專利名稱：一種液態(tài)高爐渣的顯熱回收利用方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源回收利用領(lǐng)域，尤其涉及液態(tài)高爐渣顯熱回收利用方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)鋼鐵需求量的增長(zhǎng)和鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，高爐渣的排放量日益增大。目前國(guó)內(nèi)外大型鋼鐵企業(yè)采用的高爐渣處理方式主要是以水淬法為主的濕式?；に?，該工藝得到的是以非晶玻璃相為主的?；?，具有潛在的水硬膠凝性能，是優(yōu)良的水泥原料，具有較高利用價(jià)值。水渣處理工藝的主要缺點(diǎn)是不僅熔渣余熱沒有回收，而且需要消耗大量的新水以及沖渣產(chǎn)生的氣態(tài)硫化物使空氣污染嚴(yán)重，惡化了工作環(huán)境。為了回收液態(tài)高爐渣的顯熱，國(guó)內(nèi)外各研發(fā)機(jī)構(gòu)開始針對(duì)高爐渣的顯熱回收及其渣的資源化利用展開研究，取得了一定的成績(jī)。
俄羅斯專利“渣處理方法及實(shí)施裝置”(申請(qǐng)?zhí)朢U2018494)公開了一種高溫液態(tài)爐渣的處理方法和裝置。該方法將高溫液態(tài)爐渣注入放置的滾筒內(nèi)，當(dāng)爐渣與放置在滾筒內(nèi)的鋼球接觸時(shí)被急劇冷卻，爐渣由液態(tài)轉(zhuǎn)成脆狀可塑態(tài)并凝固在球體表面，由于球體的運(yùn)動(dòng)和彼此間的碰撞，爐渣被破碎降溫。該方法在渣的?；矫嬗幸欢ǖ男Ч撉蛟诶鋮s渣的過程中遇高溫容易變形，影響冷卻效果；雖然實(shí)現(xiàn)了渣的資源化利用，但熱能被大量的浪費(fèi)掉而且不能連續(xù)生產(chǎn)。專利“高爐渣顯熱回收系統(tǒng)”(申請(qǐng)?zhí)朇N200810229556. 2)公開了一種包含轉(zhuǎn)杯、渣粒捕集器和余熱鍋爐的熱回收系統(tǒng)。該方法是將高溫液態(tài)爐渣流經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)杯中并沿轉(zhuǎn)杯的切線方向甩出，在此過程中破碎為渣粒，渣粒撞到渣粒捕集器的水冷壁進(jìn)一步被冷卻凝固并下滑到渣粒捕集器的底部，通過渣輸送帶輸送到余熱鍋爐，將熱量傳遞給管內(nèi)的水，使水汽化產(chǎn)生蒸汽，冷卻后的爐渣從余熱鍋爐底部排除。該方法在渣粒捕集器中單靠水冷壁來冷卻渣粒很難達(dá)到渣?；男Ч以O(shè)備較復(fù)雜，控制困難、流程較長(zhǎng)顯熱浪費(fèi)多，熱回收效率不高、動(dòng)力消耗大。專利“高爐渣處理及渣熱能利用方法及實(shí)施裝置”(申請(qǐng)?zhí)朇N200710157873. 3)公開了一種渣處理及其顯熱的利用方法和裝置。該方法將沸騰釜、處理罩安裝在熱水池上部，高爐液態(tài)渣經(jīng)渣溝直接流入沸騰釜的水中進(jìn)行泡渣、?；?，同時(shí)將釜內(nèi)水加熱沸騰并產(chǎn)生大量蒸汽，這樣隨著渣的不斷流進(jìn)，水泵水的補(bǔ)充，渣的熱全部轉(zhuǎn)化為熱的蒸汽，并經(jīng)過處理罩上部管道經(jīng)引風(fēng)機(jī)輸出，經(jīng)除塵過濾后加以利用。該方法在渣的粒化過程中有了很好的效果，但是水耗高，需要大量的新水作為補(bǔ)給，對(duì)水資源短缺的企業(yè)和國(guó)家來說問題尤為嚴(yán)重，而且在產(chǎn)生的蒸汽中含有H2S和SOx有毒氣體，給在隨后的利用中帶來困難。這些方法歸結(jié)起來，基本上都是采用不同的方法先把熱渣?；缓笤谠南侣?、輸送過程中進(jìn)行氣體熱交換，以提取渣熱。這些方法都不能完全利用熔融渣的潛熱，而且這些方法得到的熱蒸汽或熱水都是低品質(zhì)的熱源，不能高效的利用渣的顯熱。