煤氣化回收高溫熔渣余熱的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，具體涉及一種煤氣化回收高溫熔渣余熱的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高爐渣是鐵水冶煉過程中的主要副產(chǎn)品，每冶煉It生鐵大約產(chǎn)生300?350kg的高爐渣，按照我國年生鐵年產(chǎn)量56316萬t計算，產(chǎn)渣量達19710萬t。高爐渣出渣溫度約1450°C，每噸渣含有相當于60kg標準煤的熱量。做好高爐渣的處理并有效回收熔渣余熱，是鋼鐵行業(yè)節(jié)能降耗的有效途徑。目前國內(nèi)外常見的處理高爐渣的方法主要是水沖渣法。盡管沖渣工藝在不斷的發(fā)展，但其技術(shù)的核心還是對高爐熔渣進行噴水水淬，冷卻、?；伤?，然后進行水渣分離，沖渣的水經(jīng)過沉淀過濾后再循環(huán)使用。水沖渣法無法從根本上改變?；乃墓に囂攸c，爐渣物理熱基本全部散失，沖渣過程中S02、H2S等污染物的排放不但影響作業(yè)環(huán)境而且對空氣造成污染。在高爐渣余熱回收方面，僅限于高爐沖渣水余熱供暖，余熱回收率低，僅為10%左右。如何在不影響高溫熔渣后續(xù)使用價值的條件下有效回收高溫熔渣余熱，同時降低處理過程中的資源消耗，減少對環(huán)境的污染，成為一個亟待解決的問題。
[0003]我國是一個多煤少氣的國家，能源結(jié)構(gòu)特點導(dǎo)致國內(nèi)環(huán)境污染問題日益嚴重，而煤氣化所獲得的一氧化碳、氫等氣體不僅可作為潔凈燃料氣使用，也可作為冶金還原氣，將金屬氧化物還原為金屬單質(zhì)。
[0004]氣基豎爐是當今世界直接還原鐵生產(chǎn)的主流技術(shù)。但由于我國天然氣資源短缺和價格昂貴，加之供給直接還原鐵生產(chǎn)用的高品位球團的生產(chǎn)基地尚未形成，因此，我國至今還沒有建成一座氣基豎爐生產(chǎn)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供煤氣化回收高溫熔渣余熱的系統(tǒng)及方法，在不影響高爐渣后續(xù)使用的基礎(chǔ)上利用高爐渣顯熱進行煤粉氣化，實現(xiàn)高爐渣的余熱高效利用，促進鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排，降本增效。
[0006]為達到上述目的，采用技術(shù)方案如下:
[0007]煤氣化回收高溫熔渣的系統(tǒng)，包括熔渣?；到y(tǒng)，一次冷卻系統(tǒng)，二次冷卻系統(tǒng)，煤氣收集系統(tǒng)；
[0008]熔渣?；到y(tǒng)由熔渣溜槽、轉(zhuǎn)杯粒化器、粒渣收集器、煤粉噴槍組成；若干個煤粉噴槍沿粒渣收集器圓周方向均勻設(shè)置，噴槍噴射角度與中心線成90?45° ;
[0009]粒渣一次冷卻系統(tǒng)由煤粉噴槍、載氣儲罐及一次冷卻器組成；若干個煤粉噴槍沿一次冷卻器圓周方向均勻設(shè)置，噴槍噴射角度與中心線成90?45°，粒渣一次冷卻系統(tǒng)的入渣口與熔渣?；到y(tǒng)的出渣口連通；
[0010]煤氣收集系統(tǒng)由煤氣凈化器，煤氣換熱器、煤氣儲罐組成；熔渣?；到y(tǒng)和粒渣一次冷卻系統(tǒng)中反應(yīng)得到的煤氣通過渣粒收集器的上端排出，依次通過煤氣凈化器、煤氣換熱器進入煤氣儲罐；
[0011]二次冷卻系統(tǒng)由裝渣器、二次冷卻器、鼓風裝置、熱空氣除塵器、余熱鍋爐組成；裝渣器上下兩端分別與一次冷卻器和二次冷卻器相通，鼓風裝置送入冷空氣與從裝渣器進入二次冷卻器中的熔渣相遇，冷空氣被加熱后進入熱空氣除塵器除塵，通過余熱鍋爐產(chǎn)生水蒸氣。
[0012]利用上述系統(tǒng)的煤氣化回收高溫熔渣的方法，包括以下步驟:
[0013]高溫熔渣經(jīng)過熔渣溜槽進入轉(zhuǎn)杯?；鬟M行粒化，形成直徑小于5mm的高溫渣粒；
