[发明专利]一种液态高炉渣的显热回收利用方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及能源回收利用领域，尤其涉及液态高炉渣显热回收利用方法及装置。

背景技术

随着我国钢铁需求量的增长和钢铁工业的发展，高炉渣的排放量日益增大。目前国内外大型钢铁企业采用的高炉渣处理方式主要是以水淬法为主的湿式粒化工艺，该工艺得到的是以非晶玻璃相为主的粒化渣，具有潜在的水硬胶凝性能，是优良的水泥原料，具有较高利用价值。水渣处理工艺的主要缺点是：不仅熔渣余热没有回收，而且需要消耗大量的新水以及冲渣产生的气态硫化物使空气污染严重，恶化了工作环境。为了回收液态高炉渣的显热，国内外各研发机构开始针对高炉渣的显热回收及其渣的资源化利用展开研究，取得了一定的成绩。

俄罗斯专利“渣处理方法及实施装置”(申请号：RU2018494)公开了一种高温液态炉渣的处理方法和装置。该方法将高温液态炉渣注入放置的滚筒内，当炉渣与放置在滚筒内的钢球接触时被急剧冷却，炉渣由液态转成脆状可塑态并凝固在球体表面，由于球体的运动和彼此间的碰撞，炉渣被破碎降温。该方法在渣的粒化方面有一定的效果，但钢球在冷却渣的过程中遇高温容易变形，影响冷却效果；虽然实现了渣的资源化利用，但热能被大量的浪费掉而且不能连续生产。

专利“高炉渣显热回收系统”(申请号：CN200810229556.2)公开了一种包含转杯、渣粒捕集器和余热锅炉的热回收系统。该方法是将高温液态炉渣流经高速旋转的转杯中并沿转杯的切线方向甩出，在此过程中破碎为渣粒，渣粒撞到渣粒捕集器的水冷壁进一步被冷却凝固并下滑到渣粒捕集器的底部，通过渣输送带输送到余热锅炉，将热量传递给管内的水，使水汽化产生蒸汽，冷却后的炉渣从余热锅炉底部排除。该方法在渣粒捕集器中单靠水冷壁来冷却渣粒很难达到渣粒化的效果，而且设备较复杂，控制困难、流程较长显热浪费多，热回收效率不高、动力消耗大。

专利“高炉渣处理及渣热能利用方法及实施装置”(申请号：CN200710157873.3)公开了一种渣处理及其显热的利用方法和装置。该方法将沸腾釜、处理罩安装在热水池上部，高炉液态渣经渣沟直接流入沸腾釜的水中进行泡渣、粒化，同时将釜内水加热沸腾并产生大量蒸汽，这样随着渣的不断流进，水泵水的补充，渣的热全部转化为热的蒸汽，并经过处理罩上部管道经引风机输出，经除尘过滤后加以利用。该方法在渣的粒化过程中有了很好的效果，但是水耗高，需要大量的新水作为补给，对水资源短缺的企业和国家来说问题尤为严重，而且在产生的蒸汽中含有H₂S和SO_x有毒气体，给在随后的利用中带来困难。

这些方法归结起来，基本上都是采用不同的方法先把热渣粒化，然后在渣的下落、输送过程中进行气体热交换，以提取渣热。这些方法都不能完全利用熔融渣的潜热，而且这些方法得到的热蒸汽或热水都是低品质的热源，不能高效的利用渣的显热。另外由于高炉出铁的间歇性，造成热回收装置不能连续进行，因此需要提出一种高效率的能连续工作的显热回收装置。

发明内容

本发明的目的在于，利用化学反应吸热和相变材料储能的原理，提供一种可以连续工作的高效回收利用液态高炉渣的显热回收利用方法及装置。

本发明的技术方案是这样的，利用转鼓转动将液态高炉渣压制成薄膜，将液态高炉渣的热量传递给转鼓内的甲烷-水蒸气化学反应生成氢气，同时利用相变材料储能，使其在高炉间歇阶段利用相变材料储存的能量使甲烷-水蒸气混合气体化学反应生成氢气，生成的高温氢气和二氧化碳与换热器产生热交换，连续转化为蒸汽，实现液态高炉渣显热的高效利用。

本发明的工作原来是：在高炉出铁阶段I，固态相变材料吸收高炉渣显热转变为液态相变材料，在这个相变过程中相变材料吸收并储存热量，同时甲烷-水蒸气发生吸热的重整反应；在高炉间歇阶段II，液态相变材料发生逆相变变为固态相变材料，在这个过程中相变材料放出在阶段I所储存的热量，使由甲烷-水蒸气储柜持续供给的甲烷-水蒸气反应，然后再回到阶段I继续上述过程，从而实现连续工作。

本发明相变材料具体选用的是固液相Na₂SO₄/SiO₂的无机盐/陶瓷基的圆柱形复合相变材料，其密度为1.9～2.1g/cm³，熔化温度为879～883.6℃，比潜热为64.46～84.1kJ/kg，比热容为1.16～1.25kJ/kg.℃，储能密度为190～210kJ/kg。