CN107974522A - 一种高炉渣显热的回收装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高炉渣显热的回收装置及方法,包括:气化炉、螺旋蒸汽器、水雾化喷头和螺旋换热器,所述气化炉设有第一进料口和第二进料口,所述第一进料口用于煤炭进入气化炉,所述第二进料口与所述螺旋蒸汽器的出料口连接;所述水雾化喷头设置于所述气化炉的内炉顶处;所述螺旋换热器与位于所述气化炉底部的出料口连接,将反应后的煤块和高炉渣进行换热。本发明实现了高炉渣显热的梯级利用,利用高温显热生产蒸汽和煤气,利用低温显热生产热水,充分利用了高炉渣中的显热资源;本发明使用了煤块与高炉渣进行还原反应,煤块即作为气化碳源又作为还原剂,使用了专门设计的高炉渣气化装置,资源利用率高。
Description
技术领域
本发明属于能源与资源回收技术领域,具体涉及一种高炉渣显热的回收装置。
背景技术
高炉炼铁作为冶金工业流程中一个重要环节,生产过程的主要副产品为高炉渣,高炉渣温度1500℃左右,蕴含大量的热量,是一种很好的余热资源。但是,由于缺乏高效、可靠的余热回收技术,目前我国对高炉渣主要采用水淬处理,导致高炉渣中的大量显热流失,余热利用率低。且水淬存在耗水量大,大量高品质炉渣显热转换成低温蒸汽,转换效率低,水淬过程水因高温分解并与高炉渣中的成分发生反应,产生H2S等有害气体,带来空气污染,处理后的高炉渣在后续处理中需二次烘干,额外增加能耗等问题,渣中的铁资源也未获得回收。
目前,现有技术中虽然存在一些高炉渣的处理系统,但仍存在以下主要问题:仅利用显热,渣中铁没有得到利用,大量高品质显热转换成低温蒸汽,转换效率低,水因高温分解并与高炉渣中的成分发生反应,产生H2S等有害气体,带来空气污染。
因此,如何设计一种能够充分利用高炉渣的显热、实现高炉渣显热的梯级利用的高炉渣显热回收装置成为本领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种高炉渣显热的回收装置,充分利用高炉渣中的显热资源,高温显热生产蒸汽和煤气,低温显热生产热水,实现高炉渣显热的梯级利用。
为解决上述问题,本发明采用的技术方案为:
一种高炉渣显热的回收装置,包括:气化炉、螺旋蒸汽器、水雾化喷头和螺旋换热器,其中,
所述气化炉设有第一进料口和第二进料口,所述第一进料口用于煤炭进入气化炉,所述第二进料口与所述螺旋蒸汽器的出料口连接;
所述水雾化喷头设置于所述气化炉的内炉顶处;
所述螺旋换热器与位于所述气化炉底部的出料口连接,将反应后的煤块和高炉渣进行换热。
优选的,还包括储煤仓,其与所述第一进料口连接。
优选的,还包括渣槽,所述螺旋蒸汽器的进料口与所述渣槽连接,高炉渣经所述渣槽进入螺旋蒸汽器。
优选的,所述气化炉的内炉顶处设置有搅拌器,所述搅拌器沿气化炉的顶部向下延伸,所述搅拌器包括搅拌轴和双层搅拌叶片。
优选的,所述气化炉上部侧面设置有煤气出口。
优选的,所述气化炉上部为圆柱状,下部呈倒置的圆台状,且所述下部为网状结构。
优选的,所述螺旋换热器设置有进水口和出水口;所述螺旋蒸汽器包括进水口和蒸汽出口。
优选的,所述水雾化喷头设置有4个。
同时,本发明还提供了一种高炉渣显热回收的方法,包括以下步骤:
1)将熔融的高炉渣通过渣槽通入螺旋蒸汽器内,螺旋蒸汽器将高炉渣冷却并粒化后送至气化炉内,螺旋蒸汽器产生的蒸汽并入蒸汽管网;
2)同时,将与高炉渣颗粒成比例的煤块送入气化炉内;
3)通过所述气化炉顶部的水雾化喷头将工业水按比例喷洒,使进入炉内的高炉渣颗粒和煤块发生气化反应,生成的煤气从煤气出口排出,反应后的煤块与高炉渣混合物进入螺旋换热器;
4)所述煤块与高炉渣混合物经螺旋换热器冷却后排出,所述螺旋换热器内的水经过吸热后变为热水进入热水管网。
优选的,所述步骤(1)中,高炉渣颗粒温度冷却至1300~1400℃,破碎至5~20mm,通入螺旋蒸汽器的纯水吸收高温显热形成高压蒸汽;
所述步骤(2)和(3)中,所述煤中碳质量分数高于80%,粒度10~30mm,高炉渣颗粒与煤块质量比为3~6:1,煤与工业水质量比1:0.8~1.2,反应后排出煤块与高炉渣混合物温度为150~250℃;
