專利名稱：一種高爐渣顯熱回收及發(fā)電的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高爐渣顯熱回收及發(fā)電的方法，特別涉及金屬冶煉高溫液態(tài)渣的熱能回收與利用的一種高溫爐渣顯熱回收系統(tǒng)和生產(chǎn)工藝，屬于余熱能回收技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋼鐵生產(chǎn)是國民經(jīng)濟建設中重要的基礎性結(jié)構(gòu)材料和功能材料。當世界進入經(jīng)濟全球化和信息化新的歷史時代，仍需要有鋼鐵作為支撐。隨著鋼鐵產(chǎn)量高速增長，資源、能源和污染物排放已成為制約我國鋼鐵工業(yè)進一步發(fā)展的限制性因素。因此，在我國鋼鐵工業(yè)走新型工業(yè)化道路的進程中，應著力降低能耗、水耗和原料消耗，做好環(huán)境保護工作，實現(xiàn)增長方式的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展與生態(tài)資源的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。我國的鋼鐵產(chǎn)量生產(chǎn)絕大部分是采用高爐一轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)出來的。高爐渣是在高爐冶煉過程中，由礦石中的脈石、燃料中的灰分和熔劑中非揮發(fā)組分形成的副產(chǎn)物。冶煉一噸生鐵約產(chǎn)生O. 3 O. 6噸高爐渣。2004年我國產(chǎn)鐵2. 5億噸，即使按O. 3t渣/t鐵計算， 高爐渣的產(chǎn)量約為7500萬噸。由于液態(tài)高爐渣溫度最高約為1500°C，處理的方法大多采用水沖渣，經(jīng)水淬后的高爐渣用于制作水泥、路基、建筑等材料。此法的缺點是不僅高爐渣的顯熱無法利用，而且造成水資源的大量浪費。為回收高爐爐渣的熱能，國內(nèi)外學者提出很多的利用方法，例如，NKK的研究人員將轉(zhuǎn)爐渣倒在兩個內(nèi)部通有低沸點有機工質(zhì)的轉(zhuǎn)鼓之間，爐渣被快速冷卻并形成薄膜，采用換熱器回收有機工質(zhì)的熱量并用于發(fā)電；這種方法的主要缺點是必須用刮渣器去除粘在轉(zhuǎn)鼓上的渣膜，否則將會導致傳熱效率的急劇下降。Kawasaki鋼廠將液態(tài)渣倒入一個攪拌器中破碎成小于IOOmm的顆粒，通過輻射傳熱回收熱量，渣從初始溫度冷卻到1000°C， 產(chǎn)生的蒸汽可以達到450°C。然后將破碎的渣送入到冷卻塔中，用空氣將其進一步冷卻到 250°C，能量回收效率達到76%，這種方法只能是階段性的生產(chǎn)。俄羅斯RU2018494公開一種《渣處理方法及實施裝置》，高溫液態(tài)爐渣被注入放置的滾筒內(nèi)，當爐渣與置于滾筒內(nèi)的鋼球接觸時被急劇冷卻，爐渣由液態(tài)轉(zhuǎn)成脆狀可塑態(tài)并凝固在球體表面，由于球體的運動和球體間彼此碰撞，爐洛被破碎成700°C左右,直徑小于 120mm的固態(tài)渣，專利98123555. 7利用這個技術(shù)，使用滾筒裝置生產(chǎn)出的600 700°C固態(tài)熱渣，連續(xù)輸入到汽渣熱交換器內(nèi)與循環(huán)氣體進行熱交換，加熱到350 400°C，爐渣被冷卻到200°C以下由汽渣熱交換器連續(xù)排出。這種技術(shù)的缺點在于滾筒對液態(tài)爐渣冷卻時滾筒與鋼球在高溫的作用下，設備溫度升高、容易發(fā)生變形，影響液態(tài)渣的冷凝，其次冷卻后的鋼渣溫度低，可利用的熱量減少。利用高溫爐渣發(fā)電是一種大節(jié)約能源的方法，為減少污染改善環(huán)境起到重要作用。

