CN107806769B - 一种熔融冶金渣的热能回收利用方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种熔融冶金渣的热能回收利用方法及装置；至少由从熔融冶金渣回收热能产生高温气体的熔融冶金渣热能回收过程和热能利用过程组成；熔融冶金渣热能回收至少由从冶金炉流出的熔融冶金渣快速冷却使其生成冶金渣粒化颗粒的熔融冶金渣粒化过程、和冶金渣粒化过程得到的冶金渣粒化颗粒进一步冷却的粒化颗粒冷却过程组成；由粒化气流对熔融冶金渣进行吹散，在颗粒飞出方向上分成大颗粒和小颗粒区域降落并分别收集；小颗粒直接进入粒化颗粒冷却或其他热交换过程，大颗粒进入二次粒化过程，二次粒化采用空气或水或水与空气的混合物与大颗粒直接接触的方式。实现了熔融冶金渣的物料资源化和热能的高值利用，为冶金节能减排，降耗增效提供了方法。

Description

一种熔融冶金渣的热能回收利用方法及装置

技术领域

本发明涉及一种熔融冶金渣高品位、低成本的热能回收及其高价值利用方法及装置，特别是熔融冶金渣的粒化过程、粒化颗粒产生高温气体用于提高热风炉风温、节省燃料或作为其他热源使用，属于冶金能源和能源回收利用及环保领域。

背景技术

在冶金工业的炼铁、炼钢及火法有色冶金过程中，会产生大量高温的熔融冶金渣，如炼铁炉中产生的高炉渣、钢渣，有色金属冶炼产生铜渣、铅渣、锌渣等，其出炉温度通常在1400～1600℃左右，每生产1吨金属可产生350～480kg冶金渣，因此回收利用冶金渣的余热对冶金行业节能减排，提高能源效率，有着十分重要的意义。但冶金渣导热系数低、换热速度慢、出渣不连续等阻碍了炉渣余热回收技术的发展。现有冶金炉基本都采用水淬法处理冶炼过程产生的熔渣，水渣比在8～15，消耗了大量的水资源，也损失了大量热能。

对此，科技工作者探索了多种回收熔渣显热的干式热回收技术，如风淬法、滚筒法、离心粒化法等。风淬法是从高炉排出的熔融渣流入粒化区域，被高速气流吹散得以微粒化。大部分渣粒在下落的过程中被从下部吹入的冷却空气冷却到800℃后排出，并经热筛筛出大颗粒炉渣后，进入多段流动床内被空气进行二次冷却到150℃左右。该风淬法回收热空气可用于发电，但在粒化过程中动力消耗大，需要设备也大；一次风淬得到的粒化渣常伴有大颗粒，不利于后续处理。

滚筒法是熔渣流到连续转动的滚筒上带动熔渣形成薄片状粘附其上，由内部通入的冷却流体迅速冷却得到玻璃化率很高的固体渣，由刮板刮下，回收的热能用来发电。该法能够确保熔融渣快速降温得到玻璃体，但处理能力不高、设备作业率低、冶金渣颗粒大，破碎耗能高，回收的热能品位低。

离心粒化法是熔融渣流至可变速的转盘转盘中心，在离心力作用下熔融渣在转盘的边缘被粒化抛出，并在飞行下落中被冷却，并得到热风。但转盘在高温环境下高速转动设备容易发生故障，维修保养困难，难于实现长期的稳定运行。

对熔融冶金渣冷却而言，为了保证降温后的渣粒具有玻璃体结构，能用于水泥生产，熔融冶金渣的粒化和降温必须在短时间内迅速完成，所以急冷干式粒化技术的突出难点就在于要兼顾粒化渣的冷却速率和余热回收效果。

另外，熔融冶金渣回收的热能利用也有多种方式，如用于锅炉、发电、热风炉产热风等。用于发电是一条有效的途径，但用于发电的热利用效率相对较低，且很多情况下需要较为庞大的发电设备，致使热能回收利用的经济效益受的很大影响。而在冶金生产过程中，常需要用1000℃以上的热风提供热量，且热风温度的提高可降低冶金炉燃料比，提高冶金炉的利用效率提高产量，降低成本。因此提高热风的温度对于降低整个钢铁有色工业的能耗具有重要意义。但由于高炉煤气和助燃空气的预热温度受到热风炉的排烟温度和热管工作温度的限制，目前普遍存在送风温度不高和耗能问题。因此如能将高温熔融渣作为预热的热源使用则对冶金过程的节能降耗起到重要作用。但同时要想使得回收的热量得到高品质的利用，就要使回收介质具有较高的温度。冶金渣的热能回收和热能利用两个环节结合达到整个过程和系统高价值、高效率和低成本才能得到广泛的应用。因此，从熔融冶金渣中所回收热能的高价值、低成本利用是一个关系到冶金渣热能回收利用能否得到广泛应用的另一个重要的技术环节。

