熔融材料的显热回收装置及方法与流程

本发明涉及熔融材料余热回收技术领域，具体涉及一种熔融材料的显热回收装置及方法。

背景技术：

某些类型的高温熔融材料显热回收方法包括：1)将熔融材料的显热转换为热空气或蒸汽，典型的方法有旋转杯雾化成粒法(RCA)，旋转圆盘成粒法，滚筒粒化法，以及风淬法。2)以化学能的形式回收熔融材料显热是利用熔融材料热能促进吸热反应的进行，产生可燃性气体，将显热转化为化学能的显热回收技术；3)利用热电转换材料直接将熔融材料热能转化为电能。

这些已有方法的一些缺点是：1)熔融材料通过离心方式粒化，粒化设备通常需要大至10m的半径来使从旋转式粒化器发射的熔融材料的液滴充分地固化，昂贵并且低效使用大的气流来帮助冷却从旋转式雾化器发射的熔融材料液滴，在熔渣成粒机中产生的“熔渣棉”(slag wool)造成昂贵的清理费用并降低成粒机的运行效率；熔渣棉是由非理想的旋转式粒化器设计形成的纤维状固化的熔渣，以及在收集阶段中在发射的液滴中保留的残余热量使它们表面相互粘附、团聚和/或再熔；2)将熔融材料热能转换为化学能的一个主要问题是：与熔融材料热能相比，产生的气体量较少。如回收1450℃高温熔渣60％的显热，处理1吨混合气体(甲烷25℃，蒸汽200℃)需要10吨渣，以使重整温度达到900℃。另外，由于熔渣量大，重整反应速度慢，处理时间长，所以需要一个较大的反应器，与此同时设备投资也将增加；3)利用热电转换材料的方法存在现有热电转换材料工作温度均低于高温熔融材料温度的难题；其次，部分高温熔融材料具有腐蚀性，熔融材料与热电转换材料以何种方式接触仍是技术难题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种熔融材料的显热回收装置及方法，实现熔融材料的余热的回收，本装置结构简单，绿色环保，达到节能降耗、减少温室气体排放的目的。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种熔融材料的显热回收装置，包括输送装置、金属熔池和熔融材料收集斜槽，金属熔池内设有挡墙，挡墙将金属熔池的内腔分为左舱室和右舱室，左舱室和右舱室底部是联通的，左舱室的顶部设有熔融材料入口，右舱室的顶部设有熔融材料出口，输送装置设置于金属熔池左舱室顶部的熔融材料入口，输送装置的输出端设有粒化装置，熔融材料收集斜槽与金属熔池的右舱室顶部熔融材料出口连接，金属熔池内设有金属液，所述的金属熔池的左舱室的侧壁上设有气孔。