另外由于高爐出鐵的間歇性，造成熱回收裝置不能連續(xù)進(jìn)行，因此需要提出一種高效率的能連續(xù)工作的顯熱回收裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，利用化學(xué)反應(yīng)吸熱和相變材料儲(chǔ)能的原理，提供一種可以連續(xù)工作的高效回收利用液態(tài)高爐渣的顯熱回收利用方法及裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的，利用轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)將液態(tài)高爐渣壓制成薄膜，將液態(tài)高爐渣的熱量傳遞給轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的甲烷-水蒸氣化學(xué)反應(yīng)生成氫氣，同時(shí)利用相變材料儲(chǔ)能，使其在高爐間歇階段利用相變材料儲(chǔ)存的能量使甲烷-水蒸氣混合氣體化學(xué)反應(yīng)生成氫氣，生成的高溫氫氣和二氧化碳與換熱器產(chǎn)生熱交換，連續(xù)轉(zhuǎn)化為蒸汽，實(shí)現(xiàn)液態(tài)高爐渣顯熱的聞效利用。本發(fā)明的工作原來是在高爐出鐵階段I，固態(tài)相變材料吸收高爐渣顯熱轉(zhuǎn)變?yōu)?br> 液態(tài)相變材料，在這個(gè)相變過程中相變材料吸收并儲(chǔ)存熱量，同時(shí)甲烷-水蒸氣發(fā)生吸熱的重整反應(yīng)；在高爐間歇階段II，液態(tài)相變材料發(fā)生逆相變變?yōu)楣虘B(tài)相變材料，在這個(gè)過程中相變材料放出在階段I所儲(chǔ)存的熱量，使由甲烷-水蒸氣儲(chǔ)柜持續(xù)供給的甲烷-水蒸氣反應(yīng)，然后再回到階段I繼續(xù)上述過程，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。本發(fā)明相變材料具體選用的是固液相Na2S04/Si02的無機(jī)鹽/陶瓷基的圓柱形復(fù)合相變材料，其密度為I. 9 2. lg/cm3，熔化溫度為879 883. 6V，比潛熱為64. 46 84. lkj/kg，比熱容為 I. 16 I. 25kJ/kg. °C，儲(chǔ)能密度為 190 210kJ/kg。 本發(fā)明當(dāng)高爐出渣量為20 30kg/s，轉(zhuǎn)鼓的直徑為640 960mm，轉(zhuǎn)速90 150r/min，供入的混合氣體與相變材料的質(zhì)量比為I : 30 I : 50。實(shí)現(xiàn)發(fā)明的設(shè)備主要由渣流槽，渣罐，儲(chǔ)渣罐、轉(zhuǎn)鼓，鋸齒形刮渣板，甲烷-水蒸氣儲(chǔ)柜、相變材料，換熱器，儲(chǔ)氣柜，泵組成，渣流槽接渣罐，渣罐連接轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓下方安裝鋸齒形刮渣板，轉(zhuǎn)鼓由傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有相變材料，同時(shí)轉(zhuǎn)鼓與換熱器連接，換熱器接儲(chǔ)氣柜，轉(zhuǎn)鼓經(jīng)泵與甲烷-水蒸氣儲(chǔ)柜連接。本發(fā)明的工作過程是這樣的當(dāng)高爐出鐵時(shí)，渣流槽直接和高爐的出渣溝相連，液態(tài)高爐渣通過渣流槽進(jìn)入渣罐內(nèi)。液態(tài)高爐渣經(jīng)渣流槽進(jìn)入渣罐內(nèi)，渣罐主要是防止液態(tài)渣溢出，然后經(jīng)渣罐流進(jìn)兩個(gè)相向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鼓中間，在轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，液態(tài)渣經(jīng)過兩轉(zhuǎn)鼓擠壓成薄膜狀并粘附在轉(zhuǎn)鼓的表面，高爐渣由顆粒狀變?yōu)楸∧?，增大了與轉(zhuǎn)鼓的接觸面積，強(qiáng)化了傳熱效果。同時(shí)反應(yīng)氣體由甲烷-水蒸氣儲(chǔ)柜經(jīng)泵進(jìn)入進(jìn)氣管通過氣孔進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓中，轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)由傳動(dòng)裝置來提供。高爐渣的熱量通過導(dǎo)熱的方式傳給轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的甲烷-水蒸氣以及相變材料，甲烷-水蒸氣發(fā)生強(qiáng)吸熱的重整反應(yīng)生成CO和H2,反應(yīng)式為CH4+H20 — C0+3H2AH298k = 206kJ/mol生成的混合氣體經(jīng)出氣管到達(dá)換熱器，經(jīng)換熱后冷態(tài)的混合氣體由儲(chǔ)氣柜儲(chǔ)存或直接進(jìn)入下一道工序。