RU2846960C1 - Интегрированный способ сушки и устройство для сушки гранулированного шлака и шлама - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к способу и устройству для охлаждения и грануляции расплавленного шлака и сушки шлама, образующегося в процессе очистки сточных вод. Осуществляют смешивание расплавленного шлака с температурой ≥1300°С и стальных шаров в массовом отношении 1:50-100 в устройстве для охлаждающей обработки расплавленного шлака. Стальные шары поглощают тепло от расплавленного шлака, который охлаждается и измельчается с образованием гранулированного шлака с диаметром частиц менее или равным 150 мм и температурой ниже 400°С, при этом стальные шары, поглотившие тепло, имеют температуру 200-400°С. Гранулированный шлак и стальные шары, поглотившие тепло, выгружают. Стальные шары, поглотившие тепло, транспортируют в устройство для сушки шлама для смешивания с залитым в него шламом. Устройство для сушки шлама приводят во вращения для равномерного перемешивания стальных шаров и шлама и обмена теплом, при этом стальные шары, поглотившие тепло, высушивают шлам. Стальные шары и высушенный шлам разделяют при достижении заданного значения содержания влаги в шламе. Высушенный шлам и охлажденные стальные шары выгружают, при этом массовое отношение стальных шаров к залитому шламу составляет 2-10:1. Обеспечивается решение двух проблем, касающихся охлаждения расплавленного шлака и сушки шлама, при этом степень рециркуляции остаточного тепла расплавленного шлака значительно увеличивается. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к технической области рекуперации остаточного тепла из металлургического расплавленного шлака, в частности, к интегрированному способу сухой грануляции расплавленного шлака и сушки шлама и устройству для этого.

Уровень техники

Сейчас Китай является крупнейшим производителем стали в мире. Производство стали в Китае остается на первом месте в мире 16 лет подряд, намного опережая другие страны. В 2019 году производство стали в материковом Китае составило 996 миллионов тонн. Расплавленный шлак, образующийся в процессе производства стали, содержит большое количество тепла. С точки зрения энергосбережения, защиты окружающей среды и продвижения экономических преимуществ сталелитейных заводов совершенно необходимо извлекать тепло из доменного шлака и реализовывать использование ресурсов доменного шлака. Температура доменного шлака, выходящего из печи, обычно составляет от 1400 до 1550°С. Шлак содержит (1260-1880)×10³ кДж явного тепла/т, что эквивалентно теплотворной способности 60 кг стандартного угля. При производстве 1 т чугуна в качестве побочного продукта образуется 0,3 т доменного шлака, а при производстве 1 т стали - 0,13 т сталеплавильного шлака. Исходя из выплавки стали в количестве 996 миллионов тонн, можно рассчитать, что может быть получено не менее 428 миллионов тонн доменного и конвертерного шлаков, явная теплота которых эквивалентна 25,7 миллионов тонн стандартного угля.

В настоящее время способы обработки доменного шлака включают сухое охлаждение шлаковой шахты и закалку в воде. В способе сухого охлаждения шлаковой шахты расплавленный доменный шлак заливают в сухую шлаковую шахту для охлаждения на воздухе с затвердеванием с последующим охлаждением водой. Этот способ вызывает загрязнение подземных вод. При охлаждении выделяется большое количество водяного пара и одновременно выделяется большое количество газов H2S и SO2, что приводит к коррозии зданий, повреждению оборудования и ухудшению рабочей среды. Как правило, этот способ используют только для устранения последствий аварийных ситуаций. 90% доменного шлака в Китае перерабатывают способом закалки водой, а полученный водный гранулированный шлак используют для производства цемента, шлакового кирпича, шлакового порошка и теплоизоляционного наполнителя. Существует много способов закалки водой доменного шлака, и основные процессы обработки включают: ОСР, INBA, RASA, TYNA, МТС и т.д. Хотя способ закалки водой постоянно развивается, основой технологии является закалка доменного шлака путем распыления воды, его охлаждение, грануляция с получением водного гранулированного шлака, а затем отделение водного гранулированного шлака от воды. Закалочную воду подвергают отстаиванию и фильтрации, а затем рециркулируют.

Способ закалки водой не может фундаментально изменить характеристику водопотребления процесса грануляции шлака. Физическое тепло шлака почти полностью теряется. Выбросы SO₂, H₂S и других загрязняющих веществ в процессе закалки водой не только влияют на рабочую среду, но и загрязняют воздух. Способ закалки водой имеет следующие недостатки.

1. Высококачественный остаточный тепловой ресурс, содержащийся в доменном шлаке, расходуется впустую. Жидкий доменный шлак, имеющий температуру 1350°С-1450°С, выгружают из летки, измельчают и охлаждают водой под высоким давлением. При такой высокой температуре большая часть жидкой воды быстро газифицируется с образованием водяного пара, который выбрасывается в атмосферу, тем самым теряется много тепла, содержащегося в этой части водяного пара. С точки зрения эффективности использования энергии, остаточное тепло жидкого доменного шлака очень высокого качества и имеет большую ценность использования.

2. Огромное количество воды расходуется впустую. В процессе закалки водой давление воды превышает 0,2 МПа, а отношение шлака к воде составляет 1:10. На тонну шлака расходуется 0,8-1,2 т пресной воды. В настоящее время производство доменного чугуна в Китае превышает 680 миллионов тонн, годовой объем производства доменного шлака составляет около 200 миллионов тонн, а расход пресной воды на закалку шлака составляет около 200 миллионов тонн.

3. Образуются вредные газы, такие как SO₂ и H₂S, и загрязняют окружающую среду. В процессе закалки водой образуется большое количество H₂S и SO_x, которые выбрасываются в атмосферу вместе с водяным паром. Когда они накапливаются в определенной степени, они вызывают кислотные дожди.

