CN107674932A - 一种高效冶金用热风产生方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效冶金用热风产生方法及装置；将热风炉烟气全部用于预热燃气，提高燃气预热温度，可降低废烟气排烟温度；利用其他热源如前置燃烧产生的高温烟气、冶金渣余热回收等产生热空气，可显著提高助燃空气预热温度，降低燃气耗用量；分别采用助燃风全量换热产中温空气或与前置燃烧配合换热产高温空气的方式，可适应多种工况和设备状况。通过燃气和助燃空气预热过程的能量分配，实现了能量的最优化利用，经过高效预热的燃气和助燃空气燃烧后可提高冶金入炉风温，增强冶炼强度、降低焦比。本方法具有热品位高、热利用率高、设备简单、操作方便、投资运行成本低等特点。实现了冶金用热风生产和热能回收，具有显著的经济效益。

Description

一种高效冶金用热风产生方法及装置

技术领域

本发明涉及一种冶金用热风高品位、低成本的生产和热能回收方法，特别是热风炉废烟气全部用于预热燃气，利用其他热源产生热空气，混合燃烧产生高温气体用于提高热风炉风温并节省燃料，属于冶金能源和能源回收利用及环保领域。

背景技术

在冶金工业的炼铁、炼钢及火法有色冶金生产过程中，需要1000℃以上的高风温来提供热量。这一高风温通常由热风炉产生，利用燃气燃烧加热蓄热体，再将蓄热体的热量置换到送入冶金炉的空气中，由此完成了冶金炉热风炉的换热过程。热风温度的提高可降低冶金炉燃料比，提高冶金炉的利用效率提高产量，降低成本。因此提高热风的温度对于降低整个钢铁有色工业的能耗具有重要意义。预热燃气和助燃空气可以有效提高热风温度，但由于燃气和助燃空气的预热温度受到热风炉的排烟温度和热管工作温度的限制，且燃气以低热值的高炉煤气为主，目前普遍存在送风温度不高和耗能问题。如何找到有效的提高热风温度的方法并尽可能提高热风炉的换热效率、稳定性，是改善热风炉高效送风的目标。

对此，科技工作者探索了多种提高热风炉送风温度的技术，如向高炉煤气中添加高热值的焦炉煤气、热风炉自身预热、前置燃烧预热等。

向高炉煤气中添加焦炉煤气或转炉煤气的技术，其原因在于焦炉煤气和转炉煤气热值较高，添加后产生的混合燃气热值提高，燃烧换热产生的热风温度也大幅度提高。但是由于焦炉煤气和转炉煤气来源不广泛，价格较高，从成本上考虑并不经济。

自身预热助燃空气技术是利用热风炉向高炉送风后的余热来预热助燃空气，该项技术可提高助燃空气预热温度，高炉风温提高近200℃。但此法只能预热助燃空气，而煤气消耗量增加，烟气热量未能充分利用，且由于送风后的预热使蓄热室内的热量透支，对热风炉构件的寿命有很大影响，热风炉送风前后风温波动较大，均不利于高炉的操作。

前置预热技术采用两级预热，第一级预热采用热风炉排出的低温烟气同时对助燃空气、高炉煤气进行预热；第二级预热采用前置燃烧炉燃烧产生的高温烟气依次对一级预热后的助燃空气和高炉煤气预热，可使送风温度达到1250～1310℃。但此工艺二级预热后的烟气排烟温度高，有一部分热量浪费，热利用效率低；所采用的分离型换热器设备外型巨大使得维修复杂，占地空间大，增加投资；需额外使用大量高炉煤气，运行投入增加。

对热风炉系统而言，目前的主要问题在于预热热源不合理、热风温度难以提高及燃气消耗量大，因此提高热风炉送风温度技术的重难点在于如何找到合适的预热热源，并使热源得到高品位的利用，兼顾热风温度的提高和燃气用量的节省。

热风炉系统有多种预热热源可以利用，如其他工业炉的排出的烟气等，但由于排烟温度低，烟气量及成分不定，因此预热效果不尽理想。要想使得回收的热量得到高品质的利用，就要使回收介质具有较高的温度。而在冶金工业的炼铁、炼钢及火法有色冶金生产过程中，会产生大量高温熔融冶金渣，如炼铁炉中产生的高炉渣、钢渣，有色金属冶炼产生铜渣、铅渣、锌渣等，其出炉温度通常在1400～1600℃左右，每生产一吨金属或钢可产生350～480kg冶金渣，因此回收利用冶金渣的余热对冶金行业节能减排，提高能源效率，有着十分重要的意义。可将其考虑作为热风炉预热技术的热源之一。冶金渣的热能回收和热能利用于热风炉两个环节结合达到整个过程和系统高价值、高效率和低成本才能得到广泛的应用。因此，从熔融冶金渣中所回收热能的高价值、低成本利用是一个关系到冶金渣热能回收利用于热风炉能否得到广泛应用的另一个重要的技术环节。

