高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法技术方案

本发明专利技术公开了高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法，所述熔渣离心粒化余热回收系统包括中间包、粒化单元、移动床、混合器、余热锅炉单元及换热器；所述粒化单元包括粒化器、粒化仓水冷壁和底部流化床；其特征在于：该方法包括如下步骤：A、中间包设计：设计中间包储渣容量及中间包的形状和结构尺寸；B、粒化器设计；C、粒化仓水冷壁设计：根据粒化后炉渣液滴飞行速度，确定粒化仓的结构尺寸，选定水冷壁布置位置及方式，设计水冷壁的结构参数，根据粒化仓内粒化颗粒的放热量，通过传热计算获得流经水冷壁的冷却水流量；D、流化床设计；E、移动床设计；F、余热锅炉单元设计；H、混合器设计；本发明专利技术可广泛应用在钢铁、电力等领域。

The method of establishing the centrifugal granulation waste heat recovery system of high temperature liquid slag

The invention discloses a method for creating a high temperature liquid slag centrifugal granulation waste heat recovery system, which comprises a tundish, a granulation unit, a moving bed, a mixer, a waste heat boiler unit and a heat exchanger; the granulation unit comprises a granulation unit, a granulation bin water wall and a bottom fluidized bed; the method comprises the following steps: A. tundish Design: design the storage capacity of the tundish and the shape and structure size of the tundish; B. design of the granulator; C. design of the water wall of the granulation Bin: determine the structure size of the granulation bin according to the flying speed of the slag droplets after granulation, select the location and mode of the water wall layout, design the structure parameters of the water wall, and obtain the flow through heat transfer calculation according to the heat release of the granulation particles in the granulation bin The invention can be widely used in the fields of iron and steel, electric power, etc.

【技术实现步骤摘要】
高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法
本专利技术涉及熔渣离心粒化余热回收系统，具体涉及一种高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法。
技术介绍