所述步骤(4)中,煤块与高炉渣混合物经螺旋换热器冷却至100℃以下,通入螺旋换热器的冷水吸收显热,形成温度为80~100℃的热水。
本发明的有益效果在于:
(1)本发明实现了高炉渣显热的梯级利用,利用高温显热生产蒸汽和煤气,利用低温显热生产热水,充分利用了高炉渣中的显热资源;
(2)本发明使用了煤块与高炉渣进行还原反应,煤块即作为气化碳源又作为还原剂,使用了专门设计的高炉渣气化装置,资源利用率高。
附图说明
图1为本发明高炉渣显热的回收装置示意图。
其中,1.储煤仓 2.煤气通道 3.水雾化喷头 4.螺旋蒸汽器 5.渣槽 6.搅拌器 7.气化炉 8.螺旋换热器 a.纯水 b.水蒸气 c.生活用水 d.热水 e.煤气。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意,下面描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
根据本发明的一个方面,本发明提供了一种高炉渣气化系统,图1为本发明高炉渣显热的回收装置示意图,如图1所示,包括:气化炉、螺旋蒸汽器、水雾化喷头和螺旋换热器。
根据本发明的具体实施例,所述气化炉设有第一进料口和第二进料口,所述第一进料口用于煤炭进入气化炉,所述第二进料口与所述螺旋蒸汽器的出料口连接;其中,所述第一进料口和所述第二进料口对称设置,所述螺旋蒸汽器含有纯水冷却系统,通过控制水流量和螺旋的转动速度,从而控制高炉渣的停留时间和冷却量,同时,液态的高炉渣在冷却到预定温度时会呈固态,然后在螺旋蒸汽器内破碎至所需求的粒度,最后将高炉渣颗粒温度冷却至1300-1400℃,破碎至5-20mm。在整个高炉渣冷却破碎的过程中,高炉渣与纯水进行换热,纯水吸收高炉渣的显热升华为蒸汽并入蒸汽管网。
在本发明的一些优选的实施例中,如图1所示,还包括储煤仓,其与所述第一进料口连接,在气化炉内进行的还原反应中,煤块质量与高炉渣的质量比为1:3-6,煤块所需的量相较高炉渣而言较少,可事先利用煤块破碎装置将煤块破碎至所需的粒度并放置于储煤仓中储存,随用随取。当然,本发明对于是否设置储煤仓并不做特别限制,可以采用其他的方式或许需要的煤块,例如,可以设置一个煤块破碎装置,通过管道与所述第一连接口连接,将煤块破碎至一定粒度后运至气化炉内。
根据本发明的具体实施方式,还包括渣槽,所述螺旋蒸汽器的进料口与所述渣槽连接,高炉渣经所述渣槽进入螺旋蒸汽器,新的高炉渣直接通过渣槽进入螺旋蒸汽器,当然,也可以采用其他的方式或者机构将新的高炉渣送至螺旋蒸汽器中,本发明对此并无特别限制。
根据本发明的具体实施例,所述水雾化喷头设置于所述气化炉的内炉顶处;高炉渣从顶部进入气化炉,此时温度最高,进行的还原反应更激烈,将水雾化喷头设置于顶部,充分的利用到这一特征。在本发明的一些优选的实施方式中,水雾化喷头设置有4个,需要注意的是,本发明对于水雾化喷头的数量并无特别限制,可以根据气化炉的体积,水雾化喷头的覆盖面积合理设置。
根据本发明的具体实施例,所述气化炉的内炉顶处设置有搅拌器,所述搅拌器沿气化炉的顶部向下延伸,在本发明的一些优选的实施例中,所述搅拌器包括搅拌轴和双层搅拌叶片,本发明对于搅拌器的结构并无特别限制,也可采用其他的方式,例如,纺锤形。
根据本发明的具体实施例,如图1所示,所述气化炉上部为圆柱状,下部呈倒置的圆台状,且所述下部为网状结构。倒置的圆台和网状结构在增加煤与热高炉渣颗粒接触时间的同时,也能顺利排出,增加了反应时间,使得反应更加充分。所述气化炉上部侧面设置有煤气出口。煤气出口可与煤气管网连接,用于收集气化炉内产生的煤气。
根据本发明的具体实施例,所述螺旋换热器设置有进水口和出水口;所述螺旋蒸汽器包括进水口和蒸汽出口。其中,螺旋蒸汽器内用纯水与新的高炉渣进行换热生产高压蒸汽,所述螺旋换热器含有冷却装置,将高炉渣与煤块混合物温度冷却至100℃排出,螺旋换热器使用生活用水或者工业用水与高炉渣与煤块混合物进行换热,形成80-100℃的热水,并入热水管网。
根据本发明的另一方面,本发明提供了一种高炉渣显热回收的方法,包括以下步骤:
1)将熔融的高炉渣通过渣槽通入螺旋蒸汽器内,螺旋蒸汽器将高炉渣冷却并粒化后送至气化炉内,螺旋蒸汽器产生的蒸汽并入蒸汽管网,其中,高炉渣颗粒温度冷却至1300-1400℃,破碎至5-20mm,通入螺旋蒸汽器的纯水吸收高温显热形成高压蒸汽;