本发明的目的即在于，在保证冶金渣迅速粒化形成玻璃体、不影响后续作水泥原料的条件下，开发有效的冶金渣余热回收与应用的方法和装置，实现高品质、低成本地回收冶金渣的余热，提高粒化速度和效果，提升余热回收率及其后续利用率，降低设备造价和运行成本的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将熔融冶金渣快速冷却粒化并对粒化颗粒进行高品位的热量回收，产生高温气体用于提高热风炉风温并节省燃料或作为发电等其他热源使用的方法和装置。本发明采用高速气流粒化熔融冶金渣，对大颗粒再进行二次粒化、粒化气体预热等实现了熔融冶金渣的快速粒化的同时产生高温热气体，保证了炉渣的玻璃体结构，为冶金渣后续利用奠定基础，将回收得到的热气体作为作助燃空气用于热风炉产高温空气，分别通过全量中温热空气方式和分量高温空气-前置燃烧匹配方式提高冶金入炉风温降低焦比，节省燃气，或用于其他途径的热利用。本发明实现了确保冶金渣资源利用条件下的高效低成本的热能回收及高价值利用，具有显著的经济效益，为解决本领域的技术经济难题提供技术手段。本方法及装置具有熔融冶金渣粒化效果好、热品位高、设备简单、操作方便、投资运行成本低等特点。

本发明是采用如下技术方案实现的：

熔融冶金渣的热能回收利用方法，其特征在于熔融冶金渣热能回收利用过程至少由从熔融冶金渣回收热能产生高温气体的熔融冶金渣热能回收过程和热能利用过程组成；熔融冶金渣热能回收过程至少由从冶金炉流出的熔融冶金渣快速冷却使其生成冶金渣粒化颗粒的熔融冶金渣粒化过程、和所述冶金渣粒化过程得到的冶金渣粒化颗粒进一步冷却的粒化颗粒冷却过程组成；熔融冶金渣粒化过程由粒化气流对熔融冶金渣进行吹散，形成冶金渣粒化颗粒，并在该颗粒飞出方向上分成大颗粒和小颗粒区域降落并分别收集；小颗粒直接进入粒化颗粒冷却过程或其他热交换过程，大颗粒进入二次粒化过程，二次粒化过程采用空气或水或水与空气的混合物与大颗粒直接接触的方式实现。

所述熔融冶金渣的热能回收利用方法，其特征在于所述粒化气流在进入对熔融冶金渣的吹散前进行预热，预热采用间接方式，对粒化气流的预热热源为所述二次粒化产生的热气体或在熔融冶金渣粒化过程中对粒化器外壁冷却产生的热气体或在热风炉系统产生的热源或其他热源，或粒化气流在进入对熔融冶金渣的吹散前进行预热的方式是对熔融冶金渣进行粒化的粒化气流由空气与热气体混合而成，该热气体为二次粒化产生的热气体或在熔融冶金渣粒化过程中对粒化器外壁冷却产生的热气体或在热风炉系统产生的热源或其他热源。

所述熔融冶金渣的热能回收利用方法，其特征在于所述小颗粒在进入粒化颗粒冷却过程或其他换热过程之前，向该小颗粒吹入冷却介质使其快速冷却，对该小颗粒进行快速冷却所产生的热气体与熔融渣粒化过程产生的热气体混合后进入再加热工序或送往用户使用，快速冷却所用冷却介质为其他过程已被加热到一定温度的热气体或直接从大气吸入的新鲜空气或水与空气的混合物。

所述实现熔融冶金渣的热能回收利用方法的装置，其特征在于所述熔融冶金渣粒化过程的装置至少由粒化器外壳、熔融冶金渣导入口、粒化气流吹入口、大颗粒出口，小颗粒出口、热气体导出口及分隔大小颗粒的颗粒分隔挡板组成；颗粒分隔挡板设置在气流流过方向上的颗粒沉落区域；大颗粒出口与实现二次粒化过程的二次粒化器的颗粒入口相连接，小颗粒出口与粒化颗粒冷却的粒化颗粒冷却装置颗粒入口侧相连接，热气体导出口与热源用户或再加热工序相连接。

所述实现熔融冶金渣的热能回收利用方法的装置，其特征是熔融冶金渣粒化后的粒化颗粒冷却过程是在移动床换热塔中通过冷却气体与粒化颗粒直接接触实现的；所述移动床换热塔至少由移动床换热塔外壳、位于塔上部的高温粒化颗粒入口、位于塔下部的颗粒出口、位于塔上部的气体出口，位于塔下部的气体入口组成；移动床内设置有与水平线平行或小于15°夹角的开孔床层板，开孔床层板设有颗粒下落口，开孔床层板的颗粒入口侧和颗粒下落口侧分别位于床层板的两端位置，颗粒入口侧与移动床换热塔塔壁相连接，沿塔高方向多层设置开孔床层板，相邻的开孔床层板的颗粒入口侧与颗粒下落口侧在换热塔内不同侧交替布置，相邻层的开孔床层板之间留有冶金渣粒化颗粒流动通道。

