一种高温熔体风淬粒化余热回收系统及回收方法 |
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| 申请号 | CN202410215649.9 | 申请日 | 2024-02-27 | 公开(公告)号 | CN117867195A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 西安交通大学; | 发明人 | 王树众; 马圆; 赵军; 白智勇; 张馨艺; 薛睿彬; 王庆源; | ||||
| 摘要 | 一种高温熔体 风 淬粒化余热回收系统及回收方法，包括缓存及流量控 制模 块 、风淬粒化模块、飞行颗粒换热模块、落地堆积颗粒换热模块和热风余热回收模块；缓存及流量 控制模块 通过风淬粒化模块连接在飞行颗粒换热模块的一端，热风余热回收模块连接在飞行颗粒换热模块的另一端，落地堆积颗粒换热模块设置在飞行颗粒换热模块下方此 发明 方法及系统减小了粒化颗粒飞行换热空间，增大了空间换热 密度 ，提高了换热效率，减小了系统体积。颗粒集中余热回收部分使得颗粒在运移过程中同时进行高效换热，避免堆积颗粒返热粘结，有效回收颗粒余热。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高温熔体风淬粒化余热回收系统，其特征在于，包括缓存及流量控制模块、风淬粒化模块、飞行颗粒换热模块、落地堆积颗粒换热模块和热风余热回收模块；缓存及流量控制模块通过风淬粒化模块连接在飞行颗粒换热模块的一端，热风余热回收模块连接在飞行颗粒换热模块的另一端，落地堆积颗粒换热模块设置在飞行颗粒换热模块下方； |
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| 说明书全文 | 一种高温熔体风淬粒化余热回收系统及回收方法技术领域背景技术[0002] 水淬法和干式处理法是目前最常见的高温冶金熔体处理方法。水淬法是指利用低温的冷却水直接与高温的高温冶金熔体混合，使得高温冶金熔体温度迅速降低并凝固破碎 粒化。尽管水淬法不断发展，但其技术的核心还是对高温冶金熔体进行喷水水淬，进而达到 冷却和粒化的目的，然后进行水、固体分离，换热后的水经过沉淀过滤后再循环使用。尽管 该法冷却速率快，冷却效果好，但是处理过程浪费大量水资源，甚至与水反应产生不可利用 固体废物，也不能有效回收高温冶金熔体所含有的高品质余热资源。干式处理法将高温的 高温冶金熔体干式处理，包括机械破碎法、风淬法和离心粒化法。相比离心粒化法，风淬法 是处理流动性较好的高温冶金熔体的最佳选择。风淬法是利用高速气流，对下落高温冶金 熔体进行冲击破碎，将熔体粒化为熔液滴，在各种换热方式的作用下熔液滴冷却凝固为颗 粒，进而实现高温冶金熔体干式粒化目的。因此对流动性较好的高温冶金熔体，具有广阔的 余热回收应用前景。 [0003] 但是颗粒受到风淬口高速气流冲击，飞行状态呈现距离远、分布广的特点，这就使得高温颗粒高品质余热资源难以回收，而且飞行颗粒落地面积大，颗粒收集也是一个难点。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种高温熔体风淬粒化余热回收系统及回收方法，以解决粒化换热空间过大导致高温冶金熔体颗粒余热回收率低及颗粒运移换热的技术问题。 [0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案： [0006] 一种高温熔体风淬粒化余热回收系统，包括缓存及流量控制模块、风淬粒化模块、飞行颗粒换热模块、落地堆积颗粒换热模块和热风余热回收模块；缓存及流量控制模块通 过风淬粒化模块连接在飞行颗粒换热模块的一端，热风余热回收模块连接在飞行颗粒换热 模块的另一端，落地堆积颗粒换热模块设置在飞行颗粒换热模块下方； [0007] 缓存及流量控制模块用于向风淬粒化模块输送高温熔体，风淬粒化模块用于将高温熔体进行破碎粒化；落地堆积颗粒换热模块用于集中换热；热风余热回收模块用于对冷 却风余热进行回收。 [0008] 可选的，缓存及流量控制模块为缓存及流量控制装置，用于缓存高温熔体。 [0009] 可选的，飞行颗粒换热模块包括粒化仓、水冷壁和悬吊屏；水冷壁敷设在，粒化仓的炉墙上，悬吊屏设置在粒化仓内侧尾部。 [0010] 可选的，水冷壁为光管水冷壁或膜式水冷壁；悬吊屏为扩展受热面或同时对颗粒进行拦截和冷却风流动换热的换热器。 [0011] 可选的，风淬粒化模块包括溜槽和风淬口，溜槽的一端连接缓存及流量控制装置，另一端连通到粒化仓；风淬口设置在溜槽下方的粒化仓上；风淬口用于输出冷却风。 [0012] 可选的，冷却风为空气或三原子气体。 [0013] 可选的，落地堆积颗粒换热模块包括运移冷却装置和冷渣器，运移冷却装置布置在前端，向冷渣器进行运移；冷渣器布置在后端，收集来自运移冷却装置和悬吊屏拦截下来 的高温颗粒，通过布置在冷渣器滚筒表面的水冷壁面和内部的冷却风进行换热。 [0014] 可选的，运移冷却装置外墙布置有清堵器，底部布置有风机；运移冷却装置为篦冷机、往复炉排、链条炉排或水冷振动炉排，炉排上布置剪切刀，以便破碎粘结成团的颗粒；冷 渣器入口处布置破碎机，破碎机通过排料机连接到冷渣器；破碎机为辊式破碎机或颚式破 碎机。 [0016] 可选的，一种高温熔体风淬粒化余热回收系统的回收方法，包括以下步骤： [0017] 高温熔体经溜槽流出，被风淬口高速射流破碎粒化，进入到粒化仓内进行飞行换热，然后落入运移冷却装置和冷渣器中进行集中换热，冷渣器收集来自运移冷却装置和悬 吊屏拦截下来的高温颗粒，通过布置在冷渣器滚筒表面的水冷壁面和内部的冷却风进行换 热，最后经由排料机排出； [0019] 冷却风在运移冷却装置、粒化仓、冷渣器内换热后进入省煤器和余热锅炉，对冷却风余热进行回收。 [0020] 与现有技术相比，本发明有以下技术效果： [0021] 本发明为一种基于滚筒式冷渣器的高温熔体风淬粒化余热回收系统及方法，包括缓存及流量控制模块、风淬粒化模块、飞行颗粒换热模块、落地堆积颗粒换热模块、热风余 热回收模块。此发明方法及系统减小了粒化颗粒飞行换热空间，增大了空间换热密度，提高 了换热效率，减小了系统体积。颗粒集中余热回收部分使得颗粒在运移过程中同时进行高 效换热，避免堆积颗粒返热粘结，有效回收颗粒余热。 [0022] 进一步的，所述高温熔体风淬粒化余热回收系统主要采用风淬粒化方式，采用缓存及流量控制模块达到缓存及流量控制的功能，使得系统可以连续运行。 [0024] 进一步的，在粒化仓外墙包覆水冷壁，吸收高温颗粒辐射热，粒化仓后端布置悬吊屏，不仅能提前拦截飞行的风淬颗粒，使颗粒落入移动床中进行集中换热，减小粒化仓前后 长度，还能加强粒化仓内冷却风、颗粒和悬吊屏之间的换热，加速颗粒冷却。 [0025] 进一步的，粒化仓尾部后墙倾斜布置，防止颗粒堆积到后墙上，后墙可布置清堵器进一步的清理后墙颗粒。粒化仓尾部悬吊屏位置侧墙布置吹灰器，清理悬吊屏中堆积颗粒。 粒化仓下部采用收缩方式，减小运移冷却装置布置面积。 [0026] 进一步的，粒化仓尾部布置省煤器，然后外接余热锅炉，进一步回收冷却风热量，冷却风排出余热锅炉后进行除尘等流程，最终排放到环境中。 [0027] 进一步的，颗粒集中余热回收装置由运移冷却装置和冷渣器组成，运移冷却装置可以将前端落地的高温颗粒在输送到冷渣器的同时进行换热，换热后的热空气进入粒化仓 与飞行颗粒进行后续换热。冷渣器接收来自运移冷却装置的和悬吊屏拦截的高温颗粒，对 高温颗粒进行最后的集中换热。 [0028] 进一步的，运移冷却装置可采用篦冷机，前端采用斜坡式篦板，加快前端半熔融颗粒运移，防止颗粒粘结，篦冷机供风采用分仓室形式，根据不同区域颗粒温度分布情况进行 风量的精准控制，也可采用炉排形式，炉排上增加破碎剪切装置，也可采用水冷振动炉排， 对颗粒进行水冷，防止粘结。 [0029] 进一步的，冷渣器入口处布置颗粒破碎机，防止渣块堵塞冷渣器，破碎后的渣粒通过排料机输送到冷渣器内进行冷却。