CN110819746A - 一种熔融冶金渣的热能回收利用方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金能源和能源回收利用及环保领域，具体涉及一种熔融冶金渣的热能回收利用方法及装置，本发明通过设计分散板对熔融冶金渣进行分散，提升熔融冶金渣与粒化气流的接触面积，提升熔融冶金渣粒化速度，实现冶金渣迅速粒化形成玻璃体，同时，通过设计对加热炉加热实现加热炉在冶金过程中对物料进行预加热工艺、再汽轮发电机组加热，实现热能产电，使得熔融冶金渣余热回收与应用的方法和装置，实现高品质、低成本地回收冶金渣的余热，此外，通过第一滤板、第二滤板和水箱内的水相互配合，使得熔融冶金渣余热回收与应用的方法和装置实现排出的气体低温、无尘、无有害气体，实现了无污染空气排出，节能环保。

Description

一种熔融冶金渣的热能回收利用方法及装置

技术领域

本发明涉及冶金能源和能源回收利用及环保领域，具体涉及一种熔融冶金渣的热能回收利用方法及装置。

背景技术

在冶金工业的炼铁、炼钢及火法有色冶金过程中，会产生大量高温的熔融冶金渣，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1吨金属可产生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。但冶金渣导热系数低、换热速度慢、出渣不连续等阻碍了炉渣余热回收技术的发展。现有冶金炉基本都采用水淬法处理冶炼过程产生的熔渣，水渣比在8-15，消耗了大量的水资源，也损失了大量热能。

对此，科技工作者探索了多种回收熔渣显热的干式热回收技术，如风淬法、滚筒法、离心粒化法等。风淬法是从高炉排出的熔融渣流入粒化区域，被高速气流吹散得以微粒化。大部分渣粒在下落的过程中被从下部吹入的冷却空气冷却到800℃后排出，并经热筛筛出大颗粒炉渣后，进入多段流动床内被空气进行二次冷却到150℃左右。该风淬法回收热空气可用于发电，但在粒化过程中动力消耗大，需要设备也大；一次风淬得到的粒化渣常伴有大颗粒，不利于后续处理。

滚筒法是熔渣流到连续转动的滚筒上带动熔渣形成薄片状粘附其上，由内部通入的冷却流体迅速冷却得到玻璃化率很高的固体渣，由刮板刮下，回收的热能用来发电。该法能够确保熔融渣快速降温得到玻璃体，但处理能力不高、设备作业率低、冶金渣颗粒大，破碎耗能高，回收的热能品位低。

离心粒化法是熔融渣流至可变速的转盘转盘中心，在离心力作用下熔融渣在转盘的边缘被粒化抛出，并在飞行下落中被冷却，并得到热风。但转盘在高温环境下高速转动设备容易发生故障，维修保养困难，难于实现长期的稳定运行。

对熔融冶金渣冷却而言，为了保证降温后的渣粒具有玻璃体结构，能用于水泥生产，熔融冶金渣的粒化和降温必须在短时间内迅速完成，所以急冷干式粒化技术的突出难点就在于要兼顾粒化渣的冷却速率和余热回收效果。

另外，熔融冶金渣回收的热能利用也有多种方式，如用于锅炉、发电、热风炉产热风等。用于发电是一条有效的途径，但用于发电的热利用效率相对较低，且很多情况下需要较为庞大的发电设备，致使热能回收利用的经济效益受的很大影响。而在冶金生产过程中，常需要用1000℃以上的热风提供热量，且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。但由于高炉煤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，目前普遍存在送风温度不高和耗能问题。因此如能将高温熔融渣作为预热的热源使用则对冶金过程的节能降耗起到重要作用。但同时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。冶金渣的热能回收和热能利用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能否得到广泛应用的另一个重要的技术环节。

本发明实现冶金渣迅速粒化形成玻璃体，同时开发有效的冶金渣余热回收与应用的方法和装置，实现高品质、低成本地回收冶金渣的余热，此外，还实现了无污染空气排出，节能环保。

