高爐熔渣氣淬余熱回收初探①

李書(shū)磊 李雙鋒

(1:洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽(yáng)471039；2:東風(fēng)(十堰)特種商用車有限公司 湖北十堰442012)

目前，在高爐煉鐵生產(chǎn)中，高爐渣的處理工藝主要是利用高壓水將高爐渣沖制成水渣，再經(jīng)過(guò)渣水分離，沖渣水循環(huán)使用，水渣可作為水泥原料、混凝土骨料等。主要方法包括因巴法(INBA)、底濾法(OCP)、圖拉法(TYNA)、拉薩法(RASA)、明特克法(MTC)等[1-3]。對(duì)于水沖渣處理工藝而言，不但浪費(fèi)大量的水，以及熔渣中的熱量，而且會(huì)產(chǎn)生H2S 等有毒氣體。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多科學(xué)工作者和鋼鐵企業(yè)逐漸認(rèn)識(shí)到現(xiàn)有水沖渣處理工藝的不合理性，開(kāi)始研究熔融態(tài)高爐渣進(jìn)行干法處理的生產(chǎn)工藝研究[4-7]。干法處理熔融態(tài)高爐渣工藝不但可以節(jié)約大量水資源，而且可將熔渣高爐渣的顯熱進(jìn)行部分回收，可以用于供暖、發(fā)電等。高爐渣干法處理工藝主要包括風(fēng)淬法、轉(zhuǎn)筒粒化法、離心?；ǖ确绞健?/p>

1 前言

高爐熔渣氣淬工藝主要依靠高壓高速氣流對(duì)高爐熔渣進(jìn)行處理，達(dá)到冷卻的目的，通過(guò)傳送裝置被運(yùn)至料場(chǎng)，用作水泥廠生產(chǎn)水泥的原料。其工藝路線如下圖1所示。

圖1 氣淬工藝路線

其工藝方法為：

(1)控制系統(tǒng)發(fā)出指令，渣灌小車進(jìn)入工作預(yù)備位，熔融高爐渣由渣溝通過(guò)溜槽流入渣灌小車；(2)熔融高爐渣進(jìn)入渣灌小車后，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)發(fā)出指令，開(kāi)啟噴射系統(tǒng)電源，噴射系統(tǒng)進(jìn)入工作準(zhǔn)備狀態(tài)；(3)控制系統(tǒng)檢查渣灌小車的位置無(wú)誤后，發(fā)出指令打開(kāi)渣灌小車下方塞棒機(jī)構(gòu)，熔融高爐渣流出進(jìn)入高爐渣冷卻器；(4)熔融態(tài)高爐渣在噴射系統(tǒng)高速氣流的沖擊下，在高爐渣冷卻器內(nèi)迅速被高速氣流破碎，高爐渣飛行過(guò)程中在空氣阻力和表面張力的作用下，逐漸收縮成橢球狀或球狀顆粒，從而被破碎成細(xì)小的高溫固態(tài)高爐渣顆粒，并在高爐渣冷卻器內(nèi)被冷卻；(5)高溫固態(tài)高爐渣顆粒在高爐渣冷卻器內(nèi)被完成收集，溫度約為900℃；(6)900℃高溫固態(tài)高爐渣顆粒進(jìn)入余熱鍋爐，余熱鍋爐則將高溫固態(tài)高爐渣顆粒的余熱回收，并產(chǎn)生中溫中壓蒸汽(3.82MPa，450℃)，高溫固態(tài)高爐渣顆粒在余熱鍋爐里面被冷卻，控制系統(tǒng)檢測(cè)高溫固態(tài)高爐渣顆粒為180℃下時(shí)被排出，冷卻后的固態(tài)高爐渣顆粒被轉(zhuǎn)運(yùn)收集運(yùn)送至料場(chǎng)。

2 高爐熔渣氣淬處理系統(tǒng)

高爐熔渣氣淬處理系統(tǒng)如圖2所示，主要設(shè)備主要由渣灌小車(1)、噴射系統(tǒng)(2)、高爐渣冷卻器(3)、余熱鍋爐(4)、控制系統(tǒng)(5)、轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)(6)組成的高爐熔渣氣淬處理系統(tǒng)。

圖2 高爐熔渣氣淬處理系統(tǒng)1-渣灌小車;2-噴射系統(tǒng);3-高爐渣冷卻器;4-余熱鍋爐;5-控制系統(tǒng);6-轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