按上述技术方案，左舱室中的金属液密度小于粒化后的熔融材料的密度，右舱室中的金属液密度大于粒化后的熔融材料的密度。

按上述技术方案，金属液包括一种或多种合金液，金属熔池的工作温度高于金属液的熔点温度。

按上述技术方案，金属熔池的工作温度为200℃-600℃之间。

按上述技术方案，所述的金属液包括铝液、铜液、镁液和锡液中任意一种、两种、三种或四种金属液以任意比例混合的合金液。

按上述技术方案，金属熔池的侧壁上设有冷却管道。

按上述技术方案，所述的冷却管道中的冷却介质为水或水蒸汽。

按上述技术方案，金属熔池左舱室侧壁上的气孔对准左舱室和右舱室的通道设置，金属熔池的右舱室的底部也设有气孔，右舱室的底部的气孔朝上布置。

采用以上所述的熔融材料的显热回收装置的回收方法，包括以下步骤：

1)熔融材料通过输送装置经粒化装置，粒化成颗粒状，进入金属熔池的左舱室；

2)熔融材料凭借粒化产生的动能或自身重力在金属熔池内的金属液中下沉，形成强制对流换热，熔融材料热量以金属液为媒介进行回收；

3)熔融材料进入金属熔池的底部，在气孔中喷出的气体驱动力的作用下，改变方向进入金属熔池的右舱室；

4)熔融材料从金属熔池右舱室底部，上浮至金属熔池表面，形成一定的高度，自金属熔池右舱室的输出口排出，进入熔融材料收集斜槽。

按上述技术方案，所述的步骤3)中，熔融材料粒化后的颗粒度为3mm～10mm。

按上述技术方案，所述的熔融材料为熔融聚合物、熔渣或玻璃。

本发明具有以下有益效果：

金属液与熔融材料进行热交换和分离熔融材料，实现熔融材料的余热的回收，本装置结构简单，绿色环保，达到节能降耗、减少温室气体排放的目的。

附图说明

图1是本发明实施例中熔融材料的显热回收装置的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图中，0-熔融材料，1-输送装置，2-粒化装置，3-挡墙，4-气孔，5-侧壁，6-金属熔池，7-熔融材料收集斜槽，8-熔融材料出口，9-斜坡，11-熔融材料液滴，100-显热回收装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图2所示，本发明提供的一个实施例中的熔融材料的显热回收装置，包括输送装置1、金属熔池6和熔融材料收集斜槽7，金属熔池6内设有挡墙3，挡墙3将金属熔池6的内腔分为左舱室和右舱室，左舱室和右舱室底部是联通的，左舱室的顶部设有熔融材料入口，右舱室的顶部设有熔融材料出口8，输送装置1设置于金属熔池6左舱室顶部的熔融材料入口，输送装置1的输出端设有粒化装置2，熔融材料收集斜槽7与金属熔池6的右舱室顶部熔融材料出口8连接，金属熔池6内设有金属液，所述的金属熔池6的左舱室的侧壁5上设有气孔4，气孔4对准右舱室设置，气孔沿底部与右舱室联通的通道设置；金属液与熔融材料进行热交换和分离熔融材料，实现熔融材料的余热的回收，本装置结构简单，绿色环保，达到节能降耗、减少温室气体排放的目的。

进一步地，左舱室中的金属液密度小于粒化后的熔融材料的密度，右舱室中的金属液密度大于粒化后的熔融材料的密度。

进一步地，所述的粒化装置2包括粒化喷嘴。

进一步地，金属液包括一种或多种合金液，金属熔池6的工作温度高于金属液的熔点温度。

进一步地，金属熔池6的工作温度为200℃-600℃之间。

进一步地，所述的金属液包括铝液、铜液、镁液和锡液中任意一种、两种、三种或四种金属液以任意比例混合的合金液。

进一步地，金属熔池6的侧壁5上设有冷却管道。

进一步地，所述的冷却管道中的冷却介质为水或水蒸汽。

进一步地，金属熔池6的右舱室的底部也设有气孔4，右舱室的底部的气孔4的喷口向上布置；气孔4用于驱动熔融材料在金属熔池6内改变运动方向，此时左舱室中的金属液密度小于粒化后的熔融材料的密度，右舱室中的金属液密度小于、等于或大于粒化后的熔融材料的密度。

进一步地，输送装置为熔融材料管道，装置本身没有动力，粒化装置2是通过压力将液化的熔融材料通过粒化喷头喷出，形成粒化颗粒状。

采用以上所述的熔融材料的显热回收装置的回收方法，包括以下步骤：

1)熔融材料通过输送装置1经粒化装置2，粒化成颗粒状，进入金属熔池6的左舱室；

2)熔融材料凭借粒化产生的动能或自身重力在金属熔池6内的金属液中下沉，形成强制对流换热，熔融材料热量以金属液为媒介进行回收；

3)熔融材料进入金属熔池6的底部，在气孔4中喷出的气体驱动力的作用下，改变方向进入金属熔池6的右舱室；

4)熔融材料从金属熔池6右舱室底部，凭借自身浮力或气体动力上浮至金属熔池6表面，形成一定的高度，自金属熔池6右舱室的输出口排出，进入熔融材料收集斜槽7。

进一步地，所述的步骤3)中，熔融材料粒化后的颗粒度为3mm～10mm。

进一步地，所述的熔融材料为熔融聚合物、熔渣或玻璃。

本发明的一个实施例中，本发明的工作原理：

利用金属液与熔融材料进行热交换和分离熔融材料并回收余热的方法，实现1)部分液态金属或合金具有较高的热导率及沸点，当高温熔融材料进入金属液后，金属液不会因为温度的迅速上升而蒸发，同时可将熔融材料的热量迅速传导给外部热回收装置，实现熔融材料与金属液的快速热交换和余热回收；2)金属液与熔融材料的润湿角较大，接触过程中不会相互浸润，可利用金属或合金与熔融材料的密度差异形成熔融材料的下沉或上浮，实现熔融材料与金属液有效分离。