发明内容

解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种熔融冶金渣的热能回收利用方法及装置，实现冶金渣迅速粒化形成玻璃体，同时开发有效的冶金渣余热回收与应用的方法和装置，实现高品质、低成本地回收冶金渣的余热，此外，还实现了无污染空气排出，节能环保。

技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种熔融冶金渣的热能回收利用方法，热能回收利用过程至少由如下过程组成：

S1:熔融冶金渣热能回收过程:包括熔融冶金渣粒化过程和熔融冶金渣粒冷却过程组成；所述熔融冶金渣粒化过程由分散板对熔融冶金渣进行分散，再由粒化气流对熔融冶金渣进行吹散，形成冶金渣粒化颗粒，并落到第一开孔床层板上，熔融冶金渣粒化直接进入粒化颗粒冷却过程，粒化颗粒冷却过程采用空气或水或水与空气的混合物与颗粒直接接触的方式实现；

S2:冶金渣粒化颗粒热能回收过程：所述冶金渣粒化颗粒逐层落到第二开孔床层板上，直接进入冶金渣粒化颗粒冷却过程，冶冶金渣粒化颗粒冷却过程采用空气与颗粒直接接触的方式实现；

S3:热能利用过程:将所述熔融冶金渣热能回收过程得到的除尘后上层粒化热气体和冶金渣粒化颗粒热能回收过程得到的除尘后换热热气体用于燃烧器的热风提供热源。

更进一步地，所述除尘后上层粒化热气体和除尘后换热热气体的温度大于700℃。

更进一步地，所述熔融冶金渣热能回收过程和热能利用过程之间设置有第一滤板，所述冶金渣粒化颗粒热能回收过程和热能利用过程之间设置有第二滤板。

更进一步地，所述煤气预热器后产生的预热后高炉煤气全量或大部分用于对燃烧器进行预热。

更进一步地，所述粒化气流在进入对分散后的熔融冶金渣的再次吹散前进行预热，预热采用间接方式，对粒化气流的预热热源为所述底层粒化热气体，或粒化气流预热器的产热。

更进一步地，所述熔融冶金渣热能回收过程的装置包括粒化装置、分散板、熔融冶金渣导入口、粒化气流喷入口、第一滤板、第一气管、颗粒出口、第一开孔床层板和粒化冷却介质入口组成，所述分散板在熔融冶金渣导入口的右端，所述第一滤板安装在第一气管内，所述颗粒出口设置在第一开孔床层板的右端底部，所述第一气管与燃烧器相连接。

更进一步地，所述冶金渣粒化颗粒热能回收过程由高温粒化颗粒入口、冷气喷管、换热塔、第二开孔床层板、第二气管、第二滤板、下料直板和低温冶金渣出口，所述第二开孔床层板左右交错排布在换热塔内，所述冷气喷管设置第二开孔床层板底部，最下层所述第二开孔床层板右端底部设有低温冶金渣出口，所述第二气管底部设置有燃烧器。

更进一步地，所述热能利用过程由第一气管入口、第二气管入口和烟气入口、预热后高炉煤气入口、燃烧器、热锅炉、加热炉、汽轮发电机组、L形气管、水箱、煤气预热器和高炉煤气入口组成，所述燃烧器连接有热锅炉，所述热锅炉密封连接有加热炉，所述热锅炉侧壁连接有L形气管，所述L形气管设有汽时轮发电机组，所述L形气管设有煤气预热器，所述L形气管底部设有水箱。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：本发明通过设计分散板对熔融冶金渣进行分散，提升熔融冶金渣与粒化气流的接触面积，提升熔融冶金渣粒化速度，实现冶金渣迅速粒化形成玻璃体，同时，通过设计对加热炉加热实现加热炉在冶金过程中对物料进行预加热工艺、再汽轮发电机组加热，实现热能产电，使得熔融冶金渣余热回收与应用的方法和装置，实现高品质、低成本地回收冶金渣的余热，此外，通过第一滤板、第二滤板和水箱内的水相互配合，使得熔融冶金渣余热回收与应用的方法和装置实现排出的气体低温、无尘、无有害气体，实现了无污染空气排出，节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的熔融冶金渣产热空气流程图；