本发明的目的即在于，开发有效的冶金用热风生产和热能回收方法，通过燃气和助燃空气预热过程的能量分配，减少热损失，实现能量的最优化利用，在保证冶金渣迅速粒化形成玻璃体、不影响后续作水泥原料的条件下，实现高品位、低成本地回收冶金渣的余热用于热风炉系统，提高产出热风温度、节约燃气用量，降低设备造价和运行成本的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高品位、低成本的冶金用热风生产和热能回收方法，本发明将热风炉烟气全部用于预热燃气，可提高燃气预热温度，同时由于被预热介质初始温度低，可降低废烟气排烟温度，大大提高热风炉系统热利用率；利用其他热源如前置燃烧产生的高温烟气、冶金渣余热回收等产生热空气，可显著提高助燃空气预热温度，降低燃气耗用量；分别采用助燃风全量换热产中温空气或与前置燃烧配合换热产高温空气的方式，可适应多种工况和设备状况。通过燃气和助燃空气预热过程的能量分配，实现了能量的最优化利用，经过高效预热的燃气和助燃空气燃烧后可提高冶金入炉风温，增强冶炼强度、降低焦比。本发明实现了高品位、低成本的冶金用热风生产和热能回收，具有显著的经济效益，为解决本领域的技术经济难题提供技术手段。本方法具有热品位高、热利用率高、设备简单、操作方便、投资运行成本低等特点。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种高效冶金用热风产生方法，其特征在于热风炉废烟气全部用于预热燃气，利用其他热源产生热空气，所述热空气与经预热后的燃气通入热风炉系统混合燃烧为产生向冶金炉压送的热风提供热源。

所述高效冶金用热风产生方法，其特征在于热风炉废烟气全部用于预热燃气，所述利用其他热源产生的热空气为经过前置燃烧换热产生的前置燃烧高温空气混合后的高温空气，或经过前置燃烧换热产生的前置燃烧高温空气与其他热源产生的高温空气混合后的高温空气。

所述高效冶金用热风产生方法，其特征是至少由如下过程组成：

(1)高温冶金渣热能回收过程：从高温冶金渣回收热能产生高温空气的高温冶金渣热能回收过程；以热风炉加热所需要的助燃空气量送入高温冶金渣热能回收系统与高温冶金渣换热产生高温空气；

(2)高温空气的冶金炉热风利用过程：将所述高温冶金渣热能回收过程得到的高温空气用于冶金炉热风利用的高温空气的冶金炉热风利用过程；高温空气通入热风炉系统与已经通过热风炉废气预热后的燃气混合进行燃烧，为产生向冶金炉压送的热风提供热源。

所述高效冶金用热风产生方法，其特征是至少由如下过程组成：

(1)高温冶金渣热能回收过程：从高温冶金渣回收热能产生高温空气的高温冶金渣热能回收过程；以产生700℃以上高温空气为目标向高温冶金渣热能回收系统送入定量的空气，所述送入的空气与高温冶金渣换热产生700℃以上的高温空气；

(2)高温空气的冶金热风鼓风利用过程：将所述高温冶金渣热能回收过程得到的高温空气用于冶金热风鼓风利用的高温空气的冶金热风鼓风利用过程；所述高温空气与经过前置燃烧换热产生的前置燃烧高温空气混合后通入热风炉系统，与已经通过热风炉废气预热后的燃气混合进行燃烧，为产生向冶金炉压送的热风提供热源。

所述高效冶金用热风产生方法，其特征是将从冶金炉流出的熔融冶金渣快速冷却生成粒化颗粒或/和粒化颗粒冷却产生的热空气用于冶金鼓风的预热，具体设置在鼓风机出口与热风炉底部冷风入口之间或在鼓风机出口与热风炉相应温度段冷风入口之间，加热过程采用间接接触加热或蓄热换热方式加热。

所述高温冶金渣热能回收过程，其特征在于从高温冶金渣回收热能产生高温空气的高温冶金渣热能回收过程至少由从冶金炉流出的熔融冶金渣快速冷却使其生成冶金渣粒化颗粒的熔融冶金渣粒化产热空气过程、和所述冶金渣粒化过程得到的冶金渣粒化颗粒进一步冷却的粒化颗粒冷却产热空气过程组成。

所述高温冶金渣热能回收过程，其特征在于熔融冶金渣粒化过程是向冶金炉流出的熔融冶金渣喷水急速冷却；或直接用高压空气冲击熔融的高温渣使其变成小粒径颗粒；或直接用高压空气冲击熔融的高温渣使其变成小粒径颗粒，细颗粒在下落过程中与冷却空气接触冷却；或直接用高压空气冲击熔融的高温渣使其变成小粒径颗粒，细颗粒在散落过程中与冷却水雾接触冷却；或直接用与水混合的高压空气冲击熔融的高温渣使其变成小粒径颗粒，在其下落过程中与空气接触；或由旋转的圆盘通过离心力将熔融冶金渣碎裂成小颗粒同时用空气冷却；或由旋转的圆盘通过离心力将熔融的高温渣碎裂成小颗粒同时喷水冷却；或由粒化空气对熔融冶金渣进行吹散，形成冶金渣粒化颗粒，并在颗粒飞出方向上分成大、小颗粒区域降落并分别收集，小颗粒直接进入粒化颗粒冷却产热空气过程或其他热交换过程，大颗粒进入二次粒化过程，二次粒化过程采用空气或水或空气与水的混合物与大颗粒接触的方式实现。

