本發(fā)明涉及一種熱風(fēng)動力式粒化冶金液態(tài)渣余熱回收系統(tǒng)及方法，屬于高溫物料回收利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源使用效率的高低已成為一個部門、一個行業(yè)乃至一個國家技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口的不斷增長，能源相對不足的矛盾已經(jīng)日益突出，尋求新的能源或可再生能源，以及合理的綜合利用現(xiàn)有的寶貴能源是我國今后如何確保經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。近年來，我國冶金工業(yè)取得了令人矚目的快速發(fā)展，其中鋼產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù)多年居世界第一位。冶金工業(yè)作為資源、能源密集型行業(yè)，是耗能大戶。其中鋼產(chǎn)業(yè)耗能量占全國能耗量的16%左右，但噸鋼可比能耗比先進(jìn)國家高20%左右。能源問題日益成為我國冶金工業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的主要制約瓶頸之一。

二次能源的開發(fā)利用已引起人們極大的關(guān)注。近年來國外許多國家對冶金爐渣余熱回收利用做了大量的研究工作，取得了一定的成績。目前冶金爐渣處理的主要工藝有：?；?、風(fēng)淬法、管式冷卻法和merotec法。雖然上述方法都能解決一些問題，但各有各的缺點。?；ㄗ钤缡遣捎梅▏骼锩芬桓Ｋ箯S試用的一種爐渣?；b置，主要部件是一個直徑為90毫米、長1800毫米的溝槽滾筒，轉(zhuǎn)速約為300轉(zhuǎn)/分，其基本原理是將溫度1450℃的液體爐渣流向一個水冷噴水平臺，以便進(jìn)行初次破碎，再將渣子拋在空氣中并?；汕驙?，粒度分布為0.3～15毫米,然后用霧化水加速冷卻（每臺設(shè)備的冷卻能力為100噸/小時），接著用流態(tài)床換熱器以較高的熱效率回收渣粒的能量。對于每小時處理60噸爐渣的設(shè)備所作的初步研究表明,這種裝置每小時可以產(chǎn)生溫度500～600℃的熱空氣7500公斤。因此,這階段回收的總效率為25～30%。這些熱可用于蒸氣發(fā)電或者預(yù)熱產(chǎn)品。然而，?；ㄓ酂峄厥招实停瑫速M大量的水，形成的大量污水、污泥難于處理。

風(fēng)淬法是由日本鋼管公司和三菱公司共同發(fā)明的。該方法已在福山廠使用,月處理量為10000噸左右，其熔融渣溫度為l500～1600℃。該方法的設(shè)備中鼓風(fēng)機使用一種特殊噴咀,經(jīng)過強力鼓風(fēng)后液態(tài)熔融渣被破碎成直徑小于3毫米的顆粒并很快冷卻固化，固化后的渣粒溫度仍有1200～1300℃,將它用于鍋爐,使熱量傳遞給鍋爐水管。這種設(shè)備能夠回收40%的余熱,每天可生產(chǎn)200噸蒸氣，該設(shè)備亦可用于有色冶金鼓風(fēng)爐和轉(zhuǎn)爐上回收余熱。然則，鼓風(fēng)機噴咀易阻塞，難以清理，且余熱回收效率低。

管式冷卻法是新日鐵琪制鐵所研究應(yīng)用的方法。該方法的流程是將爐渣注入管式冷卻器φ90×500毫米(外徑φ150毫米)的管內(nèi),爐渣的熱量傳遞給管外的冷卻水，得到25公斤/cm²壓力的蒸氣,打開管子下方的蓋板,即可將凝固的渣子排出,而且只要管內(nèi)加工良好,保持30%的傾斜度，即使3.2米長的管子也可將凝固渣順利排出。不過，灰渣容易粘附在管壁上，難以清理，余熱回收效率低。

merotec法是瑞典研究了一種merotec工藝回收高爐渣熱的新方法,該方法是把1350℃的熔融渣和循環(huán)渣經(jīng)破碎器進(jìn)入?；?然后到冷卻器,進(jìn)入冷卻器的渣溫為700～800℃,在冷卻器中采用管道通以空氣或水,以獲得500℃的熱空氣或者250℃、210ata的水蒸氣，換熱后的渣粒經(jīng)冷卻器進(jìn)入分離器,將大于3毫米的渣粒用于建材,小于3毫米的用作循環(huán)渣。該工藝回收渣熱的效率可達(dá)60～75%,如將高爐渣熱用于干燥的目的,其效果可達(dá)80%?？墒窃摲椒ㄝ^為復(fù)雜，投資成本高。