發(fā)明內(nèi)容
高溫爐渣是在金屬鐵冶煉時產(chǎn)生的，其溫度在1500°C左右，爐渣的結(jié)晶溫度在 1100°C或更高。在鋼鐵冶煉中，爐渣不屬于需控制技術(shù)指標的產(chǎn)品，故其成分不被控制，所以不同礦石冶煉過程所產(chǎn)生的爐渣，其物理特性具有一定的差異。余熱發(fā)電關(guān)注的技術(shù)指標有爐渣的出爐溫度、結(jié)晶溫度、高溫狀態(tài)的流動性、日總產(chǎn)渣量和比熱容五個技術(shù)指標。 具體爐渣的物理特性與高爐冶煉工藝和鐵礦石有關(guān)，不同爐渣物理特性，應用于余熱發(fā)電系統(tǒng)時，運行參數(shù)也應有所調(diào)整。本發(fā)明對冶煉產(chǎn)生爐渣處理的基本要求是冷卻爐渣和使爐渣顆?；瑢崿F(xiàn)從高溫降到常溫，產(chǎn)生顆粒度大小適宜方便下一步利用的要求。用高溫液態(tài)爐渣制造高溫固態(tài)爐渣，以便裝入余熱鍋爐和在這兩個階段都回收熱能的技術(shù)是本專利申請的主要內(nèi)容，其關(guān)鍵點是回收爐渣結(jié)晶前的熱能和爐渣結(jié)晶后的熱能發(fā)電；結(jié)晶過程中高溫爐渣不與非耐熱材料的設備直接接觸，使得設備中采用金屬材料制造的零部件，在運行中溫度處于常溫狀態(tài)，不發(fā)生因溫度升高導致的設備變形，保證設備穩(wěn)定、連續(xù)和低成本運行。本發(fā)明一種高爐渣顯熱回收及發(fā)電的方法，其技術(shù)方案為 在流經(jīng)緩沖預冷熔渣液池內(nèi)的高溫液態(tài)爐渣用循環(huán)空氣進行冷卻，被加熱后的循環(huán)空氣去加熱緩沖預冷熔渣液池的余熱鍋爐產(chǎn)生水蒸氣發(fā)電，冷卻后的循環(huán)空氣回到循環(huán)風機的進口。高溫爐渣熔液通過空氣冷卻使溫度降低到接近結(jié)晶的溫度排出緩沖預冷熔渣液池，通過結(jié)晶包流落到連續(xù)運動中的托盤履帶機上，繼續(xù)空冷、適度噴水等冷卻形式，形成高溫結(jié)晶體，(其表面溫度控制在1000°c以上)將該高溫結(jié)晶體送到固體余熱鍋爐內(nèi)繼續(xù)冷卻到200 °C排出固體余熱鍋爐，然后進一步冷卻和破碎、篩分，實現(xiàn)冷卻高爐爐渣的技術(shù)目標。并通過兩個余熱鍋爐組合產(chǎn)生的蒸汽共同推動一臺發(fā)電機組發(fā)電。(即緩沖預冷熔渣池的余熱鍋爐和固體余熱鍋爐。)其中，爐渣冷卻過程由三個階段組成，第一步是在緩沖預冷熔渣液池中，通過空氣交換和/或輻射的方法降低液態(tài)爐渣的溫度并加熱余熱鍋爐產(chǎn)生水蒸氣發(fā)電，使熔液的溫度降低到適合開始結(jié)晶的溫度，為(爐渣)結(jié)晶做準備；第二步是在托盤履帶機上進一步降低液體溫度實現(xiàn)結(jié)晶，完成造高溫固體結(jié)晶塊的目的；第三步是將高溫結(jié)晶塊送到固體爐渣余熱鍋爐內(nèi)進一步降低溫度實現(xiàn)余熱發(fā)電的目的。其中，對冷卻到常溫的爐渣采取破碎、篩分處理。處理后的部分爐渣作為回流爐渣返回第二步作為鋪底料使用，以隔離熱熔渣液與設備的接觸，并且可以迅速吸收結(jié)晶體表面熱量，形成預定形狀的固態(tài)，保證設備的金屬部分處于低溫狀態(tài)，實現(xiàn)機械設備穩(wěn)定運行的目標，多余的爐渣運出。