В отношении рекуперации остаточного тепла доменного шлака, использование остаточного тепла, рекуперированного при закалке водой, ограничивается нагреванием остаточным теплом закалочной воды, подачей горячей воды в санузлы и т.д. Степень рекуперации остаточного тепла является низкой и составляет всего примерно 10%. Кроме того, использование ограничено по времени и площади. Летом и в районах без отопления эта часть энергии может быть только потрачена без пользы. Таким образом, популяризация и применение этого способа ограничены. В настоящее время актуальной темой в области разработки технологий рекуперации явного тепла из доменных шлаков является способ сухой рекуперации. Он является более водосберегающим и экологически безопасным, чем существующий способ закалки водой, и соответствует концепции экологически безопасного развития.

Более ранние способы, с помощью которых достигли определенных результатов, в основном, включают способ внутреннего охлаждения с вращающимся барабаном, способ грануляции на валках, способ закалки на воздухе, способ механического перемешивания, способ непрерывного литья и прокатки в Японии и способ центробежного вращающегося диска в Великобритании. Современные технологии имеют следующие проблемы.

1. Эффект грануляции не является хорошим, что не способствует дальнейшему использованию полученного гранулированного шлака. Холодный шлак, полученный в способе внутреннего охлаждения с вращающимся барабаном, выгружается в форме хлопьев. Такая форма не способствует дальнейшему использованию шлака. Распределение частиц гранулированного шлака по диаметрам, полученное в способе закалки на воздухе, является широким, что не способствует последующей обработке. Плоский пластинчатый шлак, полученный способом непрерывного литья и прокатки, имеет форму крупных хлопьев, что не способствует дальнейшему использованию шлака.

2. Качество подвергшегося теплообмену газа является невысоким. Для теплообмена в способе центробежного вращающегося диска используют псевдоожиженный слой. Слой засыпки подвергается интенсивному обратному перемешиванию. Температура на выходе невысокая, а именно, составляет 400-500°С. Качество энергии является низким, и высокотемпературный источник тепла используется неэффективно.

3. Эффективность рекуперации тепла является низкой. Внутренняя тепловая среда, используемая в процессе внутреннего охлаждения с вращающимся барабаном, поглощает примерно 40% явного тепла расплавленного шлака. Воздухопроницаемость плоского пластинчатого шлака высокой температуры, получаемого в способе непрерывного литья и прокатки, существенно влияет на эффективность теплообмена между холодным воздухом и стенкой с водяным охлаждением.

4. Степень затвердевания является невысокой, и добавленная стоимость низкая. Способ грануляции на валках является полузакалочной обработкой, и конечный продукт представляет собой наполнитель для бетона с низкой добавленной стоимостью. Частицы шлака, полученные в процессе механического перемешивания, имеют крупный и неравномерный размер, а степень затвердевания является невысокой, поэтому их можно использовать только в качестве дорожного материала.

5. Стоимость эксплуатации оборудования является высокой при больших капитальных затратах. Способ закалки на воздухе потребляет много энергии во время процесса грануляции, а скорость охлаждения в способе закалки на воздухе относительно низкая. Чтобы предотвратить прилипание гранулированного шлака к поверхности оборудования до его затвердевания, оборудование должно иметь большие размеры, что увеличивает капитальные затраты.

Применяемая в настоящее время технология закалки водой металлургических шлаков не только приводит к потере высококачественного остаточного тепла, содержащегося в доменном шлаке, но также вызывает потерю большого объема пресной воды. В то же время она вызывает очень серьезное загрязнение окружающей среды. Этот способ далек от того, чтобы адаптироваться к режиму развития новой ступени индустриализации и экономики замкнутого цикла, и его необходимо коренным образом изменить или отказаться от него. С другой стороны, способы сухой грануляции доменного шлака в настоящее время технически несовершенны, некоторые из них имеют низкую эффективность, некоторые из них влияют на характеристики шлака и снижают его добавленную стоимость, некоторые требуют больших капитальных затрат на оборудование и т.д. Эти проблемы не могут быть решены эффективно.

В последние годы наметилась очевидная тенденция роста образования шламов. В настоящее время общий годовой сброс сточных вод в Китае превышает 400×10⁸ т; годовой сброс сухого шлама составляет около 5,50×10⁶-6,00×10⁶ т; и количество продолжает увеличиваться. Одна из причин заключается в том, что население, обслуживаемое сетью канализационных труб, постоянно увеличивается, а другая причина заключается в том, что стандарты водоотведения становятся все более и более строгими.

Шлам обычно определяют в Китае как полутвердое или твердое вещество, образующееся в процессе очистки сточных вод, и он представляет собой сложное гетерогенное тело, состоящее из органических веществ, бактерий, неорганических частиц и коллоидов. Если классифицировать в зависимости от источника шлама, то в основном это шлам от систем водоснабжения, шлам промышленных сточных вод и шлам бытовых сточных вод. В зависимости от способа очистки сточных вод шлам можно разделить на следующие категории: первичный шлам, активированный шлам, гуминовый шлам, химический шлам и т.д. Содержание влаги в шламе, в основном, зависит от типа твердых частиц в шламе и размера частиц. Как правило, чем мельче твердые частицы и чем больше органического вещества содержит шлак, тем выше содержание воды в шламе. Содержание влаги или содержание твердого вещества в шламе тесно связано с объемом шлама. Например, когда содержание влаги в шламе падает с 95 до 90%, объем шлама уменьшается вдвое. Поэтому снижение содержания влаги в шламе шлама имеет большое значение.