渣灌小車(1)布置于軌道之上；噴射系統(tǒng)(2)位于渣灌小車(1)的下方，熔融高爐渣被噴射系統(tǒng)(2)噴出的高壓氣流破碎成900℃左右的高溫固態(tài)高爐渣顆粒；高爐渣冷卻器(3)將其在飛行過(guò)程中冷卻；高爐渣冷卻器(3)設(shè)有水冷壁，用于高溫固態(tài)高爐渣的冷卻；控制系統(tǒng)(5)則用于渣灌小車(1)在軌道上的位置檢測(cè)、熔融高爐渣流動(dòng)速度控制以及噴射系統(tǒng)(2)高壓氣體流量的調(diào)節(jié)、高爐渣冷卻器(3)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和固態(tài)高爐粒溫度的測(cè)量；轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)(6)用于冷態(tài)固態(tài)高爐渣顆粒的轉(zhuǎn)運(yùn)收集。

2.1渣灌小車

渣灌小車的功能主要是將熔融的高爐渣從渣溝導(dǎo)入噴射系統(tǒng)上方，將熔融高爐渣從渣溝轉(zhuǎn)運(yùn)至噴射系統(tǒng)，并控制熔融高爐渣的流速。渣灌小車安裝在高爐渣冷卻器上部，采用自帶動(dòng)力的輪式結(jié)構(gòu)。

主要包括：車體、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、軌道、導(dǎo)向溜槽、塞棒機(jī)構(gòu)、拖鏈等。車體主要用于承接一定量的熔融高爐渣，將其通過(guò)導(dǎo)向溜槽進(jìn)入高爐渣冷卻器。車體載著熔融高爐渣可在軌道上實(shí)現(xiàn)一定距離的運(yùn)動(dòng)。車體和導(dǎo)向溜槽內(nèi)設(shè)耐材，以提高設(shè)備的可靠性和使用壽命。

圖3 渣灌小車

2.2噴射系統(tǒng)

噴射系統(tǒng)安裝于高爐渣冷卻器端面，采用雙U型噴嘴結(jié)構(gòu)，所用的氣體為空氣或氮?dú)猓ㄟ^(guò)法蘭與高壓氣體管路連接。

2.3高爐渣冷卻器

離開(kāi)渣灌小車的高爐渣在噴射系統(tǒng)高壓氣體的作用下被細(xì)碎成為細(xì)小的高溫高爐渣顆粒，高溫高爐渣顆粒在飛行過(guò)程中冷卻、凝固，最終高溫高爐渣顆?；渲粮郀t渣冷卻器旋轉(zhuǎn)筒體內(nèi)部，并從高爐渣冷卻器的另一端排出。

高爐渣冷卻器傾斜安裝于基礎(chǔ)之上，主傳動(dòng)系統(tǒng)采用“電機(jī)—聯(lián)軸器—硬齒面減速器”的結(jié)構(gòu)形式。采用硬齒面減速器，具有體積小，大速比、大扭矩、高壽命，耐沖擊等特點(diǎn)。另一端設(shè)有慢速驅(qū)動(dòng)裝置，微動(dòng)時(shí)通過(guò)爪型離合器使筒體正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，以便于高爐渣冷卻器的安裝、調(diào)試和維修；當(dāng)高爐渣冷卻器正常工作時(shí)，爪型離合器使微動(dòng)電機(jī)與減速機(jī)脫離。

高爐渣冷卻器筒體采用合金鋼板卷制成圓筒后自動(dòng)焊接而成，滾圈采用鍛件與各段筒體焊接為一體；焊接后的筒體采用整體退火、整體加工工藝；保證了筒體、滾圈、大齒圈中心線的一致性，使設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，震動(dòng)與噪音大大減小，提高整機(jī)使用壽命。高爐渣冷卻器共設(shè)有四個(gè)托輥用于支撐筒體和物料的重量，筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)是靠開(kāi)式齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，轉(zhuǎn)動(dòng)筒體的滾圈與托輥?zhàn)飨鄬?duì)滾動(dòng)。

由于筒體傾斜安裝，因此設(shè)置了擋輥以限制筒體沿軸向移動(dòng)，并且承受部分軸向力，擋輥具有可調(diào)性，當(dāng)筒體偏離正常工作位置過(guò)大時(shí)，要及時(shí)調(diào)整擋輥使筒體處于正常位置而安全工作。

圖4 高爐渣冷卻器1-入口閥門;2-筒體;3-傳動(dòng)系統(tǒng);4-進(jìn)出水口;5-噴射系統(tǒng);6-底座

在各部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分全部采用迷宮型密封防護(hù)罩，以防止粉塵及物料泄漏；并采用大排氣孔的給礦口罩、排料溜槽與排氣罩結(jié)構(gòu)，更有利于粉塵和廢氣的排出，大大改善了工作環(huán)境。

