УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИПЕЧНОЙ ГРАНУЛЯЦИИ ШЛАКА
APPARATUS FOR INFLOW SLAG GRANULATION

Изобретение относится к грануляции расплавленных шлаков у металлургических печей и предпочтительно может быть использовано, как припечная установка грануляции с частичным использованием тепла пара для очистки загрязненных технологических сбросов металлургических заводов путем каскадной выпарки с последующей конденсацией и получением конденсата для технологических целей.
Наиболее близкой к заявленной является установка для гранулирования расплавленного шлака, содержащая шлаковый желоб, гидрогранулятор для диспергации шлака, приемный бункер-отстойник с решеткой, переливным устройством и вытяжной трубой, эрлифт для откачки граншлака, соединенный с обезвоживателем карусельного типа, бак оборотной воды с насосами, соединенными с гидрогранулятором (SU 529132, публ. 1971 г.) [1].
Размещение решетки в бункере-отстойнике не обеспечивает надежность охлаждения частиц шлака в этом бункере. При этом решетка имеет размеры ячеек, не соответствующие другим параметрам установки и оборудования. Установка содержит эрлифт с недостаточной
износостойкостью, не имеет средства шламоудаления из камеры оборотной воды, а также - системы охлаждения оборотной воды, выбрасываемой в виде пара через вентиляционную трубу.
Эти недостатки частично устранены в установке (Патент США №3615329, публ. 1971 г.) [2]. Эта установка содержит желоб, сопла для подачи воды, бункер-смеситель, насосы для перекачки шлаководяной пульпы, отстойник, бак оборотной воды и подсоединенные к нему градирни для охлаждения оборотной воды с насосами для подачи ее к соплам. К недостаткам этой установки можно отнести безвозвратные потери тепла шлака и значительные энергетические затраты для охлаждения и перекачки оборотной воды и охлаждающего воздуха.
Заявленная установка для припечной грануляции шлака содержит желоб шлака, гидрогранулятор, соединенный с насосом подачи воды, приемный бункер-отстойник, снабженный решеткой, переливным устройством и камерой сбора парогазовых выделений с вытяжной трубой, эрлифт для откачки шлака, камеру эрлифта для откачки шлака, в которой размещены подъемная труба эрлифта с насадкой для подачи воздуха и труба для взмучивания граншлака перед всасывающим патрубком эрлифта, камеру оборотной воды, установка содержит обезвоживатель шлаковой пульпы и транспортеры граншлака. Отличается тем, что решетка приемного бункера -отстойника расположена на расстоянии 1-3 м. ниже уровня (отметки) переливного устройства и выполнена с размером ячейки от ¼ до ½ диаметра отверстия всасывающего патрубка эрлифта, при этом эрлифт выполнен из секций нержавеющих труб, футерованных камнелитыми трубами-вкладышами, а насадка для подачи воздуха - из износостойкого чугуна, причем всасывающий патрубок эрлифта выполнен диаметром от 1,0 до 0,8 диаметра подъемной трубы эрлифта.
Кроме того, обезвоживатель шлаковой пульпы установлен на вертикальном приводном валу в цельном цилиндрическом корпусе, соединенном с водосборником. В камере оборотной воды установлен шламовый эрлифт, соединенный с трубой для взмучивания шлака.
Размещение решетки в бункере-отстойнике на расстоянии 1-3 метра ниже уровня переливного устройства позволит обеспечить надежность охлаждения частиц шлака в этом бункере. А именно, при высокой интенсивности слива шлака, доходящей до 12 т/мин, шлаковая струя может диспергироваться не полностью, особенно при наличии жидкого чугуна. При глубине размещения решетки менее чем на 1 м ниже уровня переливного устройства это может привести к образованию на решетке спеков и завалов из кусков шлака, что недопустимо по условиям взрывобезопасности. А при глубине размещения решетки более чем на 3 м. ниже уровня переливного устройства, решетка может создать стесненные условия для движения шлама.
Ограничение размера ячейки решетки обусловлено тем, что при размере ячейки до ¼ диаметра отверстия всасывающего патрубка эрлифта для откачки граншлака, повышается возможность забивания решетки мелкими кусками шлаковых корок, отколовшихся от носка желоба, а при максимальном размере - ½ диаметра отверстия всасывающего патрубка эрлифта повышается вероятность забивания этого отверстия.