Технология сушки шлама является предпосылкой и основой для осуществления обработки и использования ресурсов шлама. Традиционная технология сушки шлама требует больших энергетических затрат. При снижении содержания влаги в шламе с 80 до 20% потребление энергии на сушку одной тонны шлама превышает 740 кВт/ч электроэнергии, что эквивалентно примерно 90 кг стандартного угля. Это серьезно ограничивает разработку и применение технологии сушки шлама.

Краткое описание изобретения

Одной из целей настоящего изобретения является создание интегрированного способа сухой грануляции расплавленного шлака и сушки шлама, а также устройства для этого, в котором остаточное тепло расплавленного шлака высокой температуры используют для сушки шлама, чтобы реализовать скоординированную обработку, включающую охлаждение шлака, грануляцию шлака и сушку шлама. Таким образом решаются две сложные проблемы, касающиеся охлаждения расплавленного шлака высокой температуры и сушки шлама. Кроме того, степень рециркуляции остаточного тепла расплавленного шлака высокой температуры значительно увеличивается.

Для достижения вышеуказанной цели разработано техническое решение, представленное в настоящем изобретении, которое заключается в следующем.

Способ охлаждения и грануляции расплавленного шлака и сушки шлама, включающий стадии:

1) перемешивание шлака и шаров и выдержка:

смешивание расплавленного шлака высокой температуры и стальных шаров в массовом отношении 1:50-100 в устройстве для охлаждающей обработки расплавленного шлака, где расплавленный шлак высокой температуры и стальные шары полностью и равномерно перемешиваются, и происходит теплообмен путем переворачивания расплавленного шлака высокой температуры и стальных шаров, при этом стальные шары поглощают тепло от расплавленного шлака высокой температуры в то время как расплавленный шлак высокой температуры постепенно охлаждается и измельчается стальными шарами с образованием гранулированного шлака с диаметром частиц ≤150 мм и температурой ниже 400°С; при этом стальные шары, поглотившие тепло, имеют температуру 200-400°С;

2) разделение шлака и шаров:

выгрузка гранулированного шлака через механизм выгрузки шлака и выгрузка стальных шаров, поглотивших тепло, в желоб для стальных шаров высокой температуры;

3) сушка шлама:

транспортировка стальных шаров, поглотивших тепло, в устройство для сушки шлама через желоб для стальных шаров высокой температуры, для смешивания со шламом, залитым в устройство для сушки шлама, при этом устройство для сушки шлама приводят в состояние вращения с помощью приводного устройства, так что шлам и стальные шары в устройстве для сушки шлама переворачиваются и полностью и равномерно перемешиваются и обмениваются теплом, при этом шлам высушивается стальными шарами, поглотившими тепло; при этом стальные шары и высушенный шлам разделяют, когда содержание влаги в шламе достигает заданного значения; высушенный шлам выгружают через устройство для выгрузки сухого шлама, а стальные шары, охлажденные шламом, выгружают через выход; при этом массовое отношение стальных шаров к залитому шламу составляет 2-10:1.

В некоторых воплощениях настоящее изобретение обеспечивает интегрированный способ сухой грануляции расплавленного шлака и сушки шлама, включающий стадии:

1) перемешивание шлака и шаров и выдержка:

транспортировка расплавленного шлака высокой температуры и стальных шаров соответственно в устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака, при этом устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака приводят в состояние вращения с помощью приводного устройства, так что расплавленный шлак высокой температуры и стальные шары в устройстве для охлаждающей обработки расплавленного шлака переворачиваются и полностью и равномерно перемешиваются и обмениваются теплом, при этом стальные шары поглощают тепло от расплавленного шлака высокой температуры, в то время как расплавленный шлак высокой температуры постепенно охлаждается и измельчается стальными шарами с образованием гранулированного шлака с диаметром частиц ≤150 мм и температурой ниже 400°С; при этом гранулированный шлак и стальные шары разделяют, гранулированный шлак выгружают через механизм выгрузки шлака, а стальные шары, поглотившие тепло, выгружают в желоб для стальных шаров высокой температуры; при этом массовое отношение расплавленного шлака высокой температуры к стальным шарам составляет 1:50-100, и стальные шары, поглотившие тепло, имеют температуру 200-400°С;

2) сушка шлама:

транспортировка стальных шаров, поглотивших тепло, в устройство для сушки шлама через желоб для стальных шаров высокой температуры для смешивания с шламом, залитым в устройство для сушки шлама, при этом устройство для сушки шлама приводят в состояние вращения с помощью приводного устройства, так что шлам и стальные шары в устройстве для сушки шлама переворачиваются, полностью и равномерно перемешиваются и обмениваются теплом, при этом шлам высушивается стальными шарами, поглотившими тепло; стальные шары и высушенный шлам разделяют, когда содержание влаги в шламе достигает заданного значения; высушенный шлам выгружают через устройство для выгрузки сухого шлама, а стальные шары, охлажденные шламом, выгружают через выход; при этом массовое отношение стальных шаров к залитому шламу составляет 2-10:1.

Далее охлажденные стальные шары транспортируют и возвращают в устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака, тем самым образуя циклический процесс обработки.

Предпочтительно исходное содержание влаги в шламе составляет 30-95%, а содержание влаги в высушенном шламе составляет 3-10%.

Далее, после выгрузки гранулированного шлака механизмом выгрузки шлака, его собирают с помощью устройства для сбора холодного шлака и перемещают в расположенный ниже бункер для холодного шлака для последующей обработки и использования ресурса.

Кроме того, механизм выгрузки шлака расположен в хвостовой части устройства для охлаждающей обработки расплавленного шлака.

Далее высушенный шлам выгружают через устройство для выгрузки сухого шлама, собирают в сборник для сухого шлама, а затем направляют в расположенный ниже бункер для сухого шлама для последующей обработки и использования ресурса.