近年來，許多國家對冶金爐渣余熱的回收利用作了大量研究工作。冶金生產(chǎn)流程中投入了大量的能源，主要是為了金屬產(chǎn)品的生產(chǎn)創(chuàng)造和維持一個高溫反應(yīng)與變形的條件，大部分能源轉(zhuǎn)變?yōu)槎文茉幢淮罅颗欧?。有效回收利用冶金流程中的二次能源，是冶金企業(yè)降低能耗的重要途徑。其中，冶金中產(chǎn)生的高溫灰渣具有巨大的能量，如何有效余熱回收灰渣中的能量，是降低冶金企業(yè)能耗比的關(guān)鍵。現(xiàn)有的高溫灰渣余熱回收技術(shù)大多采用冷卻水進(jìn)行冷卻，不僅浪費了大量的水資源，還形成大量的污水、污泥等難以處理的材料，并且工藝流程長，能耗高，對環(huán)境污染嚴(yán)重。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種熱風(fēng)動力式?；苯鹨簯B(tài)渣余熱回收系統(tǒng)，同時給出了余熱回收方法，采用熱氣體與液態(tài)灰渣預(yù)混，不僅能獲得粒徑更小、更均勻的液態(tài)渣，還起到導(dǎo)流作用，同時避免因水冷卻液態(tài)渣導(dǎo)致的水資源大量浪費以及難于處理的污水、污泥產(chǎn)生，實現(xiàn)冶金液態(tài)渣余熱回收的高效回收。

為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種熱風(fēng)動力式?；苯鹨簯B(tài)渣余熱回收系統(tǒng)，包括灰渣換熱池、灰渣相變床和換熱設(shè)備，灰渣換熱池內(nèi)設(shè)置有換熱管，灰渣換熱池內(nèi)安置有液態(tài)灰渣；灰渣相變床包括密封腔體，密封腔體的頂部設(shè)置有內(nèi)混式噴嘴，內(nèi)混式噴嘴具有混合室，混合室分別經(jīng)管路與灰渣換熱池、換熱管連接，密封腔體的底部具有第一冷氣入口和第一排渣口，密封腔體的上部還具有第一熱氣出口；換熱設(shè)備的一端為熱氣入口，另一端為冷氣出口，熱氣入口通過管路與分離器的出氣口連接，分離器的進(jìn)氣口通過管路與第一熱氣出口連接，冷氣出口經(jīng)管路連接第一高壓風(fēng)機，第一高壓風(fēng)機分別經(jīng)管路連接第二高壓風(fēng)機和第一冷氣入口，第二高壓風(fēng)機經(jīng)管路連接換熱管。

本發(fā)明采用內(nèi)混式噴嘴，液態(tài)灰渣進(jìn)入噴嘴的混合室后與經(jīng)高壓預(yù)熱的熱氣體（該氣體來自換熱設(shè)備余熱回收后的氣體）進(jìn)行混合，高壓熱氣體對液態(tài)灰渣有運輸和導(dǎo)流作用，并使液態(tài)灰渣粒徑變得更均勻、更小，液態(tài)灰渣在混合室內(nèi)經(jīng)過碰撞后，由噴嘴排出，進(jìn)入灰渣相變床，并在灰渣相變床中與鼓入的冷氣體進(jìn)行換熱，冷氣體將灰渣的熱量帶出，被加熱的氣體再通過換熱設(shè)備回收利用，液態(tài)灰渣凝固成固態(tài)灰渣并由第一排渣口排出。

本發(fā)明進(jìn)一步細(xì)化的結(jié)構(gòu)如下：

進(jìn)一步的，換熱管具有第二冷氣入口和第二熱氣出口，第二冷氣入口經(jīng)管道連接第二高壓風(fēng)機，第二熱氣出口經(jīng)管道與內(nèi)混式噴嘴的混合室連接。