換熱器的冷卻介質(zhì)為常溫水，經(jīng)過換熱的水蒸氣進(jìn)入發(fā)電鍋爐進(jìn)行發(fā)電。在重整反應(yīng)的同時(shí)相變材料在達(dá)到熔化溫度時(shí)發(fā)生從固態(tài)到液態(tài)的相變并儲(chǔ)存熱量。粘附在轉(zhuǎn)鼓上的渣料薄膜被鋸齒形刮渣板破碎脫落，脫落的渣片碰撞到水冷壁進(jìn)一步產(chǎn)生熱交換，然后渣片滑落到出渣口的輸送帶上被運(yùn)走。當(dāng)高爐出鐵完畢時(shí)，液態(tài)的相變材料發(fā)生逆相變釋放潛熱，形成一穩(wěn)定的高溫?zé)嵩?，使甲?水蒸氣發(fā)生重整反應(yīng)生成CO和H2,生成的混合氣體經(jīng)出氣管到達(dá)換熱器，經(jīng)換熱后冷態(tài)的混合氣體由儲(chǔ)氣柜儲(chǔ)存或直接進(jìn)入下一道工序，從而實(shí)現(xiàn)高爐渣余熱回收利用的連續(xù)性。采用本發(fā)明具有可以實(shí)現(xiàn)以下明顯效果I、本發(fā)明通過相變儲(chǔ)能材料的使用實(shí)現(xiàn)了高爐渣回收利用的連續(xù)性，使高爐渣余熱可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)回收并轉(zhuǎn)化為蒸汽能源進(jìn)行發(fā)電。2、采用甲烷重整制氫的間接熱回收方式，實(shí)現(xiàn)回收介質(zhì)的潔凈度較高，有利于能源的二次使用和交換。3、本發(fā)明通過重整反應(yīng)吸熱和相變材料儲(chǔ)能的方式，達(dá)到了使渣成為非晶玻璃相的條件，玻璃化率達(dá)到95%以上，熱回收率達(dá)到了 65%以上。


圖I是本發(fā)明工作原理示意圖；圖2本發(fā)明的轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明相變材料持續(xù)工作流程圖。圖中1_渣流槽、2-渣罐、3-儲(chǔ)渣罐、4-轉(zhuǎn)鼓、5-鋸齒形刮渣板、6-相變材料、7-換熱器、8-儲(chǔ)氣柜、9-泵、10-甲烷-水蒸氣儲(chǔ)柜、11-輸送帶，12-進(jìn)氣管、13-氣孔、14-傳動(dòng)裝置、15-出氣管，16-高爐洛，I -高爐出鐵階段、II -高爐間歇階段、6a-固態(tài)相變材料、6b-液態(tài)相變材料。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)說明本發(fā)明是利用轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)將液態(tài)高爐渣壓制成薄膜，將液態(tài)高爐渣的熱量傳遞給轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的甲烷-水蒸氣化學(xué)反應(yīng)生成氫氣，同時(shí)利用相變材料儲(chǔ)能，使其在高爐間歇階段利用相變材料儲(chǔ)存的能量使甲烷-水蒸氣混合氣體化學(xué)反應(yīng)生成氫氣，生成的高溫氫氣和二氧化碳與換熱器產(chǎn)生熱交換，連續(xù)轉(zhuǎn)化為蒸汽，實(shí)現(xiàn)液態(tài)高爐渣顯熱的高效利用。本發(fā)明實(shí)施例中采用的相變材料的各物性參數(shù)為密度為2. Og/cm3，熔化溫度為880°C，比潛熱為80kJ/kg，比熱容為I. lkj/kg. °C，儲(chǔ)能密度為200kJ/kg。當(dāng)高爐出鐵時(shí)，按處理渣的能力為20kg/s，則1500°C液態(tài)高爐渣所含的熱量為36000kJ。如圖1、2所示，渣流槽I直接和高爐的出渣溝相連，液態(tài)高爐渣通過渣流槽I進(jìn)入渣罐2內(nèi)。液態(tài)高爐渣經(jīng)渣流槽I進(jìn)入渣罐2內(nèi)，渣罐2主要是防止液態(tài)渣溢出，然后經(jīng)渣罐2流進(jìn)兩個(gè)同向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鼓4中間，在轉(zhuǎn)鼓4轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，液態(tài)渣經(jīng)過兩轉(zhuǎn)鼓4擠壓成薄膜狀并粘附在轉(zhuǎn)鼓4的表面，高爐渣由顆粒狀變?yōu)楸∧睿龃罅伺c轉(zhuǎn)鼓4的接觸面積，強(qiáng)化了傳熱效果。