所述高温冶金渣的热能回收利用方法的装置，其特征是熔融冶金渣粒化后的颗粒冷却产热空气过程是在移动床换热塔中通过空气与粒化颗粒直接接触实现的；所述移动床换热塔至少由移动床换热塔外壳、位于塔上部的高温粒化颗粒入口、位于塔下部的颗粒出口、位于塔上部的气体出口，位于塔下部的气体入口组成；移动床内设置有与水平线平行或小于15°夹角的开孔床层板，开孔床层板设有颗粒下落口，开孔床层板的颗粒入口侧和颗粒下落口侧分别位于床层板的两端位置，颗粒入口侧与移动床换热塔塔壁相连接，沿塔高方向多层设置开孔床层板，相邻的开孔床层板的颗粒入口侧与颗粒下落口侧在换热塔内不同侧交替布置，相邻层的开孔床层板之间留有冶金渣粒化颗粒流动通道。

所述高温冶金渣热能回收过程的装置，其特征是熔融冶金渣变成小粒径颗粒后粒化颗粒冷却产热空气过程是在回转式换热器中通过空气与粒化颗粒直接接触实现的；所述回转式换热器至少由回转式换热器外壳、位于换热器上部的高温粒化颗粒入口、位于换热器下部的颗粒出口、位于换热器上部的气体出口，位于换热器下部的气体入口组成；在所述回转式换热器中回转圆筒的径向方向设置有颗粒分散机构，颗粒分散机构分为圆筒周边颗粒分散机构和圆内颗粒分散机构，或颗粒分散机构为在圆筒内壁上布置径向长短不同的分散板。

具体说明如下：

热风炉通过燃烧助燃空气和燃气产生的热量对冶金鼓风进行加热，加热产生高温冶金鼓风通入冶金炉中参与冶炼。提高助燃空气、燃气或冶金鼓风的预热温度可以有效提高热风炉最终产出的冶金鼓风的风温。稳定的高温热风可以有效地减少冶金炉内风口前燃烧焦炭量，降低焦比，使燃料充分燃烧而进一步提高燃烧的温度，大大增加冶炼强度。

本发明所述的高效冶金用热风产生方法主要包括两个过程：热源余热回收产生高温气体过程和所回收的热能利用与热风炉系统过程；本说明以高温熔融冶金渣作为热风炉系统的预热热源为例进行说明，在实际应用下，当采用其他热源进行预热时，本方案同样适用。

熔融冶金渣回收热能产生高温气体过程主要通过粒化装置和粒化颗粒冷却装置完成。从冶金炉中流出的1400℃～1600℃的熔融冶金渣流入粒化装置的熔融冶金渣导入口，被经过预热的粒化气体吹散进入粒化装置，在气流方向上由所设置的分隔挡板分成大颗粒和小颗粒的两个沉降区域。为了实现粒化颗粒能够在很短的时间内迅速降温，保证冶金渣的玻璃体结构以便用作水泥原材料，小颗粒可由底部向小颗粒聚集区吹入空气或水与空气混合物，使其迅速降温至900℃以下，之后再送入粒化颗粒冷却产热气体过程的装置进行换热冷却；而大颗粒由于颗粒内部存在未完全凝固的熔融渣，且冷却速度慢，所以大颗粒导入二次粒化器中，向其中吹入气流或水或水与空气混合物对其进行二次粒化。二次粒化过程可在短时间内将大颗粒完全粒化成小颗粒，并降温至900℃以下后送往粒化颗粒冷却装置进行换热冷却。大颗粒的二次粒化既保证了熔融冶金渣的完全粒化和玻璃体比例，又得以用较少量的粒化气体实现了熔融冶金渣的粒化和玻璃体化，并得到高温气体。进行二次粒化产生的热气体或粒化装置的外壁冷却产生的热气体用于粒化气流的预热，可以提高粒化气体的入口温度，在与熔融冶金渣进行快速换热后产生600～700℃的高温气体，提高了作为热风炉系统的助燃空气或其他热源使用时的价值。