高炉炼铁过程中将会间断排放出温度高达1450-1550℃的高温液态熔渣，其中蕴含了大量热量。现目前，绝大多数钢铁厂都采用了传统水淬法处理熔渣。在水淬过程中，熔渣直接被高压水流破碎，并实现极速冷却和凝固过程，得到的产物具有很高的玻璃体含量，一般用作水泥熟料的添加料。然而，由于水淬法所固有的工艺特点，导致了其存在无法回收熔渣余热、水资源浪费、水体污染和大气污染、后期干燥能耗高等问题。为了克服水淬法的诸多缺点，并实现熔渣的余热回收，国内外学者提出了诸如风淬法、机械破碎法、滚筒法以及离心粒化法等干式粒化余热回收思路。其中，离心粒化法具有粒化品质高、处理量大、系统紧凑等优点，已成为世界公认最优的熔渣余热回收技术。熔渣离心粒化余热回收系统的核心流程是从高炉间断排出的高温熔渣流通过中间包形成连续熔渣流，渣流在高速转动的粒化器作用下破碎成细小的熔渣液滴，这些高温熔渣液滴在粒化仓中的飞行及与粒化仓水冷壁碰撞和之后的沉降过程中通过辐射换热、冲击换热和对流换热而急速冷却，形成表面结壳的半熔融渣粒，落入位于粒化仓底部的流化床中进行进一步冷却，从而形成高玻璃体含量的高温固体渣粒，此外，流化床还可避免颗粒由于再辉而堆积粘接。流化风在与流化渣粒及上部粒化仓中飞行液滴换热后从粒化仓上部排出。随后固态炉渣颗粒群从流化床排入移动床，移动床中设置有埋管式水冷受热面，从移动床底部进入的冷却风和进入埋管的冷却水与移动床中自上而下的渣粒群进行逆向换热，渣粒形成低温的玻璃相固态渣后排出。从粒化仓排出的热风和移动床排出的热风在混合器中混合后经过高温除尘器除尘后进入余热锅炉，从移动床埋管受热面排出的热水进入余热锅炉中与热风换热，形成高参数蒸汽。为了回收余热锅炉排气的余热，在移动床前设置换热器单元，采用余热锅炉出口低温空气加热来自粒化仓水冷壁的冷却水。迄今为止，高温液态熔渣离心粒化及余热回收技术尚处于研发阶段，未见工业化应用实例，该技术所涉及的相关主体设备及系统的构建及设计方法也尚属空白，而在熔渣离心粒化及余热回收系统的设计过程中，由于流股物性变化大，流股之间存在逆流流动或循环流动等特性引起计算量大且繁复等诸多问题。本专利技术通过对系统各单元的设计参数和运行参数，以及系统流程结构进行分析，根据不同用户的个性化输入，确定系统各单元设计参数的并准确预测运行系统中的工况参数，为钢铁厂高炉渣干式处理系统改造设计工作提供有力支持，实现熔渣离心粒化及余热回收系统快速设计。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法，所述熔渣离心粒化余热回收系统包括中间包、粒化单元、移动床、混合器、换热器和余热锅炉单元；所述粒化单元包括粒化器、粒化仓水冷壁和流化床；其特征在于：该熔渣离心粒化余热回收系统创建方法包括如下步骤：A、中间包设计：根据高炉排渣规律、排渣方式及粒化器处理流量设计中间包储渣容量，再根据中间包出渣口与粒化器进渣口的距离、粒化器的高度、中间包与高炉出渣口的高度差、现场空间位置等参数，设计中间包的的形状和结构尺寸。B、粒化器设计：B1、根据工程实际应用对象，确定需要获得的炉渣平均粒径。B2、根据粒化器处理量选取粒化器型式、材质及结构参数。B3、选择粒径预测关联式和粒化器强度计算式，计算获得满足强度要求的粒化器运行转速。B4、判断粒化器运行速度是否合理，若不合理则返回B2。B5、根据粒化器运行转速计算粒化后炉渣液滴飞行速度。B6、为对粒化器进行热防护，在粒化器底部设计强化冷却肋片及冷却腔室，确定肋片布置及冷却腔室结构尺寸。B7、选择粒化器底部冷却风的风速，计算冷却风的雷诺数，选择肋化表面强迫对流换热关联式，计算得到粒化器底部肋化表面对流换热系数；冷却风雷诺数Rer用于表征粒化器冷却腔中的空气流动状况；普朗特数Prw用于表征粒化器冷却腔中空气物性对流动传热过程的影响；努赛尔数Nuf用于表征粒化器冷却腔内对流换热强烈程度。B8、根据粒化器表面温度低于材料许用温度100℃的原则，确定粒化器表面温度，并根据熔渣来流温度、粒化器结构参数及材料导热系数、固态熔渣导热系数、粒化器底部肋化表面对流换热系数等参数计算获得粒化器表面上渣壳厚度及粒化器底部壁面温度。B9、根据粒化器结构尺寸及运行转速，判断渣壳厚度是否合理，如果不合理，返回B6。C、粒化仓水冷壁设计：粒化仓水冷壁为钢制环形中空腔体或膜式水冷壁，运行时腔体中或水冷壁管中通入冷却水，用于回收粒化仓中熔渣的辐射热和熔渣撞击壁面时的热量，水冷壁外设置有隔热层和保温层用于保温。根据粒化后炉渣液滴飞行速度，从而确定粒化仓的结构尺寸，选定水冷壁布置位置及方式，设计水冷壁的结构参数，根据粒化仓内粒化颗粒的放热量，通过传热计算获得流经水冷壁的冷却水流量。D、流化床设计：按照流态化手册，依据经典流化床设计流程，根据来自粒化仓的熔渣颗粒流量、炉渣平均粒径、炉渣温度及物性参数、冷却风进口风温，计算临界流化风速，设计流化床结构布置，计算得到流化床的结构设计参数和工况设计参数；通过实验关联式计算流化床的床层压降及换热量，获得冷却风出口风温。