上述結(jié)構(gòu)中采用換熱管輸送的熱氣體對液態(tài)灰渣進(jìn)行預(yù)混，在內(nèi)混式噴嘴中通過高溫高壓氣體驅(qū)使液態(tài)灰渣沿噴嘴徑向向外流動，液態(tài)灰渣被高溫高壓氣體沖撞，破碎并霧化成小液滴。本發(fā)明可以通過改變高溫氣體和液態(tài)灰渣的流量比獲取不同粒徑的灰渣，使灰渣顆粒更加均勻、粒徑更小，進(jìn)而使液態(tài)灰渣與冷氣體換熱更加徹底。另外，由于熱氣體的溫度大于液態(tài)灰渣的熔點，致使噴嘴內(nèi)的灰渣保持液態(tài)，不會堵塞。

進(jìn)一步的，換熱管的第二冷氣入口與第二高壓風(fēng)機之間還設(shè)有氣-氣換熱器，氣-氣換熱器包括殼體和設(shè)置在殼體中的換熱管束，殼體的一端進(jìn)口經(jīng)管路與第二高壓風(fēng)機連接，另一端出口經(jīng)管路與換熱管連接；換熱管束的進(jìn)氣口通過進(jìn)氣管連接位于分離器出氣口后的管路，進(jìn)氣管設(shè)有第一流量控制閥，換熱管束的出氣口通過出氣管連接位于換熱設(shè)備熱氣入口前的管路，出氣管設(shè)有第三高壓風(fēng)機。

上述結(jié)構(gòu)中采用氣-氣換熱管是為了對冷氣體進(jìn)行預(yù)熱，防止進(jìn)入灰渣換熱池的冷氣體溫度過低，導(dǎo)致液態(tài)灰渣在灰渣換熱池中凝固。

進(jìn)一步的，第一高壓風(fēng)機與第二高壓風(fēng)機之間的管路設(shè)有第二流量控制閥。

第一流量控制閥用于調(diào)整進(jìn)入氣-氣換熱器的熱氣體的量，進(jìn)入氣-氣換熱器的熱氣體的量為少量，使用少量熱氣體對進(jìn)入換熱管前的冷氣體進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后該少量氣體返回位于分離器后的管路中，由于氣體量較少，不會影響后面換熱設(shè)備的使用。第二流量控制閥用于調(diào)整進(jìn)入換熱管的冷氣體的量，進(jìn)而調(diào)節(jié)后面高壓熱氣體與液態(tài)灰渣的流量比。

進(jìn)一步的，所述換熱管為盤管式換熱管。

進(jìn)一步的，分離器的底端具有第二排渣口。

進(jìn)一步的，灰渣換熱池經(jīng)管道與灰渣儲存池連通，所述灰渣儲存池內(nèi)裝有液態(tài)灰渣，在灰渣儲存池的頂部具有灰渣進(jìn)口。

進(jìn)一步的，換熱設(shè)備具有換熱夾層，換熱夾層具有冷媒入口和熱媒出口，冷、熱媒為水。換熱設(shè)備為氣體預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)式氣-氣換熱器、翅片管換熱器、光管換熱器、熱管換熱器、盤管換熱器、板式換熱器中的一種或幾種。進(jìn)一步的，分離器為重力分離器、慣性分離器、旋風(fēng)分離器中的一種或幾種。

本發(fā)明還提供一種熱風(fēng)動力式粒化冶金液態(tài)渣余熱回收方法，包括以下步驟：

第一步、灰渣儲存池向灰渣換熱池輸送溫度為1500～1600℃的液態(tài)灰渣后，第一高壓風(fēng)機、第二高壓風(fēng)機啟動，將溫度為150～300℃的冷氣體輸送至設(shè)置于灰渣換熱池內(nèi)的換熱管，冷氣體在換熱管中與灰渣換熱池內(nèi)的液態(tài)灰渣進(jìn)行換熱，得到溫度為1300～1400℃的高壓熱氣體；轉(zhuǎn)至第二步；

第二步、換熱后的高壓熱氣體及液態(tài)灰渣分別經(jīng)管路輸送至內(nèi)混式噴嘴的混合室，并在混合室內(nèi)混合后得到混合灰渣，混合灰渣粒徑大小的改變是通過調(diào)整高壓熱氣體與液態(tài)灰渣的流量比來實現(xiàn)，混合灰渣經(jīng)內(nèi)混式噴嘴上的噴孔噴出；轉(zhuǎn)至第三步；

