一种高温熔渣多级余热利用系统的制作方法

1.本发明属于高炉、焦炉冶炼熔渣显热利用技术领域，尤其涉及一种高温熔渣多级余热利用系统。


背景技术：

2.近年来中国冶金发展迅速，生铁产量占世界总产量的50％以上；同时中国冶金行业能耗率很高，有着巨大的节能空间和市场潜力。随着钢铁企业节能降耗、资源综合利用水平不断提高，能源产业结构发生改变，加强能源优化利用、发展循环经济、余热余能利用已成为钢铁企业发展的趋势。
3.目前我国钢铁产能约8亿吨，每年产生约3亿吨1400-1500℃的高炉渣，高炉渣带走的物理热占炼铁能耗的8％左右，大约相当于2240万吨标煤(按钢铁标煤消耗，350kg/t铁计算)。
4.我国高炉熔渣几乎全部采用水进行淬渣处理工艺，消耗了大量的新水资源，将热量转移至渣水和冲渣乏蒸汽中，且在冲渣过程中会产生含二氧化硫、硫化氢、磷化氢的气体，对环境破坏严重，低品位的热量难以利用。
5.因此，开展高炉炉渣余热综合回收利用技术，充分开发利用余热、余能，提高余热利用品位已成为未来几年余热综合利用的重点方向之一。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种高温熔渣多级余热利用系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供一种高温熔渣多级余热利用系统，包括高温熔渣换热装置、熔盐-灰渣分离装置、高温能量利用装置和低温能量利用装置，所述高温熔渣换热装置与所述熔盐-灰渣分离装置连接，所述熔盐-灰渣分离装置分别与所述高温能量利用装置和所述低温能量利用装置连接，所述高温能量利用装置和所述高温熔渣换热装置连接。
8.由于采用相态稳定、且流动性好的熔盐作为工作介质，且整个循环流程内均保持常压、液态，大大缩小了高温熔渣处理所需的空间。同时，由于高温熔渣和熔盐在高温熔渣换热装置中为直接接触式换热，换热效率极高，这一点也进一步减小了高温熔渣换热设备的空间。经高温熔渣加热后的熔盐温度较高，能够满足热利用系统的不同能量品位要求。由于熔盐在工作范围内为液态，且密度较大，这一点大大减小了在高温能量利用装置中换热的体积。这一优势在与传统的风淬法和离心粒化法所产生高温空气相比时更加明显。通过在高温熔渣多级余热利用系统中采用高温能量利用装置和低温能量利用装置，使得整个系统的能量回收效率进一步提高。
9.进一步地，所述高温熔渣换热装置中设置液态熔渣入口、低温熔盐入口和排渣口，所述排渣口位于所述高温熔渣换热装置的底部，所述高温熔渣换热装置的排渣口通过排渣通道与所述熔盐-灰渣分离装置连接。
10.液态高温熔渣经液态熔渣入口进入高温熔盐换热装置中与低温熔盐混合，利用高温熔渣换热装置的换热能力，将液态高温熔渣冷却为固态，低温熔盐被加热为高温熔盐，二者进行充分的能量传递和转换后经排渣通道排出，并在熔盐-灰渣分离装置中进行分离。
11.进一步地，还包括高温熔盐储罐和低温熔盐储罐，所述熔盐-灰渣分离装置通过高温熔盐回收通道与所述高温熔盐储罐连接，所述高温熔盐储罐通过高温熔盐放热通道与所述高温能量利用装置连接，所述高温能量利用装置通过低温熔盐回收通道与所述低温熔盐储罐连接，所述低温熔盐储罐通过低温熔盐加热通道与所述高温熔渣换热装置连接。
12.熔盐-灰渣分离装置的作用是对液体熔盐和固体灰渣进行分离，分离方法较为成熟，比如沉淀、过滤器等，在此不做过多描述。
13.高温能量利用装置具备熔盐和其它流体换热的能力，低温能量利用装置具备固态灰渣和其它流体换热的能力。
14.由于在高温熔渣多级余热利用系统中设置了低温熔盐储罐和高温熔盐储罐，低温熔盐储罐和高温熔盐储罐具有存储和缓冲功能，系统中的能量输入端和能量输出端被分离，其中能量输入端为高温熔渣换热装置，能量输出端为低温能量利用装置和高温能量利用装置。在能量输入端可以适应高温熔渣的间歇性排入，在能量输出端可以根据外部系统的出力要求连续、稳定地工作，最大程度上保证了系统的灵活性。
