專利名稱：回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵工業(yè)余熱余能回收技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的裝置及其方法。
背景技術(shù)：
鋼鐵工業(yè)為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供重要的基礎(chǔ)原材料，屬于能源、資源消耗大的資源密集型產(chǎn)業(yè)。隨著鋼鐵產(chǎn)量的高速增長，資源、能源和污染物排放已成為制約我國鋼鐵工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的限制性因素。雖然鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域內(nèi)的耗能和排污大戶，但同時也是極具節(jié)能減排潛力的產(chǎn)業(yè)之一。其中，回收利用各種余熱是鋼鐵工業(yè)進(jìn)一步節(jié)能的重要突破口。高爐渣是高爐煉鐵產(chǎn)生的固體廢棄物，但同時液態(tài)高爐渣溫度在1500°C左右，有 取材易，顯熱高等特點，是非常優(yōu)質(zhì)的余熱資源。2011年中國生鐵產(chǎn)量約為6. 3億噸，產(chǎn)生高爐渣約1. 9億噸，按照平均比熱1. 05kJ/(kg · °C )計算，高爐渣從1500°C冷卻到環(huán)境溫度，帶走的顯熱約2. 94X IO8GJ,折合標(biāo)準(zhǔn)煤約1000萬噸。可見，回收高爐渣的顯熱對鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排，提高能源利用效率至關(guān)重要。目前，我國高爐渣處理全部采用水淬法，包括拉薩法(RASA)、INBA法、輪法、明特法、沉淀池等多種方法，這些方法的共同特點是采用了不同的工藝裝置把熱渣水淬?；貌煌难b置使渣水分離后將渣輸出，即主要靠水帶走渣熱，其熱能利用率極低。同時，水耗很高，沖制I噸水渣消耗新水O. 8^1. 2噸，循環(huán)水量約為10噸左右。所謂的熱能利用就是將在高爐渣水淬冷卻過程中產(chǎn)生的熱水用于冬季取暖，由于受到供熱區(qū)域、流量等條件的限制，現(xiàn)渣熱能利用率不足15%。而且春、夏、秋三個季節(jié)不能使用，大量熱通過風(fēng)冷或外排水排掉，即污染環(huán)境又浪費能源。另外，水淬渣過程中產(chǎn)生的H2S和SO2隨蒸汽排入大氣，污染環(huán)境。目前，國內(nèi)外高爐渣余熱回收方法主要有物理法和化學(xué)法。物理法是利用換熱介質(zhì)(多用壓縮空氣)或換熱盤管直接與高爐渣進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生熱空氣或水蒸氣。主要包括干法處理的風(fēng)淬法、滾筒轉(zhuǎn)鼓法和離心?；ā＿@些方法目前均未得到推廣應(yīng)用，主要是因為(1)高爐渣排出時溫度高，其蘊含熱量巨大，而空氣的比熱較低，以空氣為換熱介質(zhì)回收高爐渣顯熱勢必會造成風(fēng)渣比較大，動力消耗大；(2)干法?；酂峄厥盏玫降囊苯鹪w粒較小，顆粒在固定床、流化床中孔隙率較低，導(dǎo)致鼓風(fēng)阻力增加，從而增加了余熱回收系統(tǒng)的動力消耗；(3)高溫空氣帶動余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽導(dǎo)致能量的二次損失，同時還存在電力消耗?；瘜W(xué)法是將高爐渣的熱量作為化學(xué)反應(yīng)的熱源回收利用。主要有制氫、制煤氣、利用熔渣直接生產(chǎn)產(chǎn)品等。上述利用化學(xué)反應(yīng)回收高爐渣顯熱的方案基本都處于理論探索和實驗室研究階段，離實際應(yīng)用還有一定距離。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的