所述熔融冶金渣的热能回收利用方法的装置，其特征是熔融冶金渣粒化后的粒化颗粒冷却过程是在回转式换热器中通过冷却气体与粒化颗粒直接接触实现的；所述回转式换热器至少由回转式换热器外壳、位于换热器上部的高温粒化颗粒入口、位于换热器下部的颗粒出口、位于换热器上部的气体出口，位于换热器下部的气体入口组成；在所述回转式换热器中回转圆筒的径向方向设置有颗粒分散机构，颗粒分散机构分为圆筒周边颗粒分散机构和圆内颗粒分散机构，或颗粒分散机构为在圆筒内壁上布置径向长短不同的分散板。

所述熔融冶金渣的热能回收利用方法，其特征在于所述粒化颗粒冷却过程在任意温度段的热气体送入熔融冶金渣粒化过程的粒化气流预热过程做热源使用或小颗粒快速冷却过程做冷却介质使用，或熔融冶金渣粒化过程的粒化装置外壁的冷却介质冷却产生的热气体送入粒化颗粒冷却过程相应温度段继续被粒化颗粒加热。

所述熔融冶金渣的热能回收利用的方法，其特征是至少由如下过程组成：

(1)熔融冶金渣热能回收过程：从熔融冶金渣回收热能产生高温空气的熔融冶金渣热能回收过程；以热风炉加热所需要的助燃空气量送入熔融冶金渣热能回收系统与高温冶金渣换热产生高温空气；

(2)高温空气的冶金炉热风利用过程：将所述熔融冶金渣热能回收过程得到的高温空气用于冶金炉热风利用的高温空气的冶金炉热风利用过程；高温空气通入热风炉系统与已经通过热风炉废气预热的燃气混合进行燃烧，为产生向冶金炉压送的热风提供热源；热风炉废气全量或大部分用于对燃气进行预热。

所述熔融冶金渣的热能回收利用的方法，其特征是至少由如下过程组成：

(1)熔融冶金渣热能回收过程：从熔融冶金渣回收热能产生高温空气的熔融冶金渣热能回收过程以产生700℃以上高温空气为目标向熔融冶金渣热能回收系统送入所定量的空气，所述送入的空气与高温冶金渣换热产生700℃以上的高温空气；

(2)高温空气的冶金炉热风利用过程：将所述熔融冶金渣热能回收过程得到的高温空气用于冶金炉热风利用的高温空气的冶金炉热风利用过程；所述高温空气与经过前置燃烧换热产生的前置燃烧高温空气混合后通入热风炉系统与已经通过热风炉废气预热的燃气混合进行燃烧，为产生向冶金炉压送的热风提供热源。

所述熔融冶金渣的热能回收利用方法，其特征是将从冶金炉流出的熔融冶金渣快速冷却生成粒化颗粒或/和粒化颗粒冷却产生的热空气可用于下述用途：或用于冶金鼓风的预热，具体设置在向冶金炉送风的鼓风机出口与热风炉底部冷风入口之间或在该鼓风机出口与热风炉相应温度段冷风入口之间，或作为发电热源使用，或作为其他热源使用。

具体说明如下：

本发明所述的熔融冶金渣的热能回收利用方法主要包括两个过程：熔融冶金渣回收热能产生高温气体过程和所回收的热能利用过程；熔融冶金渣回收热能产生高温气体过程主要通过粒化装置和粒化颗粒冷却装置完成。

从冶金炉中流出的1400℃～1600℃的熔融冶金渣流入粒化装置的熔融冶金渣导入口，被经过预热的粒化气体吹散进入粒化装置，在气流方向上由所设置的分隔挡板分成大颗粒和小颗粒的两个沉降区域。为了实现粒化颗粒能够在很短的时间内迅速降温，保证冶金渣的玻璃体结构以便用作水泥原材料，小颗粒可由底部向小颗粒聚集区吹入空气或水与空气混合物，使其迅速降温至900℃以下，之后再送入粒化颗粒冷却产热气体过程的装置进行换热冷却；而大颗粒由于颗粒内部存在未完全凝固的熔融渣，且冷却速度慢，所以大颗粒导入二次粒化器中，向其中吹入气流或水或水与空气混合物对其进行二次粒化。二次粒化过程可在短时间内将大颗粒完全粒化成小颗粒，并降温至900℃以下后送往粒化颗粒冷却装置进行换热冷却。大颗粒的二次粒化既保证了熔融冶金渣的完全粒化和玻璃体比例，又得以用较少量的粒化气体实现了熔融冶金渣的粒化和玻璃体化，并得到高温气体。进行二次粒化产生的热气体或粒化装置的外壁冷却产生的热气体用于粒化气流的预热，可以提高粒化气体的入口温度，在与熔融冶金渣进行快速换热后产生600～700℃的高温气体，提高了作为热风炉系统的助燃空气或其他热源使用时的价值。