第三步、溫度為150～300℃的冷氣體在第一高壓風(fēng)機作用下從灰渣相變床底部進(jìn)入其密封腔體，灰渣相變床內(nèi)部保持微負(fù)壓，在密封腔體內(nèi)冷氣體先與位于灰渣相變床底部的凝固的灰渣進(jìn)行換熱，再與由內(nèi)混式噴嘴噴射出的混合灰渣進(jìn)行換熱，換熱后液態(tài)灰渣遇冷凝固成固體灰渣，冷氣體被加熱成800～1200℃的熱氣體；轉(zhuǎn)至第四步；

第四步、熱氣體從灰渣相變床排出后經(jīng)分離器分離出攜帶的固體灰渣，進(jìn)入換熱設(shè)備，熱氣體在換熱設(shè)備中與冷媒換熱得到溫度為150～300℃的冷氣體，冷氣體從換熱設(shè)備的冷氣出口排出，在第一高壓風(fēng)機的引風(fēng)作用下大部分導(dǎo)入灰渣相變床中循環(huán)使用，小部分在第二高壓風(fēng)機的引風(fēng)作用下導(dǎo)入換熱管循環(huán)使用。

進(jìn)一步的，在第四步中，分離器出來的熱氣體，大部分進(jìn)入換熱設(shè)備進(jìn)行換熱，少部分經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入氣-氣換熱器對來自第二高壓風(fēng)機的冷氣體進(jìn)行預(yù)熱。

本發(fā)明的優(yōu)點是，設(shè)計巧妙，工藝簡單，成本低，余熱回收效率高，且節(jié)能環(huán)保，避免產(chǎn)生大量的污水、污泥，有利于降低冶金企業(yè)的能耗，促進(jìn)冶金企業(yè)可持續(xù)發(fā)展，具有良好的借鑒意義和推廣價值。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

圖1為本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本實施例的一種熱風(fēng)動力式?；苯鹨簯B(tài)渣余熱回收系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括灰渣換熱池4、灰渣相變床9和換熱設(shè)備13，灰渣換熱池4經(jīng)管道與灰渣儲存池2連通，灰渣儲存池2內(nèi)裝有液態(tài)灰渣3，在灰渣儲存池2的頂部具有灰渣進(jìn)口1，灰渣儲存池2、灰渣換熱池4均為密封的圓筒狀或其它形狀?；以鼡Q熱池4內(nèi)設(shè)置有換熱管5，灰渣換熱池4內(nèi)還安置有液態(tài)灰渣3，換熱管5具有第二冷氣入口和第二熱氣出口，第二冷氣入口經(jīng)管道連接第二高壓風(fēng)機10，第二熱氣出口經(jīng)管道與內(nèi)混式噴嘴6的混合室連接?；以嘧兇?包括密封腔體，密封腔體的頂部設(shè)置有內(nèi)混式噴嘴6，內(nèi)混式噴嘴6具有混合室，混合室通過導(dǎo)液管15與灰渣換熱池4內(nèi)腔連通，導(dǎo)液管15設(shè)有第三流量控制閥，同時混合室還經(jīng)管路與換熱管5的第二熱氣出口連接，密封腔體的底部具有第一冷氣入口7和第一排渣口8，密封腔體的上部還具有第一熱氣出口。換熱設(shè)備13的一端為熱氣入口，另一端為冷氣出口，換熱設(shè)備13的熱氣入口通過管路與分離器11的出氣口連接，分離器11的進(jìn)氣口通過管路與第一熱氣出口連接，換熱設(shè)備13的冷氣出口經(jīng)管路連接第一高壓風(fēng)機18，第一高壓風(fēng)機18分別經(jīng)管路連接第二高壓風(fēng)機10和第一冷氣入口7，第一高壓風(fēng)機18與第二高壓風(fēng)機10之間的管路設(shè)有第二流量控制閥19，第二高壓風(fēng)機10經(jīng)管路連接換熱管5的第二冷氣入口。換熱設(shè)備13還具有換熱夾層，換熱夾層具有冷媒入口和熱媒出口，冷、熱媒為水。管路（管道）上均設(shè)有閥門。