針對液態(tài)高爐渣水淬法存在水耗大、熱量不能有效回收利用和干式回收風(fēng)渣比大、動力消耗較高、熱能品質(zhì)降低等問題，本發(fā)明提供了一種回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的裝置及方法，目的是高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能地利用液態(tài)高爐渣的高溫余熱資源，而且處理后的高爐渣可滿足制造水泥的要求。技術(shù)方案
一種回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的裝置，其特征在于包括?；磻?yīng)器，在?；磻?yīng)器的頂部設(shè)置有渣流管和氣體出口，渣流管上方為中間包，?；磻?yīng)器內(nèi)部設(shè)有轉(zhuǎn)杯和驅(qū)動轉(zhuǎn)杯的變頻調(diào)速電機(jī)，在?；磻?yīng)器的四周器壁上設(shè)有61個噴嘴，噴嘴與環(huán)管相連；粒化反應(yīng)器的底部與?；畛浯岔敳肯噙B；粒化渣填充床的內(nèi)部設(shè)有旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器，旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器與電機(jī)相連，氣體進(jìn)口與旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器相連，旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器下方還設(shè)有旋轉(zhuǎn)卸料閥。所述的各噴嘴的軸線相切于一虛擬圓，此虛擬圓與轉(zhuǎn)杯的上表面在同一平面上，從噴嘴噴入的氣體沿?；磻?yīng)器的切向進(jìn)入，且其旋流方向與轉(zhuǎn)杯旋轉(zhuǎn)方向相反。
所述的旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器包括底座、風(fēng)帽和破渣筋，底座上方設(shè)有風(fēng)帽，風(fēng)帽上設(shè)有破渣筋。所述風(fēng)帽設(shè)置為3飛層，每層風(fēng)帽板內(nèi)徑、外徑處均采用折邊結(jié)構(gòu)。所述風(fēng)帽上設(shè)置6條破渣筋，破渣筋頭向上翹起，呈耙齒形，沿旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器轉(zhuǎn)動方向，破渣筋的前方邊緣高于后方邊緣。一種用如上所述的回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的裝置進(jìn)行高溫顯熱回收的方法，其特征在于利用液態(tài)高爐渣的高溫顯熱進(jìn)行CH4-H2O-CO2重整反應(yīng)生產(chǎn)甲醇，高爐渣既是傳熱介質(zhì)，又是催化劑，冷卻后的高爐渣用于生產(chǎn)水泥。CH4-H2O-CO2混合氣體中CH4 =H2O =CO2的摩爾比為3:2:1，混合氣體分兩部分，占總量1(Γ20%的混合氣體用于液態(tài)高爐渣的?；图崩洌伎偭?0、0%的混合氣體用于粒化后高爐渣的冷卻，最終全部混合氣體發(fā)生重整化學(xué)反應(yīng)生成甲醇。在?；磻?yīng)器內(nèi)，液態(tài)高爐渣在轉(zhuǎn)杯離心力和高速噴出的反應(yīng)性混合氣體(CH4-H2O-CO2)的風(fēng)力作用下冷卻粒化，高溫渣粒與CH4-H2O-CO2混合氣體直接接觸，兩者進(jìn)行強烈的熱交換，進(jìn)行第一次熱量回收，使高溫液態(tài)渣持有的熱量用于吸熱化學(xué)反應(yīng)，生成甲醇(CH3OH),將液態(tài)高爐渣的顯熱轉(zhuǎn)變?yōu)闈崈舻幕瘜W(xué)能；然后再經(jīng)?；畛浯矊H4-H2O-CO2-合氣體預(yù)熱到反應(yīng)所需溫度，進(jìn)行第二次熱量回收，冷卻后的高爐渣粒由下部的旋轉(zhuǎn)卸料閥排出；具體步驟如下