同時(shí)反應(yīng)氣體由甲烷-水蒸氣儲(chǔ)柜10經(jīng)泵9進(jìn)入進(jìn)氣管12通過氣孔13進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓4中，轉(zhuǎn)鼓4的轉(zhuǎn)動(dòng)由傳動(dòng)裝置14來提供。高爐渣的熱量通過導(dǎo)熱的方式傳給轉(zhuǎn)鼓4內(nèi)的甲烷-水蒸氣以及相變材料6，其中每個(gè)轉(zhuǎn)鼓中通入0. 82kg的甲烷-水蒸氣、25kg的相變材料，甲烷-水蒸氣發(fā)生強(qiáng)吸熱的重整反應(yīng)生成CO和H2，則重整反應(yīng)以及相變材料發(fā)生相變所需要的熱量為24000kJ，根據(jù)能量守恒可以得出當(dāng)渣從轉(zhuǎn)鼓上脫落時(shí)的溫度在500°C以下，達(dá)到了使渣成為非晶玻璃相的條件即高爐渣的冷卻速度1000°C /S，故渣的玻璃化率達(dá)到了 95%以上。生成的混合氣體經(jīng)出氣管15到達(dá)換熱器7，經(jīng)換熱后冷態(tài)的混合氣體由儲(chǔ)氣柜8儲(chǔ)存或直接進(jìn)入下一道工序。換熱器的冷卻介質(zhì)為常溫水，經(jīng)過換熱的水蒸氣進(jìn)入發(fā)電鍋爐進(jìn)行發(fā)電。根據(jù)熱平衡，回收的熱量包括重整反應(yīng)吸收的熱量、相變材料的相變潛熱和儲(chǔ)存的熱量以及反應(yīng)生成的氣體帶走的熱量。根據(jù)計(jì)算得反應(yīng)生成的氣體帶走的熱量為2800kJ，則熱回收率為65%。在重整反應(yīng)的同時(shí)相變材料6在達(dá)到熔化溫度時(shí)發(fā)生從固態(tài)到液態(tài)的相變并儲(chǔ)存熱量。粘附在轉(zhuǎn)鼓4上的渣料薄膜被鋸齒形刮渣板5破碎脫落，脫落的渣片碰撞到密閉容器3下部的水冷壁進(jìn)一步產(chǎn)生熱交換，然后渣片滑落到出渣口的輸送帶11上被運(yùn)走。當(dāng)高爐出鐵完畢時(shí)，液態(tài)的相變材料6發(fā)生逆相變，釋放的潛熱為5200kJ，而甲烷-水蒸氣發(fā)生重整反應(yīng)需所要的熱量為5000kJ，從而保證了重整反應(yīng)的進(jìn)行并且生成CO和H2,生成的混合氣體經(jīng)出氣管15到達(dá)換熱器7，經(jīng)換熱后冷態(tài)的混合氣體由儲(chǔ)氣柜8儲(chǔ)存或直接進(jìn)入下一道工序如圖3所示，在高爐出鐵階段I，固態(tài)相變材料6a吸收高爐渣16顯熱轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)相變材料6b，在這個(gè)相變過程中相變材料6吸收并儲(chǔ)存熱量，同時(shí)甲烷-水蒸氣發(fā)生吸熱的重整反應(yīng)；在高爐間歇階段II，液態(tài)相變材料6b發(fā)生逆相變變?yōu)楣虘B(tài)相變材料6a，在這個(gè)過程中相變材料6放出在階段I所儲(chǔ)存的熱量，使由甲烷-水蒸氣儲(chǔ)柜10持續(xù)供給的甲烷-水蒸氣反應(yīng)，然后再回到階段I繼續(xù)上述過程，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。當(dāng)高爐出禮:量為20 30kg/s,轉(zhuǎn)鼓的直徑為640 960mm,轉(zhuǎn)速90 150r/min,供入的混合氣體與相變材料的質(zhì)量比為I : 30 I : 50。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明裝置的連續(xù)工作，根據(jù)具體高爐出渣量的實(shí)際情況實(shí)行對(duì)甲烷-水蒸氣混合氣體與相變材料進(jìn)行配比，下面介紹本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例
權(quán)利要求