В соответствии с настоящим изобретением размер стальных шаров не ограничен особым образом, при условии, что они могут измельчать расплавленный шлак высокой температуры с образованием гранулированного шлака с диаметром частиц ≤150 мм. Примерный диаметр стального шара может составлять от 80 до 200 мм.

В интегрированном способе и процессе сухой грануляции расплавленного шлака и сушки шлама в соответствии с настоящим изобретением расплавленный шлак высокой температуры поступает в устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака через бункер для подачи расплавленного шлака, а стальные шары, используемые в качестве охлаждающей среды для расплавленного шлака, транспортируют из бункера для подачи расплавленного шлака в бункер для подачи расплавленного шлака и смешивают с расплавленным шлаком высокой температуры. Внутренняя стенка устройства для охлаждающей обработки расплавленного шлака снабжена проталкивающим механизмом для шлака и шаров (например, спиральной лопаткой). По мере вращения устройства для охлаждающей обработки расплавленного шлака стальные шары и расплавленный шлак высокой температуры равномерно перемешиваются, и расплавленный шлак высокой температуры постепенно охлаждается и измельчается стальными шарами. В то же время тепло передается от расплавленного шлака высокой температуры к стальным шарам. После охлаждения и измельчения расплавленного шлака высокой температуры образуется гранулированный шлак с диаметром частиц ≤150 мм и температурой ниже 400°С. Охлажденный и затвердевший гранулированный шлак выгружают через механизм выгрузки шлака в хвостовой части устройства для охлаждающей обработки расплавленного шлака, собирают устройством для сбора холодного шлака и переносят в расположенный ниже бункер для холодного шлака для последующей обработки и использования ресурса. Стальные шары, поглотив тепло, продолжают продвигаться по мере вращения устройства для охлаждающей обработки расплавленного шлака, и их выгружают в желоб для стальных шаров высокой температуры.

Температура стальных шаров, поглотивших тепло, составляет 200-400°С. Стальные шары транспортируют по желобу для стальных шаров высокой температуры, смешивают со шламом, транспортируемым устройством для транспортировки шлама, и поступают в устройство для сушки шлама. Внутренняя стенка устройства для сушки шлама также снабжена проталкивающим механизмом для шаров и шлама (например, спиральной лопаткой). Под действием проталкивающего механизма для шаров и шлама (например, спиральной лопатки) стальные шары и шлам транспортируют вперед, при этом выполняются перемешивание и сушка. Когда шлам высушивается до заданного содержания влаги в шламе, его выгружают через устройство для выгрузки сухого шлама в хвостовой части устройства для сушки шлама, собирают устройством для сбора сухого шлама, а затем направляют в расположенный ниже бункер для сухого шлам для последующей обработки и использования ресурса. Содержание влаги в высушенном шламе может быть установлена в соответствии с различными требованиями пользователей. Параметры процесса можно регулировать для достижения требуемого содержания влаги в высушенном шламе. Как правило, исходное содержание влаги в шламе составляет 30-95 мас. %, а содержание влаги в высушенном шламе может достигать 3-10 мас. %.

Стальные шары, выгружаемые из устройства для сушки шлама, поступают в желоб для стальных шаров низкой температуры, по которому стальные шары транспортируют в устройство для транспортировки стальных шаров. Под действием силы тяжести и проталкивающего механизма стальные шары выгружают из выхода устройства для транспортировки стальных шаров, и они попадают в бункер для подачи расплавленного шлака устройства для охлаждающей обработки расплавленного шлака. Таким образом, стальные шары могут двигаться циклично и многократно использоваться.

Устройство для интегрированного способа сухой грануляции расплавленного шлака и сушки шлама в соответствии с настоящим изобретением содержит:

устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака, имеющее цилиндрическую конструкцию, содержащее: проталкивающий механизм, расположенный на его внутренней стенке, бункер для подачи расплавленного шлака, расположенный на его входе, и механизм выгрузки шлака, расположенный на его выходе; при этом устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака снабжено первым приводным устройством, предназначенным для приведения его в состояние вращения;

стальные шары, устройство для транспортировки стальных шаров, соединенное со входом устройства для охлаждающей обработки расплавленного шлака, и желоб для стальных шаров высокой температуры, один конец которого соединен с выходом устройства для охлаждающей обработки расплавленного шлака;

устройство для сушки шлама, имеющее цилиндрическую конструкцию, содержащее: проталкивающий механизм, расположенный на его внутренней стенке, устройство для транспортировки шлама, расположенное на его входе, и устройство для выгрузки сухого шлама, расположенное на его выходе, при этом устройство для сушки шлама соединено со вторым приводным устройством, предназначенным для приведения его в состояние вращения; при этом вход устройства для сушки шлама соединен с другим концом желоба для стальных шаров высокой температуры.

В настоящем изобретении устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака используют для охлаждения расплавленного шлака, а устройство для сушки шлама используют для сушки шлама. Желоб для стальных шаров высокой температуры используют для приема стальных шаров высокой температуры, поступающих из устройства для охлаждающей обработки расплавленного шлака и отделенных от гранулированного шлака, так что их можно направлять в устройство для сушки шлама. Желоб для стальных шаров низкой температуры используют для приема стальных шаров, поступающих из устройства для сушки шлама и отделенных от высушенного шлама, так что их можно направлять в устройство для транспортировки стальных шаров.

Кроме того, устройство для интегрированного способа сухой грануляции расплавленного шлака и сушки шлама по настоящему изобретению дополнительно содержит желоб для стальных шаров низкой температуры, один конец которого соединен с выходом устройства для сушки шлама, а другой конец соединен со входом для стальных шаров устройства для транспортировки стальных шаров.