除此方法之外，粒化过程还可采用冷却水通过进水机构高压水枪快速向冶金渣帘喷水，熔渣在高压水冲击作用下被吹起分散，迅速粒化成热渣并降温至表面不发生粘结的温度。粒化的过程还可由旋转圆盘配合空气或冷却水进行。即熔融态的冶金渣由排渣口排出进入粒化装置后，经由装置下部的圆管下落至以一定角速度旋转的圆盘中心位置，圆盘的边缘有一圈垂直挡板，以防止熔融液滴或粒化颗粒甩出。熔融粘结的冶金渣在圆盘摩擦力和离心力的作用下得以分散成液滴，此时设置在旋转圆盘两侧的高压鼓风机或高压水枪呈一定倾斜角度向圆盘表面喷吹压缩空气或水雾进行直接接触换热降温。冶金渣的粒化也可采用高压水汽的方式，鼓风机产生的高压空气与高压水枪喷水结合产生高速高效的冷却介质，对高温熔渣进行冲击，熔渣分散成小粒径液滴并在下落过程中与周围空气直接接触换热并固化，下落时可加吹逆流空气进行加速冷却，也可适当增加水汽压力和流量，使得熔渣在下落过程中即可完成粒化。具体使用哪种粒化方法应视具体的设备条件和实际工业应用情况进行选择。

粒化后的900℃以下的高温粒化颗粒通过移动床换热塔或回转式换热器实现粒化颗粒的冷却并产生热气体。粒化颗粒在移动床换热塔内设置的开孔床层板上与穿过开孔床层板的气体接触换热后，从开孔床层板的颗粒下落口落下进入下一层开孔床层板，再与气体接触换热，依次落下逐层换热降温至150℃左右的渣粒自塔底的颗粒出口排出，降温后的粒化颗粒供给水泥厂作为生产水泥的原料。冷却介质自塔底部向上吹入塔内，穿过各个床层板的孔隙与冶金渣粒化颗粒进行热量交换，完成换热的气流温度将达到600～800℃，可直接作为热风炉系统的助燃空气或其预热热源使用。在实际应用中，热气体进入旋风除尘器以去除气体中的大颗粒粉尘，收集的粉尘与排出的低温粒化颗粒混合作为生产水泥的原料。

在采用回转式换热器冷却粒化颗粒时，高温粒化颗粒进入换热器内随着换热器的回转在换热器内旋转下行，从处于回转式换热器低位的颗粒出口排出，冷却介质从换热器低位的气体入口进入，与粒化颗粒逆流流动接触换热，在回转圆筒的径向方向设置的颗粒分散机构作用下将粒化颗粒抛出，均匀分散在换热器内部，增大了与热空气的传热面积和效率，使粒化颗粒在旋转前进过程中增大传热路程和分散效果，大幅提高了换热效果。经过换热降温至150℃左右的渣粒自颗粒出口排出，供给水泥厂作为生产水泥的原料使用。完成换热的气流温度将达到600～800℃，进入旋风除尘器去除气体中的大颗粒粉尘后送往热风炉系统。

粒化过程和粒化颗粒的冷却过程存在着多种热能品位的热源，在回收热能过程中科学的梯级利用能够有效的提高热能利用效果。产出的热空气或热水蒸气除收集用于热风炉系统外，也可回用于预热所需换热空气。通过合理的能量整合和分配，可以大大提高高温冶金渣热能回收过程的热利用率，提高产出的风温和热品质，从而减少投入，节约成本。除此之外，渣气换热器还可采用移动床式、间歇罐式、竖炉等形式，在此不多加赘述。

一般而言，由于热风炉与冶金渣热回收设施相对较近，且在冶金工业中属于常配系统，所以将热空气直接用于冶炼热风炉，既可提高热能利用率又可节省设备投资。对于为热风炉提供热源的热能利用主要着眼于提高冶炼用热风的温度和节省燃气两个方面。设计热风炉系统的预热方案时，在预热的同时也应考虑排烟排气过程中的能量损失，通过燃气和助燃空气预热过程的能量分配，使预热热源能量尽可能地叠加到热风当中，减少预热热源及热风炉系统的热损失，实现能量的最优化利用。当冶金渣冷却采用空气的情况下，经过粒化和换热产生的热空气可以直接作为助燃空气进入热风炉系统。

炉渣换热产生的高温空气对于热风炉的应用方式分为全量中温热空气利用方式、分量高温空气-前置燃烧匹配利用方式和预热冶金鼓风三种。全量中温热空气利用方式是使用与热风炉所需全部助燃空气等量或大于这一风量的助燃空气量对熔融冶金渣进行粒化和换热冷却，由于所需风量较大，因此换热产生的风温处于中温水平，大约在300～400℃左右，将该中温空气经过除尘后直接作为预热助燃空气送入热风炉。同时，燃气通过烟气换热器与并联的另一座热风炉燃烧产生的200～300℃的低温烟气进行换热被加热，送入热风炉燃烧室与熔融冶金渣冷却产生的热空气在燃烧室内完成燃烧，对蓄热室的格子砖进行加热蓄热，为送往冶金炉的空气加热提供热源，得到1200℃以上的高温热空气送入冶金炉参与冶炼。