(1)從高爐經(jīng)渣溝流出的液態(tài)高爐渣(溫度>1400°C )，流入中間包，經(jīng)渣流管流入?；磻?yīng)器，在轉(zhuǎn)速為100(Γ2300轉(zhuǎn)/分鐘、直徑為8(Tl80mm的轉(zhuǎn)杯離心力作用下破碎成直徑小于IOmm的液滴，同時將占總量1(Γ20%的CH4-H2O-CO2混合氣體由?；磻?yīng)器圓周的環(huán)管經(jīng)6 8個噴嘴沿切向噴入?；磻?yīng)器，高溫液滴在混合氣體的風(fēng)力作用下進(jìn)一步破碎和冷卻，高溫液滴凝固為高溫渣粒；
(2)占總量8(Γ90%的CH4-H2O-CO2混合氣體由?；畛浯蚕虏窟M(jìn)入，與由噴嘴噴入的混合氣體混合，與高溫液滴和渣粒直接接觸，在高爐渣的催化作用下，反應(yīng)生成甲醇(CH3OH),完成第一次強烈的熱交換，高溫渣粒的溫度在大于10°C /min的降溫速率下降至800^9000C，高效地將液態(tài)高爐渣的顯熱轉(zhuǎn)變?yōu)楦吒郊永脙r值的甲醇的化學(xué)能，此階段為液態(tài)高爐渣的急冷段；
(3)在重力作用下，上述高溫渣粒進(jìn)入?；磻?yīng)器下方的粒化渣填充床并與由?；畛浯蚕路竭M(jìn)入經(jīng)?；鼘幽媪鞫系腃H4-H2O-CO2混合氣體進(jìn)行第二次熱量交換，高溫渣粒溫度降至150°C，混合氣體溫度由常溫升至700°C以上，此階段為高爐渣的緩冷段；冷卻后的高爐渣粒由底部的旋轉(zhuǎn)卸料閥排出。優(yōu)點及效果
本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果如下
本發(fā)明提供了一種回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的裝置及方法，通過干式?；?、顯熱回收和能量轉(zhuǎn)換三個過程，高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能地利用了液態(tài)高爐渣的高溫余熱資源，而且處理后的高爐渣可滿足制造水泥的要求，生產(chǎn)的甲醇屬于應(yīng)用廣泛的高附加值產(chǎn)品，符合未來“甲醇經(jīng)濟(jì)”發(fā)展需要。本發(fā)明解決了現(xiàn)有高爐渣處理方法中水淬法水耗大、熱量不能有效回收利用和干式回收風(fēng)渣比大、動力消耗較高、熱能品質(zhì)降低等問題，既回收了液態(tài)高爐渣的高品質(zhì)顯熱，又保護(hù)了環(huán)境。與化學(xué)法制氫相比，該方法中所有的氫最終全部進(jìn)入了甲醇，而沒有因形成其他副產(chǎn)物而造成的損耗，也不需要燃燒部分甲烷來提供所需的熱量，由此不會產(chǎn)生額外的有害CO2，而僅僅得到甲醇。 該方法合理，高效，單體設(shè)備簡單、布置緊湊，處理能力大、易操作，比較利于在鋼鐵冶金過程余熱資源回收與利用技術(shù)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
圖1是本發(fā)明回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的裝置結(jié)構(gòu)示意 圖2是圖1中環(huán)管及噴嘴的結(jié)構(gòu)示意 圖3是圖1中旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器的結(jié)構(gòu)示意 圖4是圖3的俯視圖。附圖標(biāo)記說明1、中間包，2、渣流管，3、?；磻?yīng)器，4、轉(zhuǎn)杯，5、變頻調(diào)速電機(jī)，6、粒化渣填充床，7、環(huán)管，8、噴嘴，9、氣體出口，10、旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器，11、電機(jī)，12旋轉(zhuǎn)卸料閥，13、底座，14、風(fēng)帽，15、破渣筋，16、虛擬圓，17、氣體進(jìn)口。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明
