[发明专利]一种熔融态高温物质物理显热回收系统

说明书

本发明名称为一种熔融态高温物质物理显热回收系统，属于工程热物理领域。解决钢铁厂和有色冶炼厂产生的高温冶金渣的余热回收和资源化利用问题。采用转杯造粒，渣粒抛离转杯后进入水雾空间获得比在空气中飞行大一个数量级的冷却速度。冷却后的渣粒在重力作用下进入粉体换热器，粉体换热器中的冷却水吸收热量后变为带压热水，带压热水进入扩容器转变为中(低)压蒸汽，带动汽轮机和发电机发电。冷却后的渣粒获得95％以上的玻璃相，余热回收率接近83％(另外17％为不可回收的相变热)。本专利在回收热量的同时保证了钢渣水泥品质。

技术领域

本发明涉及高温熔融态物质物理显热回收技术，既能保证最大限度的回收熔融态物质的物理显热，需要时还能保证熔融态物质的资源回收利用。可用于冶金渣(转炉渣、高炉渣，也包括铅锌铜锡等有色渣)、熔融态电石和其他化工过程高温熔融态物质的物理显热回收。

背景技术

中国钢铁工业总能耗占全国总能耗的16.3％，钢铁企业的炉渣(包括高炉和转炉渣)显热占企业总用能的9％。根据国家统计局《2016年国民经济和社会发展统计报告》2016年中国能源消耗总量为43.6亿吨标准煤，其16.3％为7.1亿吨标准煤，则钢渣带走的热量大约为0.64亿吨标准煤。如果标准煤价格按800元计算，全国钢渣热损失达到511.7亿元。可见，钢渣热损失巨大的程度。

按照国内先进的冶炼水平(如曹妃甸高炉)，渣铁比～280kg/t。即每生产1吨铁产生280Kg高炉渣。若钢渣温度1500℃，比热1650J/kg℃计算，每吨铁产生 693000kJ/t废热，相当于23.64kg标准煤，价值18.92元。即每生产1t铁损失价值18.92元的废热。如果按较高的渣铁比350kg/t计算，每吨铁产生 866250kJ/t废热，相当于29.55kg标准煤，价值23.64元。

目前，冶金渣物理显热几乎没有有效的回收技术。

G.BISIO(1997)、Dirk Durinck等(2008)、Zhang Huaiwei等(2011)、M.Barati 等(2011)、Hui Zhang等(2013)等人先后发表了钢渣废热回收技术的综述文献。综合这些文献和一些研究文献可以知道，从钢渣废热回收研究开始，已经出现了 Merotec技术、NKK风淬技术、NKK转鼓技术、BSC转杯技术、Ural技术……。这些技术的造粒过程大体分为风淬造粒、离心造粒和机械造粒三大类。废热回收过程主要是废热锅炉和颗粒床换热器，包括流化床换热器和移动床换热器。迄今为止，没有出现新的技术路线。

从造粒技术看，风淬造粒技术能耗比较高，日本曾报道过2000kW以上的风淬能耗。而转杯造粒技术的能耗在几十千瓦水平。从废热回收技术看，颗粒床技术有一些天然缺陷。流化床虽然传热系数高，但能耗也高。移动床虽然能耗低，但传热系数也低。

熔融态冶金渣物理显热回收最主要的问题是在回收其废热的同时，需要保证冶金渣颗粒作为钢渣水泥的原料，生产标号比较高的钢渣水泥。

尽管世界各国进行了很多研究，其中一些进入了工业试验阶段。但技术经济问题和玻璃相转化率一直困扰着熔融态冶金渣热量回收利用。技术经济角度看，无论热量的价值有多大，毕竟是一种工业废热，因此，如果废热回收运行成本较高，造成投资回收期过长，则技术发展受到经济条件制约。另一方面，玻璃相转化率是保证钢渣水泥质量的物理条件，保证玻璃相转化率的操作条件是钢渣得到足够的冷却速度。这就使一些冷却速度较低的技术(如风淬)受到限制，否则将牺牲钢渣水泥质量。

发明内容

本发明设计了依靠水发生相变时温度不变原理形成低温空间，令冶金渣颗粒在低温空间中得到快速冷却，形成足够比例的玻璃相物质，来保证回收冶金渣废热的同时获得优质的钢渣水泥原料。

图1给出熔融态高温物质物理显热回收系统的总体结构。

整个系统由以下两大部分构成。造粒部分和废热回收部分。