Выполнение эрлифта для откачки граншлака секционированным облегчает его сборку при монтаже и ремонте. При использовании нержавеющих секций повышается срок службы за счет химической стойкости, а при футеровке камнелитыми вкладышами повышается срок службы за счет противоабразивной стойкости.
Насадка для подачи воздуха в подъемную трубу эрлифта для откачки граншлака, выполненная из износостойкого чугуна, обеспечивает высокую абразивную стойкость в зоне ввода воздуха в эрлифт для откачки граншлака, где имеют место удары об стенку мелких кусков шлака, отрицательно влияющие на стойкость камнелитых вкладышей, подверженных к хрупкому разрушению.
Всасывающий патрубок эрлифта для откачки граншлака, выполненный диаметром более одного диаметра подъемной трубы приводит к вялому движению шлаководяной смеси. При его диаметре, меньшим 0,8 диаметра подъемной трубы, повышается вероятность забивания отверстия всасывающего патрубка этого эрлифта кусками шлака.
Выполнение обезвоживателя на вертикальном приводном валу в цельном цилиндрическом корпусе позволяет обеспечить герметичность обезвоживателя в зоне заполнения коробки и упростить привод вращения. Установка шламового эрлифта в камере оборотной воды обеспечивает непрерывное удаление шлама из этой камеры в камеру эрлифта для откачки граншлака. Соединение шламового эрлифта с трубой для взмучивания шлака перед всасывающим патрубком, размещенной в камере эрлифта для откачки граншлака, позволяет поддерживать заданное соотношение шлак: вода равным 1:2 и облегчить сход шлака по наклонной плоскости бункера-отстойника, взмучивая оседающий перед всасывающим патрубком эрлифта граншлак.
Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении надежности работы оборудования, увеличении срока службы установки в целом, в обеспечении компактности обезвоживателя и использовании тепла шлака, переданного пару для очистки стоков металлургического производства.
Заявляемая установка изображена на фиг.1-4. Она содержит желоб 1 для подачи жидкого шлака, под которым расположен гидрогранулятор 2 с соплами, соединенный с насосом подачи воды (не показан), бункер-отстойник 3, оборудованный решеткой 4, камерой сбора парогазовых выделений 5, вытяжной трубой 6. Установка содержит также камеру 7, в которую помещены подъемная труба 8 эрлифта с насадкой 9 для подачи воздуха в подъемную трубу 8, соединенная с насадкой труба 10 для взмучивания граншлака перед всасывающим патрубком 11 эрлифта для откачки граншлака. Подъемная труба эрлифта 8 выполнена из секций нержавеющих труб 12, футерованных камнелитыми вкладышами 13 и соединена с сепаратором 14.
Обезвоживатель 15 карусельного типа имеет водосборник 16 и бункер 17 обезвоженного граншлака, под которым установлен транспортный конвейер 18. Кроме того установка содержит камеру оборотной воды 19, соединенную с камерой 7, переливным устройством 20, насос оборотной воды 21, соединенный с гранулятором 2 и шламовый эрлифт 22, установленный в камере оборотной воды 19, теплообменник 23, сепаратор пара 24, эжектор 25, водосборник 26, насос подачи воды 27. Установка имеет трубопровод оборотной воды 28.
Установка работает следующим образом. Расплавленный шлак из доменной печи по желобу 1 стекает на поток воды, выходящей из сопел гранулятора 2. За счет физического и термического воздействия струй воды расплавленный шлак диспергируется и охлаждается. Окончательное охлаждение и затвердевание частиц шлака происходит при погружении их в воду бункера-отстойника 3, уровень которой поддерживается постоянным за счет перелива в камеру 19 оборотной воды через переливное устройство 18. Случайно попавшие в бункер-отстойник 3 негабаритные предметы и куски шлака задерживаются решеткой 4, расположение которой выбирается исходя из условий безопасного ведения процесса грануляции в пределах от 1 м до 3 м ниже уровня переливного устройства.