图2为本发明的熔融冶金渣产热空气热能回收与利用方法流程图；

图3为本发明的分散板结构图；

图中的标号分别代表：1.粒化装置 2.分散板 3.熔融冶金渣 4.粒化气流喷入口5.粒化气流预热器 6.粒化气流 7.底层粒化热气体 8.第一滤板 9.上层粒化热气体 10.第一气管 11.颗粒出口 12.第一开孔床层板 13.高温粒化颗粒 14.冷气喷管 15.换热塔16.第二开孔床层板 17.第二气管 18.换热热气体 19.第二滤板 20.下料直板 21.冷气22.低温冶金渣出口 23.低温冶金渣 24.粒化冷却介质 25.烟气 26.预热后高炉煤气 27.热锅炉 28.加热炉 29.电流 30.汽轮发电机组 31.L形气管 32.水箱 33.煤气预热器 34.高炉煤气 35.燃烧器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1、2，本实施例的一种熔融冶金渣的热能回收利用方法，热能回收利用过程至少由如下过程组成：

S1:熔融冶金渣热能回收过程:包括熔融冶金渣粒化过程和熔融冶金渣粒冷却过程组成；熔融冶金渣粒化过程由分散板2对熔融冶金渣3进行分散，再由粒化气流6对熔融冶金渣进行吹散，形成冶金渣粒化颗粒，并落到第一开孔床层板12上，熔融冶金渣粒化直接进入粒化颗粒冷却过程，粒化颗粒冷却过程采用空气或水或水与空气的混合物与颗粒直接接触的方式实现；

S2:冶金渣粒化颗粒热能回收过程：冶金渣粒化颗粒逐层落到第二开孔床层板16上，直接进入冶金渣粒化颗粒冷却过程，冶冶金渣粒化颗粒冷却过程采用空气与颗粒直接接触的方式实现；

S3:热能利用过程:将熔融冶金渣热能回收过程得到的除尘后上层粒化热气体9和冶金渣粒化颗粒热能回收过程得到的除尘后换热热气体18用于燃烧器35的热风提供热源。

除尘后上层粒化热气体9和除尘后换热热气体18的温度大于700℃。

通过分散板的作用将熔融冶金渣3进行分散，提升熔融冶金渣3的分散度，提升熔融冶金渣3与粒化气流6接触面积，有助于提升冶金渣迅速粒化形成玻璃体效率，便于后续作水泥原料。

实施例2

熔融冶金渣热能回收过程和热能利用过程之间设置有第一滤板8，冶金渣粒化颗粒热能回收过程和热能利用过程之间设置有第二滤板9；

对上层粒化热气体9和换热热气体18进行除尘，实现无尘热气体进入燃烧器35内，保证了燃烧器35内的燃烧效率，同时提升了后续装置内的洁净度。

实施例3

煤气预热器33后产生的预热后高炉煤气26全量或大部分用于对燃烧器35进行预热，有助于提升煤气进入燃烧器35内的温度，便于燃气燃烧，提升了工作效率。

实施例4

粒化气流6在进入对分散后的熔融冶金渣3的再次吹散前进行预热，预热采用间接方式，对粒化气流6的预热热源为底层粒化热气体7，或粒化气流预热器5的产热。

有效提高了最终粒化气流6的温度，其温度高达700-800℃，有助于提升熔融冶金渣3进行粒化，进入燃烧器35的助燃空气供应系统。

实施例5

熔融冶金渣热能回收过程的装置包括粒化装置1、分散板2、熔融冶金渣导入口、粒化气流喷入口4、第一滤板8、第一气管10、颗粒出口11、第一开孔床层板12和粒化冷却介质入口组成，分散板2在熔融冶金渣导入口的右端，用于提升熔融冶金渣3的分散度，第一滤板8安装在第一气管10内，用于对上层粒化热气体9进行过滤粉尘，颗粒出口11设置在第一开孔床层板12的右端底部，第一气管10与燃烧器35相连接，粒化冷却介质24从粒化冷却介质入口加入到粒化装置1内对第一开孔床层板1上的粒化颗粒11进行冷却，粒化冷却介质24为冷空气；