同时，为了保证粒化装置能够在高温下的长期运转，需要在整个粒化装置四周设置冷却夹套，内部通入空气或水与空气混合物对壁面进行不断冷却，保证壁面温度在合适的范围内，粒化装置冷却得到的热气体作为小颗粒的快速冷却气体可以提高粒化装置的热气体温度，也可用于粒化气流的预热，也可用于二次粒化。

当气流扰动较小时，小颗粒越过分隔挡板吹向粒化装置的远处区域，而粒径较大的颗粒受气体携带作用较小，落入粒化装置的近处区域。当紊乱气流的影响较大时，粒径较大的大颗粒获得的动能较大，受扩散减弱气流的影响较小，可越过分隔挡板吹向粒化装置的远处区域，而粒径较小的小颗粒由于动能较小而容易受紊乱气流的影响，落入粒化装置的近处区域。

粒化后的900℃以下的高温粒化颗粒通过移动床换热塔或回转式换热器实现粒化颗粒的冷却并产生热气体。粒化颗粒在移动床换热塔内设置的开孔床层板上与穿过开孔床层板的气体接触换热后，从开孔床层板的颗粒下落口落下进入下一层开孔床层板，再与气体接触换热，依次落下逐层换热降温至150℃左右的渣粒自塔底的颗粒出口排出，降温后的粒化颗粒供给水泥厂作为生产水泥的原料。冷却介质自塔底部向上吹入塔内，穿过各个床层板的孔隙与冶金渣粒化颗粒进行热量交换，完成换热的气流温度将达到600～800℃，可直接作为热风炉系统的助燃空气或其预热热源或其他热源使用。在实际应用中，热气体进入旋风除尘器以去除气体中的大颗粒粉尘，收集的粉尘与排出的低温粒化颗粒混合作为生产水泥的原料。

在采用回转式换热器冷却粒化颗粒时，高温粒化颗粒进入换热器内随着换热器的回转在换热器内旋转下行，从处于回转式换热器低位的颗粒出口排出，冷却介质从换热器低位的气体入口进入，与粒化颗粒逆流流动接触换热，在回转圆筒的径向方向设置的颗粒分散机构作用下将粒化颗粒抛出，均匀分散在换热器内部，增大了与热空气的传热面积和效率，使粒化颗粒在旋转前进过程中增大传热路程和分散效果，大幅提高了换热效果。经过换热降温至150℃左右的渣粒自颗粒出口排出，供给水泥厂作为生产水泥的原料使用。完成换热的气流温度将达到600～800℃，进入旋风除尘器去除气体中的大颗粒粉尘后送往热空气用户。

本发明方法中粒化过程和粒化颗粒的冷却过程存在着多种热能品位的热源，在回收热能过程中科学的梯级利用能够有效的提高热能利用效果。其中粒化过程产出的热介质分别包括高温粒化气流、外壁夹套冷却热气流、二次粒化热气体或热水蒸气等可以作为热源再返回高温冶金渣回收热能过程中重新利用。例如，进入粒化装置的粒化气流需要进行预热，而这一预热热源可采用二次粒化热气体或热水蒸气、外壁夹层冷却热气体、粒化颗粒冷却换热产生的高温热气体或其他热源。再例如，对小颗粒的快速冷却过程，鼓风机鼓出的冷却介质也最好是经过预热的，预热热源同样可采用外壁夹层冷却热气体、粒化颗粒冷却换热产生的高温热气体或其他热源。另一方面，外壁夹层冷却热气体根据其最终排出的温度的不同，也可以送入粒化颗粒换热器中相应的温度段，继续被粒化颗粒加热，可以有效提高最终的温度。

粒化颗粒换热产生的600～800℃的高温热气体作为热源，可用于冶炼热风炉产热空气也可以应用于锅炉、发电或其他热能应用。一般而言，由于热风炉与冶金渣热回收设施相对较近，且在冶金工业中属于常配系统，所以将热空气直接用于冶炼热风炉，既可提高热能利用率又可节省设备投资。在离热风炉距离远，邻近又有发电设施的情况下选择发电的热能利用方式会更经济。

对于为热风炉提供热源的热能利用主要着眼于提高冶炼用热风的温度和节省燃气两个方面。当冶金渣冷却采用空气的情况下，经过粒化和换热产生的热空气可以直接作为助燃空气进入热风炉系统。炉渣换热产生的高温空气对于热风炉的应用方式分为全量中温热空气利用方式和分量高温空气-前置燃烧匹配利用方式两种。全量中温热空气利用方式是使用与热风炉所需全部助燃空气等量或大于这一风量的助燃空气量对熔融冶金渣进行粒化和换热冷却，由于所需风量较大，因此换热产生的风温处于中温水平，大约在300～400℃左右，将该中温空气经过除尘后直接作为预热助燃空气送入热风炉。同时，燃气通过烟气换热器与并联的另一座热风炉燃烧产生的200～300℃的低温烟气进行换热被加热，送入热风炉燃烧室与熔融冶金渣冷却产生的热空气在燃烧室内完成燃烧，对蓄热室的格子砖进行加热蓄热，为送往冶金炉的空气加热提供热源，得到1200℃以上的高温热空气送入冶金炉参与冶炼。

