高炉渣空间雾化水淬及高温水淬渣余热发电方法.pdf

本发明涉及一种高炉渣空间雾化水淬及高温水淬渣余热发电方法。通过将液态高炉渣分散为小液滴，小液滴下落时与分散于空间的雾化水滴相遇发生空间水淬，液态渣潜热转移至水的潜热中形成固态粒子高炉渣，水则形成饱和蒸汽，饱和蒸汽在振动床上与固态粒子高炉渣换热形成低过热度蒸汽，作为流化床流化介质，固态粒子高炉渣则降温至900℃，进入过热器流化床、蒸发器流化床、低温过热器流化床放热，分别为做功工质提供过热热、蒸发热、预热热，固态粒子高炉渣最终形成高炉渣产品；过热器流化床产生的高温流化介质则进入流化蒸汽换热器，与高温省煤器、凝结水预热器中的工质换热，最终凝结为高炉渣水淬水循环利用。本发明可大幅提高高炉渣余热回收率。

权利要求书
1.  一种高炉渣空间雾化水淬及高温水淬渣余热发电方法，其特征在于，按下述工艺流程进行：
（1）液态高炉渣首先经过转鼓作用离散成小粒径的铁渣液滴，小粒径铁渣液滴下落过程中与分布在水淬室空间的雾化水滴相遇，在空间水淬为固态小颗粒而凝固放热，水淬时通过控制雾化水的喷入量控制铁渣液滴放出凝结潜热后的降温幅度，使落到振动床上的粒子铁渣温度为900℃；
（2）固态粒子铁渣落到具有一定倾斜角度的振动床上，在振动床的作用下向前移动，最终陆续进入后部的流化床放热，同时，空间水淬产生的饱和蒸汽在引风机的抽力作用下向下穿过振动床上固态粒子铁渣层形成温度为150℃的低过热度水淬蒸气，此水淬蒸气进入流化床的下部风室作为流化床的流化介质；
（3）振动床上的固态粒子铁渣被冷却到800℃进入过热器流化床，过热器流化床内设置有余热锅炉的低温过热器及高温过热器埋管，高温粒子铁渣向蒸汽放热降温至580℃进入蒸发器流化床，蒸汽由饱和温度过热至450℃，然后进入汽轮机发电，流化介质即水淬蒸汽吸热后形成的高温载热质水蒸气进入载热质蒸汽换热器放热；
（4）蒸发器流化床中设置有余热锅炉的蒸发器埋管，580℃粒子铁渣进入蒸发器流化床后向饱和水放热降温至250℃，然后进入低温省煤器流化床，流化蒸汽吸热后升温，再次进入过热器流化床作为流化介质；
（5）离开蒸发器流化床的温度为250℃左右的粒子铁渣进入低温省煤器流化床，低温省煤器流化床设置有低温省煤器埋管，粒子铁渣放热降温至180℃送入成品料堆；
（6）450℃高温载热质蒸汽离开过热器流化床后进入流化蒸汽换热器，首先与高温省煤器中的水换热降温至150℃，然后进入凝结水预热器凝结放热形成水淬水，水淬水沉淀后加入碱液再作为雾化水淬的雾化水循环利用。

说明书高炉渣空间雾化水淬及高温水淬渣余热发电方法
技术领域
本发明涉及一种先以雾化水对高炉渣进行空间水淬，再利用水淬渣高温余热发电的方法，尤其是一种高炉渣空间雾化水淬及高温水淬渣余热发电方法，属于余热发电技术领域。
背景技术
高炉炉渣是钢铁工业中最主要的废弃物，每生产一吨生铁约产生300kg高炉炉渣，其出炉温度在1400-1500℃，潜热及显热属于高品质余热资源，回收利用高炉炉渣的余热对炼铁行业节能减排，提高二次能源效率至关重要，但目前尚无成熟高效的回收技术，致使大量的高炉渣余热白白耗散。
目前，高炉渣普遍采用的处理方法是水淬粒化法，粒化钢渣通常用作水泥原料，这种利用方法很好的实现了固体废弃物的资源化再利用,但高炉渣水淬后高炉渣余热全部转移进入70℃-90℃的冲渣水中，由于冲渣水温度太低，冲渣水热能的回收利用仅限于冲渣水余热供暖或者浴室供热水。利用冲渣水余热供暖还受到地域和时间的限制，尤其是在那些无取暖设施的南方地区，这部分能量只能浪费，余热得不到利用。即使冲渣水余热用于采暖或者浴室供热水，余热回收率也仅为10%左右。