分量高温空气-前置燃烧匹配利用方式是使用一定的风量对熔融冶金渣进行粒化和换热冷却，使得所产生的空气温度在700℃以上。同时，前置燃烧炉燃烧少量的燃气将另一部分冷空气预热至600℃左右，与炉渣换热产生的热空气混合，自热风炉助燃空气入口进入炉内，以使进风量达到热风炉所需的助燃空气量；由于对风量的有序控制，混合后的空气温度高达600～700℃，将这一部分高温空气作为预热助燃空气鼓入热风炉。同时，燃气通过烟气换热器与并联的另一座热风炉燃烧产生的200～300℃的低温烟气进行换热被加热，送入热风炉燃烧室与熔融冶金渣冷却产生的热空气在燃烧室内完成燃烧，对蓄热室的格子砖进行加热蓄热，为送往冶金炉的空气加热提供热源，得到1200℃以上的高温热空气送入冶金炉参与冶炼。

当高温冶金渣冷却采用其他介质的情况下，如水或添加水的气流等时，所产生的热气体可以与助燃空气进行间接换热使其提高温度，之后与被低温烟气预热后的燃气在燃烧室内完成燃烧，也可以有效地提高最终的冶金鼓风温度。

熔融冶金渣粒化过程和粒化颗粒换热冷却过程产生的热气体还可以用于预热冶金鼓风。与炉渣换热产生的高温热气体可以通过间接接触或蓄热换热方式对冶金鼓风进行加热。可将冶金鼓风升温200～500℃排出，热气体降温至150～200℃排空或用于其它余热利用。经过预热的冶金鼓风进入处于送风模式的热风炉中，可直接从热风炉底部冷风入口进入，也可自热风炉相应温度段将预热鼓风引入，与热风炉蓄热室的高温格子砖进行换热产生1200℃以上的高温空气送入冶金炉参与冶炼。

本发明的有益效果是提供了一种高品位、低成本的冶金用热风生产和热能回收方法，通过将热风炉烟气全部用于预热燃气，提高了燃气预热温度，同时降低了废烟气排烟温度，大大提高热风炉系统热利用率；利用其他热源回收产生热空气，可显著提高助燃空气预热温度，降低燃气耗用量；分别采用助燃风全量换热产中温空气或与前置燃烧配合换热产高温空气的方式，适应多种工况和设备状况。通过燃气和助燃空气预热过程的能量分配，减少预热热源及热风炉系统的热损失，实现了能量的最优化利用，为冶金工业节能减排，降耗增效提供了一条有效的技术手段。本方法及装置具有设备简单、操作方便、投资运行成本低，运行稳定等特点。

附图说明

图1：换热介质全量中温利用流程图；

图2：换热介质分量高温-前置燃烧匹配利用流程图；

图3：换热介质预热冶金鼓风流程图；

图4：粒化、移动床换热装置及流程图；

图5：粒化、回转式换热装置及流程图。

其中，1-粒化装置；2-粒化室远处沉降区域；3-粒化室近处沉降区域；4-二次粒化器；5-分隔挡板；6-二次粒化器颗粒入口；7-开孔床层板；8-大颗粒出口；9-小颗粒出口；10-粒化热气体导出口；11-粒化气流预热器；12-熔融冶金渣；13-粒化气流喷入口；14-二次粒化热气体出口；15-小颗粒快速冷却介质；16-二次粒化冷却介质；17-粒化气流；18-二次粒化热气体；19-粒化热气体；20-大颗粒粒化颗粒；21-小颗粒粒化颗粒；22-混合高温粒化颗粒；23-移动床换热塔；24-高温粒化颗粒入口；25-换热热气体导出口；26-低温冶金渣出口；27-换热开孔床层板；28-颗粒下落口；29-冷却气体；30-换热热气体；31-低温冶金渣；32-热风炉；33-燃烧室；34-蓄热室；35-燃气换热器；36-热风炉助燃空气；37-燃气；38-低温烟气；39-冶炼用空气；40-冶炼用热空气；41-前置燃烧炉；42-高温烟气；43-前置燃烧预热空气；44-高温烟气换热器；45-冶金鼓风换热器；46-回转式换热器；47-换热气体出口；48-回转式换热器旋转；49-圆筒周边颗粒分散机构；50-圆筒内颗粒分散机构。

具体实施方式

实施例1：

本实施例为熔融炼铁炉渣的热能回收利用和高效冶金用热风产生方案，包括两部分流程：熔融冶金渣粒化及移动床换热冷却产高温空气部分与全量中温热空气利用方式用于热风炉系统部分。如图4所示，1500℃的熔融冶金渣12通过进料口流入粒化装置1，被从粒化气流喷入口13喷入的粒化气流17吹散，呈抛物线沉降。由于气流扰动较小，其中小颗粒粒化颗粒21越过分隔挡板5吹向远处沉降区域2，由底部鼓入小颗粒快速冷却介质15，促使小颗粒粒化颗粒21迅速降温至900℃以下，沿开孔床层板7下落至小颗粒出口9排出；小颗粒快速冷却介质15采用粒化装置1外壁夹套与高温壁面换热加热产生的热空气，产生的快速冷却热气体与粒化过程产生的热气体混合后自粒化热气体导出口10排出。粒化气流吹散产生的大颗粒粒化颗粒20未越过分隔挡板5，沉降至近处沉降区域3后通过二次粒化器颗粒入口6进入二次粒化器4，与二次粒化冷却介质16接触进行二次粒化，降温至900℃以下自大颗粒出口8排出；采用空气作为二次粒化冷却介质16，产生的二次粒化热气体18自二次粒化热气体出口14排出，作为粒化气流17的预热热源送入粒化气流预热器11对粒化气流预热。通过粒化颗粒分区域，大颗粒二次粒化实现用很少量的冷却介质使冶金渣颗粒充分稳定地粒化，保证玻璃体结构，并大幅减少粒化气流用量。大颗粒粒化颗粒20与小颗粒粒化颗粒21混合成混合高温粒化颗粒22送入移动床换热塔23进行换热冷却。粒化过程中的粒化气流17经过粒化气流预热器11预热后送入粒化装置1，有效提高最终粒化热气体19的温度，其温度高达400～500℃，进入热风炉32的助燃空气供应系统使用。