本發(fā)明提出了一種回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的裝置，其特征在于如圖1中所示，該裝置主要包括中間包1、渣流管2、粒化反應(yīng)器3、轉(zhuǎn)杯4、變頻調(diào)速電機(jī)5、?；畛浯?、環(huán)管7、噴嘴8、氣體出口 9、旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器10、電機(jī)11、旋轉(zhuǎn)卸料閥12 ;在粒化反應(yīng)器3的頂部設(shè)置有液態(tài)高爐渣進(jìn)口(渣流管2)和氣體出口 9，渣流管2上方為中間包1，?；磻?yīng)器3內(nèi)部設(shè)有轉(zhuǎn)杯4和驅(qū)動轉(zhuǎn)杯4的變頻調(diào)速電機(jī)5，在?；磻?yīng)器3的四周器壁上設(shè)有61個噴嘴8，噴嘴8與環(huán)管7相連；?；磻?yīng)器3的底部與?；畛浯?頂部相連；?；畛浯?的內(nèi)部設(shè)有旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器10，旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器10與驅(qū)動其旋轉(zhuǎn)的電機(jī)11相連，氣體進(jìn)口 17與旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器10相連，旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器10下方還設(shè)有旋轉(zhuǎn)卸料閥12。所述的6 8個噴嘴8的軸線相切于一虛擬圓16，此虛擬圓與轉(zhuǎn)杯4的上表面在同一平面上，從噴嘴8噴入的氣體沿粒化反應(yīng)器3的切向進(jìn)入，且其旋流方向與轉(zhuǎn)杯4旋轉(zhuǎn)方向相反。
所述的旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器10包括底座13、風(fēng)帽14和破渣筋15，底座13上方設(shè)有風(fēng)帽14，風(fēng)帽14上設(shè)有破渣筋15。所述風(fēng)帽14設(shè)置為3飛層，每層風(fēng)帽板內(nèi)徑、外徑處均采用折邊結(jié)構(gòu)。內(nèi)徑處的折邊可使下吹帶出物減少，外徑處折邊用以阻擋較大渣塊擠入風(fēng)帽板間夾層使風(fēng)帽堵塞。折邊結(jié)構(gòu)能較好地解決帶出物及爐渣堵塞的問題，同時可改變出風(fēng)口的出風(fēng)方向，增加風(fēng)向周邊直吹的阻力，加大爐子中間的通風(fēng)量，使布風(fēng)趨向均勻。所述風(fēng)帽14上設(shè)置6條破渣筋15，破渣筋頭向上翹起，形似耙齒，可將疤塊切碎排下，破渣能力強，沿旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器10轉(zhuǎn)動方向，破渣筋15的前方邊緣高于后方邊緣，形成刀刃，有利于切碎渣塊。破渣筋頭焊耐磨合金，以延長使用壽命。所述風(fēng)帽14可以根據(jù)各層在粒化渣填充 床6內(nèi)所占比例和各層上方渣層厚度來布置通風(fēng)面積。一種如上所述的液態(tài)高爐渣高溫顯熱回收裝置的高溫顯熱回收方法，其特征在于利用液態(tài)高爐渣的高溫顯熱進(jìn)行CH4-H2O-CO2重整反應(yīng)生產(chǎn)甲醇，高爐渣既是傳熱介質(zhì)，又是催化劑，冷卻后的高爐渣用于生產(chǎn)水泥。所述CH4-H2O-CO2混合氣體中CH4 =H2O =CO2的摩爾比為3:2:1，混合氣體分兩部分，約占總量(物質(zhì)的量)1(Γ20%的混合氣體用于液態(tài)高爐渣的?；图崩?，約占總量(物質(zhì)的量)80^90%的混合氣體用于?；蟾郀t渣的冷卻，最終全部混合氣體發(fā)生重整化學(xué)反應(yīng)生成甲醇。在粒化反應(yīng)器內(nèi)，液態(tài)高爐渣在轉(zhuǎn)杯離心力和高速噴出的反應(yīng)性混合氣體(CH4-H2O-CO2)的風(fēng)力作用下冷卻粒化，高溫渣粒與CH4-H2O-CO2混合氣體直接接觸，兩者進(jìn)行強烈的熱交換，進(jìn)行第一次熱量回收，使高溫液態(tài)渣持有的熱量用于吸熱化學(xué)反應(yīng)，生成甲醇(CH3OH),即高效地將液態(tài)高爐渣的顯熱轉(zhuǎn)變?yōu)闈崈舻幕瘜W(xué)能；然后再經(jīng)?；畛浯矊H4-H2O-CO2混合氣體預(yù)熱到反應(yīng)所需溫度，進(jìn)行第二次熱量回收，冷卻后的高爐渣粒由下部的旋轉(zhuǎn)卸料閥排出；具體步驟如下