Кроме того, вход для стальных шаров устройства для транспортировки стальных шаров сообщается с выходом устройства для сушки шлама через желоб для стальных шаров низкой температуры; выход для стальных шаров устройства для транспортировки стальных шаров соединен с бункером для подачи расплавленного шлака устройства для охлаждающей обработки расплавленного шлака, и устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака сообщается со входом устройства для сушки шлама через желоб для стальных шаров высокой температуры.

Кроме того, вход для стальных шаров устройства для транспортировки стальных шаров сообщается с выходом устройства для сушки шлама через желоб для стальных шаров низкой температуры, а выход для стальных шаров устройства для транспортировки стальных шаров соединен с бункером для подачи расплавленного шлака устройства для охлаждающей обработки расплавленного шлака, так что устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака, устройство для транспортировки стальных шаров и устройство для сушки шлама расположены встык в треугольной конфигурации.

Предпочтительно устройство для транспортировки стальных шаров расположено так, что его выходной конец ориентирован наклонно вверх под углом наклона 25°-80° относительно горизонтальной плоскости.

Предпочтительно устройство для транспортировки стальных шаров имеет цилиндрическую конструкцию и содержит проталкивающий механизм, расположенный на его внутренней стенке, при этом устройство для транспортировки стальных шаров соединено с приводным устройством, предназначенным для приведения его в состояние вращения.

Предпочтительно устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака и устройство для сушки шлама расположены так, что между ними образован острый угол.

Предпочтительно устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака расположено горизонтально или расположено так, что его входной конец направлен наклонно вниз под углом наклона 0-45°, предпочтительно 5-15°.

Предпочтительно устройство для сушки шлама расположено горизонтально или расположено так, что его выпускной конец направлен наклонно вниз под углом наклона 0-15°.

Предпочтительно механизм выгрузки шлака и устройство для выгрузки сухого шлама снабжены устройством для сбора и выпуска остаточных газов.

Предпочтительно каждое из первого приводного устройства и второго приводного устройства содержат кольцевое зубчатое колесо, расположенное на устройстве для охлаждающей обработки расплавленного шлака или устройстве для сушки шлама, и ведущее зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с кольцевым зубчатым колесом, при этом ведущее зубчатое колесо расположено на выходном конце редуктора, соединенного с двигателем.

Предпочтительно третье приводное устройство содержит кольцевое зубчатое колесо, расположенное на устройстве для транспортировки стальных шаров, и ведущее зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с кольцевым зубчатым колесом, при этом ведущее зубчатое колесо расположено на выходном конце редуктора, соединенного с двигателем.

Предпочтительно проталкивающий механизм представляет собой спиральную лопатку.

В конструкции устройства для интегрированного способа сухой грануляции расплавленного шлака и сушки шлама по настоящему изобретению: благодаря размещению устройства для охлаждающей обработки расплавленного шлака, устройства для сушки шлама и устройства для транспортировки стальных шаров по настоящему изобретению реализуется не только быстрая грануляция расплавленного шлака высокой температуры и рекуперация остаточного тепла, но также реализуется сушка шлама; не только решается проблема эффективного использования остаточного тепла огромного количества расплавленного шлака в черной металлургии, но и открываются широкие перспективы для обработки и использования ресурсов городского шлама. Кроме того, в предпочтительной конструкции три устройства могут быть соединены встык и расположены в треугольной конфигурации для образования системы циклической обработки, так что устройство в целом будет более компактным и более эффективным.

В настоящем изобретении на механизме выгрузки шлака дополнительно обеспечено устройство для сбора и выпуска остаточных газов для сбора пыли, образующейся во время охлаждения и дробления расплавленного шлака высокой температуры, а затем для выпуска остаточных газов после последующей обработки с помощью соответствующего устройства для очистки остаточных газов для соответствия стандартам. Устройство для сбора и выпуска остаточных газов обеспечено на устройстве для выпуска сухого шлама для сбора остаточного газа, содержащего пыль и водяной пар, образующийся в процессе сушки шлама, а затем для выпуска остаточного газа после последующей обработки с помощью соответствующего устройства для очистки остаточных газов для соответствия стандартам, тем самым реализуя экологически безопасную обработку.

Устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака, устройство для сушки шлама и устройство для транспортировки стальных шаров снабжены опорными устройствами на обоих концах. Опорное устройство содержит опорные механизмы, включая опорное кольцо и опорное колесо. Угол наклона между каждым устройством и горизонтальной плоскостью можно регулировать посредством настройки опорного устройства.

В настоящем описании температура расплавленного шлака высокой температуры обычно составляет ≥1300°С, например, 1350-1500°С. После достаточного теплообмена со шламом температура стальных шаров высокой температуры обычно падает до 150°С или ниже (то есть до температуры описанных в этом документе стальных шаров низкой температуры).

Полезные эффекты настоящего изобретения включают следующее.

1. Охлаждение расплавленного шлака и сушку шлама осуществляют согласованно.

В соответствии с настоящим изобретением две разные технические области и отрасли, относящиеся к обработке расплавленного шлака и сушке шлама, органически связаны. Не только расплавленный шлак эффективно охлаждают и гранулируют, но также рекуперируют и эффективно используют остаточное тепло. Остаточное тепло, рекуперированное из расплавленного шлака, используют для достижения сушки шлама при низкой стоимости. Это не только решает сложную проблему эффективного использования остаточного тепла огромного количества расплавленного шлака в черной металлургии, но и открывает широкие перспективы по обработке и использованию ресурсов городских шламов. Одновременно решают две сложные задачи, связанные с охлаждением расплавленного шлака и сушкой шлама.

2. Процесс в целом согласно настоящему изобретению является быстрым, стабильным и непрерывным.