E、移动床设计：根据选定的耦合风冷及埋管式水冷的移动床设计流程，基于热平衡和传热计算得到风侧和水侧的换热量及运行工况参数，设计合理的移动床。F、余热锅炉单元设计：根据余热锅炉设计规范，确定蒸汽参数，基于混合室输出的风量及风温，以及来自移动床的工质水的流量及温度参数，设计计算获得余热锅炉的结构及尺寸。G、换热器设计：为了回收余热锅炉排气的余热，在移动床前设置换热器单元，采用余热锅炉出口低温空气加热来自粒化仓水冷壁的冷却水；根据换热器设计规范进行结构设计。H、混合器设计，将粒化仓出口和移动床出口的热空气进行混合，待输送进入余热锅炉，这里仅进行物质质量计算和能量计算。根据本专利技术所述的高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法的优选方案，所述粒化仓水冷壁设计方法包括：C1、根据粒化器的处理量及粒化后炉渣液滴飞行速度，确定粒化仓的结构尺寸，选定水冷壁布置位置及方式。C2、计算水冷壁的换热面积。C3、确定进入水冷壁的冷却水进/出口水温、以及熔渣液滴初始温度及离开粒化仓的渣温。C4、通过实验关联式计算熔渣液滴对水冷壁的辐射换热，以及液滴/颗粒撞击水冷壁条件下的换热系数，从而计算获得水冷壁管外等效换热系数。C5、根据粒化器的处理量，计算获得粒化仓内粒化颗粒的放热量，通过热平衡计算获得流经水冷壁的冷却水流量。C6、根据由流化床进入粒化仓的冷却风流量和风温、通过实验关联式计算冷却风对飞行熔渣液滴/颗粒的对流换热系数，根据粒化器的处理量，计算确定粒化仓冷却风出口风温。C7、选择隔热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法，所述熔渣离心粒化余热回收系统包括中间包、粒化单元、移动床、混合器、预热器及余热锅炉单元；所述粒化单元包括粒化器、粒化仓水冷壁和流化床；其特征在于：该创建方法包括如下步骤：/nA、中间包设计：根据高炉排渣规律、排渣方式及粒化器处理流量设计中间包储渣容量，再根据中间包出渣口与粒化器进渣口的距离、粒化器高度、中间包与高炉出渣口的高度差、现场空间位置等参数设计中间包的形状和结构尺寸；/nB、粒化器设计：/nB1、根据工程实际应用对象，确定需要获得的炉渣平均粒径；/nB2、根据粒化器处理量选取粒化器型式、材质及结构参数；/nB3、选择粒径预测关联式和粒化器强度计算式，计算获得满足强度要求的粒化器运行转速；/nB4、判断粒化器运行速度是否合理，若不合理则返回B2；/nB5、根据粒化器运行转速计算粒化后炉渣液滴飞行速度；/nB6、为对粒化器进行热防护，在粒化器底部设计强化冷却肋片及冷却腔室，确定肋片布置及冷却腔室结构尺寸；/nB7、选择粒化器底部冷却风的风速，计算冷却风的雷诺数，选择肋化表面强迫对流换热关联式，计算得到粒化器底部肋化表面对流换热系数；/nB8、根据粒化器表面温度低于材料许用温度100℃的原则，确定粒化器表面温度，并根据熔渣来流温度、粒化器结构参数及材料导热系数、固态熔渣导热系数、粒化器底部肋化表面对流换热系数等参数，计算获得粒化器表面上渣壳厚度及粒化器底部壁面温度；/nB9、根据粒化器结构尺寸及运行转速，判断渣壳厚度是否合理，如果不合理，返回B6；/nC、粒化仓水冷壁设计：根据粒化后炉渣液滴飞行速度，从而确定粒化仓的结构尺寸，选定水冷壁布置位置及方式，设计水冷壁的结构参数，根据粒化仓内粒化颗粒的放热量，通过传热计算获得流经水冷壁的冷却水流量；/nD、流化床设计：按照流态化手册，依据经典流化床设计流程，根据来自粒化仓的熔渣颗粒流量、炉渣平均粒径、炉渣温度及物性参数、冷却风进口风温，计算临界流化风速，设计流化床结构布置，计算得到流化床的结构设计参数和设计工况参数；通过实验关联式计算流化床的床层压降及换热量，获得冷却风出口风温；/nE、移动床设计：根据选定的耦合风冷及埋管式水冷的移动床设计流程，基于热平衡和传热计算得到风侧和水侧的换热量及运行工况参数，设计合理的移动床；/nF、余热锅炉单元设计：根据余热锅炉设计规范，确定蒸汽参数，基于混合室输出的风量及风温，以及来自移动床的工质水的流量及温度参数，设计计算获得余热锅炉的结构及尺寸；/nG、换热器设计：为了回收余热锅炉排气的余热，在移动床前设置换热器单元，采用余热锅炉出口低温空气加热来自粒化仓水冷壁的冷却水；根据换热器设计规范进行结构设计；/nH、混合器设计：将粒化仓出口和移动床出口的热空气进行混合，待输送进入余热锅炉。/n...