(I)從高爐經(jīng)渣溝流出的液態(tài)高爐渣(溫度> 1400°C )，流入中間包I，經(jīng)渣流管2流入下方的粒化反應(yīng)器3內(nèi)，落到轉(zhuǎn)速為1000 2300轉(zhuǎn)/分鐘、直徑為8(Tl80mm的轉(zhuǎn)杯4上，在離心力作用下沿切向方向甩出，被破碎成直徑小于IOmm的液滴和渣粒，同時將占總量1(Γ20%的CH4-H2O-CO2混合氣體由?；磻?yīng)器圓周的環(huán)管經(jīng)6 8個噴嘴沿切向噴入?；磻?yīng)器，高溫液滴和渣粒在混合氣體的風(fēng)力作用下進(jìn)一步破碎和冷卻，最后全部高溫液滴都凝固為高溫渣粒。噴嘴8為矩形時效果較好。(2)占總量8(Γ90%的CH4-H2O-CO2混合氣體經(jīng)粒化渣填充床6預(yù)熱后由其下部進(jìn)入，與由噴嘴8沿反方向噴入的占總量的1(Γ20%混合氣體混合，與高溫液滴和渣粒直接接觸，以高爐渣為催化劑和傳熱介質(zhì)，在高爐渣的催化作用下，反應(yīng)生成甲醇(CH3OH),完成第一次強烈的熱交換，甲醇由氣體出口 9排出?；磻?yīng)器3 ;高溫渣粒的溫度在大于10°C /min的降溫速率下降至80(T900°C，高效地將液態(tài)高爐渣的顯熱轉(zhuǎn)變?yōu)楦吒郊永脙r值的甲醇的化學(xué)能，此階段為液態(tài)高爐渣的急冷段。(3)在重力作用下，上述高溫渣粒進(jìn)入粒化反應(yīng)器3下方的粒化渣填充床6并與由?；畛浯?下方進(jìn)入經(jīng)粒化渣層逆流而上的摩爾比為3:2:1的CH4-H2O-CO2混合氣體進(jìn)行第二次熱量交換，高溫渣粒溫度降至150°C左右，混合氣體溫度由常溫升至700°C以上，此階段為高爐渣的緩冷段；冷卻后的高爐渣粒由底部的旋轉(zhuǎn)卸料閥12排出。用于冷卻高爐渣的混合氣體由設(shè)在?；畛浯?下部的氣體進(jìn)口 17進(jìn)入，經(jīng)旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器10均勻分布后，進(jìn)入粒化渣填充床6，并與緩慢下降的高爐渣層進(jìn)行逆流換熱，使高爐渣進(jìn)一步冷卻，混合氣體經(jīng)與高爐渣層換熱后被預(yù)熱到700°C以上，從?；畛浯?頂部進(jìn)入?；磻?yīng)器3，在?；磻?yīng)器3內(nèi)與由噴嘴8噴入的混合氣體匯合，發(fā)生反應(yīng)生成甲醇。本發(fā)明的方法主要是利用液態(tài)高爐渣的高溫顯熱為甲醇的合成提供所需的熱量，在整個流程中，高爐渣不僅起到傳熱介質(zhì)的作用，還是一種很好的催化劑。液態(tài)高爐渣的處理過程是一個放熱過程，按照平均比熱1.1kJ/(kg· 0C )計算，高爐渣從1500°C冷卻到環(huán)境溫度，一噸高爐渣帶走的顯熱大約相當(dāng)于56kg標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒所放出的熱量，而CH4-H2O-CO2混合氣體合成甲醇中，CH4-H2O蒸汽重整反應(yīng)及CH4-CO2干法重整反應(yīng)是強烈的吸熱反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為
蒸汽重整
2CH4+2H30 > 200i^H2AII=206kJ/if*oi
干法重整CH4+CO3 -> 2COf2H3Α =247kJ, W
合成甲醇:3C1I4 IIIl3QfCO3 4COmi3 4CH3OiI AH=99_67kJ/W i
以I噸液態(tài)高爐渣為基礎(chǔ)進(jìn)行計算，