В настоящем изобретении стальные шары используют в качестве эффективной охлаждающей среды и теплоудерживающего устройства для непрерывной рекуперации тепла от расплавленного шлака и передачи тепла шламу, имеющему низкую температуру. Кроме того, стальные шары можно использовать многократно благодаря циклической передаче, так что расплавленный шлак и шлам можно обрабатывать стабильно и непрерывно.

3. Расплавленный шлак обрабатывают с высокой эффективностью.

Расплавленный шлак непрерывно и динамично охлаждают и гранулируют. Это устраняет недостатки долговременного статического охлаждения и медленного теплообмена в обычных процессах. Эффективность обработки расплавленного шлака значительно повышается.

4. Высокий коэффициент использования тепловой энергии расплавленного шлака.

Температура расплавленного шлака является высокой, и качество тепловой энергии, передаваемой расплавленным шлаком, является высоким. Однако, подобно огнеупорным материалам, расплавленный шлак имеет очень малую теплопроводность и медленно выделяет тепло. Передаваемую таким образом тепловую энергию трудно рекуперировать и использовать с помощью обычных процессов. Поскольку теплопроводность стали относительно велика, она может быстро поглощать и отдавать тепло. Таким образом, когда в качестве теплоносителя используют стальные шары, они могут быстро поглощать тепло расплавленного шлака и становиться стальными шарами с высокой температурой во время контакта и смешивания стальных шаров с расплавленным шлаком. Когда стальные шары, имеющие высокую температуру, смешиваются со шламом, они могут быстро высвобождать в нем тепло и передавать тепло шламу для достижения сушки шлама.

5. Шлам высушивают с высокой эффективностью.

В настоящем изобретении стальные шары, которые поглотили тепло, находятся в непосредственном контакте со шламом и многократно перемешиваются, так что площадь теплообмена большая, а эффективность сушки высокая.

6. Существует множество разновидностей и широкий ассортимент высушенного шлама.

В настоящем изобретении для сушки шлама используют стальные шары, поглотившие тепло. В качестве теплоносителя стальные шары имеют чистую поверхность. Расплавленный шлак и шлам не контактируют друг с другом, и, таким образом, расплавленный шлак и шлам не загрязняют друг друга. Следовательно, сушка шлама не ограничивается типом расплавленного шлака или типом шлама. Шлак доменной печи, конвертерный шлак и другой шлак могут обеспечивать тепло, и можно сушить как неорганический, так и органический шлам.

Описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема, иллюстрирующая конструкцию устройства для интегрированной сухой грануляции расплавленного шлака и сушки шлама в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 представлен вид в направлении А на фиг. 1.

На фиг. 3 представлен вид в направлении В на фиг. 1.

На фиг. 4 представлен вид в направлении С на фиг. 1.

Номера позиций включают: 1 - устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака; 2 - стальной шар; 3 - устройство транспортировки стальных шаров; 4 - желоб для стальных шаров высокой температуры; 5 - устройство для сушки шлама; 6 - желоб для стальных шаров низкой температуры; 7 - желоб для стальных шаров; 8 - устройство для сбора и выпуска остаточных газов; 9 - опорное устройство; 11, 31, 51 - проталкивающий механизм; 12 - бункер для подачи жидкого шлака; 13 - механизм выгрузки шлака; 14 - первое приводное устройство; 16 - устройство для сбора холодного шлака; 17 - бункер для холодного шлака; 18 - сборник для сухого шлама; 19 - бункер для сухого шлама; 52 - устройство для транспортировки шлама; 53 - устройство для выгрузки сухого шлама; 54 - второе приводное устройство; 32 - третье приводное устройство; 100 - шлак высокой температуры; 200 - шлам.

Подробное описание изобретения

Как показано на фиг. 1-4, устройство для интегрированной сухой грануляции расплавленного шлака и сушки шлама в соответствии с настоящим изобретением включает:

устройство 1 для охлаждающей обработки расплавленного шлака, имеющее цилиндрическую конструкцию, содержащее: проталкивающий механизм 11, установленный на его внутренней стенке, бункер 12 для подачи расплавленного шлака, установленный на его входе, и механизм 13 выгрузки шлака, установленный на его выходе; при этом устройство 1 для охлаждающей обработки расплавленного шлака снабжено первым приводным устройством 14, предназначенным для приведения его в состояние вращения;

стальные шары 2 и устройство 3 транспортировки стальных шаров, соединенное со входом устройства 1 для охлаждающей обработки расплавленного шлака;

желоб 4 для стальных шаров высокой температуры, один конец которого соединен с выходом устройства 1 для охлаждающей обработки расплавленного шлака;

устройство 5 для сушки шлама, имеющее цилиндрическую конструкцию, содержащее: проталкивающий механизм 51, установленный на его внутренней стенке, устройство 52 для транспортировки шлама, установленное на входе для шлама, и устройство 53 для выгрузки сухого шлама, установленное на выходе, при этом устройство 5 для сушки шлама соединено со вторым приводным устройством 54, предназначенным для приведения его в состояние вращения; при этом вход устройства 5 для сушки шлама соединен с другим концом желоба 4 для стальных шаров высокой температуры.

Кроме того, вход для стальных шаров устройства 3 транспортировки стальных шаров сообщается с выходом устройства 5 для сушки шлама через желоб 6 для стальных шаров низкой температуры, а выход для стальных шаров устройства 3 транспортировки стальных шаров соединен с бункером 12 для подачи расплавленного шлака устройства 1 для охлаждающей обработки расплавленного шлака через желоб 7 для стальных шаров, так что устройство 1 для охлаждающей обработки расплавленного шлака, устройство 3 транспортировки стальных шаров и устройство 5 для сушки шлама расположены встык в треугольной конфигурации.

Предпочтительно устройство 3 транспортировки стальных шаров расположено так, что его выходной конец ориентирован наклонно вверх под углом наклона 25°-80° относительно горизонтальной плоскости.

