一种以CO2为热载体的高炉渣余热回收装置及方法与流程

一种以co2为热载体的高炉渣余热回收装置及方法
技术领域
1.本发明属于高炉渣余热回收技术领域，具体涉及一种以co2为热载体的高炉渣余热回收装置及方法。


背景技术：

2.高炉冶炼过程中产生的液态炉渣中带有大量的显热，1t生铁平均产出炉渣300～600kg，液态高炉渣温度在1400℃以上。传统的方法是采用水淬的方式进行冷却，在冬季可利用高炉冲渣水取暖，但该方法易受到供热区域、流量等条件的限制，回收率较低，不仅高炉渣的高温显热无法回收利用，且造成大量水资源的浪费，同时水汽蒸发还形成污染物的排放。


技术实现要素：

3.为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种以co2为热载体的高炉渣余热回收装置及方法，将co2循环热风按照温位分隔为三～四段，通过余热加热后的co2热风进入余热回收装置，产生蒸汽/超临界co2介质，产生蒸汽可作为厂用蒸汽，蒸汽/超临界co2介质也可以驱动透平机发电，凝汽余热可作为供暖/制冷/热水热源。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
5.一种以co2为热载体的高炉渣余热回收装置，包括篦式冷渣机系统、合成气制备系统、余热回收系统和co2循环系统；
6.所述篦式冷渣机系统包括篦式冷却机1，篦式冷却机1以co2为循环热介质，用于回收高炉渣高温余热、对高炉钢渣进行冷却、热量回收和钢渣的破碎及输送，生成的900-1300℃高温段co2余热气体进入合成气制备系统，150-900℃中低温段co2余热气体进入余热回收装置2；
7.所述合成气制备系统利用高温段的co2余热气体，将高温co2气体通入co2转化反应器3，co2转化反应器3产生co、h2和co2混合气体，通过余热装置4继续回收合成气余热，然后进入分离装置5分离出co和氢气的合成气，并进入合成装置6生成化工产品，捕集固化co2；
8.所述余热回收系统包括余热回收装置2，中低温co2气体进入余热回收装置2，回收余热后的co2气体分两路，高温部分至co2转化反应器，低温部分至余热锅炉；经余热锅炉冷却后的co2通过引风机后返回至篦式冷渣机1循环风机；
9.所述co2循环系统中，经余热锅炉冷却后的co2通过篦式冷渣机1循环风机升压后，进入篦式冷渣机1，作为载热介质回收余热。
10.所述co2循环系统连接ccus系统7，ccus系统7用于对co2进行补充。
11.所述篦式冷渣机1包括co2循环风机、相互独立的冷风箱、冷却篦床及热风罩；co2循环风机根据工艺需要设置压头及风量不同的参数，co2循环风机设置在篦式冷渣机1的高温侧，风量根据冷却负荷进行确定；相互独立的冷风箱用于控制不同的风压，对应不同部位的篦式冷渣机1内部的冷却篦床；冷却篦床上方设置热风罩，便于热风收集和输送，热风罩
设置分隔屏，用于减少不同温度热风的串流，将co2循环风机产生的co2循环热风按照温位分隔为3～4段，通过热风罩各段的压力，控制热风输送量，并产生不同温位的高温热风，将1400-1500℃左右的钢渣冷却至100℃以内。
12.所述冷却篦床采用步进式篦床，并配置有辊式破碎机。
13.所述篦式冷渣机1用电功率≤6kwh/t，将钢渣冷却至100℃以下排出，冷渣机热回收效率高达80％以上。
14.一种以co2为热载体的高炉渣余热回收装置的运行方法，包括以下步骤；
15.s1：高炉渣(1400～1500℃)从下料口通过溜槽进入篦式冷渣机1；
16.s2：篦式冷渣机1下部通过co2鼓风机提供co2循环风；
17.s3，篦式冷渣机1上部热风罩设置分隔屏，将co2循环热风按照温位分隔为三～四段；一段高温900-1300℃，二段高温700-900℃；三段中温500-700℃；四段低温150-400℃；