15.进一步地，在所述高温熔盐回收通道、所述高温熔盐放热通道、所述低温熔盐回收通道和所述低温熔盐加热通道中的一个以上的通道上设置熔盐泵，从而克服熔盐在通道内的流动阻力。
16.进一步地，在所述高温熔盐回收通道、所述高温熔盐放热通道、所述低温熔盐回收通道和所述低温熔盐加热通道外部均设置电伴热。
17.设置电热伴是为了给熔盐流动通道进行保温，防止流动的熔盐凝固。
18.进一步地，高温熔渣多级余热利用系统中所选用的熔盐的凝固温度不高于250℃，熔盐的分解温度不低于550℃，由熔盐流过的循环回路的最低熔盐温度比熔盐凝固温度至少高20℃。
19.由熔盐流过的循环回路是由高温熔渣换热装置、熔盐-灰渣分离装置、高温能量利用装置以及连接通道形成的循环回路，或者是由高温熔渣换热装置、熔盐-灰渣分离装置、高温熔盐储罐、高温能量利用装置、低温熔盐储罐以及连接通道形成的循环回路，循环回路中熔盐的最低温度比熔盐的凝固温度至少高20℃，可以保证熔盐始终处于液体流动状态。
20.有益效果：
21.(1)本发明提供的一种高温熔渣多级余热利用系统，包括高温熔渣换热装置、熔盐-灰渣分离装置、高温能量利用装置和低温能量利用装置，所述高温熔渣换热装置与所述熔盐-灰渣分离装置连接，所述熔盐-灰渣分离装置分别与所述高温能量利用装置和所述低温能量利用装置连接，所述高温能量利用装置和所述高温熔渣换热装置连接。由于采用相态稳定、且流动性好的熔盐作为工作介质，且整个循环流程内均保持常压、液态，大大缩小了高温熔渣处理所需的空间；同时，由于高温熔渣和熔盐在高温熔渣换热装置中为直接接触式换热，换热效率极高，进一步减小了高温熔渣换热设备的空间；由于熔盐在工作范围内为液态，且密度较大，大大减小了在高温能量利用装置中换热器的体积。
22.(2)本发明提供的一种高温熔渣多级余热利用系统，由于在高温熔渣多级余热利
用系统中设置了低温熔盐储罐和高温熔盐储罐，低温熔盐储罐和高温熔盐储罐具有存储和缓冲功能，系统中的能量输入端和能量输出端被分离，其中能量输入端为高温熔渣换热装置，能量输出端为低温能量利用装置和高温能量利用装置。在能量输入端可以适应高温熔渣的间歇性排入，在能量输出端可以根据外部系统的出力要求连续、稳定地工作，最大程度上保证了系统的灵活性。
23.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
24.图1为本发明优选的实施例1的结构示意图；
25.图2为本发明优选的实施例2的结构示意图；
26.附图说明：
27.1、高温熔渣换热装置；2、熔盐-灰渣分离装置；3、高温熔盐储罐；4、高温能量利用装置；5、低温熔盐储罐；6、低温能量利用装置；7、排渣通道；8、高温熔盐回收通道；9、高温熔盐放热通道；10、低温熔盐回收通道；11、低温熔盐加热通道。
具体实施方式
28.下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
29.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
30.实施例1：
31.如图1所示，在一个较佳的实施例中，提供一种高温熔渣多级余热利用系统，包括高温熔渣换热装置1、熔盐-灰渣分离装置2、高温能量利用装置4、高温熔盐储罐3、低温熔盐储罐5和低温能量利用装置6。高温熔渣换热装置1中设置液态熔渣入口、低温熔盐入口和排渣口，排渣口位于高温熔渣换热装置1的底部，高温熔渣换热装置1的排渣口通过排渣通道7与熔盐-灰渣分离装置2连接。
32.熔盐-灰渣分离装置2包括两个出口，一个与低温能量利用装置6连接，另一个通过高温熔盐回收通道8与高温熔盐储罐3连接，高温熔盐储罐3通过高温熔盐放热通道9与高温能量利用装置4连接，高温能量利用装置4通过低温熔盐回收通道10与低温熔盐储罐5连接，低温熔盐储罐5通过低温熔盐加热通道11与高温熔渣换热装置1的低温熔盐入口连接。