混合高温粒化颗粒22通过高温粒化颗粒入口24进入移动床换热塔23，在换热开孔床层板27(与水平线呈10°夹角)上与从底部鼓入的冷却气体29换热冷却并移动，从颗粒下落口28排出进入下层换热开孔床层板，依次进行换热冷却，降温至150℃左右的低温冶金渣31自塔底的低温冶金渣出口26排出，供水泥厂作为生产水泥的原料使用。换热开孔床层板颗粒入口侧与移动床换热塔23塔壁相连接，相邻的换热开孔床层板27的颗粒入口侧与颗粒下落口28侧在塔内不同侧交替布置，混合粒化颗粒依次向下流动，由此大幅增加换热时间和效率，换热热气体30的温度可达到600～800℃，自换热热气体导出口25排出，进入热风炉32的助燃空气供应系统使用。

如图1所示，粒化装置1产生的粒化热气体19和移动床换热塔23产生的换热热气体30混合后成为温度在500～600℃左右的热风炉助燃空气36，直接通入热风炉32的助燃空气入口；燃气37通过燃气换热器35与并联交替使用的另一座热风炉燃烧产生的200～300℃的低温烟气38换热，被预热到250℃左右，通入热风炉32的燃气入口与热风炉助燃空气36混合，在燃烧室33内燃烧，对蓄热室34的格子砖进行加热蓄热，低温烟气38排出，用于并联热风炉的燃气37的预热。蓄热过程完成后，冶炼用空气39自冷风入口进入炉内蓄热室34与格子砖完成换热，自热风出口将1200℃以上的冶炼用热空气40排出，送入冶金炉参与冶炼。

熔融炼铁渣热回收产生的热空气直接作为助燃空气进入热风炉系统显著提高了助燃空气预热温度，且热量转换环节简单，热损失少。同时，采用粒化换热空气直接助燃、烟气预热燃气的方案，可以有效地同时利用炉渣和热风炉的余热，也使得炉渣的余热能够有效地叠加到热风系统中，实现能量分配和利用的最大化，实现了熔融冶金渣的物料资源化和热能的高值利用，且设备简单、操作方便、投资运行成本低，运行稳定。

实施例2：

本实施例为熔融炼钢渣的热能回收利用和高效冶金用热风产生方案，包括两部分流程：熔融冶金渣粒化及回转式换热冷却产高温空气部分和分量高温空气-前置燃烧匹配利用方式用于热风炉系统部分。如图5所示，1500℃的熔融冶金渣12通过进料口流入粒化装置1，被从粒化气流喷入口6喷入的粒化气流17吹散，呈抛物线沉降。由于紊乱气流的影响较大，其中大颗粒粒化颗粒20越过分隔挡板5吹向远处沉降区域2，进入二次粒化器4中，与二次粒化冷却介质16接触进行二次粒化，降温至900℃以下自大颗粒出口8排出；采用水作为二次粒化冷却介质16，产生的二次粒化热气体18自二次粒化热气体出口14排出。粒化气流17吹散产生的小颗粒粒化颗粒21未越过分隔挡板5，沉降至近处沉降区域3，由底部鼓入小颗粒快速冷却介质15，促使小颗粒粒化颗粒21迅速降温至900℃以下，沿开孔床层板7下落至小颗粒出口9排出；小颗粒快速冷却介质15采用水与空气的混合物。大颗粒粒化颗粒20与小颗粒粒化颗粒21混合成混合高温粒化颗粒22送入回转式换热器47进行换热冷却。

粒化过程中的粒化气流17经过粒化气流预热器11预热后送入粒化装置1，有效提高了最终粒化热气体19的温度，其温度高达700～800℃，进入热风炉32的助燃空气供应系统，预热热源采用外壁夹套中与高温壁面换热产生的热空气与二次粒化产生的高温水蒸气的混合气体。