将冷空气的粒化冷却介质24从将粒化冷却介质入口加入到粒化装置1内，再将1500℃的熔融冶金渣13通过熔融冶金渣导入口进入粒化装置1内，再通过分散板2进行分散，分散的熔融冶金渣13的预热后的粒化气流6(实施例4中的粒化气流6)接触，熔融冶金渣13迅速粒化形成玻璃体，玻璃体后的熔融冶金渣粒落到第一开孔床层板12上与粒化冷却介质24接触进行一次降温处理，形成高温粒化颗粒，同时产生的热空气分为底层粒化热气体8和上层粒化热气体9，700-800℃的上层粒化热气体9通过第一气管10进入燃烧器35中，第一气管10内的第一滤板12对上层粒化热气体9中的粉尘进行过滤，底层粒化热气体8再对粒化气流6进行预加热，使得熔融冶金渣热能回收过程通过分散板2的作用将熔融冶金渣3进行分散，提升熔融冶金渣3的分散度，提升熔融冶金渣3与粒化气流6接触面积，有助于提升冶金渣迅速粒化形成玻璃体效率，便于后续作水泥原料，同时保证了上层粒化热气体9的洁净度。

实施例6

冶金渣粒化颗粒热能回收过程由高温粒化颗粒入口、冷气喷管14、换热塔15、第二开孔床层板16、第二气管17、第二滤板19、下料直板20和低温冶金渣出口22，第二开孔床层板16左右交错排布在换热塔15内，冷气喷管14设置第二开孔床层板16底部，冷气通过冷气喷管进入换热塔内对第二开孔床层板16上的高温粒化颗粒13进行风冷，最下层第二开孔床层板16右端底部设有低温冶金渣出口22，第二气管17设置在换热塔15右顶部，换热塔15内设有第二滤板19，第二气管17底部设置有燃烧器35；

冷气21通过冷气喷管14进入每层第二开孔床层板16底部，同时高温粒化颗粒13通过高温粒化颗粒入口进入换热塔15内，冷气喷管14喷出的冷气21对高温粒化颗粒13进行逐层冷却处理，冷却后的低温冶金渣23从低温冶金渣出口22排出，冷却产生的换热热气体18从第二气管17进入燃烧器35内，每层第二开孔床层板16底部均设冷气喷管，使得高温粒化颗粒13可进行逐层冷却，提升了冷却效果，有助于将高温粒化颗粒13中的热量提取出，同时第二滤板19对换热热气体18进行除尘，保证了换热热气体18的洁净度，冶金渣余热回收与应用的装置实现高品质、低成本地回收冶金渣的余热。

实施例7

热能利用过程由第一气管入口、第二气管入口和烟气入口、预热后高炉煤气入口、燃烧器35、热锅炉27、加热炉28、汽轮发电机组30、L形气管31、水箱32、煤气预热器33和高炉煤气入口组成，燃烧器1连接有热锅炉27，热锅炉27密封连接有加热炉28，热锅炉27侧壁连接有L形气管27，L形气管27设有汽时轮发电机组30，L形气管27设有煤气预热器33，L形气管31底部设有水箱32；

上层粒化热气体9通过第一气管入口进入燃烧器35内，换热热气体18通过第二气管入口进入燃烧器35内，同时工厂内烟气25通过烟气入口进入燃烧器35内，预热后高炉煤气26通过预热后高炉煤气入口进入燃烧器35内，上层粒化热气体9、换热热气体18和烟气25将预热后高炉煤气26进行再次加热，200-250℃的预热后高炉煤气26加热到600-700℃，使得预热后高炉煤气26在燃烧器35内的进行充分燃烧，燃烧产生的高温热空气进入加热箱27内对需要加热的加热炉28进行全面加热，加热炉28对冶金工艺上的原料进行加热，热空气进入L形管31内，对L形管31内汽轮发电机组30进行加热，汽轮发电机组30产生电流29，热空气再对煤气预热器33进行加热，煤气34进入煤气预热器33内进行加热产生预热后高炉煤气26，热空气变成低温热空气，低温热空气进入水箱32内对水进行加热，同时水箱32内的水对低温热空气内的有害物质进行吸收，有效的实现熔融冶金渣的热能回收利用，还实现了无污染空气排出，节能环保。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种熔融冶金渣的热能回收利用方法，其特征在于：热能回收利用过程至少由如下过程组成：