在托盤履帶機托盤上的鋪底層可以鋪成等厚層或按設計的斷面形狀進行鋪墊，也可做成固定距離的球形坑等，將熔液澆筑到坑中形成預想的結(jié)晶體形狀， 結(jié)晶體是不連續(xù)的單體，即稱為結(jié)晶塊。必要時在結(jié)晶體的上表面，在托盤履帶機的出口段，再鋪上回流爐渣，使上部尚未完全結(jié)晶的爐渣迅速降溫完成結(jié)晶。將完成結(jié)晶的高溫固體塊與鋪墊爐渣分離后送入固體爐渣余熱鍋爐繼續(xù)降溫，產(chǎn)生蒸汽發(fā)電。冷卻后排出余熱鍋爐并具有一定溫度能量的固體爐渣是否可以繼續(xù)利用其能量不是本專利申請涉及的范圍。上述爐渣處理過程滿足了爐渣冷卻的目標。即將熾熱液態(tài)爐渣冷卻到可以外運的溫度， 經(jīng)過破碎和篩分實現(xiàn)了適度顆?；募夹g(shù)目標。其中，結(jié)晶前的預冷卻方式如下高溫液體爐渣溫度在1500°C左右，需進入緩沖預冷熔渣池預冷處理，達到預冷和保證系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定作業(yè)需要的緩沖池作用。熱交換有兩種形式可以選擇一種是在熱熔液的上方設置余熱鍋爐熱交換器，通過循環(huán)軸流風機和輻射方法將熱熔液熱量轉(zhuǎn)移到余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽。采用這種方法緩沖預冷熔渣池內(nèi)的空氣壓力與外部環(huán)境壓力相同；詳見圖I。另一種方法是用鼓風機將冷卻循環(huán)氣體吹進緩沖預冷熔渣池，熱熔液出口端上部為進風口，從熱熔液進口端上方的為出風口，并流到余熱鍋爐(逆向冷卻)，空氣冷卻后回到循環(huán)風機的進口。采用這種方法緩沖預冷熔渣池內(nèi)空氣壓力為風機出口壓力。熱熔液的進、出口要有特殊設計，以保證熱空氣不從熱熔液的進、出口流出，從而需要調(diào)控出口的流量。熱熔液出口開I個或數(shù)個排出口。熔液流到下方的結(jié)晶包內(nèi)，由結(jié)晶包完成分流澆鑄任務。詳見圖2。下面涉及本發(fā)明的一些具體問題說明如下3. I熱熔液的澆注與結(jié)晶包結(jié)晶包的作用是解決從固定緩沖預冷熔渣池出口流出的熱熔液落到運動中的托盤履帶機上，實現(xiàn)下落熱熔液落著點隨托盤履帶機同步運動，完成結(jié)晶體為獨立結(jié)晶塊的目的。當結(jié)晶包做快速返回運動時，在加速度作用下，雖然從緩沖預冷熔渣池出口流出熱熔液是連續(xù)的，結(jié)晶包出口應沒有熱熔液流出。達到產(chǎn)出結(jié)晶塊的外觀形狀和尺寸變化受控， 相互不連接。必要時在返回時先通過機械動作使結(jié)晶包傾斜角度，抬高出口高度，實現(xiàn)更徹底的斷流設計。結(jié)晶包的出口形狀和通徑依據(jù)結(jié)晶塊的設計形狀等多個參數(shù)經(jīng)試驗后確定。驅(qū)動結(jié)晶包運動的設備不作論述，應滿足工作行程的運動速度與托盤履帶機的運行速度相同， 實現(xiàn)高速返回。結(jié)晶包可做成一個整體或多個單體，當結(jié)晶包為整體時，緩沖預冷熔渣池出口設計成I個或幾個，熔液落到結(jié)晶包，由結(jié)晶包完成分流和跟隨托盤履帶機同步運動的澆鑄。 緩沖預冷熔渣池的出口設計成I個還是幾個，需要通過實驗確定，以滿足分流到各澆鑄出口流量誤差在一定的范圍內(nèi)。