高爐渣冷卻器為高溫高爐渣顆粒提供了較長(zhǎng)的飛行時(shí)間，使其得到充分冷卻；為防止高溫高爐渣顆粒與高爐渣冷卻器內(nèi)壁粘接，在高爐渣冷卻器的側(cè)壁設(shè)置水冷壁。水冷壁為全膜式水冷壁管，管內(nèi)通入冷卻水，進(jìn)一步對(duì)高爐渣顆粒進(jìn)行冷卻。循環(huán)水泵將與空氣換熱后的低溫冷卻水打入高爐渣冷卻器入水口。低溫冷卻水在高爐渣冷卻器膜式管內(nèi)流動(dòng)，水被加熱到150℃左右。一部分熱水引出本系統(tǒng)作為其他系統(tǒng)供熱之用，另一部分熱水被引入到空氣加熱器管組。150℃左右的熱水在管內(nèi)流動(dòng)，與管外的冷空氣充分換熱后溫度降至40℃左右，經(jīng)循環(huán)泵增壓后重新進(jìn)入高爐渣冷卻器。考慮到本系統(tǒng)的水平衡，必須設(shè)置補(bǔ)給水泵，以補(bǔ)充等量的冷水(與供熱用水水量相等)。經(jīng)高爐渣冷卻器進(jìn)一步冷卻后，高溫高爐渣顆粒溫度控制在900-1000℃。

圖5 余熱鍋爐

2.4余熱鍋爐

900-1000℃的高溫高爐渣顆粒需進(jìn)入余熱鍋爐內(nèi)再次被冷卻，高溫高爐渣顆粒與鍋爐管壁直接接觸進(jìn)行換熱，余熱鍋爐將產(chǎn)生中溫中壓蒸汽(3.82MPa，450℃)，產(chǎn)生的中溫中壓蒸汽可并入蒸汽管網(wǎng)，也可用于余熱發(fā)電系統(tǒng)推進(jìn)汽輪機(jī)發(fā)電。

余熱鍋爐為單壓、立式、自然循環(huán)高溫固體顆粒余熱鍋爐，主要由進(jìn)料口、高溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器、上級(jí)蒸發(fā)器、下級(jí)蒸發(fā)器、高溫省煤器、低溫省煤器、出口排料裝置、鍋筒、管道、平臺(tái)扶梯、護(hù)板及保溫等部件組成。余熱鍋爐本體采用碳鋼管箱結(jié)構(gòu)，管箱內(nèi)外壁之間用H型鋼連接，保證剛性，從而充分保證鍋爐能夠承受一定的內(nèi)壓。

此外，在余熱鍋爐的物料進(jìn)口處設(shè)有料位和溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用來(lái)監(jiān)測(cè)物料高度和進(jìn)出口物料溫度；在鍋爐進(jìn)口處設(shè)有膨脹節(jié)，可以保證鍋爐自由向上膨脹；高溫過(guò)熱器管束采用順列布置，做成膜式結(jié)構(gòu)，大大提高受熱面積。

高溫高爐渣顆粒通過(guò)進(jìn)料口呈自然角度堆積在整個(gè)爐膛截面之內(nèi)，通過(guò)控制、調(diào)節(jié)爐膛下設(shè)電動(dòng)卸料閥實(shí)現(xiàn)進(jìn)料與出料的動(dòng)態(tài)平衡，在保證爐膛內(nèi)部受熱面完全被物料覆蓋的前提下，物料以大約2mm/s的速度緩慢向下移動(dòng)，依次通過(guò)高溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器、高溫蒸發(fā)器、低溫蒸發(fā)器、高溫省煤器、低溫省煤器完成換熱后經(jīng)若干個(gè)電動(dòng)卸料閥排出。

此外，余熱鍋爐還配有安全閥、壓力表、水位計(jì)、排污裝置、測(cè)溫儀表、保護(hù)裝置等。

2.5轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

高溫高爐渣顆粒在余熱鍋爐內(nèi)被冷卻，顯熱被回收，當(dāng)溫度達(dá)到180℃以下時(shí)，高爐渣顆粒被排放進(jìn)入轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)采用帶式輸送機(jī)，將180℃以下的冷態(tài)高爐渣顆粒輸送至料場(chǎng)。皮帶機(jī)上設(shè)有電子皮帶秤、高溫輻射計(jì)及超溫灑水裝置。電子皮帶秤對(duì)冷態(tài)高爐爐渣進(jìn)行連續(xù)稱量，稱量值與設(shè)定值的偏差值饋給控制系統(tǒng)，將排渣量控制在穩(wěn)定的設(shè)定值范圍內(nèi)，當(dāng)高溫輻射計(jì)檢測(cè)到高爐渣顆粒溫度超過(guò)設(shè)定值上限時(shí)，啟動(dòng)噴水裝置降溫，保護(hù)皮帶機(jī)。

3 總結(jié)

與傳統(tǒng)的水沖渣工藝方式相比，該高爐渣氣淬余熱回收工藝生產(chǎn)的高爐渣形貌可控、具有降低新冷卻水耗、提高余熱品質(zhì)和發(fā)電能力、提高余熱發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行安全性和減少污染物排放等諸多優(yōu)勢(shì)。