2)同时,将与高炉渣颗粒成比例的煤块送入气化炉内,其中,所述煤中碳质量分数高于80%,粒度10-30mm,高炉渣颗粒与煤块质量比为3-6:1;
3)通过所述气化炉顶部的水雾化喷头将工业水按比例喷洒,使进入炉内的高炉渣颗粒和煤块发生气化反应,生成的煤气从煤气出口排出,反应后的煤块与高炉渣混合物进入螺旋换热器,其中,煤与工业水质量比1:0.8-1.2,反应后排出煤块与高炉渣混合物温度为150-250℃;
4)所述煤块与高炉渣混合物经螺旋换热器冷却后排出,所述螺旋换热器内的水经过吸热后变为热水进入热水管网,其中,煤块与高炉渣混合物经螺旋换热器冷却至100℃以下,通入螺旋换热器的冷水吸收显热,形成温度为80-100℃的热水。
实施例一
1)将熔融的高炉渣通过渣槽通入螺旋蒸汽器内,螺旋蒸汽器将高炉渣冷却至1320℃并粒化成6-10mm的颗粒后送至气化炉内,螺旋蒸汽器产生的蒸汽并入蒸汽管网;
2)同时,将与高炉渣颗粒与炭质量分数为81.51%,平均粒径为15mm的煤块按质量比为3.5:1的比例送入气化炉内;
3)通过所述气化炉顶部的水雾化喷头将工业水与煤质量按0.8:1的比例喷洒,使进入炉内的高炉渣颗粒和煤块发生气化反应,搅拌器的搅拌速度为15r/min,生成的煤气从煤气出口排出,反应后的煤块与高炉渣混合物的温度为180℃,进入螺旋换热器;
4)所述煤块与高炉渣混合物经螺旋换热器冷却至85℃后排出,所述螺旋换热器内的水经过吸热后变为85℃热水进入热水管网。
实施例二
1)将熔融的高炉渣通过渣槽通入螺旋蒸汽器内,螺旋蒸汽器将高炉渣冷却至1350℃并粒化成10-15mm的颗粒后送至气化炉内,螺旋蒸汽器产生的蒸汽并入蒸汽管网;
2)同时,将与高炉渣颗粒与炭质量分数为83.68%,平均粒径为20mm的煤块按质量比为4.5:1的比例送入气化炉内;
3)通过所述气化炉顶部的水雾化喷头将工业水与煤质量按1.0:1的比例喷洒,使进入炉内的高炉渣颗粒和煤块发生气化反应,搅拌器的搅拌速度为20r/min,生成的煤气从煤气出口排出,反应后的煤块与高炉渣混合物的温度为220℃,进入螺旋换热器;
4)所述煤块与高炉渣混合物经螺旋换热器冷却至95℃后排出,所述螺旋换热器内的水经过吸热后变为95℃热水进入热水管网。
实施例三
1)将熔融的高炉渣通过渣槽通入螺旋蒸汽器内,螺旋蒸汽器将高炉渣冷却至1380℃并粒化成15-20mm的颗粒后送至气化炉内,螺旋蒸汽器产生的蒸汽并入蒸汽管网;
2)同时,将与高炉渣颗粒与炭质量分数为81.51%,平均粒径为28mm的煤块按质量比为5.5:1的比例送入气化炉内;
3)通过所述气化炉顶部的水雾化喷头将工业水与煤质量按1.2:1的比例喷洒,使进入炉内的高炉渣颗粒和煤块发生气化反应,搅拌器的搅拌速度为30r/min,生成的煤气从煤气出口排出,反应后的煤块与高炉渣混合物的温度为250℃,进入螺旋换热器;
4)所述煤块与高炉渣混合物经螺旋换热器冷却至98℃后排出,所述螺旋换热器内的水经过吸热后变为98℃热水进入热水管网。
综上所述本发明实现了高炉渣显热的梯级利用,利用高温显热生产蒸汽和煤气,利用低温显热生产热水,充分利用了高炉渣中的显热资源;本发明使用了煤块与高炉渣进行还原反应,煤块即作为气化碳源又作为还原剂,使用了专门设计的高炉渣气化装置,资源利用率高。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个 或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型,同时,对于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。
Claims (10)
1.一种高炉渣显热的回收装置,其特征在于,包括:气化炉、螺旋蒸汽器、水雾化喷头和螺旋换热器,其中,
所述气化炉设有第一进料口和第二进料口,所述第一进料口用于煤炭进入气化炉,所述第二进料口与所述螺旋蒸汽器的出料口连接;
所述水雾化喷头设置于所述气化炉的内炉顶处;
所述螺旋换热器与位于所述气化炉底部的出料口连接,将反应后的煤块和高炉渣进行换热。