結(jié)晶包工況示意圖見圖3。3. 2爐渣熔液的結(jié)晶從結(jié)晶包流出的熔液向下落到一帶有連續(xù)托盤的履帶機上，該設備稱為托盤履帶機。熱熔液在托盤履帶機運送結(jié)束前完成結(jié)晶，結(jié)晶塊的心部可以是液體狀態(tài)或軟化狀態(tài)，保存盡量多的熱能提高系統(tǒng)能量的利用率。通過實驗參數(shù)設計結(jié)晶體形狀和體積大小是重要的一環(huán)，當形狀是半球形時需要在鋪底料層做出球形坑。液體遇到鋪底料熱量被大量吸收，上表面層靠空氣冷卻，必要時可以適量噴水冷卻，產(chǎn)生水蒸氣不利設備的維護。使用鋪底料覆蓋在上面會加速結(jié)晶。由托盤履帶機運速度、熔渣流速和結(jié)晶包往復運行節(jié)拍以及鋪底料形成的斷面形狀決定了各自的參數(shù)。改變鋪底層斷面形狀和托盤履帶機運行速度，對調(diào)整結(jié)晶體的形狀起主要作用。調(diào)整結(jié)晶包跟隨托盤履帶機同速運行的距離和設計液體流量，確定了單個結(jié)晶體的重量。經(jīng)過冷卻后形成的結(jié)晶固體平均溫度應在1000-1200°C。通過固體余熱鍋爐排出的結(jié)晶體的溫度在200°C，托盤履帶機采用變頻電機驅(qū)動，通過調(diào)整運行的速度達到調(diào)整結(jié)晶塊的重量。由于結(jié)晶包是往復運動，托盤履帶機是連續(xù)運動，形成了單塊的結(jié)晶體，以便用于余熱鍋爐發(fā)電。必要時在托盤履帶機的出口端處安裝一臺沖擊器將可能出現(xiàn)的結(jié)晶連接情況打開，確保形成單塊的結(jié)晶體。形成高溫結(jié)晶體后落入高溫運輸車或保溫容器中。采用帶蓋的高溫運輸車或保溫容器，實現(xiàn)保溫，減少熱損失，而后運送到余熱鍋爐，也可設計成直接裝入余熱鍋爐進行冷卻的方式，依據(jù)實際技術(shù)條件而定。托盤履帶機可以設計成進料端低，尾部高的形式，實現(xiàn)提升物料高度，以滿足出口端卸料高度的等物流技術(shù)要求。其托盤履帶機工況示意圖見圖5。利用高溫爐渣熔液發(fā)電的主要技術(shù)難點是將熔液變成固態(tài)物。從液態(tài)冷卻到固態(tài)的過程中，高溫爐渣不能與金屬設備有直接接觸，也不能將熱量直接和大量傳送到設備體上，設備溫度較大的升高將使設備加速損壞或不能正常工作。解決此問題的關(guān)鍵是在托盤上鋪一層常溫的高爐渣墊層，粒度和厚度由試驗決定，以隔離液體爐渣與托盤的接觸，保護托盤不受高溫影響發(fā)生裂紋和損壞，同時起到迅速降低底部溫度，杜絕粘接情況。結(jié)晶包運動特點也是關(guān)鍵點之一，通過結(jié)晶包的運動實現(xiàn)了固定出料口滿足相對運行中托盤履帶機的定點澆鑄要求。3. 3.余熱鍋爐利用高溫物料冷卻過程釋放出能量的技術(shù)已經(jīng)很成熟了，例如高溫焦炭的冷卻 (干熄焦技術(shù))。熾熱燃燒的焦炭在熄焦爐內(nèi)通過無氧氣體的循環(huán)將熱量傳給鍋爐實現(xiàn)余熱發(fā)電，熾熱的焦炭從余熱鍋爐的頂部連續(xù)進入爐內(nèi)，經(jīng)冷卻后連續(xù)排出，即干熄焦余熱發(fā)電。結(jié)晶后熾熱爐渣的冷卻類似于干熄焦系統(tǒng)，其不同點是爐渣不能燃燒，熱交換氣體可以含氧。另一方面由于爐渣物料特性不同于焦炭，爐底的給料機應采用板式給料機，以適應較高的溫度、較大的載荷和具有良好的設備耐磨性。排出余熱鍋爐的爐渣應低于200°C的溫度，而后是否需要繼續(xù)采取措施強制冷卻，應視實際要求而定。本發(fā)明一種高爐渣顯熱回收及發(fā)電的方法，其優(yōu)點及功效是利用高溫爐渣的顯熱回收及發(fā)電是一種大力節(jié)約能源的好方法，它能夠為減少環(huán)境污染和節(jié)能減排，起到重要作用。