分量高温空气-前置燃烧匹配利用方式是使用一定的风量对熔融冶金渣进行粒化和换热冷却，使得所产生的空气温度在700℃以上。同时，前置燃烧炉燃烧少量的燃气将另一部分冷空气预热至600℃左右，与炉渣换热产生的热空气混合，自热风炉助燃空气入口进入炉内，以使进风量达到热风炉所需的助燃空气量；由于对风量的有序控制，混合后的空气温度高达600～700℃，将这一部分高温空气作为预热助燃空气鼓入热风炉。同时，燃气通过烟气换热器与并联的另一座热风炉燃烧产生的200～300℃的低温烟气进行换热被加热，送入热风炉燃烧室与熔融冶金渣冷却产生的热空气在燃烧室内完成燃烧，对蓄热室的格子砖进行加热蓄热，为送往冶金炉的空气加热提供热源，得到1200℃以上的高温热空气送入冶金炉参与冶炼。

当高温冶金渣冷却采用其他介质的情况下，如水或添加水的气流等时，所产生的热气体可以与助燃空气进行间接换热使其提高温度，之后与被低温烟气预热后的燃气在燃烧室内完成燃烧，也可以有效地提高最终的冶金鼓风温度。

熔融冶金渣粒化过程和粒化颗粒换热冷却过程产生的热气体还可以用于预热冶金鼓风。与炉渣换热产生的高温热气体可以通过间接接触或蓄热换热方式对冶金鼓风进行加热。可将冶金鼓风升温200～500℃排出，热气体降温至150～200℃排空或用于其它余热利用。经过预热的冶金鼓风进入处于送风模式的热风炉中，可直接从热风炉底部冷风入口进入，也可自热风炉相应温度段将预热鼓风引入，与热风炉蓄热室的高温格子砖进行换热产生1200℃以上的高温空气送入冶金炉参与冶炼。

冶金渣换热产生的高温空气也可直接送入发电系统的锅炉部分，参与电力系统的热能供给，也可以作为锅炉等其他应用技术的热源使用。

用于熔融冶金渣粒化和粒化颗粒冷却的介质可以采用空气、或水与空气混合物。采用空气冷却并应用于热风炉的情况下，在大气湿度低的季节可根据炼铁对鼓风中水分的要求调节水的加入量，如果用于发电则可根据粒化过程的优化决定水的加入量。

本发明的有益效果是提供了一种将熔融冶金渣快速高效的冷却粒化及对粒化颗粒进行换热回收热量，产生高温气体用于提高热风炉风温并节省燃料或作为发电等其他热源使用的方法和装置，还保证了冶金渣的玻璃体结构，为冶金渣颗粒后续利用奠定了基础。通过粒化颗粒分区域，大颗粒二次粒化实现了少量空气充分稳定的粒化，既保证了冶金渣的玻璃体率又能够产生高温热空气，提高了热能品位为后续冶金渣的资源化和后续热能利用奠定了基础；通过粒化气流的预热提高了所产生高温热空气的热能品位为后续热能利用奠定了基础；通过交替多孔板移动床做到高效充分低成本地回收冶金渣的热能；通过全量中温热空气方式和分量高温空气-前置燃烧匹配方式的回收热气体的冶金热风炉热能利用，大幅提高了热能的利用效率和价值；通过熔融冶金渣的高效低成本的高温热气体的回收及热能的冶金炉高效利用，实现了熔融冶金渣的物料资源化和热能的高值利用，为冶金工业节能减排，降耗增效提供了一条有效的技术手段。本方法及装置具有设备简单、操作方便、投资运行成本低，运行稳定等特点。