S1:熔融冶金渣热能回收过程:包括熔融冶金渣粒化过程和熔融冶金渣粒冷却过程组成；所述熔融冶金渣粒化过程由分散板对熔融冶金渣进行分散，再由粒化气流对熔融冶金渣进行吹散，形成冶金渣粒化颗粒，并落到第一开孔床层板上，熔融冶金渣粒化直接进入粒化颗粒冷却过程，粒化颗粒冷却过程采用空气或水或水与空气的混合物与颗粒直接接触的方式实现；

S2:冶金渣粒化颗粒热能回收过程：所述冶金渣粒化颗粒逐层落到第二开孔床层板上，直接进入冶金渣粒化颗粒冷却过程，冶冶金渣粒化颗粒冷却过程采用空气与颗粒直接接触的方式实现；

S3:热能利用过程:将所述熔融冶金渣热能回收过程得到的除尘后上层粒化热气体和冶金渣粒化颗粒热能回收过程得到的除尘后换热热气体用于燃烧器的热风提供热源。

2.根据权利要求1所述的一种熔融冶金渣的热能回收利用方法，其特征在于，所述除尘后上层粒化热气体和除尘后换热热气体的温度大于700℃。

3.根据权利要求1所述的一种熔融冶金渣的热能回收利用方法及装置，其特征在于，所述熔融冶金渣热能回收过程和热能利用过程之间设置有第一滤板，所述冶金渣粒化颗粒热能回收过程和热能利用过程之间设置有第二滤板。

4.根据权利要求1所述的一种熔融冶金渣的热能回收利用方法及装置，其特征在于，所述煤气预热器后产生的预热后高炉煤气全量或大部分用于对燃烧器进行预热。

5.根据权利要求1所述的一种熔融冶金渣的热能回收利用方法及装置，其特征在于，所述粒化气流在进入对分散后的熔融冶金渣的再次吹散前进行预热，预热采用间接方式，对粒化气流的预热热源为所述底层粒化热气体，或粒化气流预热器的产热。

6.根据权利要求1所述的一种熔融冶金渣的热能回收利用的装置，其特征在于，所述熔融冶金渣热能回收过程的装置包括粒化装置、分散板、熔融冶金渣导入口、粒化气流喷入口、第一滤板、第一气管、颗粒出口、第一开孔床层板和粒化冷却介质入口组成，所述分散板在熔融冶金渣导入口的右端，所述第一滤板安装在第一气管内，所述颗粒出口设置在第一开孔床层板的右端底部，所述第一气管与燃烧器相连接。

7.根据权利要求1所述的一种熔融冶金渣的热能回收利用的装置，其特征在于，所述冶金渣粒化颗粒热能回收过程由高温粒化颗粒入口、冷气喷管、换热塔、第二开孔床层板、第二气管、第二滤板、下料直板和低温冶金渣出口，所述第二开孔床层板左右交错排布在换热塔内，所述冷气喷管设置第二开孔床层板底部，最下层所述第二开孔床层板右端底部设有低温冶金渣出口，所述第二气管底部设置有燃烧器。

8.根据权利要求1所述的一种熔融冶金渣的热能回收利用的装置，其特征在于，所述热能利用过程由第一气管入口、第二气管入口和烟气入口、预热后高炉煤气入口、燃烧器、热锅炉、加热炉、汽轮发电机组、L形气管、水箱、煤气预热器和高炉煤气入口组成，所述燃烧器连接有热锅炉，所述热锅炉密封连接有加热炉，所述热锅炉侧壁连接有L形气管，所述L形气管设有汽时轮发电机组，所述L形气管设有煤气预热器，所述L形气管底部设有水箱。

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