圖I余熱鍋爐安裝在外部的結(jié)構(gòu)示意2余熱鍋爐安裝在外部的另一種結(jié)構(gòu)示意3結(jié)晶包工況示意4本發(fā)明的高溫爐渣熔液能源發(fā)電流程5本發(fā)明托盤履帶機工況示意圖
具體實施例方式見圖4，本發(fā)明一種高爐渣顯熱回收及發(fā)電的方法，其具體實施方式
為在流經(jīng)緩沖預冷熔渣液池內(nèi)的高溫液態(tài)爐渣用循環(huán)空氣進行冷卻，被加熱后的循環(huán)空氣去加熱緩沖預冷熔渣液池的余熱鍋爐產(chǎn)生水蒸氣發(fā)電，冷卻后的循環(huán)空氣回到循環(huán)風機的進口。高溫爐渣熔液通過空氣冷卻使溫度降低到接近結(jié)晶的溫度排出緩沖預冷熔渣液池，通過結(jié)晶包流落到連續(xù)運動中的托盤履帶機上，繼續(xù)空冷、適度噴水等冷卻形式，形成高溫結(jié)晶體，(其表面溫度控制在1000°c以上)將該高溫結(jié)晶體送到固體余熱鍋爐內(nèi)繼續(xù)冷卻到200°C排出固體余熱鍋爐，然后進一步冷卻和破碎、篩分，實現(xiàn)冷卻高爐爐渣的技術(shù)目標。并通過兩個余熱鍋爐組合產(chǎn)生的蒸汽共同推動一臺發(fā)電機組發(fā)電。(即緩沖預冷熔渣池的余熱鍋爐和固體余熱鍋爐。)其中，爐渣冷卻過程由三個階段組成，第一步是在緩沖預冷熔渣液池中，通過空氣交換和/或輻射的方法降低液態(tài)爐渣的溫度并加熱余熱鍋爐產(chǎn)生水蒸氣發(fā)電，使熔液的溫度降低到適合開始結(jié)晶的溫度，為(爐渣)結(jié)晶做準備；第二步是在托盤履帶機上進一步降低液體溫度實現(xiàn)結(jié)晶，完成造高溫固體結(jié)晶塊的目的；第三步是將高溫結(jié)晶塊送到固體爐渣余熱鍋爐內(nèi)進一步降低溫度實現(xiàn)余熱發(fā)電的目的。其中，對冷卻到常溫的爐渣采取破碎、篩分處理。處理后的部分爐渣作為回流爐渣返回第二步作為鋪底料使用，以隔離熱熔渣液與設備的接觸，并且可以迅速吸收結(jié)晶體表面熱量，形成預定形狀的固態(tài)，保證設備的金屬部分處于低溫狀態(tài)，實現(xiàn)機械設備穩(wěn)定運行的目標。多余的爐渣運出。在托盤履帶機托盤上的鋪底層可以鋪成等厚層或按設計的斷面形狀進行鋪墊，也可做成固定距離的球形坑等，將熔液澆筑到坑中形成預想的結(jié)晶體形狀， 結(jié)晶體是不連續(xù)的單體，即稱為結(jié)晶塊。必要時在結(jié)晶體的上表面，在托盤履帶機的出口段，再鋪上回流爐渣，使上部尚未完全結(jié)晶的爐渣迅速降溫完成結(jié)晶。結(jié)晶后的高溫爐渣送到固體爐渣余熱鍋爐發(fā)電。將完成結(jié)晶的高溫固體塊與鋪墊爐渣分離后送入固體爐渣余熱鍋爐繼續(xù)降溫，產(chǎn)生蒸汽發(fā)電。冷卻后排出余熱鍋爐并具有一定溫度能量的固體爐渣是否可以繼續(xù)利用其能量不是本專利申請涉及的范圍。上述爐渣處理過程滿足了爐渣冷卻的目標。即將熾熱液態(tài)爐渣冷卻到可以外運的溫度，經(jīng)過破碎和篩分實現(xiàn)了適度顆?；募夹g(shù)目標。其中，結(jié)晶前的預冷卻方式如下高溫液體爐渣溫度在1500°C左右，需進入緩沖預冷熔渣池預冷處理，達到預冷和保證系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定作業(yè)需要的緩沖池作用。