混合高温粒化颗粒22自回转式换热器47的高温粒化颗粒入口24进入，在换热器旋转48和圆筒周边颗粒分散机构49及圆筒内颗粒分散机构50的作用下抛散在回转式换热器47内部，与自低位进入的冷却气体29逆流接触换热。降温至150℃左右的低温冶金渣31自低温冶金渣出口26排出，供水泥厂作为生产水泥的原料使用。颗粒分散机构在圆筒的径向方向上等距离布置，包括圆筒周边颗粒分散机构和圆筒内颗粒分散机构大幅增加了颗粒分散程度、换热面积和效果。换热热气体30的温度可达到700～800℃，自换热气体出口48排出，进入热风炉32的助燃空气供应系统。

如图2所示，通过控制粒化系统气体的流量，使得产生的粒化热气体19和换热热气体30的温度维持在700℃以上。同时，前置燃烧炉41燃烧产生的1000℃左右的高温烟气42通过高温烟气换热器44对常温空气进行换热加热，产生700℃左右的前置燃烧预热空气43，通入热风炉32的助燃空气供应系统，以补充热风炉32所需热风炉助燃空气36不足的空气量。

前置燃烧预热空气43、粒化热气体19和换热热气体30混合成700℃以上的热风炉助燃空气36，直接通入热风炉32的助燃空气入口；燃气37通过燃气换热器35与并联的另一座热风炉燃烧产生的200～300℃的低温烟气38进行换热，被预热到250℃左右，通入热风炉32的燃气入口与热风炉助燃空气36混合，在燃烧室33内燃烧，对蓄热室34的格子砖进行加热蓄热，低温烟气38排出，用于并联热风炉的燃气37预热。蓄热完成后，冶炼用空气39自冷风入口进入炉内蓄热室34与格子砖完成换热，自热风出口将1200℃以上的冶炼用热空气40排出，送入冶金炉参与冶炼。

熔融炼铁渣热回收产生的热空气与前置燃烧预热空气混合直接作为助燃空气进入热风炉系统实现了炉渣高品位余热的充分利用，显著提高了助燃空气预热温度，且热量转换环节简单，热损失少。同时，采用粒化换热空气与前置预热空气混合助燃、烟气预热燃气的方案，可以有效地同时利用炉渣和热风炉余热，也使得炉渣的余热能够有效地叠加到热风系统中，实现能量分配和利用的最大化，实现了熔融冶金渣的物料资源化和热能的高值利用，且设备简单、操作方便、投资运行成本低，运行稳定等特点。

实施例3

本实施例为有色冶金的熔融冶金渣的热能回收和高效冶金用热风产生方案，粒化装置1采用压缩空气和冷却水雾结合的方式，熔融冶金渣12自进料平板进入粒化装置箱体形成渣帘，位于平板下部的高压鼓风机向渣帘鼓吹压缩冷空气使熔渣飞溅形成小粒径颗粒，细颗粒在向下散落过程中与底部设置的高压水枪产生的冷却水雾接触迅速降温粒化，最终排出粒化装置箱体，进入移动床换热塔23进行进一步换热冷却。熔融冶金渣粒化及热能回收产生的高温空气用于预热向冶炼炉压送的热风，如图3所示。冶炼用空气39经冶金鼓风换热器45被粒化热气体19和换热热气体30的混合气流加热，升温至400～500℃左右，通入热风炉32的冷风入口，与蓄热室34的格子砖完成进一步换热，自热风出口将1200℃以上的冶炼用热空气40排出，送入冶金炉参与冶炼。

熔融炼铁渣热回收产生的热空气直接用于冶金鼓风的预热可以有效地利用炉渣的余热，配合助燃空气和燃气的预热可以显著提高最终的热风温度，实现能量分配和利用的最大化，实现了熔融冶金渣的物料资源化和热能的高值利用。

实施例4

本实施例与实施例3基本相同，是所不同的是粒化装置1采用旋转的圆盘通过离心力将熔融冶金渣碎裂成小颗粒的同时用空气冷却。熔渣通过流渣槽从渣沟流至转杯中心，在离心力作用下熔渣在转杯的边缘被粒化，然后渣粒在飞行中被冷却，温降达到100～200℃，最终排出粒化装置箱体，进入回转式换热器46进行进一步换热冷却。而冶炼用空气39经冶金鼓风换热器45被粒化热气体19和换热热气体30的混合气流加热后升温至400～500℃左右，通入热风炉32炉身相应温度段的冷风入口，与蓄热室34的格子砖完成进一步换热。

实施例5

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是热风炉助燃空气预热热源为烧结余热。

Claims (9)

1.一种高效冶金用热风产生方法，其特征在于热风炉废烟气全部用于预热燃气，利用其他热源产生热空气，所述热空气与经预热后的燃气通入热风炉系统混合燃烧为产生向冶金炉压送的热风提供热源。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于热风炉废烟气全部用于预热燃气，所述利用其他热源产生的热空气为经过前置燃烧换热产生的前置燃烧高温空气混合后的高温空气，或经过前置燃烧换热产生的前置燃烧高温空气与其他热源产生的高温空气混合后的高温空气。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是至少由如下过程组成：

(1)高温冶金渣热能回收过程：从高温冶金渣回收热能产生高温空气的高温冶金渣热能回收过程；以热风炉加热所需要的助燃空气量送入高温冶金渣热能回收系统与高温冶金渣换热产生高温空气；