33.熔盐-灰渣分离装置2的作用是对液体熔盐和固体灰渣进行分离，分离方法较为成熟，比如沉淀、过滤器等，在此不做过多描述。
34.高温能量利用装置4具备熔盐和其它流体换热的能力，低温能量利用装置6具备固态灰渣和其它流体换热的能力。
35.本发明中所选用的熔盐的凝固温度不高于250℃，熔盐的分解温度不低于550℃，
由熔盐流过的循环回路的最低熔盐温度比熔盐凝固温度至少高20℃，保证熔盐始终处于液体流动状态。
36.由于在高温熔渣多级余热利用系统中设置了低温熔盐储罐5和高温熔盐储罐3，低温熔盐储罐5和高温熔盐储罐3具有存储和缓冲功能，系统中的能量输入端和能量输出端被分离，其中能量输入端为高温熔渣换热装置1，能量输出端为低温能量利用装置6和高温能量利用装置4。在能量输入端可以适应高温熔渣的间歇性排入，在能量输出端可以根据外部系统的出力要求连续、稳定地工作，最大程度上保证了系统的灵活性。
37.在高温熔盐回收通道8、高温熔盐放热通道9、低温熔盐回收通道10和低温熔盐加热通道11中的一个以上的通道上设置熔盐泵，从而克服熔盐在通道内的流动阻力。
38.在高温熔盐回收通道8、高温熔盐放热通道9、低温熔盐回收通道10和低温熔盐加热通道11外部均设置电伴热。
39.设置电热伴是为了给熔盐流动通道进行保温，防止流动的熔盐凝固。
40.利用本发明所述的高温熔渣多级余热利用系统进行能量利用的过程为，液态高温熔渣经液态熔渣入口进入高温熔盐换热装置1中与低温熔盐储罐5提供的低温熔盐混合，利用高温熔渣换热装置1的换热能力，将液态高温熔渣冷却为固态，低温熔盐被加热为高温熔盐，二者进行充分的能量传递和转换后经排渣通道7排出，并在熔盐-灰渣分离装置2中进行分离，分离后的固态熔渣的能量在低温能量利用装置6中得到利用，通过换热后排出低温熔渣，而利用熔盐-灰渣分离装置2分离出的高温熔盐经高温熔盐回收通道8储存到高温熔盐储罐3中，根据所需出力需要，高温熔盐储罐3中的高温熔盐经高温熔盐放热通道9进入高温能量利用装置4中进行能量利用，换热后产生的低温熔盐经低温熔盐回收通道10流入低温熔盐储罐5中，随后低温熔盐储罐5中的低温熔盐经低温熔盐加热通道11再次进入高温熔渣换热装置1中，进行下一次循环。
41.本实施例中，高温能量利用装置4和低温能量利用装置6互相独立。
42.需要说明的是，高温能量利用装置4和低温能量利用装置6可互相独立设计，也可将二者进行综合设计成一个能量利用系统。
43.本发明提供的高温熔渣多级余热利用系统，由于采用相态稳定、且流动性好的熔盐作为工作介质，且整个循环流程内均保持常压、液态，大大缩小了高温熔渣处理所需的空间。同时，由于高温熔渣和熔盐在高温熔渣换热装置1中为直接接触式换热，换热效率极高，这一点也进一步减小了高温熔渣换热设备的空间。经高温熔渣加热后的熔盐温度不低于500℃，能够满足热利用系统的不同能量品位要求。由于熔盐在工作范围内为液态，且密度较大，这一点大大减小了在高温能量利用装置4中换热器的体积。这一优势在与传统的风淬法和离心粒化法所产生高温空气相比时更加明显。通过在高温熔渣多级余热利用系统中采用高温能量利用装置4和低温能量利用装置6，使得整个系统的能量回收效率进一步提高。
44.综合来看，本发明所述的一种高温熔渣多级余热利用系统克服了传统水淬法所不可避免地产生的水耗量大、回收能量品位低、硫化物污染、需干燥处理等问题；克服了传统风淬法所产生的需配置高压高流量空气压缩机、动力消耗大、不利于后续处理等缺点；克服了目前离心粒化法所产生的占地占空间大、需配置高流量空气压缩机、处理能力偏低、余热回收效率不高等缺点。同时，该系统与上述三种方法相比还具备能量存储功能的优点。
45.实施例2：
46.如图2所示，为本发明的另一种优选实施例，提供一种高温熔渣多级余热利用系统，与实施例1基本相同，主要区别在于，本实施例中不包括高温熔盐储罐3和低温熔盐储罐5。