熱交換有兩種形式可以選擇一種是在熱熔液的上方設置余熱鍋爐熱交換器，通過循環(huán)軸流風機和輻射方法將熱熔液熱量轉(zhuǎn)移到余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽。采用這種方法緩沖預冷熔渣池內(nèi)的空氣壓力與外部環(huán)境壓力相同；詳見圖I。另一種方法是用鼓風機將冷卻循環(huán)氣體吹進緩沖預冷熔渣池，熱熔液出口端上部為進風口，從熱熔液進口端上方的為出風口，并流到余熱鍋爐(逆向冷卻)，空氣冷卻后回到循環(huán)風機的進口。采用這種方法緩沖預冷熔渣池內(nèi)空氣壓力為風機出口壓力。熱熔液的進、出口要有特殊設計，以保證熱空氣不從熱熔液的進、出口流出，從而需要調(diào)控出口的流量。熱熔液出口開I個或數(shù)個排出口。熔液流到下方的結(jié)晶包內(nèi)，由結(jié)晶包完成分流澆鑄任務。詳見圖2。下面涉及本發(fā)明的一些具體問題說明如下3. I熱熔液的澆注與結(jié)晶包結(jié)晶包的作用是解決從固定緩沖預冷熔渣池出口流出的熱熔液落到運動中的托盤履帶機上，實現(xiàn)下落熱熔液落著點隨托盤履帶機同步運動，完成結(jié)晶體為獨立結(jié)晶塊的目的。當結(jié)晶包做快速返回運動時，在加速度作用下，雖然從緩沖預冷熔渣池出口流出熱熔液是連續(xù)的，結(jié)晶包出口應沒有熱熔液流出。達到產(chǎn)出結(jié)晶塊的外觀形狀和尺寸變化受控， 相互不連接。必要時在返回時先通過機械動作使結(jié)晶包傾斜角度，抬高出口高度，實現(xiàn)更徹底的斷流設計。結(jié)晶包的出口形狀和通徑依據(jù)結(jié)晶塊的設計形狀等多個參數(shù)經(jīng)試驗后確定。驅(qū)動結(jié)晶包運動的設備不作論述，應滿足工作行程的運動速度與托盤履帶機的運行速度相同，實現(xiàn)高速返回。結(jié)晶包可做成一個整體或多個單體，當結(jié)晶包為整體時，緩沖預冷熔渣池出口設計成I個或幾個，熔液落到結(jié)晶包，由結(jié)晶包完成分流和跟隨托盤履帶機同步運動的澆鑄。緩沖預冷熔渣池的出口設計成I個還是幾個，需要通過實驗確定，以滿足分流到各澆鑄出口流量誤差在一定的范圍內(nèi)。結(jié)晶包工況示意圖見圖3。3. 2爐渣熔液的結(jié)晶從結(jié)晶包流出的熔液向下落到一帶有連續(xù)托盤的履帶機上，該設備稱為托盤履帶機。熱熔液在托盤履帶機運送結(jié)束前完成結(jié)晶，結(jié)晶塊的心部可以是液體狀態(tài)或軟化狀態(tài)，保存盡量多的熱能提高系統(tǒng)能量的利用率。通過實驗參數(shù)設計結(jié)晶體形狀和體積大小是重要的一環(huán)，當形狀是半球形時需要在鋪底料層做出球形坑。液體遇到鋪底料熱量被大量吸收，上表面層靠空氣冷卻，必要時可以適量噴水冷卻，產(chǎn)生水蒸氣不利設備的維護。使用鋪底料覆蓋在上面會加速結(jié)晶。由托盤履帶機運速度、熔渣流速和結(jié)晶包往復運行節(jié)拍以及鋪底料形成的斷面形狀決定了各自的參數(shù)。改變鋪底層斷面形狀和托盤履帶機運行速度，對調(diào)整結(jié)晶體的形狀起主要作用。調(diào)整結(jié)晶包跟隨托盤履帶機同速運行的距離和設計液體流量，確定了單個結(jié)晶體的重量。經(jīng)過冷卻后形成的結(jié)晶固體平均溫度應在1000-1200°C。