1.一種液態(tài)高爐渣的顯熱回收利用方法，其特征在于，利用轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)將液態(tài)高爐渣壓制成薄膜，將液態(tài)高爐渣的熱量傳遞給轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的甲烷-水蒸氣化學(xué)反應(yīng)生成氫氣，同時(shí)利用相變材料儲(chǔ)能，使其在高爐間歇階段利用相變材料儲(chǔ)存的能量使甲烷-水蒸氣混合氣體化學(xué)反應(yīng)生成氫氣，生成的高溫氫氣和二氧化碳與換熱器產(chǎn)生熱交換，連續(xù)轉(zhuǎn)化為蒸汽，實(shí)現(xiàn)液態(tài)高爐渣顯熱的高效利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種液態(tài)高爐渣的顯熱回收利用方法，其特征在于，所述的相變材料為固液相Na2S04/Si02的無機(jī)鹽/陶瓷基的圓柱形復(fù)合相變材料，其密度為I. 9 2.lg/cm3，熔化溫度為879 883. 6 °C,比潛熱為64. 46 84. lkj/kg，比熱容為I. 16 I.25kJ/kg. °C，儲(chǔ)能密度為 190 210kJ/kg。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種液態(tài)高爐渣的顯熱回收利用方法，其特征在于，當(dāng)高爐出渣量為20 30kg/s時(shí)，供入甲烷-水蒸氣混合氣體與相變材料的質(zhì)量比為I : 30 I 50。
4.如權(quán)利要求I所述的一種液態(tài)高爐渣的顯熱回收利用方法所用的裝置，其特征在于，它包括渣流槽，渣罐，轉(zhuǎn)鼓，鋸齒形刮渣板，甲烷-水蒸氣儲(chǔ)柜、相變材料，換熱器，儲(chǔ)氣柜，泵組成，渣流槽接渣罐，渣罐連接轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓下方安裝鋸齒形刮渣板，轉(zhuǎn)鼓由傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有相變材料，同時(shí)轉(zhuǎn)鼓與換熱器連接，換熱器接儲(chǔ)氣柜，轉(zhuǎn)鼓經(jīng)泵與甲烷-水蒸氣儲(chǔ)柜連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種液態(tài)高爐渣的顯熱回收利用方法所用的裝置，其特征在于，反應(yīng)氣體由甲烷-水蒸氣儲(chǔ)柜經(jīng)泵進(jìn)入進(jìn)氣管通過氣孔進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓中。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種液態(tài)高爐渣的顯熱回收利用方法所用的裝置，其特征在于，渣罐，轉(zhuǎn)鼓及鋸齒形刮渣板均安裝在儲(chǔ)渣罐中，儲(chǔ)渣罐下部安裝水冷壁，儲(chǔ)渣罐底部是出渣口，渣口接輸送帶。
全文摘要
本發(fā)明公開一種液態(tài)高爐渣的顯熱回收利用方法及裝置，它是利用轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)將液態(tài)高爐渣壓制成薄膜，將液態(tài)高爐渣的熱量傳遞給轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的甲烷-水蒸氣化學(xué)反應(yīng)生成氫氣，同時(shí)利用相變材料儲(chǔ)能，使其在高爐間歇階段利用相變材料儲(chǔ)存的能量使甲烷-水蒸氣混合氣體化學(xué)反應(yīng)生成氫氣，生成的高溫氫氣和二氧化碳與換熱器產(chǎn)生熱交換，連續(xù)轉(zhuǎn)化為蒸汽，實(shí)現(xiàn)了液態(tài)高爐渣顯熱的高效利用；采用甲烷重整制氫的間接熱回收方式，實(shí)現(xiàn)回收介質(zhì)的潔凈度較高，有利于能源的二次使用和交換。通過重整反應(yīng)吸熱和相變材料儲(chǔ)能的方式，達(dá)到了使渣成為非晶玻璃相的條件，玻璃化率達(dá)到95％以上，熱回收率達(dá)到了65％以上。
文檔編號(hào)C09K5/06GK102721029SQ20111007790
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者劉常鵬, 張?zhí)熨x, 張宇, 李衛(wèi)東, 王東山, 袁玲, 賈麗娣, 賈振 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司