，產生的過熱蒸汽可直接用于發電等，是又一種高爐渣處理、熱利用新的工藝方法。
文檔編號C21B3/08GK101749688SQ20081022936
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月8日 優先權日2008年12月8日
發明者姜學仕, 姜宏澤 申請人:姜學仕;姜宏澤