通過固體余熱鍋爐排出的結(jié)晶體的溫度在200°C，托盤履帶機采用變頻電機驅(qū)動，通過調(diào)整運行的速度達到調(diào)整結(jié)晶塊的重量。由于結(jié)晶包是往復運動，托盤履帶機是連續(xù)運動，形成了單塊的結(jié)晶體，以便用于余熱鍋爐發(fā)電。必要時在托盤履帶機的出口端處安裝一臺沖擊器將可能出現(xiàn)的結(jié)晶連接情況打開，確保形成單塊的結(jié)晶體。形成高溫結(jié)晶體后落入高溫運輸車或保溫容器中。采用帶蓋的高溫運輸車或保溫容器，實現(xiàn)保溫，減少熱損失，而后運送到余熱鍋爐，也可設計成直接裝入余熱鍋爐進行冷卻的方式，依據(jù)實際技術(shù)條件而定。托盤履帶機可以設計成進料端低，尾部高的形式，實現(xiàn)提升物料高度，以滿足出口端卸料高度的等物流技術(shù)要求。其托盤履帶機工況示意圖見圖5。利用高溫爐渣熔液發(fā)電的主要技術(shù)難點是將熔液變成固態(tài)物。從液態(tài)冷卻到固態(tài)的過程中，高溫爐渣不能與金屬設備有直接接觸，也不能將熱量直接和大量傳送到設備體上，設備溫度較大的升高將使設備加速損壞或不能正常工作。解決此問題的關(guān)鍵是在托盤上鋪一層常溫的高爐渣墊層，粒度和厚度由試驗決定，以隔離液體爐渣與托盤的接觸，保護托盤不受高溫影響發(fā)生裂紋和損壞，同時起到迅速降低底部溫度，杜絕粘接情況。結(jié)晶包運動特點也是關(guān)鍵點之一，通過結(jié)晶包的運動實現(xiàn)了固定出料口滿足相對運行中托盤履帶機的定點澆鑄要求。3. 3.余熱鍋爐利用高溫物料冷卻過程釋放出能量的技術(shù)已經(jīng)很成熟了，例如高溫焦炭的冷卻 (干熄焦技術(shù))。熾熱燃燒的焦炭在熄焦爐內(nèi)通過無氧氣體的循環(huán)將熱量傳給鍋爐實現(xiàn)余熱發(fā)電，熾熱的焦炭從余熱鍋爐的頂部連續(xù)進入爐內(nèi)，經(jīng)冷卻后連續(xù)排出，即干熄焦余熱發(fā)電。結(jié)晶后熾熱爐渣的冷卻類似于干熄焦系統(tǒng)，其不同點是爐渣不能燃燒，熱交換氣體可以含氧。另一方面由于爐渣物料特性不同于焦炭，爐底的給料機應采用板式給料機，以適應較高的溫度、較大的載荷和具有良好的設備耐磨性。排出余熱鍋爐的爐渣應低于200°C的溫度，而后是否需要繼續(xù)采取措施強制冷卻，應視實際要求而定。
權(quán)利要求
1.一種高爐渣顯熱回收及發(fā)電的方法，其特征在于它在流經(jīng)緩沖預冷熔渣液池內(nèi)的高溫液態(tài)爐渣用循環(huán)空氣進行冷卻，被加熱后的循環(huán)空氣去加熱緩沖預冷熔渣液池的余熱鍋爐產(chǎn)生水蒸氣發(fā)電，冷卻后的循環(huán)空氣回到循環(huán)風機的進口，高溫爐渣熔液通過空氣冷卻使溫度降低到接近結(jié)晶的溫度排出緩沖預冷熔渣液池，通過結(jié)晶包流落到連續(xù)運動中的托盤履帶機上，繼續(xù)空冷、適度噴水冷卻形式，形成高溫結(jié)晶體，將該高溫結(jié)晶體送到固體余熱鍋爐內(nèi)繼續(xù)冷卻到200°c排出固體余熱鍋爐，然后進一步冷卻和破碎、篩分，實現(xiàn)冷卻高爐爐渣的技術(shù)目標，并通過兩個余熱鍋爐-即緩沖預冷熔渣池的余熱鍋爐和固體余熱鍋爐組合產(chǎn)生的蒸汽共同推動一臺發(fā)電機組發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高爐渣顯熱回收及發(fā)電的方法，其特征在于爐渣冷卻過程由三個階段組成，第一步是在緩沖預冷熔渣液池中，通過空氣交換和/或輻射的方法降低液態(tài)爐渣的溫度并加熱余熱鍋爐產(chǎn)生水蒸氣發(fā)電，使熔液的溫度降低到適合開始結(jié)晶的溫度，為爐渣結(jié)晶做準備；第二步是在托盤履帶機上進一步降低液體爐渣溫度實現(xiàn)結(jié)晶， 