[0014]在甩出轉(zhuǎn)杯的飛落過程中，渣粒與渣粒收集器上設(shè)置的煤粉噴槍噴入的煤粉相遇，形成被煤粉包裹的高溫渣粒；煤粉以氣化劑為載氣；
[0015]被煤粉包裹的高溫渣粒落入一次冷卻系統(tǒng)，煤粉和氣化劑在高溫渣粒的加熱下發(fā)生反應(yīng)并氣化，反應(yīng)過程吸熱高溫渣粒被快速冷卻形成玻璃渣，控制玻璃渣溫度800-900 °C排出一次冷卻系統(tǒng)；
[0016]煤粉和氣化劑反應(yīng)生成的煤氣經(jīng)煤氣凈化器進入煤氣換熱器，最后進入煤氣儲存罐；
[0017]玻璃渣排出一次冷卻系統(tǒng)進入二次冷卻系統(tǒng)，在二次冷卻系統(tǒng)內(nèi)，玻璃渣被鼓入的冷空氣進一步冷卻，冷空氣被加熱排出二次冷卻系統(tǒng)，經(jīng)熱空氣除塵器后進入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，粒渣被冷卻至50°C以下排出。
[0018]按上述方案，所述氣化劑為水蒸氣、二氧化碳或者兩者的混合。
[0019]按上述方案，所述余熱鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣直接用于煤粉載氣。
[0020]本發(fā)明的原理主要是利用煤粉在氣化過程中大量吸熱將高溫熔渣的熱量固化到煤氣中，同時煤氣化吸熱過程將高溫熔渣快速冷卻，防止渣粒結(jié)晶，利于形成玻璃渣。從傳熱的角度分析，高爐渣首先被?；芍睆叫∮?_的顆粒渣，渣粒表面溫度與中心溫度相差近300°C，形成了較大的溫差，增大了傳熱面積，為熔渣快冷提供了有利條件；同時，煤氣化反應(yīng)過程是一個大量吸熱的過程，其反應(yīng)方程如下:
[0021]C+C02= 2C0 173.4KJ/mole
[0022]C+H20 = H2+C0 131KJ/mole
[0023]煤氣化反應(yīng)的大量吸熱使高溫粒渣溫度迅速降低，阻礙渣粒內(nèi)晶體的形成，利于形成玻璃渣，解決了爐渣本身熱傳導(dǎo)性能差，干式冷卻很難快冷的問題。同時，在渣粒收集器上設(shè)置煤粉噴槍，轉(zhuǎn)杯?；蟮母郀t粒渣被煤粉包裹，有效解決了渣粒在落入一次冷卻器后產(chǎn)生粘結(jié)的問題。從爐渣結(jié)晶動力學(xué)的角度分析，高爐熔渣冷卻過程可分為三個溫區(qū)，1350 0C以上的液相區(qū)，900-1350 °C結(jié)晶區(qū)，900 °C以下的固相區(qū)。因此，需在爐渣結(jié)晶溫度區(qū)(900-1350°C )內(nèi)快速冷卻，控制爐渣結(jié)晶，形成玻璃渣。從化學(xué)反應(yīng)的角度分析，煤氣化反應(yīng)的開始溫度在900°C以上，而高溫粒渣溫度為1350°C左右，保證了煤氣化反應(yīng)的有效進行。
[0024]本發(fā)明的有益效果如下在于為企業(yè)帶來巨大的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，對鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排目標具有重大意義。
【附圖說明】
[0025]圖1:煤氣化回收高溫熔渣的工藝的裝置；
[0026]1-熔渣溜槽；2_轉(zhuǎn)杯?；?；3_煤粉噴槍；4_渣粒收集器；5_煤氣出口 ；6_煤氣凈化器-J-煤氣換熱器；8_煤氣儲罐；9_ 一次冷卻器；10_裝渣器；11_ 二次冷卻器；12_鼓風裝置；13-熱空氣除塵器；14_余熱鍋爐。
【具體實施方式】
[0027]以下實施例進一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案但不作為對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0028]煤氣化回收高溫熔渣的系統(tǒng)，參照附圖1所示，包括熔渣?；到y(tǒng)，一次冷卻系統(tǒng)，二次冷卻系統(tǒng)，煤氣收集系統(tǒng)；
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