Предпочтительно устройство 3 транспортировки стальных шаров имеет цилиндрическую конструкцию и содержит проталкивающий механизм 31, расположенный на его внутренней стенке, при этом устройство 3 транспортировки стальных шаров соединено с третьим приводным устройством 32, предназначенным для приведения его в состояние вращения.

Предпочтительно устройство 1 для охлаждающей обработки расплавленного шлака расположено таким образом, что его впускной конец ориентирован наклонно вниз под углом наклона 0°-45°, предпочтительно 5°-15° относительно горизонтальной плоскости.

Предпочтительно устройство 5 для сушки шлама расположено горизонтально или расположено так, что его выходной конец направлен наклонно вниз под углом наклона 0°-15° относительно горизонтальной плоскости.

Предпочтительно механизм 13 выгрузки шлака и устройство 53 для выгрузки сухого шлама снабжены устройством 8 для сбора и выпуска остаточных газов.

Предпочтительно каждое из первого приводного устройства 14 и второго приводного устройства 54 содержат кольцевое зубчатое колесо, расположенное на устройстве для охлаждающей обработки расплавленного шлака или устройстве для сушки шлама, и ведущее зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с кольцевым зубчатым колесом, при этом ведущее зубчатое колесо расположено на выходном конце редуктора, соединенного с двигателем.

Предпочтительно третье приводное устройство 32 содержит кольцевое зубчатое колесо, расположенное на устройстве для транспортировки стальных шаров, и ведущее зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с кольцевым зубчатым колесом, при этом ведущее зубчатое колесо расположено на выходном конце редуктора, соединенного с двигателем.

Предпочтительно каждый из проталкивающих механизмов 11, 51, 31 представляет собой спиральную лопатку.

Предпочтительно устройство 1 для охлаждающей обработки расплавленного шлака, устройство 5 для сушки шлама и устройство 3 транспортировки стальных шаров снабжены опорными устройствами 9 на обоих концах.

Предпочтительно механизм 13 выгрузки шлака соединен с устройством 16 для сбора холодного шлака, и под устройством 16 для сбора холодного шлака расположен бункер 17 для холодного шлака.

Предпочтительно устройство 53 для выгрузки сухого шлама соединено со сборником 18 для сухого шлама, и ниже сборника 18 для сухого шлама расположен бункер 19 для сухого шлама.

Объединенный способ сухой грануляции шлака и сушки шлама по настоящему изобретению включает следующее.

1) Перемешивание шлака и шаров и выдержка

Расплавленный шлак 100 высокой температуры и стальные шары 2 сначала направляют во вращающееся устройство 1 для охлаждающей обработки расплавленного шлака через бункер 12 для подачи шлака для выполнения перемешивания шлака и шаров. Расплавленный шлак 100 высокой температуры постепенно охлаждается и измельчается стальными шарами 2 и передает свое тепло стальным шарам 2. Расплавленный шлак 100 высокой температуры постепенно охлаждается и измельчается стальными шарами с образованием гранулированного шлака, имеющего диаметр частиц ≤150 мм и температуру ниже 400°С. Гранулированный шлак выгружают через устройство 13 для выгрузки шлака в хвостовой части устройства 1 для охлаждающей обработки расплавленного шлака, собирают устройством 16 для сбора холодного шлака и перемещают в бункер 17 для холодного шлака, расположенный ниже, для последующей обработки и использования ресурса. Стальные шары 2 высокой температуры, поглотившие тепло, продолжают продвигаться вперед по мере вращения устройства 1 для охлаждающей обработки расплавленного шлака и выгружаются в желоб 4 для стальных шаров высокой температуры. Отношение массы расплавленного шлака высокой температуры к массе стальных шаров составляет 1:50-100, а температура стальных шаров, поглотивших тепло, составляет 200-400°С.

2) Сушка шлама

Стальные шары 2 высокой температуры транспортируют в устройство 5 для сушки шлама через желоб 4 для стальных шаров высокой температуры и смешивают на входе со шламом 200, залитым через устройство 52 для транспортировки шлама. Массовое отношение стальных шаров к залитому шламу составляет 2-10:1. Устройство 5 для сушки шлама вращается под действием второго приводного устройства 54, так что шлам 200 и находящиеся в нем стальные шары 2 переворачиваются, полностью и равномерно перемешиваются и обмениваются теплом. Шлам 200 высушивается с помощью стальных шаров 2 высокой температуры. Когда содержание влаги в шламе 200 достигает заданного значения, стальные шары 2 отделяют от шлама 200. Шлам 200 выгружают через устройство 53 для выгрузки сухого шлама, собирают в сборник 18 для сухого шлама и направляют в расположенный ниже бункер 19 для высушенного шлама для последующей обработки и использования ресурса. Охлажденные стальные шары 2 выгружают через выход.

Далее стальные шары 2, выгруженные из устройства 5 для сушки шлама, поступают в желоб 6 для стальных шаров низкой температуры, по которому стальные шары транспортируют в устройство 3 транспортировки стальных шаров. Под действием силы тяжести и проталкивающего механизма 31 стальные шары 2 выгружают из выхода устройства 3 транспортировки стальных шаров, и они поступают в бункер 12 для подачи расплавленного шлака устройства 1 для охлаждающей обработки шлака, образуя циклический процесс обработки.

Параметры управления процессом в примерах настоящего изобретения подробно приведены в таблице 1.