熔融材料粒化后形成细小液滴，表面积增大，同时形成表面与中心温度差，利于传热。本发明中优选粒化及驱动用气体为各种金属液或合金的保护性气体或惰性气体。本发明优选的金属液或合金液包括铝液、铜液、镁液、锡液以及以上任意两种、三种或四种金属液以任意比例混合的合金液，更优选的合金液为铝铜合金液(32.7wt.％Cu)，铝镁合金液(36.5wt.％Mg)。本发明优选的金属熔池6可为一种或多种金属或合金液的组合。本发明优选的侧壁5冷却管道内的冷却介质为任何公知的可流动的冷却介质，更为优选的冷却介质为水或水蒸气。本发明优选方式中，用于驱动熔融材料在金属熔池6内改变运动方向的气孔4是非必须的。

另一方面提供了一种显热回收方法，其包括经过粒化喷嘴形成的颗粒状熔融材料进入金属熔池6一侧；熔融材料凭借动能或自身重力在金属液内下沉，形成强制对流换热，熔融材料热量以金属液为媒介传递给冷却介质，并被回收利用；熔融材料进入熔池中下部，在气体驱动力的作用下，改变方向，进入金属熔池6另一侧；在熔池另一侧，熔融材料继续被冷却，同时凭借气体驱动力或自身浮力上浮至熔池表面，形成一定的高度，自金属熔池6内排出，进入熔融材料颗粒排出的斜槽。所述的金属熔池6及与金属熔池6连通的装置共同形成封闭的室，优选的熔融材料为熔渣。

图1说明了本发明熔融材料显热回收装置的特征和运行。在典型的运行中，熔融材料0通过输送装置1被输送到显热回收装置100。粒化装置2将熔融材料粒化成液滴11，液滴在粒化动能和重力的作用下进入金属熔池6的左侧，金属熔池6由挡墙3部分分隔成底部连通的左右两侧。熔融材料液滴11在金属熔池6内向下运动至熔池底部斜坡9附近，被由气孔4进入的驱动气体驱动朝向金属熔池6右侧运动，进入金属熔池6右侧，又被由底部气孔4进入的驱动气体驱动朝向金属熔池6右侧上部运动，在熔融材料出口8处排出，进入熔融材料收集斜槽7。熔融材料液滴11在整个金属熔池6内运动的过程中实现与金属液6的热交换过程，热量最终由设置于侧壁5内的冷却管道(未示出)内冷却介质(未示出)带走并回收。

影响熔融材料显热回收装置设计的重要因素包括：通过输送装置1的熔融材料的0的流动速度，熔融材料液滴11的尺寸、构成熔融材料0的材料本身物理、化学性质等。例如温度较高的熔融材料0需要粒化装置2粒化成更细小的液滴，以提高传热速度，需要更长的金属熔池6深度来冷却熔融材料液滴11。

熔融材料0可为希望由其制备粒状形式的任何熔融材料。例如，所述熔融材料可为熔融聚合物、锍(matte)或玻璃。在优选的实施方式中，所述熔融材料为由熔炼矿石来提纯金属的工艺中产生的副产物(也被称为熔渣)。粒状的熔渣可用于任何用途，但是尤其可用于水泥和混凝土的制备。

熔融材料0以高温下(以下称作‘输送温度’)经过输送装置1被输送。所述输送温度可为在此温度下所述材料基本熔融的任何温度，并且取决于材料本身。在由钢铁熔炼的熔渣的情况下，熔融材料0的输送温度可为约1400℃至约1600℃。熔融材料0的流动速率是可变的并取决于显热回收装置100的其它部件的设计和运行条件，以及取决于要成粒的材料。有代表性地，所述流动速率可从对于小型工厂或试验装置的小至约100千克/分钟到对于工业级工厂的几吨/分钟。该流动速率可称作出渣速率。

侧壁5和隔墙3可由本领域公知的任何材料工程。优选的要求是成本低、耐金属溶液腐蚀、易于施工。例如可选耐火材料。

对于熔融材料液滴11，根据熔融材料的粒化后用途可大可小，最大不超过100mm，对于熔渣，优选的粒化粒度为3mm～10mm之间。

金属熔池6的工作温度为金属溶液或合金熔点以上的任意温度。优选的应显著低于熔融材料的进入温度。对于熔渣，优选的金属熔池6工作温度为200℃-600℃之间。通过金属熔池6冷却的熔渣，排出显热回收装置的粒状材料的温度应低于800℃。

设置于侧壁5内的冷却管道(未示出)内冷却介质(未示出)冷却介质为本领域中公知的任何冷却介质，优选冷却介质为水或水蒸气。有代表性地，在熔渣的情况下，通过控制金属熔池6温度使得冷却介质水直接气化，形成温度高于200℃，压力大于1MPa的饱和蒸汽或过热蒸汽排出，进行后续余热回收。对所述蒸汽的热能回收可采用本领域任何公知的方式，如用于发电、用于蒸汽供应等。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。