Охлажденные частицы шлака оседают в нижнюю часть бункера-отстойника 3 и через нижнее отверстие попадают в камеру 7, где установлен эрлифт для откачки граншлака. Граншлак под действием воздуха, вводимого в воздушную насадку 9 и в подъемную трубу 8 после предварительного взмучивания водой из водовода, поднимается по подъемной трубе 8 в сепаратор 14, откуда самотеком сливается в обезвоживатель 15 карусельного типа, состоящий из 18 коробок с сетчатыми днищами. При вращении обезвоживателя 15 каждая коробка последовательно проходит операции: заполнения пульпой, фильтрования воды через сетчатое днище и слой шлака и выгрузки граншлака в бункер 17. Отфильтрованная вода поступает в водосборник 16 и по трубе в нижней части отводится в бункер-отстойник 3. В случае переполнения коробки вода через верх переливается в водосборник 16.
Выгружаемый в бункер 17 граншлак, имея влажность 15-20% и температуру около 80°C, поступает через питатель на один из конвейеров 18 и удаляется на склад. Отработавший в эрлифте воздух из сепаратора 14 удаляется в вытяжную трубу. Оборотная вода из бункера-отстойника 3 переливается через переливное устройство 20 и камеру 7 в камеру 19 оборотной воды и насосом 21 подается в гранулятор 2 на очередной цикл грануляции. Шламовый эрлифт 22 обеспечивает подачу воды на вмучивание граншлака перед всасывающим патрубком 11 эрлифта для откачки граншлака.
Образующийся при этом пар локализуется в камере парогазовых выделений 5 и за счет самотяги трубы 6 просасывается через теплообменник 23, где пар конденсируется и стекает обратно в бункер-отстойник 3. Тепло пара через стенку теплообменника 23 передается подлежащей очистке воде, которая в нагретом состоянии поступает в сепаратор пара 24, где за счет разрежения, создаваемого эжектором 25, испаряется, а пар засасывается в эжектор и, смешиваясь с чистой, более холодной водой, попав в зону повышенного давления эжектора 25, конденсируется и в виде жидкости поступает в водосборник 26. Из водосборника часть воды засасывается насосом 27 и подается обратно в эжектор. Конденсат через переливное устройство сливается, как чистая подпиточная вода в оборотную систему завода. При необходимости остаточное тепло воды отдается поступающей на очистку воде.
При снабжении установки теплообменником, установленным в паровом тракте, появляется возможность полноценного использования низкопотенциального тепла системы мокрой грануляции, которая выгодно отличается от других схем использования тепла шлака, например сухой грануляции тем, что граншлак мокрой грануляции обладает более высокой гидравлической активностью (до 2 раз). В то же время предлагаемая схема использования низкопотенциального тепла реально позволяет получать ценный продукт, а именно очищенную воду, имеющую большое значение для тех районов, где имеется недостаток пресной воды, как технической, так и питьевой. Для доменных печей, расположенных на морском побережье, предлагаемая схема полноценно решает проблемы утилизации низкопотенциального тепла для получения опресненной воды.
3
3
3
При тщательной реализации данной схемы утилизации тепла возможно достичь коэффициента полезного действия использования тепла пара до 70% не считая того, что можно обеспечить конденсацию 90% пара, получающегося при грануляции шлака. Например, на охлаждение 1 т шлака с температурой 1400-1500°C затрачивается около 0,5 м воды, которая в виде пара выбрасывается в атмосферу. При выходе шлака 1 млн.т в год в виде пара теряется 0,5 млн.м технической воды. При конденсации этого пара по предлагаемой схеме можно получить свежего дополнительного конденсата из морской воды более 1-1,5 млн.м с использованием эффекта испарения в вакууме (в вакуум-выпарных аппаратах).
Кроме того, расположение решетки в бункере-отстойнике на расстоянии от 1 до 3 м ниже уровня переливного устройства позволяет значительно сократить возможность образования завалов на решетке, следовательно, и повысить взрывобезопасность и надежность работы установки, снизить частоту ремонтов и повысить качество граншлака.
Предлагаемая схема использования тепла шлака может быть применима как для испарительной очистки загрязненных стоков металлургического производства, так и опреснения морской воды, используя многоступенчатые вакуум-выпарные системы.
Кроме того, установка снабжена теплообменником для конденсации пара с одновременным подогревом загрязненной воды или морской воды, циркулирующей в теплообменнике, который соединен с сепаратором, подключенным к системе вакуумирования для получения вторичного пара, полученного при пониженных параметрах каскадно в несколько ступеней. Установка содержит транспортеры граншлака для отгрузки его на склад.