[发明专利]一种高炉渣粒化与显热回收工艺及装备

说明书

技术领域：

本发明属于炼铁高炉高温液态渣粒化与余热回收技术领域，特别涉及高温液态炉渣粒化与热能回收的一种高炉渣粒化与显热回收工艺及装备。

背景技术：

在现有技术中，钢铁工业是典型的过程工业，是资源、能源密集型产业，吞吐量大、生产制造链长。2012年中国的生铁产量分别达5亿t。随着钢铁产量的高速增长，资源、能源和污染物排放已成为制约我国钢铁工业进一步发展的因素，因此通过节能和能量回收来降低能耗是钢铁工业的重要目标。目前，高炉每出1吨生铁约产生300kg炉渣，排出的炉渣其温度在1500℃左右，1吨高炉渣约含1700MJ的热量，相当于0.058t标准煤的发热值，以2012年的生铁产量计算，高炉产渣量约为1.5亿吨所含热量折合870万t标准煤的发热值。1公斤标煤能产6000-7000千卡的热量，产1公斤/1.0MPa级的饱和蒸汽则需要0.11公斤标煤，1吨标煤可产9吨/1.0MPa的饱和蒸汽，870万吨×9吨可产7830万吨/1.0MPa饱和蒸汽，如选螺杆膨胀机带发电机，1吨/1.0MPa饱和蒸汽可发120度电，年产7830万吨/1.0MPa饱和蒸汽，可产电94亿度电，按0.6元/度，年可售电收入34亿元（按40%的损耗）。高炉熔渣显热为高品位余热资源，且有很高的回收价值，目前大多数钢铁企业采用水淬工艺处理，经水淬后的炉渣用于水泥的基料。此法的缺点是：高炉渣显热基本没有得到回收，而且造成水资源的大量浪费，水淬高温炉渣时由于露天生产，大量的有害蒸汽不可回收对大气、水和土壤也造成严重污染。随国际竞争日益加剧和能源的持续紧缺，钢铁行业面临着维系可持续发展战略的多项环境型课题。其中，高效高品位地回收高炉熔渣显热已成为亟待突破的技术瓶颈。鉴于上述处理高炉渣存在的问题，国内外科技工作者提出很多的利用方法，例如，冷却转鼓法熔渣薄片状固化工艺、连铸连轧法熔渣平板状固化工艺、机械搅拌法熔渣造粒工艺、旋转滚筒法熔渣粒化工艺、轮式熔渣粒化工艺、风碎法熔渣显热回收工艺、旋转杯粒化熔渣显热回收工艺等等。这些工艺大体分属机械法与风碎法两类，20世纪80年代日本开发的熔渣风碎工艺直至目前仍可称之为风碎法的最高成就，其熔渣的处理能力达到100t/h的大规模生产性试验结果表明，热回收效率和成品渣品质可达到工业化的要求，但因受设备系统庞大、占地面积大、投资费用高等因素的限制，就终止了前进的步伐。在熔渣显热回收工艺研究中，机械法占据大多数。如冷却转鼓法熔渣薄片状固化工艺、连铸连轧法熔渣平板状固化工艺、机械搅拌法熔渣造粒工艺、旋转滚筒法熔渣粒化工艺、轮式熔渣粒化工艺，这些机械处理工艺大多没有达到风碎法所取得效果。风碎法和旋转杯粒化法除外的各种机械处理工艺的共同特征，是以有机蒸汽乃至含有杂质的热水形式回收熔渣显热。将高温熔渣特有的高品位能量，用大量介质换热方式回收的热能是低品位的能量，实质上热回收也是低效的，高温与低温之间的落差越大，就意味着热能损失越大。因而这些处理工艺除本身存在一些问题外，总体的热回收效率偏低乃是其未实现工业应用的根本原因之一。旋转杯粒化法无疑是较为优异的熔渣粒化法，具有浅薄边缘和平缓内壁，在900r/min的转速下，得到平均尺寸5-6mm的颗粒，大多不规则形状且尺寸分布不均匀。当转速增加到3000r/min时，得到了平均尺寸小于1mm的颗粒。其优点是；①单体设备简单，布置紧凑、处理能力大；②操作参数少，通过改变转速即可调整粒化程度，可获得尺寸小、球形度好③粒化的颗粒渣通过气体冷却，玻璃化程度高是均匀的高附加值成品渣。④通过高温液态颗粒渣与气体的直接热交换，可产生高回收率的热能。旋转杯粒化法自20世纪80年代在英国(BSC)钢铁公司进行了高炉熔渣粒化试验直至现在还没有实现工业化应用。目前旋转杯粒化法存在的问题①由于旋转杯粒化法的旋转杯体其转速过高1000-3000r/min，工业化轴承在高温、高速、恶劣环境下，轴承的工作寿命很难达到使用的要求。②旋转杯由于直接与高温熔渣接触，其旋转杯结构与渣粒化工艺的限制，旋转杯体的冷却很难解决，旋转杯的工作寿命很难达到使用的要求。③高炉冶炼时出铁出渣是间断性的，显热回收不能保证其连续性，所以，对于有连续性供热要求的产业，高炉熔渣粒化显热回收利用到目前还不能达到工业化连续性利用的要求。因此，如何有效地回收高炉渣的显热，减少其处理过程中对环境造成的污染，减少设备投资，紧凑式结构，减少占的面积，提高效率、提高显热回收率，又不影响炉渣粒化后的使用价值，就成为一个急需解决的问题。

发明内容：