2.根据权利要求1所述的高炉渣显热回收装置,其特征在于,还包括储煤仓,其与所述第一进料口连接。
3.根据权利要求1所述的高炉渣显热回收装置,其特征在于,还包括渣槽,所述螺旋蒸汽器的进料口与所述渣槽连接,高炉渣经所述渣槽进入螺旋蒸汽器。
4.根据权利要求1所述的高炉渣显热回收装置,其特征在于,所述气化炉的内炉顶处设置有搅拌器,所述搅拌器沿气化炉的顶部向下延伸,所述搅拌器包括搅拌轴和双层搅拌叶片。
5.根据权利要求4所述的高炉渣显热回收装置,其特征在于,所述气化炉上部侧面设置有煤气出口。
6.根据权利要求1所述的高炉渣显热回收装置,其特征在于,所述气化炉上部为圆柱状,下部呈倒置的圆台状,且所述下部为网状结构。
7.根据权利要求1所述的高炉渣显热回收装置,其特征在于,所述螺旋换热器设置有进水口和出水口;所述螺旋蒸汽器包括进水口和蒸汽出口。
8.根据权利要求1所述的高炉渣显热回收装置,其特征在于,所述水雾化喷头设置有四个。
9.一种利用权利要求1~8中任一项所述的装置进行显热回收的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将熔融的高炉渣通过渣槽通入螺旋蒸汽器内,螺旋蒸汽器将高炉渣冷却并粒化后送至气化炉内,螺旋蒸汽器产生的蒸汽并入蒸汽管网;
2)同时,将与高炉渣颗粒成比例的煤块送入气化炉内;
3)通过所述气化炉顶部的水雾化喷头将工业水按比例喷洒,使进入炉内的高炉渣颗粒和煤块发生气化反应,生成的煤气从煤气出口排出,反应后的煤块与高炉渣混合物进入螺旋换热器;
4)所述煤块与高炉渣混合物经螺旋换热器冷却后排出,所述螺旋换热器内的水经过吸热后变为热水进入热水管网。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,
所述步骤(1)中,高炉渣颗粒温度冷却至1300-1400℃,破碎至5-20mm,通入螺旋蒸汽器的纯水吸收高温显热形成高压蒸汽;
所述步骤(2)和(3)中,所述煤中碳质量分数高于80%,粒度10~30mm,高炉渣颗粒与煤块质量比为3-6:1,煤与工业水质量比1:0.8-1.2,反应后排出煤块与高炉渣混合物温度为150-250℃;
所述步骤(4)中,煤块与高炉渣混合物经螺旋换热器冷却至100℃以下,通入螺旋换热器的冷水吸收显热,形成温度为80-100℃的热水。
Priority Applications (1)
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CN201711250143.8A CN107974522A (zh) | 2017-12-01 | 2017-12-01 | 一种高炉渣显热的回收装置及方法 |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
CN109777519A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-05-21 | 东北大学 | 一种高炉熔渣余热驱动气化反应系统 |
CN114857939A (zh) * | 2022-05-18 | 2022-08-05 | 西安交通大学 | 一种移动能量收割装置 |
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2017
- 2017-12-01 CN CN201711250143.8A patent/CN107974522A/zh active Pending
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CN109777519A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-05-21 | 东北大学 | 一种高炉熔渣余热驱动气化反应系统 |
CN114857939A (zh) * | 2022-05-18 | 2022-08-05 | 西安交通大学 | 一种移动能量收割装置 |
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