在?；磻?yīng)器內(nèi)，液態(tài)高爐渣進(jìn)行急冷，溫度由1500°C降為800°C，則
高爐渣提供的熱量
根據(jù)熱平衡方程計算可知，在急冷段高爐渣提供的熱量可使208. 45m3CH4、lll. 67kgH20和 69. 48m3C02 反應(yīng)合成 397kg 甲醇(CH3OH)。在?；畛浯矁?nèi)，高溫渣粒進(jìn)行緩冷，溫度由800°C降為150°C，則
高爐渣提供的熱量 Qm = C3HiAt2 =l_045xl000x(800-150)=679250kj 進(jìn)入?；磻?yīng)器的CH4-H2O-CO2混合氣體的物理熱
CH4 的物理熱 ^^xl6x(800-25)=25 J78kJ
.Λτ,Λτ..Γη
111 fil
H2O 的物理熱=Qat0 =K2Ji1=-^x(38929-9904)=180068kJ
ISi
CO2 的物理熱1( =CmimAt4=0.-850x=X44x(80<Ki5)= 9905kl
Λτλτ η
CH4-H2O-CO2混合氣體預(yù)熱所需總熱量為
此換熱過程所需換熱效率
Om446041
η :-xlOQS^65 67%
Qm2679250
可見，無論在粒化反應(yīng)器內(nèi)的急冷段還是?；畛浯驳木徖涠?，高爐渣的顯熱都足以滿足反應(yīng)和換熱的熱量需求。在該過程中，合成甲醇吸收液態(tài)高爐渣冷卻放出的熱量而達(dá)到甲烷蒸汽重整和干法重整合成甲醇的目的，不僅使液態(tài)高爐渣得以冷卻，而且解決了現(xiàn)有高爐渣處理方法中水淬法水耗大、熱量不能有效回收利用和干式回收風(fēng)渣比大、動力消耗較高、熱能品質(zhì)降低等問題，既回收了液態(tài)高爐渣的高品質(zhì)顯熱，又保護(hù)了環(huán)境。與CH4-H2O的蒸汽重整反應(yīng)制氫和CH4-CO2的干法重整反應(yīng)制氫相比，該方法中利用高爐渣作催化劑，省去了 CH4-H2O蒸汽重整和CH4-CO2干法重整所需要的專業(yè)催化劑及其制備成本，同時，該方法中所有的氫最終全部進(jìn)入了甲醇，而沒有因形成其他副產(chǎn)物而造成的損耗，也不需要燃燒部分甲烷來提供所需的熱量，由此不會產(chǎn)生額外的有害CO2，而僅僅得到甲醇。綜合以上可以看到，將液態(tài)高爐渣顯熱用于CH4-H2O-CO2混合氣體合成甲醇，每噸高爐渣可產(chǎn)生397kg甲醇。 甲醇是一種方便安全的儲能物質(zhì)，是最簡單的氧化態(tài)液體烴類，也是最基本的有機(jī)化工原料，自身產(chǎn)業(yè)鏈長，涉及化工、建材、能源、醫(yī)藥、農(nóng)藥等眾多行業(yè)。因此，以甲醇替代化石燃料作為能源儲存、燃料和合成烴及產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)，即所謂的“甲醇經(jīng)濟(jì)”，是應(yīng)對油氣能源問題的一條解決途徑，也是一種切實可行的使人類擺脫對日益減少的石油和天然氣(甚至煤炭)的一來的新途徑，還可以減輕因為過量燃燒導(dǎo)致的全球變暖問題。而以氫作為儲能和燃料的廣泛使用，即所謂的“氫經(jīng)濟(jì)”，或許可以用于大型的靜態(tài)裝置，但可行性相對較小，因為極易揮發(fā)的氫氣非常難以被操作和使用。氫氣易揮發(fā)易爆炸的特性不但需要建立全新的、極其昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施，而且需要發(fā)展嚴(yán)密的對嚴(yán)重安全隱患的檢測和控制系統(tǒng)。作為取代的方法，氫氣可用來將無所不在的CO2轉(zhuǎn)化為甲醇以及各種相關(guān)產(chǎn)品。本發(fā)明提供的方法中，CH4可以來自于天然氣或焦?fàn)t煤氣、CO2可以從高含量的鋼鐵工業(yè)排放廢氣中獲得。本發(fā)明利用液態(tài)高爐渣的高溫顯熱進(jìn)行CH4-H2O-CO2重整反應(yīng)生產(chǎn)甲醇，冷卻后的高爐渣用于生產(chǎn)水泥。本發(fā)明通過干式?；?