47.本实施例提供的高温熔渣多级余热利用系统，包括高温熔渣换热装置1、熔盐-灰渣分离装置2、高温能量利用装置4和低温能量利用装置6。高温熔渣换热装置1中设置液态熔渣入口、低温熔盐入口和排渣口，排渣口位于高温熔渣换热装置1的底部，高温熔渣换热装置1的排渣口通过排渣通道7与熔盐-灰渣分离装置2连接；熔盐-灰渣分离装置2包括两个出口，一个与低温能量利用装置6连接，另一个与高温能量利用装置4连接，高温能量利用装置4和所述高温熔渣换热装置1连接。
48.液态高温熔渣经液态熔渣入口进入高温熔盐换热装置1中与低温熔盐混合，利用高温熔渣换热装置1的换热能力，将液态高温熔渣冷却为固态，低温熔盐被加热为高温熔盐，二者进行充分的能量传递和转换后经排渣通道7排出，并在熔盐-灰渣分离装置2中进行分离，分离后的固态熔渣的能量在低温能量利用装置6中得到利用，通过换热后排出低温熔渣，而利用熔盐-灰渣分离装置2分离出的高温熔盐进入高温能量利用装置4进行能量利用，换热产生的低温熔盐再次进入高温熔渣换热装置1中，进行下一次循环。

技术特征：
1.一种高温熔渣多级余热利用系统，其特征在于，包括高温熔渣换热装置(1)、熔盐-灰渣分离装置(2)、高温能量利用装置(4)和低温能量利用装置(6)，所述高温熔渣换热装置(1)与所述熔盐-灰渣分离装置(2)连接，所述熔盐-灰渣分离装置(2)分别与所述高温能量利用装置(4)和所述低温能量利用装置(6)连接，所述高温能量利用装置(4)和所述高温熔渣换热装置(1)连接。2.如权利要求1所述的高温熔渣多级余热利用系统，其特征在于，所述高温熔渣换热装置(1)中设置液态熔渣入口、低温熔盐入口和排渣口，所述排渣口位于所述高温熔渣换热装置(1)的底部，所述高温熔渣换热装置(1)的排渣口通过排渣通道(7)与所述熔盐-灰渣分离装置(2)连接。3.如权利要求1所述的高温熔渣多级余热利用系统，其特征在于，还包括高温熔盐储罐(3)和低温熔盐储罐(5)，所述熔盐-灰渣分离装置(2)通过高温熔盐回收通道(8)与所述高温熔盐储罐(3)连接，所述高温熔盐储罐(3)通过高温熔盐放热通道(9)与所述高温能量利用装置(4)连接，所述高温能量利用装置(4)通过低温熔盐回收通道(10)与所述低温熔盐储罐(5)连接，所述低温熔盐储罐(5)通过低温熔盐加热通道(11)与所述高温熔渣换热装置(1)连接。4.如权利要求3所述的高温熔渣多级余热利用系统，其特征在于，在所述高温熔盐回收通道(8)、所述高温熔盐放热通道(9)、所述低温熔盐回收通道(10)和所述低温熔盐加热通道(11)中的一个以上的通道上设置熔盐泵。5.如权利要求3所述的高温熔渣多级余热利用系统，其特征在于，在所述高温熔盐回收通道(8)、所述高温熔盐放热通道(9)、所述低温熔盐回收通道(10)和所述低温熔盐加热通道(11)外部均设置电伴热。6.如权利要求1～5任一项所述的高温熔渣多级余热利用系统，其特征在于，高温熔渣多级余热利用系统中所选用的熔盐的凝固温度不高于250℃，熔盐的分解温度不低于550℃，由熔盐流过的循环回路的最低熔盐温度比熔盐凝固温度至少高20℃。

技术总结
本发明提供了一种高温熔渣多级余热利用系统，涉及高炉、焦炉冶炼熔渣显热利用技术领域，包括高温熔渣换热装置、熔盐-灰渣分离装置、高温能量利用装置和低温能量利用装置，高温熔渣换热装置与熔盐-灰渣分离装置连接，熔盐-灰渣分离装置分别与高温能量利用装置和低温能量利用装置连接，高温能量利用装置和高温熔渣换热装置连接。由于采用相态稳定、且流动性好的熔盐作为工作介质，整个循环流程内均保持常压、液态，缩小了高温熔渣处理所需的空间；由于高温熔渣和熔盐在高温熔渣换热装置中为直接接触式换热，换热效率极高，减小了高温熔渣换热设备的空间；由于熔盐在工作范围内为液态且密度较大，减小了在高温能量利用装置中换热的体积。热的体积。热的体积。


技术研发人员：闫凯 蔡明坤 陈楠
受保护的技术使用者：上海锅炉厂有限公司
技术研发日：2021.08.26
技术公布日：2022/3/8