附图说明

图1：粒化及移动床换热装置及流程图；

图2：全量中温空气利用流程图；

图3：分量高温空气-前置燃烧匹配利用流程图；

图4：粒化及回转式换热装置及流程图；

图5：换热介质预热冶金鼓风流程图。

其中，1-粒化装置；2-粒化室远处沉降区域；3-粒化室近处沉降区域；4-二次粒化器；5-分隔挡板；6-二次粒化器颗粒入口；7-开孔床层板；8-大颗粒出口；9-小颗粒出口；10-粒化热气体导出口；11-粒化气流预热器；12-熔融冶金渣；13-粒化气流喷入口；14-二次粒化热气体出口；15-小颗粒快速冷却介质；16-二次粒化冷却介质；17-粒化气流；18-二次粒化热气体；19-粒化热气体；20-大颗粒粒化颗粒；21-小颗粒粒化颗粒；22-混合高温粒化颗粒；23-移动床换热塔；24-高温粒化颗粒入口；25-换热热气体导出口；26-低温冶金渣出口；27-换热开孔床层板；28-颗粒下落口；29-冷却气体；30-换热热气体；31-低温冶金渣；32-热风炉；33-燃烧室；34-蓄热室；35-燃气换热器；36-热风炉助燃空气；37-燃气；38-低温烟气；39-冶炼用空气；40-冶炼用热空气；41-前置燃烧炉；42-高温烟气；43-前置燃烧预热空气；44-高温烟气换热器；45-冶金鼓风换热器；46-回转式换热器；47-换热气体出口；48-回转式换热器旋转；49-圆筒周边颗粒分散机构；50-圆筒内颗粒分散机构。

具体实施方式

实施例1：

本实施例为熔融炼铁炉渣的热能回收利用方案，包括两部分流程：熔融冶金渣粒化及移动床换热冷却产高温空气部分与全量中温热空气利用方式用于热风炉系统部分。如图1所示，1500℃的熔融冶金渣12通过进料口流入粒化装置1，被从粒化气流喷入口13喷入的粒化气流17吹散，呈抛物线沉降。由于气流扰动较小，其中小颗粒粒化颗粒21越过分隔挡板5吹向远处沉降区域2，由底部鼓入小颗粒快速冷却介质15，促使小颗粒粒化颗粒21迅速降温至900℃以下，沿开孔床层板7下落至小颗粒出口9排出；小颗粒快速冷却介质15采用粒化装置1外壁夹套(图中未标示)与高温壁面换热加热产生的热空气，产生的快速冷却热气体与粒化过程产生的热气体混合后自粒化热气体导出口10排出。粒化气流吹散产生的大颗粒粒化颗粒20未越过分隔挡板5，沉降至近处沉降区域3后通过二次粒化器颗粒入口6进入二次粒化器4，与二次粒化冷却介质16接触进行二次粒化，降温至900℃以下自大颗粒出口8排出；采用空气作为二次粒化冷却介质16，产生的二次粒化热气体18自二次粒化热气体出口14排出，作为粒化气流17的预热热源送入粒化气流预热器11对粒化气流预热。通过粒化颗粒分区域，大颗粒二次粒化实现用很少量的冷却介质使冶金渣颗粒充分稳定地粒化，保证玻璃体结构，并大幅减少粒化气流用量。大颗粒粒化颗粒20与小颗粒粒化颗粒21混合成混合高温粒化颗粒22送入移动床换热塔23进行换热冷却。

粒化过程中的粒化气流17经过粒化气流预热器11预热后送入粒化装置1，有效提高最终粒化热气体19的温度，其温度高达400～500℃，进入热风炉32的助燃空气供应系统使用。

混合高温粒化颗粒22通过高温粒化颗粒入口24进入移动床换热塔23，在换热开孔床层板27(与水平线呈10°夹角)上与从底部鼓入的冷却气体29换热冷却并移动，从颗粒下落口28排出进入下层换热开孔床层板，依次进行换热冷却，降温至150℃左右的低温冶金渣31自塔底的低温冶金渣出口26排出，供水泥厂作为生产水泥的原料使用。换热开孔床层板颗粒入口侧与移动床换热塔23塔壁相连接，相邻的换热开孔床层板27的颗粒入口侧与颗粒下落口28侧在塔内不同侧交替布置，混合粒化颗粒依次向下流动，由此大幅增加换热时间和效率，换热热气体30的温度可达到600～800℃，自换热热气体导出口25排出，进入热风炉32的助燃空气供应系统使用。

如图2所示，粒化装置1产生的粒化热气体19和移动床换热塔23产生的换热热气体30混合后成为温度在500～600℃左右的热风炉助燃空气36，直接通入热风炉32的助燃空气入口；燃气37通过燃气换热器35与并联交替使用的另一座热风炉燃烧产生的200～300℃的低温烟气38换热，被预热到250℃左右，通入热风炉32的燃气入口与热风炉助燃空气36混合，在燃烧室33内燃烧，对蓄热室34的格子砖进行加热蓄热，低温烟气38排出，用于并联热风炉的燃气37的预热。蓄热过程完成后，冶炼用空气39自冷风入口进入炉内蓄热室34与格子砖完成换热，自热风出口将1200℃以上的冶炼用热空气40排出，送入冶金炉参与冶炼。

熔融炼铁渣热回收产生的热空气直接作为助燃空气进入热风炉系统显著提高了助燃空气预热温度，且热量转换环节简单，热损失少。同时，采用粒化换热空气直接助燃、烟气预热燃气的方案，可以有效地同时利用炉渣和热风炉的余热，也使得炉渣的余热能够有效地叠加到热风系统中，实现能量分配和利用的最大化，实现了熔融冶金渣的物料资源化和热能的高值利用，且设备简单、操作方便、投资运行成本低，运行稳定。