Claims (22)

1. Способ охлаждения и грануляции расплавленного шлака и сушки шлама, образующегося в процессе очистки сточных вод, включающий стадии:

1) смешивание расплавленного шлака высокой температуры, которая составляет ≥1300 °С и стальных шаров в массовом отношении 1:50-100 в устройстве для охлаждающей обработки расплавленного шлака, где расплавленный шлак высокой температуры и стальные шары полностью и равномерно перемешиваются, и происходит теплообмен путем переворачивания расплавленного шлака высокой температуры и стальных шаров, при этом стальные шары поглощают тепло от расплавленного шлака высокой температуры, в то время как расплавленный шлак высокой температуры постепенно охлаждается и измельчается стальными шарами с образованием гранулированного шлака с диаметром частиц менее или равным 150 мм и температурой ниже 400°С; при этом стальные шары, поглотившие тепло, имеют температуру 200-400°С;

2) выгрузка гранулированного шлака через механизм выгрузки шлака и выгрузка стальных шаров, поглотивших тепло, в желоб для стальных шаров высокой температуры;

3) транспортировка стальных шаров, поглотивших тепло, в устройство для сушки шлама через желоб для стальных шаров высокой температуры для смешивания со шламом, залитым в устройство для сушки шлама, при этом устройство для сушки шлама приводят в состояние вращения с помощью приводного устройства, так что шлам и стальные шары в устройстве для сушки шлама переворачиваются и полностью и равномерно перемешиваются и обмениваются теплом, при этом стальные шары, поглотившие тепло, высушивают шлам; стальные шары и высушенный шлам разделяют, когда содержание влаги в шламе достигает заданного значения; высушенный шлам выгружают через устройство для выгрузки сухого шлама, а охлажденные стальные шары выгружают через выход; при этом массовое отношение стальных шаров к залитому шламу составляет 2-10:1.

2. Способ по п. 1, в котором охлажденные стальные шары транспортируют и возвращают в устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака, образуя тем самым процесс циклической обработки.

3. Способ по п. 1, в котором исходное содержание влаги в шламе составляет 30-95 %, а содержание влаги в высушенном шламе составляет 3-10 %.

4. Устройство для охлаждения и грануляции расплавленного шлака и сушки шлама, образующегося в процессе очистки сточных вод, содержащее:

устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака, имеющее цилиндрическую конструкцию, содержащее проталкивающий механизм, расположенный на его внутренней стенке, бункер для подачи расплавленного шлака, расположенный на его входе, и механизм выгрузки шлака, расположенный на его выходе; при этом устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака снабжено первым приводным устройством, предназначенным для приведения его в состояние вращения;

стальные шары и устройство транспортировки стальных шаров, соединенное с входом устройства для охлаждающей обработки расплавленного шлака;

желоб для стальных шаров высокой температуры, имеющих температуру 200-400°С, один конец которого соединен с выходом устройства для охлаждающей обработки расплавленного шлака;

устройство для сушки шлама, имеющее цилиндрическую конструкцию, содержащее проталкивающий механизм, расположенный на его внутренней стенке, устройство транспортировки шлама, расположенное на его входе, и устройство для выгрузки сухого шлама, расположенное на его выходе, при этом устройство для сушки шлама снабжено вторым приводным устройством, предназначенным для приведения его в состояние вращения; при этом вход устройства для сушки шлама соединен с другим концом желоба для стальных шаров высокой температуры;

где устройство дополнительно содержит желоб для стальных шаров низкой температуры, один конец которого соединен с выходом устройства для сушки шлама, а другой конец соединен с входом для стальных шаров устройства транспортировки стальных шаров, при этом температура стальных шаров низкой температуры составляет 150°C или менее;

при этом вход для стальных шаров устройства транспортировки стальных шаров сообщается с выходом устройства для сушки шлама через желоб для стальных шаров низкой температуры, а выход для стальных шаров устройства транспортировки стальных шаров соединен с бункером для подачи расплавленного шлака устройства для охлаждающей обработки расплавленного шлака, так что устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака, устройство транспортировки стальных шаров и устройство для сушки шлама расположены встык в треугольной конфигурации.

5. Устройство по п. 4, в котором устройство транспортировки стальных шаров расположено так, что его выходной конец ориентирован наклонно вверх под углом наклона 25-80°.

6. Устройство по п. 4 или 5, в котором устройство транспортировки стальных шаров имеет цилиндрическую конструкцию и содержит проталкивающий механизм, расположенный на его внутренней стенке, при этом устройство транспортировки стальных шаров соединено с третьим приводным устройством, предназначенным для приведения его в состояние вращения.

7. Устройство по п. 4, в котором устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака и устройство для сушки шлама расположены так, что между ними образован острый угол.

8. Устройство по п. 4, в котором устройство для охлаждающей обработки расплавленного шлака расположено горизонтально или расположено так, что его входной конец направлен наклонно вниз под углом наклона 0-45°, предпочтительно 5-15°.

9. Устройство по п. 4, в котором устройство для сушки шлама расположено горизонтально или расположено так, что его выпускной конец направлен наклонно вниз под углом наклона 0-15°.

10. Устройство по п. 4, в котором механизм выгрузки шлака и устройство для выгрузки сухого шлама снабжены устройством для сбора и выпуска остаточных газов.

11. Устройство по п. 4, в котором каждое из первого приводного устройства и второго приводного устройства содержит кольцевое зубчатое колесо, расположенное на устройстве для охлаждающей обработки расплавленного шлака или устройстве для сушки шлама, и ведущее зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с кольцевым зубчатым колесом, при этом ведущее зубчатое колесо расположено на выходном конце редуктора, соединенного с двигателем.

12. Устройство по п. 6, в котором третье приводное устройство содержит кольцевое зубчатое колесо, расположенное на устройстве транспортировки стальных шаров, и ведущее зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с кольцевым зубчатым колесом, при этом ведущее зубчатое колесо расположено на выходном конце редуктора, соединенного с двигателем.

13. Устройство по п. 4 или 6, в котором проталкивающий механизм представляет собой спиральную лопатку.