公知的水淬高炉渣工艺中，其中大约15%的冲渣水会蒸发吸热变成水蒸汽,这些蒸汽携带着的巨大能量,其放散不仅造成了能量的浪费，同时也使大量的水散失到外界，同时水蒸气含有大量有害物质，严重污染环境。
发明内容
本发明旨在解决公知水淬高炉渣工艺处理高炉渣的过程中所存在的上述缺陷，提供一种先以雾化水对高炉渣进行空间水淬，再利用水淬渣高温余热发电的方法，大幅度提高高炉渣余热回收率，并将高炉渣余热转化为高品位的电能，同时可以节约大量水资源并减少污染物排放。
本发明采用的技术方案是：
一种高炉渣空间雾化水淬及高温水淬渣余热发电方法，按下述工艺流程进行：
（1）液态高炉渣首先经过转鼓作用离散成小粒径的铁渣液滴，小粒径铁渣液滴下落过程中与分布在水淬室空间的雾化水滴相遇，在空间水淬为固态小颗粒而凝固放热，水淬时通过控制雾化水的喷入量控制铁渣液滴放出凝结潜热后的降温幅度，使落到振动床上的粒子铁渣温度为900℃；
（2）固态粒子铁渣落到具有一定倾斜角度的振动床上，在振动床的作用下向前移动，最终陆续进入后部的流化床放热，同时，空间水淬产生的饱和蒸汽在引风机的抽力作用下向下穿过振动床上固态粒子铁渣层形成温度为150℃的低过热度水淬蒸气，此水淬蒸气进入流化床的下部风室作为流化床的流化介质；
（3）振动床上的固态粒子铁渣被冷却到800℃进入过热器流化床，过热器流化床内设置有余热锅炉的低温过热器及高温过热器埋管，高温粒子铁渣向蒸汽放热降温至580℃进入蒸发器流化床，蒸汽由饱和温度过热至450℃，然后进入汽轮机发电，流化介质即水淬蒸汽吸热后形成的高温载热质水蒸气进入载热质蒸汽换热器放热；
（4）蒸发器流化床中设置有余热锅炉的蒸发器埋管，580℃粒子铁渣进入蒸发器流化床后向饱和水放热降温至250℃，然后进入低温省煤器流化床，流化蒸汽吸热后升温，再次进入过热器流化床作为流化介质；
（5）离开蒸发器流化床的温度为250℃左右的粒子铁渣进入低温省煤器流化床，低温省煤器流化床设置有低温省煤器埋管，粒子铁渣放热降温至180℃送入成品料堆；
（6）450℃高温载热质蒸汽离开过热器流化床后进入流化蒸汽换热器，首先与高温省煤器中的水换热降温至150℃，然后进入凝结水预热器凝结放热形成水淬水，水淬水沉淀后加入碱液再作为雾化水淬的雾化水循环利用。
采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其有益效果是：
①解决了高炉渣余热利用受地域、时段局限的问题：本发明将高炉渣余热转移至450℃的中压过热蒸汽中,并进行发电，该种余热利用方法不受地域、时段的局限，可以在国内所有钢铁企业进行推广。
②解决了余热回收率低的问题：本发明将高炉渣余热用来发电，冬季的时候可以实现热电联供，余热回收率大幅度提高。
③解决了余热品位损失大的问题：本发明中，热能由1400-1500℃的高温高炉渣中转移至450℃的过热蒸汽中,与公知的高炉渣水淬方法相比，热能品位降低幅度减小了很多，损失率降低至32%。本发明将高炉渣余热用来产生能级最高的高品位电能，工艺先进性大幅度提高。
④解决了水淬蒸汽未加利用的问题：本发明以水淬蒸汽做为载热质及余热锅炉的热源，避免了大量水蒸气白白放散，也节约了相应的水资源。
⑤解决了水资源浪费严重的问题：本发明以水淬蒸汽做为载热质及余热锅炉的热源，水淬蒸汽在余热锅炉中冷凝放热凝结成水后再次回用，大幅度降低了高炉渣处理过程所耗费的水资源，水资源节约率高达90%以上。
⑥解决了有害气体排放的问题：本发明采用碱性水作为水淬介质，水淬介质本身就是有害气体的吸收剂，况且水淬介质循环利用，几乎没有硫化氢和二氧化硫等酸性气体的排放。