完成造高溫固體結(jié)晶塊的目的；第三步是將高溫結(jié)晶塊送到固體爐渣余熱鍋爐內(nèi)進一步降低溫度實現(xiàn)余熱發(fā)電的目的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高爐渣顯熱回收及發(fā)電的方法，其特征在于對冷卻到常溫的爐渣采取破碎、篩分處理；處理后的部分爐渣作為回流爐渣返回第二步作為鋪底料使用，以隔離熱熔渣液與設備的接觸，并且迅速吸收結(jié)晶體表面熱量，形成預定形狀的固態(tài)，保證設備的金屬部分處于低溫狀態(tài)，實現(xiàn)機械設備穩(wěn)定運行的目標，多余的爐渣運出； 在托盤履帶機托盤上的鋪底層鋪成等厚層或按設計的斷面形狀進行鋪墊，也可做成固定距離的球形坑，將熔液澆筑到坑中形成預想的結(jié)晶體形狀，結(jié)晶體是不連續(xù)的單體，即稱為結(jié)晶塊；必要時在結(jié)晶體的上表面，在托盤履帶機的出口段，再鋪上回流爐渣，使上部尚未完全結(jié)晶的爐渣迅速降溫完成結(jié)晶；將完成結(jié)晶的高溫固體塊與鋪墊爐渣分離后送入固體爐渣余熱鍋爐繼續(xù)降溫，產(chǎn)生蒸汽發(fā)電。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高爐渣顯熱回收及發(fā)電的方法，其特征在于在高溫液體爐渣進入緩沖預冷熔渣池預冷處理時，熱交換有兩種形式一種是在熱熔液的上方設置余熱鍋爐熱交換器，通過循環(huán)軸流風機和輻射方法將熱熔液熱量轉(zhuǎn)移到余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽；另一種是用鼓風機將冷卻循環(huán)氣體吹進緩沖預冷熔渣池，熱熔液出口端上部為進風口， 從熱熔液進口端上方的為出風口，并流到余熱鍋爐逆向冷卻，空氣冷卻后回到循環(huán)風機的進口，采用這種方法緩沖預冷熔渣池內(nèi)空氣壓力為風機出口壓力。
全文摘要
一種高爐渣顯熱回收及發(fā)電的方法，它是在流經(jīng)緩沖預冷熔渣液池內(nèi)的高溫液態(tài)爐渣用循環(huán)空氣進行冷卻，被加熱后的循環(huán)空氣去加熱緩沖預冷熔渣液池的余熱鍋爐產(chǎn)生水蒸氣發(fā)電，冷卻后的循環(huán)空氣回到循環(huán)風機的進口，高溫爐渣熔液通過空氣冷卻使溫度降低到接近結(jié)晶的溫度排出緩沖預冷熔渣液池，通過結(jié)晶包流落到連續(xù)運動中的托盤履帶機上，繼續(xù)空冷和適度噴水冷卻，形成高溫結(jié)晶體，將該高溫結(jié)晶體送到固體余熱鍋爐內(nèi)繼續(xù)冷卻到200℃排出固體余熱鍋爐，然后進一步冷卻和破碎、篩分，實現(xiàn)冷卻高爐爐渣的技術(shù)目標，并通過兩臺余熱鍋爐-即緩沖預冷熔渣池的余熱鍋爐和固體余熱鍋爐組合產(chǎn)生的蒸汽共同推動一臺發(fā)電機組發(fā)電。
文檔編號C21B3/08GK102605116SQ20121010174
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者劉犇 申請人:劉犇