冷渣器外壁采用水冷式，内部通入冷却风加强颗粒换 热，冷却水和冷却风分别通过两侧套管式旋转接头进出冷渣器，在冷渣器内换热后的冷却 风经由粒化仓尾部输送到粒化仓内，作为补充热风进行换热。 [0032] 图1为本发明系统正视图； [0033] 图2为本发明系统侧视图。 [0034] 其中：1.运移冷却装置；2.粒化仓；3.风淬喷口；4.溜渣槽；5.缓存及流量控制装置；6.水冷壁；7.汽包；8.悬吊屏；9.省煤器；10.余热锅炉；11.破碎机；12.排料机；13.冷渣 器；14.冷渣器冷却风入口；15.冷渣器水入口；16.冷渣器冷却风出口；17.冷渣器水出口； 18.风机；19.人孔；20.吹灰器；21.清堵器；22.喷水冷却器。 具体实施方式[0035] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明保护的范围。 [0036] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和 操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能 理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第 一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中， 除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。 [0037] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可 以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是 两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。 [0038] 应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整 体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。 [0039] 还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下 文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。 [0040] 还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。 [0041] 在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示 出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于 制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不 同形状、大小、相对位置的区域/层。 [0042] 请参阅图1和图2，本发明提供了一种基于滚筒式冷渣器高温熔体风淬粒化余热回收系统及方法，包括缓存及控流装置5、运移冷却装置1、粒化仓2、风淬喷口3、溜渣槽4、水冷 壁6、汽包7、悬吊屏8、省煤器9、余热锅炉10、冷渣器13。高温熔体经溜槽4流出，被风淬喷口3 高速射流破碎粒化，进入到粒化仓2内进行飞行换热，然后落入运移冷却装置1和冷渣器13 中进行集中换热。冷却风则在运移冷却装置1和冷渣器13换热后进入粒化仓2冷却飞行颗 粒，最后由省煤器9和余热锅炉10回收冷却风余热。水冷壁6、悬吊屏8、冷渣器13和余热锅炉 10各受热面形成水循环回路，产生蒸汽。 [0044] 在飞行颗粒换热模块中，粒化仓2内冷却风对飞行颗粒余热进行回收，粒化仓炉墙敷设水冷壁6以加强颗粒辐射换热耦合冷却风对流换热，并在粒化仓尾部设置悬吊屏8提前 拦截颗粒飞行，加强颗粒与悬吊屏表面碰撞换热和冷却风对流换热。 [0045] 水冷壁6可以采用包括但不限于使用涂层技术以增加辐射黑度等方法对换热进行强化，可以采用包括但不限于光管水冷壁、膜式水冷壁等其他水冷壁形式。悬吊屏8可以使 用包括但不限于扩展受热面等形式，可以采用包括但不限于其他可以同时对颗粒进行拦截 和冷却风流动换热的换热器。 [0046] 其中，风淬喷口3形状包括但不限于圆形、矩形等其他形状。溜渣槽4形状包括但不限于半开放C型或全封闭矩形、圆形等其他溜渣槽形式。 [0047] 水冷壁6包括但不限于膜式水冷壁、螺旋水冷壁等其他形式的水冷壁。粒化仓2形状包括但不限于矩形、前墙倾斜布置、后墙倾斜布置等其他形式。 [0050] 在落地堆积颗粒换热模块中，运移冷却装置1布置在前端，能够对颗粒进行运移、松动、换热、和破碎，加快风淬喷口附近落地的高温颗粒凝固，并向冷渣器13进行运移。运移 冷却装置外墙可布置清堵器21，清理周围粘结架桥的颗粒。冷渣器13布置在后端，收集来自 运移冷却装置1和悬吊屏8拦截下来的高温颗粒，通过布置在冷渣器13滚筒表面的水冷壁面 和内部的冷却风进行换热。 [0051] 落地堆积颗粒换热模块前端布置的运移换热设备包括但不限于篦冷机、往复炉排、链条炉排、水冷振动炉排等形式，炉排上可以布置剪切刀，以便破碎粘结成团的颗粒。 [0052] 冷渣器13入口处布置破碎机11，将部分粘结成团颗粒进行破碎，然后由排料机12将高温颗粒送入冷渣器13中，破碎机包括但不限于辊式破碎机、颚式破碎机等形式的设备。 冷渣器13采用翻滚的方法进行料层疏松，并强化颗粒换热，并能够在翻滚的同时进行颗粒 与冷却风间的气固换热和颗粒与冷渣器水冷壁面间的固固换热。 [0053] 热风余热回收模块对冷却风的热量进行热回收，由省煤器9和余热锅炉10组成。在粒化仓2尾部汇总后的冷却风进入省煤器9进行换热，然后排出到余热锅炉10进行介质最后 的热回收。 [0055] 冷却风包括但不限于空气，CO2等其他形式换热流体。 [0056] 运移冷却装置外墙布置有吹灰器20、喷水冷却器22和清堵器21，清堵器21包括但不限于空气炮，仓壁振动器等其他形式的清堵设备。吹灰器20包括但不限于声波吹灰器等 其他形式可用于悬吊屏式换热器清灰清堵设备。喷水冷却器22包括但不限于任何形式的水 雾化或蒸汽喷射设备。 [0058] 风机18包括但不限于离心风机、高压离心风机等其他形式的风机。 [0059] 本系统的余热梯级利用思想包括利用此思想前提下布置的各类换热设备。 [0060] 本发明一种用于风淬粒化的余热回收系统的工作原理如下： [0061] 高温液态冶金渣通过溜渣槽流下，风淬喷口射出的高速气流与溜渣槽流出的渣液碰撞，渣粒被粒化成小的液滴，并在粒化仓内飞行，在飞行过程中液滴受到水冷壁、运移冷 却装置和风淬喷口来风的冷却，逐渐冷却凝固为渣粒，落到底部布置的运移冷却装置上，形 成颗粒料层，运移冷却装置篦板运动使得颗粒向尾部冷渣器移动。粒化仓尾部布置的悬吊 屏将飞行距离过远的颗粒提前进行拦截，使得颗粒掉入破碎机中，与运移冷却装置运输过 来的颗粒一起进行破碎，然后进入冷渣器中进行换热，冷渣器内水和冷却风通过套管式入 口送入冷渣器中冷却渣粒，冷渣器内冷却风与渣粒逆向流动，然后送入粒化仓尾部与粒化 仓中冷却风一起进入烟道进行后续流程，冷渣器内水换热后变为饱和水进入汽包。渣粒在 冷渣器内翻滚换热完成后排出冷渣器。 [0062] 综上所述，本发明一种用于风淬粒化的颗粒余热回收方法及系统，采用粒化仓内布置的水冷壁和悬吊屏回收风淬粒化飞行颗粒热量，采用运移冷却装置和冷渣器回收落地 颗粒热量，采用省煤器回收烟道内冷却风的热量。采用布置悬吊屏方法拦截飞行距离过远 颗粒，减小粒化仓前后长度；采用运移冷却装置对前端落地颗粒换热同时进行运输，运输到 运移冷却装置中换热，移动床对运移冷却装置运输来的颗粒和悬吊屏拦截颗粒进行收集换 热；几种换热装置及辅助设备相辅相成，构成风淬粒化颗粒余热回收系统，强化了风淬高温 颗粒换热，解决了风淬飞行颗粒换热、运输问题，减小了换热装置体积。 |
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