、顯熱回收和能量轉(zhuǎn)換三個過程，高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能地利用了液態(tài)高爐渣的高溫余熱資源，而且處理后的高爐渣可滿足制造水泥的要求，生產(chǎn)的甲醇屬于應(yīng)用廣泛的高附加值產(chǎn)品，符合未來“甲醇經(jīng)濟(jì)”發(fā)展需要。本發(fā)明解決了現(xiàn)有高爐渣處理方法中水淬法水耗大、熱量不能有效回收利用和干式回收風(fēng)渣比大、動力消耗較高、熱能品質(zhì)降低等問題，既回收了液態(tài)高爐渣的高品質(zhì)顯熱，又保護(hù)了環(huán)境。與化學(xué)法制氫相比，該方法中所有的氫最終全部進(jìn)入了甲醇，而沒有因形成其他副產(chǎn)物而造成的損耗，也不需要燃燒部分甲烷來提供所需的熱量，由此不會產(chǎn)生額外的有害CO2，而僅僅得到甲醇。該方法合理，高效，單體設(shè)備簡單、布置緊湊，處理能力大、易操作，比較利于在鋼鐵冶金過程余熱資源回收與利用技術(shù)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的裝置，其特征在于包括?；磻?yīng)器(3)，在?；磻?yīng)器(3 )的頂部設(shè)置有渣流管(2 )和氣體出口( 9 )，渣流管(2 )上方為中間包(I)，?；磻?yīng)器(3)內(nèi)部設(shè)有轉(zhuǎn)杯(4)和驅(qū)動轉(zhuǎn)杯的變頻調(diào)速電機(jī)(5)，在?；磻?yīng)器(3)的四周器壁上設(shè)有6、個噴嘴(8)，噴嘴(8)與環(huán)管(7)相連；?；磻?yīng)器(3)的底部與粒化渣填充床(6)頂部相連；?；畛浯?6 )的內(nèi)部設(shè)有旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器(10 )，旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器(10 )與電機(jī)(11)相連，氣體進(jìn)口(17)與旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器(10)相連，旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器(10)下方還設(shè)有旋轉(zhuǎn)卸料閥(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的裝置，其特征在于所述的各噴嘴(8)的軸線相切于一虛擬圓(16)，此虛擬圓與轉(zhuǎn)杯(4)的上表面在同一平面上，從噴嘴(8)噴入的氣體沿?；磻?yīng)器(3)的切向進(jìn)入，且其旋流方向與轉(zhuǎn)杯(4)旋轉(zhuǎn)方向相反。
3.按照權(quán)利要求1所述的回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器(10)包括底座(13)、風(fēng)帽(14)和破渣筋(15)，底座(13)上方設(shè)有風(fēng)帽(14)，風(fēng)帽(14)上設(shè)有破渣筋(15)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的裝置，其特征在于所述風(fēng)帽(14)設(shè)置為3飛層，每層風(fēng)帽板內(nèi)徑、外徑處均采用折邊結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的裝置，其特征在于所述風(fēng)帽(14)上設(shè)置6條破渣筋(15)，破渣筋頭向上翹起，呈耙齒形，沿旋轉(zhuǎn)布風(fēng)器(10)轉(zhuǎn)動方向，破渣筋(15)的前方邊緣高于后方邊緣。