附图说明
图1为本发明实施例的工艺流程图；
图中：1-震动装置；2-转鼓；3-液态高炉渣池；4-液态高炉渣；5-高效雾化喷嘴；6-高温固态粒子铁渣料层；7-振动床；8-过热器流化床；9-过热器流化床落料管；10-低温过热器埋管；11-高温过热器埋管；12-减温器；13-汽包；14-过热器流化床外置分离器；15-流化蒸汽换热器；16-高温省煤器；17-汽轮机凝结水预热器；18-沉淀及碱液水池；19-雾化水泵；20-汽轮机；21-凝汽器；22-发电机；23-冷却塔；24-凝结水泵；25-低温省煤器流化床分离器；26-除氧器；27-除氧水泵；28-低温省煤器；29-高炉渣产品；30-低温省煤器流化床；31-低温省煤器料仓；32-斗式提升机；33-螺旋输料机；34-蒸发器；35-蒸发器流化床；36-流化风机。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步阐述，但本实施例不对本发明构成任何限制。
本实施例给出的高炉渣空间雾化水淬及高温水淬渣余热发电方法，参见图1，按下述工艺流程进行：
（一）水淬室内液态高炉渣凝固粒化及水淬蒸汽微过热流程：
盛于液态高炉渣池3的液态高炉渣4依靠重力落到高速旋转的转鼓2上，液态高炉渣4在转鼓2离心力的作用下甩出，并形成细小的液态铁渣颗粒；
在液态铁渣水淬室内，用高效雾化喷嘴5将碱性水雾化成细小颗粒的水雾，液态高炉渣4在水淬室内分散为小液滴后，边下落边与分布于空间的雾化水滴相遇而发生水淬，液态高炉渣4水淬过程中释放出潜热及少量显热，形成900℃左右的固态粒子铁渣，液态高炉渣4水淬放出的热量用于将雾化水加热成饱和水蒸汽；
900℃左右的固态粒子铁渣落在振动床7上，形成高温固态粒子铁渣料层6，并在振动床7的作用下向前移动，振动床7的震动由震动装置1发生，固态粒子铁渣被冷却到800℃左右，然后陆续进入后部的换热器与做功工质换热；
空间水淬产生的饱和蒸汽在流化风机36的抽力作用下，向下穿过振动床7上的高温固态粒子铁渣料层6，形成具有一定过热度的低过热度水淬蒸气（温度为150℃左右），并进入蒸发器流化床35及低温省煤器流化床30的下部风室，作为空间雾化水淬高炉渣流态化的流化介质。
（二）水淬粒子铁渣热回收流程：
水淬粒子铁渣离开振动床7后，经过三级流化床（过热器流化床8、蒸发器流化床35、低温省煤器流化床30）放热后，最终形成低温的高炉渣产品29。其中：
（1）水淬粒子铁渣在过热器流化床8内的换热过程:
800℃左右的高温水淬粒子铁渣由振动床7进入过热器流化床8内，在流化蒸汽（来自蒸发器流化床35的300℃左右的高炉渣水淬蒸汽）作用下流化，在过热器流化床8内设置有低温过热器埋管10、高温过热器埋管11，低温过热器埋管10与高温过热器埋管11间设置减温器12；过热器流化床8床温维持在580℃左右，高温水淬粒子铁渣向蒸汽放热，将饱和蒸汽加热为450℃的过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机发电20；580℃左右高温水淬粒子铁渣通过过热器流化床9落料管落至蒸发器流化床35内继续放热；同时，高温水淬粒子铁渣也向流化蒸汽放热，将流化蒸汽温度由300℃提高到450℃，450℃的流化蒸汽进入过热器流化床14外置分离器进行气固分离除尘，干净的流化蒸汽进入流化蒸汽换热器15换热，除尘灰进入低温省煤器料仓31。
（2）水淬粒子铁渣在蒸发器流化床35内的换热过程：