实施例2：

本实施例为熔融炼钢渣的热能回收利用方案，包括两部分流程：熔融冶金渣粒化及回转式换热冷却产高温空气部分和分量高温空气-前置燃烧匹配利用方式用于热风炉系统部分。如图4所示，1500℃的熔融冶金渣12通过进料口流入粒化装置1，被从粒化气流喷入口6喷入的粒化气流17吹散，呈抛物线沉降。由于紊乱气流的影响较大，其中大颗粒粒化颗粒20越过分隔挡板5吹向远处沉降区域2，进入二次粒化器4中，与二次粒化冷却介质16接触进行二次粒化，降温至900℃以下自大颗粒出口8排出；采用水作为二次粒化冷却介质16，产生的二次粒化热气体18自二次粒化热气体出口14排出。粒化气流17吹散产生的小颗粒粒化颗粒21未越过分隔挡板5，沉降至近处沉降区域3，由底部鼓入小颗粒快速冷却介质15，促使小颗粒粒化颗粒21迅速降温至900℃以下，沿开孔床层板7下落至小颗粒出口9排出；小颗粒快速冷却介质15采用水与空气的混合物。大颗粒粒化颗粒20与小颗粒粒化颗粒21混合成混合高温粒化颗粒22送入回转式换热器47进行换热冷却。

粒化过程中的粒化气流17经过粒化气流预热器11预热后送入粒化装置1，有效提高了最终粒化热气体19的温度，其温度高达700～800℃，进入热风炉32的助燃空气供应系统，预热热源采用外壁夹套中与高温壁面换热产生的热空气与二次粒化产生的高温水蒸气的混合气体。

混合高温粒化颗粒22自回转式换热器47的高温粒化颗粒入口24进入，在换热器旋转48和圆筒周边颗粒分散机构49及圆筒内颗粒分散机构50的作用下抛散在回转式换热器47内部，与自低位进入的冷却气体29逆流接触换热。降温至150℃左右的低温冶金渣31自低温冶金渣出口26排出，供水泥厂作为生产水泥的原料使用。颗粒分散机构在圆筒的径向方向上等距离布置，包括圆筒周边颗粒分散机构和圆筒内颗粒分散机构大幅增加了颗粒分散程度、换热面积和效果。换热热气体30的温度可达到700～800℃，自换热气体出口48排出，进入热风炉32的助燃空气供应系统。

如图3所示，通过控制粒化系统气体的流量，使得产生的粒化热气体19和换热热气体30的温度维持在700℃以上。同时，前置燃烧炉41燃烧产生的1000℃左右的高温烟气42通过高温烟气换热器44对常温空气进行换热加热，产生700℃左右的前置燃烧预热空气43，通入热风炉32的助燃空气供应系统，以补充热风炉32所需热风炉助燃空气36不足的空气量。

前置燃烧预热空气43、粒化热气体19和换热热气体30混合成700℃以上的热风炉助燃空气36，直接通入热风炉32的助燃空气入口；燃气37通过燃气换热器35与并联的另一座热风炉燃烧产生的200～300℃的低温烟气38进行换热，被预热到250℃左右，通入热风炉32的燃气入口与热风炉助燃空气36混合，在燃烧室33内燃烧，对蓄热室34的格子砖进行加热蓄热，低温烟气38排出，用于并联热风炉的燃气37预热。蓄热完成后，冶炼用空气39自冷风入口进入炉内蓄热室34与格子砖完成换热，自热风出口将1200℃以上的冶炼用热空气40排出，送入冶金炉参与冶炼。

熔融炼铁渣热回收产生的热空气与前置燃烧预热空气混合直接作为助燃空气进入热风炉系统实现了炉渣高品位余热的充分利用，显著提高了助燃空气预热温度，且热量转换环节简单，热损失少。同时，采用粒化换热空气与前置预热空气混合助燃、烟气预热燃气的方案，可以有效地同时利用炉渣和热风炉余热，也使得炉渣的余热能够有效地叠加到热风系统中，实现能量分配和利用的最大化，实现了熔融冶金渣的物料资源化和热能的高值利用，且设备简单、操作方便、投资运行成本低，运行稳定等特点。

实施例3

本实施例为有色冶金的熔融冶金渣的热能回收方案，熔融冶金渣粒化及热能回收部分与实施例1相同，所不同的是高温空气用于预热向冶炼炉压送的热风，如图5所示。冶炼用空气39经冶金鼓风换热器45被粒化热气体19和换热热气体30的混合气流加热，升温至400～500℃左右，通入热风炉32的冷风入口，与蓄热室34的格子砖完成进一步换热，自热风出口将1200℃以上的冶炼用热空气40排出，送入冶金炉参与冶炼。