(2)高温空气的冶金炉热风利用过程：将所述高温冶金渣热能回收过程得到的高温空气用于冶金炉热风利用的高温空气的冶金炉热风利用过程；高温空气通入热风炉系统与已经通过热风炉废气预热后的燃气混合进行燃烧，为产生向冶金炉压送的热风提供热源。

4.如权利要求2所述的方法，其特征是至少由如下过程组成：

(1)高温冶金渣热能回收过程：从高温冶金渣回收热能产生高温空气的高温冶金渣热能回收过程；以产生700℃以上高温空气为目标向高温冶金渣热能回收系统送入定量的空气，所述送入的空气与高温冶金渣换热产生700℃以上的高温空气；

(2)高温空气的冶金热风鼓风利用过程：将所述高温冶金渣热能回收过程得到的高温空气用于冶金热风鼓风利用的高温空气的冶金热风鼓风利用过程；所述高温空气与经过前置燃烧换热产生的前置燃烧高温空气混合后通入热风炉系统，与已经通过热风炉废气预热后的燃气混合进行燃烧，为产生向冶金炉压送的热风提供热源。

5.如权利要求1所述高效冶金用热风产生方法，其特征是将从冶金炉流出的熔融冶金渣快速冷却生成粒化颗粒或/和粒化颗粒冷却产生的热空气用于冶金鼓风的预热，具体设置在鼓风机出口与热风炉底部冷风入口之间或在鼓风机出口与热风炉相应温度段冷风入口之间，加热过程采用间接接触加热或蓄热换热方式加热。

6.如权利要求3或4所述高温冶金渣热能回收过程，其特征在于从高温冶金渣回收热能产生高温空气的高温冶金渣热能回收过程至少由从冶金炉流出的熔融冶金渣快速冷却使其生成冶金渣粒化颗粒的熔融冶金渣粒化产热空气过程、和所述冶金渣粒化过程得到的冶金渣粒化颗粒进一步冷却的粒化颗粒冷却产热空气过程组成。

7.如权利要求3或4所述高温冶金渣热能回收过程，其特征在于熔融冶金渣粒化过程是向冶金炉流出的熔融冶金渣喷水急速冷却；或直接用高压空气冲击熔融的高温渣使其变成小粒径颗粒；或直接用高压空气冲击熔融的高温渣使其变成小粒径颗粒，细颗粒在下落过程中与冷却空气接触冷却；或直接用高压空气冲击熔融的高温渣使其变成小粒径颗粒，细颗粒在散落过程中与冷却水雾接触冷却；或直接用与水混合的高压空气冲击熔融的高温渣使其变成小粒径颗粒，在其下落过程中与空气接触；或由旋转的圆盘通过离心力将熔融冶金渣碎裂成小颗粒同时用空气冷却；或由旋转的圆盘通过离心力将熔融的高温渣碎裂成小颗粒同时喷水冷却；或由粒化空气对熔融冶金渣进行吹散，形成冶金渣粒化颗粒，并在颗粒飞出方向上分成大、小颗粒区域降落并分别收集，小颗粒直接进入粒化颗粒冷却产热空气过程或其他热交换过程，大颗粒进入二次粒化过程，二次粒化过程采用空气或水或空气与水的混合物与大颗粒接触的方式实现。

8.实现权利要求3或4所述高温冶金渣的热能回收利用方法的装置，其特征是熔融冶金渣粒化后的颗粒冷却产热空气过程是在移动床换热塔中通过空气与粒化颗粒直接接触实现的；所述移动床换热塔至少由移动床换热塔外壳、位于塔上部的高温粒化颗粒入口、位于塔下部的颗粒出口、位于塔上部的气体出口，位于塔下部的气体入口组成；移动床内设置有与水平线平行或小于15°夹角的开孔床层板，开孔床层板设有颗粒下落口，开孔床层板的颗粒入口侧和颗粒下落口侧分别位于床层板的两端位置，颗粒入口侧与移动床换热塔塔壁相连接，沿塔高方向多层设置开孔床层板，相邻的开孔床层板的颗粒入口侧与颗粒下落口侧在换热塔内不同侧交替布置，相邻层的开孔床层板之间留有冶金渣粒化颗粒流动通道。

9.实现权利要求3或4所述高温冶金渣热能回收过程的装置，其特征是熔融冶金渣变成小粒径颗粒后粒化颗粒冷却产热空气过程是在回转式换热器中通过空气与粒化颗粒直接接触实现的；所述回转式换热器至少由回转式换热器外壳、位于换热器上部的高温粒化颗粒入口、位于换热器下部的颗粒出口、位于换热器上部的气体出口，位于换热器下部的气体入口组成；在所述回转式换热器中回转圆筒的径向方向设置有颗粒分散机构，颗粒分散机构分为圆筒周边颗粒分散机构和圆内颗粒分散机构，或颗粒分散机构为在圆筒内壁上布置径向长短不同的分散板。