另外，換熱管5的第二冷氣入口與第二高壓風(fēng)機10之間還設(shè)有氣-氣換熱器14，氣-氣換熱器14包括殼體和設(shè)置在殼體中的換熱管束，殼體的一端進(jìn)口經(jīng)管路與第二高壓風(fēng)機10連接，另一端出口經(jīng)管路與換熱管5的第二冷氣入口連接。換熱管束的進(jìn)氣口通過進(jìn)氣管連接位于分離器11出氣口后的管路，進(jìn)氣管設(shè)有第一流量控制閥17，換熱管束的出氣口通過出氣管連接位于換熱設(shè)備13熱氣入口前的管路，出氣管設(shè)有第三高壓風(fēng)機16。第一高壓風(fēng)機18、第二高壓風(fēng)機10、第三高壓風(fēng)機16均為引風(fēng)機。

換熱管5為盤管式換熱管。分離器11的底端具有第二排渣口12。分離器11可以為重力分離器、慣性分離器、旋風(fēng)分離器中的一種或幾種組合。

換熱設(shè)備13為氣體預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)式氣-氣換熱器、翅片管換熱器、光管換熱器、熱管換熱器、盤管換熱器、板式換熱器中的一種或幾種組合。換熱設(shè)備采用耐高溫的砌磚材料制作。

本實施例的一種熱風(fēng)動力式粒化冶金液態(tài)渣余熱回收方法，包括以下步驟：

第一步、灰渣儲存池2向灰渣換熱池4輸送溫度為1500～1600℃的液態(tài)灰渣后，第一高壓風(fēng)機18、第二高壓風(fēng)機10啟動，將溫度為150～300℃的冷氣體輸送至設(shè)置于灰渣換熱池4內(nèi)的換熱管5，冷氣體在換熱管5中與灰渣換熱池4內(nèi)的液態(tài)灰渣進(jìn)行換熱，得到溫度為1300～1400℃的高壓熱氣體。

第二步、1500～1600℃液態(tài)灰渣經(jīng)導(dǎo)液管15進(jìn)入內(nèi)混式噴嘴6的混合室，同時換熱后的1300～1400℃高壓熱氣體也通過管道輸送至混合室，高壓熱氣體對液態(tài)灰渣有輸送和導(dǎo)流的作用，二者混合室內(nèi)經(jīng)過碰撞、混合后得到混合灰渣，混合灰渣經(jīng)內(nèi)混式噴嘴6上的噴孔噴出。導(dǎo)液管15及管道上設(shè)有閥門，通過第二流量控制閥19、第三流量控制閥來調(diào)節(jié)高壓熱氣體與液態(tài)灰渣的流量比，進(jìn)而獲得不同粒徑的灰渣。

第三步、溫度為150～300℃的冷氣體在第一高壓風(fēng)機18作用下從灰渣相變床9底部進(jìn)入其密封腔體，灰渣相變床9內(nèi)部保持微負(fù)壓，在密封腔體內(nèi)冷氣體先與位于灰渣相變床9底部的凝固的灰渣進(jìn)行換熱，再與由內(nèi)混式噴嘴6噴射出的混合灰渣（1500～1600℃）進(jìn)行換熱，換熱后液態(tài)灰渣遇冷凝固成粒徑在1mm左右的固體灰渣（溫度100～125℃），固體灰渣經(jīng)第一排渣口8排出，冷氣體被加熱成800～1200℃的熱氣體；轉(zhuǎn)至第四步；

第四步、熱氣體從灰渣相變床9排出后經(jīng)分離器11分離出熱氣體攜帶的固體灰渣，分離器11出來的熱氣體，大部分進(jìn)入換熱設(shè)備13進(jìn)行換熱，少部分經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入氣-氣換熱器14對來自第二高壓風(fēng)機10的冷氣體進(jìn)行預(yù)熱，熱氣體在換熱設(shè)備13中與冷媒換熱得到溫度為150～300℃的冷氣體，冷氣體從換熱設(shè)備13的冷氣出口排出，在第一高壓風(fēng)機18的引風(fēng)作用下大部分導(dǎo)入灰渣相變床9中循環(huán)使用，小部分在第二高壓風(fēng)機10的引風(fēng)作用下導(dǎo)入換熱管5循環(huán)使用。

除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。