580℃左右的水淬粒子铁渣进入蒸发器流化床35后，在来自振动床7下部的150℃微过热水淬蒸汽的作用下进入流化状态，床温维持在250℃左右；蒸发器流化床35布置有蒸发器34，水淬粒子铁渣向饱和水提供蒸发潜热，将饱和水蒸发为饱和蒸汽，饱和蒸汽进入汽包13；同时，水淬粒子铁渣向150℃微过热水淬蒸汽放热，将其温度提高至300℃左右，然后，300℃左右的水淬蒸汽作为过热器流化床8的流化介质进入过热器流化床8；250℃水淬粒子铁渣由蒸发器流化床35排料至螺旋输料机33中，再由螺旋输料机33输送至斗式提升机32下部，由斗式提升机32提升至低温省煤器料仓31。
（3）水淬粒子铁渣在低温省煤器流化床30内的换热过程：
250℃的水淬粒子铁渣由低温省煤器料仓31进入低温省煤器流化床30后，在来自流化风机36的微过热水淬蒸汽的作用下进入流化状态，床温维持在180℃左右；低温省煤器流化床30设置有低温省煤器埋管28，粒子铁渣向锅炉给水放热，将给水加热至145℃左右，粒子铁渣降温至180℃形成高炉渣产品29；同时，水淬粒子铁渣向150℃微过热水淬蒸汽放热，将其温度提高至165℃左右，165℃左右的水淬蒸汽进入低温省煤器流化床分离器25除尘，干净的流化蒸汽再与150℃微过热水淬蒸汽一起作为流化介质进入过热器流化床8与低温省煤器流化床30，低温省煤器流化床分离器25除尘的除尘灰形成高炉渣产品29。
（4）流化蒸汽换热器15的换热过程：
来自过热器流化床8的高温流化蒸汽（450℃）进入流化蒸汽换热器15，然后顺序流过余热锅炉高温省煤器16、汽轮机凝结水预热器17进行换热；流化蒸汽在余热锅炉高温省煤器16中向做功工质放热，将做功工质由104℃加热至比饱和温度低10℃的温度水平，流化蒸汽降温至125℃，然后进入汽轮机凝结水预热器17中换热，流化蒸汽向汽轮机凝结水放热使其升温至接近除氧器工作温度，流化蒸汽则在汽轮机凝结水预热器17外表面凝结成水，并收集到沉淀及碱液水池18中沉淀、加碱，然后由雾化水泵19加压，再次作为水淬雾化水循环利用。
（三）载热气体工作流程：
水淬雾化水经过高效雾化喷嘴5雾化为小水滴弥散在水淬室空间，小水滴遇到液态高炉渣液滴后吸热蒸发变成饱和蒸汽，水淬饱和蒸汽在引风机作用下穿过振动床7变为微过热蒸汽，微过热蒸汽与来自低温省煤器流化床30的载热蒸汽混合一起进入作为蒸发器流化床35、低温省煤器流化床30的流化介质进入蒸发器流化床35，离开蒸发器流化床35的流化蒸汽接着进入作为过热器流化床8的流化介质进入过热器流化床8，离开过热器流化床8的高温流化蒸汽进入流化蒸汽换热器15，在流化蒸汽换热器15中凝结成流化介质凝结水，并收集到沉淀及碱液水池18中，流化介质凝结水在沉淀及碱液水池18中沉淀、碱处理，形成洁净的水淬淬雾化水循环利用。
（四）做功工质工作流程：
锅炉给水经过布置于低温省煤器流化床30中的低温省煤器28、布置于流化蒸汽换热器15中的高温省煤器16进入汽包13，汽包13中的饱和水通过下降管进入布置于蒸发器流化床35中的蒸发器34蒸发成饱和蒸汽，饱和蒸汽进入汽包13进行汽水分离，饱和蒸汽进入布置于过热蒸汽流化床8的高、低温过热器形成中压、中温主蒸汽，主蒸汽进入汽轮机20做功，带动发电机22发电，主蒸汽做功后变成乏汽，乏汽进入凝汽器21凝结成汽轮机凝结水，乏汽冷凝的吸热介质进入冷却塔23冷却，汽轮机凝结水进入汽轮机凝结水预热器17，然后进入除氧器26除氧，除氧水经给水泵加压再次进入低温省煤器28，开始下一个做功循环。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。