6.一種用如權(quán)利要求1所述回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的裝置進(jìn)行高溫顯熱回收的方法，其特征在于利用液態(tài)高爐渣的高溫顯熱進(jìn)行CH4-H2O-CO2重整反應(yīng)生產(chǎn)甲醇，高爐渣既是傳熱介質(zhì)，又是催化劑，冷卻后的高爐渣用于生產(chǎn)水泥。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的方法，其特征在于=CH4-H2O-CO2混合氣體中CH4 =H2O =CO2的摩爾比為3:2:1，混合氣體分兩部分，占總量1(Γ20%的混合氣體用于液態(tài)高爐渣的?；图崩?，占總量80、0%的混合氣體用于?；蟾郀t渣的冷卻，最終全部混合氣體發(fā)生重整化學(xué)反應(yīng)生成甲醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的方法，其特征在于在?；磻?yīng)器內(nèi)，液態(tài)高爐渣在轉(zhuǎn)杯離心力和高速噴出的反應(yīng)性混合氣體(CH4-H2O-CO2)的風(fēng)力作用下冷卻?；邷卦ＥcCH4-H2O-CO2混合氣體直接接觸，兩者進(jìn)行強烈的熱交換，進(jìn)行第一次熱量回收，使高溫液態(tài)渣持有的熱量用于吸熱化學(xué)反應(yīng)，生成甲醇(CH3OH),將液態(tài)高爐渣的顯熱轉(zhuǎn)變?yōu)闈崈舻幕瘜W(xué)能；然后再經(jīng)?；畛浯矊H4-H2O-CO2混合氣體預(yù)熱到反應(yīng)所需溫度，進(jìn)行第二次熱量回收，冷卻后的高爐渣粒由下部的旋轉(zhuǎn)卸料閥排出；具體步驟如下 (1)從高爐經(jīng)渣溝流出的液態(tài)高爐渣溫度大于1400°C，流入中間包，經(jīng)渣流管流入粒化反應(yīng)器，在轉(zhuǎn)速為100(Γ2300轉(zhuǎn)/分鐘、直徑為8(Tl80mm的轉(zhuǎn)杯離心力作用下破碎成直徑小于IOmm的液滴，同時將占總量1(Γ20%的CH4-H2O-CO2混合氣體由粒化反應(yīng)器圓周的環(huán)管經(jīng)6 8個噴嘴沿切向噴入?；磻?yīng)器，高溫液滴在混合氣體的風(fēng)力作用下進(jìn)一步破碎和冷卻，高溫液滴凝固為高溫渣粒； (2)占總量8(Γ90%的CH4-H2O-CO2混合氣體由?；畛浯蚕虏窟M(jìn)入，與由噴嘴噴入的混合氣體混合，與高溫液滴和渣粒直接接觸，在高爐渣的催化作用下，反應(yīng)生成甲醇(CH3OH),完成第一次強烈的熱交換，高溫渣粒的溫度在大于10°C /min的降溫速率下降至800^900°C，高效地將液態(tài)高爐渣的顯熱轉(zhuǎn)變?yōu)楦吒郊永脙r值的甲醇的化學(xué)能，此階段為液態(tài)高爐渣的急冷段； (3 )在重力作用下，上述高溫渣粒進(jìn)入?；磻?yīng)器下方的粒化渣填充床并與由?；畛浯蚕路竭M(jìn)入經(jīng)?；鼘幽媪鞫系腃H4-H2O-CO2混合氣體進(jìn)行第二次熱量交換，高溫渣粒溫度降至150°C，混合氣體溫度由常溫升至700°C以上，此階段為高爐渣的緩冷段；冷卻后的高爐渣粒由底部的旋轉(zhuǎn)卸料閥排出。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋼鐵工業(yè)余熱余能回收技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種回收液態(tài)高爐渣高溫顯熱的裝置及方法；利用液態(tài)高爐渣的高溫顯熱進(jìn)行CH4-H2O-CO2重整反應(yīng)生產(chǎn)甲醇，冷卻后的高爐渣用于生產(chǎn)水泥。本發(fā)明通過干式粒化、顯熱回收和能量轉(zhuǎn)換三個過程，高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能地利用了液態(tài)高爐渣的高溫余熱資源，而且處理后的高爐渣可滿足制造水泥的要求，生產(chǎn)的甲醇屬于應(yīng)用廣泛的高附加值產(chǎn)品，符合未來“甲醇經(jīng)濟(jì)”發(fā)展需要。
文檔編號C21B3/08GK103014202SQ201210561078
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者王連勇, 李小玲, 蔡九菊 申請人:東北大學(xué)