熔融炼铁渣热回收产生的热空气直接用于冶金鼓风的预热可以有效地利用炉渣的余热，配合助燃空气和燃气的预热可以显著提高最终的热风温度，实现能量分配和利用的最大化，实现了熔融冶金渣的物料资源化和热能的高值利用。

实施例4

本实施例的中从熔融冶金渣中回收热能的部分与实施例1基本相同，而回收的热能利用采用分量高温空气-前置燃烧匹配利用方式用于热风炉系统部分(如图3所示)，利用方式如实施例2。另外，在粒化过程中，对粒化气流17的预热热源采用热风炉系统排出的低温烟气。采用空气作为二次粒化冷却介质16对大颗粒进行二次粒化；小颗粒快速冷却介质15采用粒化装置1外壁夹套(图中未标示)与高温壁面换热加热产生的热空气，产生的快速冷却热气体与粒化过程产生的热气体混合后自粒化热气体导出口10排出。经过粒化气流17的预热、小颗粒快速冷却介质15的吸热升温，最终产生的二者的混合气体温度可达700～800℃。

实施例5

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是在粒化过程中，粒化气流17由空气与二次粒化热气体18以及外壁夹套换热产生的热空气混合而成。由于粒化气流量大，对冶金渣小颗粒冷却作用大，能够冷却到900℃以下，所以省略了小颗粒的快速冷却过程。粒化装置1的外壁夹层中热空气排出后，根据其温度大小送入移动床换热塔23内部相应空气温度段，参与换热，继续被混合冶金渣22加热。冶炼用空气39经冶金鼓风换热器45被粒化热气体19和换热热气体30的混合气流加热后升温至400～500℃左右，通入热风炉32炉身相应温度段的冷风入口，与蓄热室34的格子砖完成进一步换热。由此，可降低所预热的冶炼用空气39的量而提高预热温度，同时所需其余冶炼用空气量自热风炉32底部的冷风入口进入补充。自热风出口将1200℃以上的冶炼用热空气40排出，送入冶金炉参与冶炼。二次粒化所采用的冷却介质3为水与空气分别喷入的多介质。

实施例6

本实施例与实施例2基本相同，所不同的是粒化气流17由空气和热风炉产出的部分热风混合而成，小颗粒快速冷却介质15为空气。另外，粒化颗粒换热过程所采用的回转式换热器的颗粒分散机构为在圆筒内壁上等距离布置的径向长短不同的分散板，在圆筒的旋转作用下将混合高温粒化颗粒22均匀抛散在圆筒内部空间，有效地促进了气固接触和换热。

实施例7

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是粒化气流17是水和空气的混合物，产生的粒化热气体19和换热热气体30进入发电系统，作为发电系统的热能来源进行发电，根据粒化过程的优化决定水的加入量。二次粒化所采用的冷却介质3为水。粒化气流不经过预热。

实施例8

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是二次粒化所采用的冷却介质3为水和空气的混合物直接进入粒化热气体19，粒化气流不经过预热。粒化装置1产生的粒化热气体19和换热热气体30作为物料烘干的热源参与其他物料的烘干作业。

Claims (3)

1.一种熔融冶金渣的热能回收利用方法，其特征在于熔融冶金渣热能回收利用过程至少由从熔融冶金渣回收热能产生高温气体的熔融冶金渣热能回收过程和热能利用过程组成；所述熔融冶金渣热能回收过程至少由从冶金炉流出的熔融冶金渣快速冷却使其生成冶金渣粒化颗粒的熔融冶金渣粒化过程、和所述冶金渣粒化过程得到的冶金渣粒化颗粒进一步冷却的粒化颗粒冷却过程组成；所述熔融冶金渣粒化过程由粒化气流对熔融冶金渣进行吹散，形成冶金渣粒化颗粒，并在该颗粒飞出方向上分成大颗粒和小颗粒区域降落并分别收集；小颗粒直接进入粒化颗粒冷却过程或其他热交换过程，大颗粒进入二次粒化过程，二次粒化过程采用水或水与空气的混合物与大颗粒直接接触的方式实现。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于所述粒化气流在进入对熔融冶金渣的吹散前进行预热，预热采用间接方式，对粒化气流的预热热源为所述二次粒化产生的热气体或在熔融冶金渣粒化过程中对粒化器外壁冷却产生的热气体或在热风炉系统产生的热源或其他热源。

3.实现权利要求1所述熔融冶金渣的热能回收利用方法的装置，其特征在于所述熔融冶金渣粒化过程的装置至少由粒化器外壳、熔融冶金渣导入口、粒化气流吹入口、大颗粒出口，小颗粒出口、热气体导出口及分隔大小颗粒的颗粒分隔挡板组成；颗粒分隔挡板设置在气流流过方向上的颗粒沉落区域；大颗粒出口与实现二次粒化过程的二次粒化器的颗粒入口相连接，小颗粒出口与粒化颗粒冷却的粒化颗粒冷却装置颗粒入口侧相连接，热气体导出口与热源用户或再加热工序相连接。

Images