【技术特征摘要】
1.高温液态熔渣离心粒化余热回收系统创建方法，所述熔渣离心粒化余热回收系统包括中间包、粒化单元、移动床、混合器、预热器及余热锅炉单元；所述粒化单元包括粒化器、粒化仓水冷壁和流化床；其特征在于：该创建方法包括如下步骤：
A、中间包设计：根据高炉排渣规律、排渣方式及粒化器处理流量设计中间包储渣容量，再根据中间包出渣口与粒化器进渣口的距离、粒化器高度、中间包与高炉出渣口的高度差、现场空间位置等参数设计中间包的形状和结构尺寸；
B、粒化器设计：
B1、根据工程实际应用对象，确定需要获得的炉渣平均粒径；
B2、根据粒化器处理量选取粒化器型式、材质及结构参数；
B3、选择粒径预测关联式和粒化器强度计算式，计算获得满足强度要求的粒化器运行转速；
B4、判断粒化器运行速度是否合理，若不合理则返回B2；
B5、根据粒化器运行转速计算粒化后炉渣液滴飞行速度；
B6、为对粒化器进行热防护，在粒化器底部设计强化冷却肋片及冷却腔室，确定肋片布置及冷却腔室结构尺寸；
B7、选择粒化器底部冷却风的风速，计算冷却风的雷诺数，选择肋化表面强迫对流换热关联式，计算得到粒化器底部肋化表面对流换热系数；
B8、根据粒化器表面温度低于材料许用温度100℃的原则，确定粒化器表面温度，并根据熔渣来流温度、粒化器结构参数及材料导热系数、固态熔渣导热系数、粒化器底部肋化表面对流换热系数等参数，计算获得粒化器表面上渣壳厚度及粒化器底部壁面温度；
B9、根据粒化器结构尺寸及运行转速，判断渣壳厚度是否合理，如果不合理，返回B6；
C、粒化仓水冷壁设计：根据粒化后炉渣液滴飞行速度，从而确定粒化仓的结构尺寸，选定水冷壁布置位置及方式，设计水冷壁的结构参数，根据粒化仓内粒化颗粒的放热量，通过传热计算获得流经水冷壁的冷却水流量；
D、流化床设计：按照流态化手册，依据经典流化床设计流程，根据来自粒化仓的熔渣颗粒流量、炉渣平均粒径、炉渣温度及物性参数、冷却风进口风温，计算临界流化风速，设计流化床结构布置，计算得到流化床的结构设计参数和设计工况参数；通过实验关联式计算流化床的床层压降及换热量，获得冷却风出口风温；
E、移动床设计：根据选定的耦合风冷及埋管式水冷的移动床设计流程，基于热平衡和传热计算得到风侧和水侧的换热量及运行工况参数，设计合理的移动床；
F、余热锅炉单元设计：根据余热锅炉设计规范，确定蒸汽参数，基于混合室输出的风量及风温，以及来自移动床的工质水的流量及温度参数，设计计算获得余热锅炉的结构及尺寸；
G、换热器设计：为了回收余热锅炉排气的余热，在移动床前设置换热器单元，采用余热锅炉出口低温空气加热来自粒化仓水冷壁的冷却水；根据换热器设计规范进行结构设计；
H、混合器设计：将粒化仓出口和移动床出口的热空气进行混合，待输送进入余热锅炉。


2.根据权利要求1所述的高温液态熔渣离心粒化余...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱恂，谭煜，王宏，廖强，丁玉栋，程旻，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50