18.s4：从冷渣机热风罩高温段出来的co2气体进入co2转化反应器3，co2转化反应器3通入焦炭、煤粉、氢气或碳氢物质等作为还原性介质，充分利用高温co2气体将热能转化为化学能，生成co和h2；
19.s5：co2转化反应器3出来的中温混合气体(co2、co、h2、h2o等)，继续通过余热装置4回收余热，冷却后，进入气体分离装置5分离出co和h2，剩余气体进入ccus系统7，co和h2进入化工产品合成装置6；
20.s6：从篦式冷渣机1热风罩出来的中低温co2循环气体进入余热回收装置2，产生热风、水蒸汽或超临界co2介质，热风可以作为加热炉、窑炉的助燃介质，水蒸汽或超临界co2介质可以用来发电，凝汽余热可以用来制取供热\制冷\热水；
21.s7：从余热回收装置2出来的co2气体通过co2引风机后作为热载体介质循环使用。
22.本发明的有益效果：
23.(1)高炉渣余热回收效率达到80％以上，相较于传统方案大大提高；
24.(2)与ccus装置形成很好的协同，采用co2作为热循环介质，可以充分发挥co2比热容大、辐射换热能力强的特点；
25.(3)余热回收的温度较高，高温段在1000℃左右，低温段也在150℃以上，高温余热可利用范围大大提高，可以供生产使用，也可以用于发电；
26.(4)可以将高温段co2余热转化为化学能，通过焦炉煤气制氢或绿电制氢，制取化工产品，起到很好的固碳作用。
附图说明
27.图1为本发明结构原理示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
29.如图1所示：
30.一种以co2为热载体的高炉渣余热回收装置，包括篦式冷渣机系统、合成气制备系统、余热回收系统、co2循环等四个子系统；
31.所述篦式冷渣机系统，包括篦式冷却机1，篦式冷却机1以co2为循环热介质，采用
篦式冷却机1回收高炉渣高温余热，篦式冷却机1用于承担高炉钢渣的冷却、热量回收和钢渣的破碎及输送，生成的高温段(900-1300℃)co2余热气体进入合成气制备系统，中低温段(150-900℃)co2余热气体进入余热回收装置2；
32.所述合成气制备系统利用高温段的co2，将高温co2气体通入co2转化反应器3，在co2转化反应器3内利用含碳或含氢物质(如焦炭、兰炭、煤、氢气、其它碳氢物质等)将co2还原，产生co、h2和co2混合气体，通过余热装置4继续回收合成气余热，然后进入分离装置5分离出合成气(co和氢气)，合成气制备反应如下：
33.co2+c＝2co
34.co2+h2＝co+h2o
35.3co2+ch4＝4co+2h2o
36.co+h2o＝co2+h237.根据合成化工产品合成气中co/h2比的需要，利用焦炉煤气/绿电制取的氢气调整配比，然后进入合成装置6生成化工产品，捕集固化co2；
38.所述余热回收系统包括余热回收装置2，将中低温co2气体进入余热回收装置2，根据生产需要，余热可以选择产生热风、或蒸汽、或超临界co2介质，热风可以作为锅炉的加热介质，提高燃烧效率，蒸汽或超临界co2介质可以作为发电介质，发电后的余热可以供热\制冷\供应热水；
39.可选择产生3.8mpa、540℃的中温中压蒸汽，也可直接用co2作为循环发电的工质，具体工艺路线及参数等级需要通过技术比选确定；
40.所述co2循环系统通过篦式冷渣机1循环风机升压后，进入篦式冷渣机1，作为载热介质回收余热；回收余热后的co2气体分两路，高温部分至co2转化反应器，低温部分至余热锅炉；经余热锅炉冷却后的co2通过引风机后返回至篦式冷渣机1循环风机，所述系统中，由于有部分高温co2参与了还原反应及少量co2由于泄漏损失，导致系统内的co2介质不足时，可用ccus系统7的co2进行补充。
41.所述篦式冷渣机1包括co2循环风机、相互独立的冷风箱、冷却篦床及热风罩；co2循环风机根据工艺需要设置压头及风量不同的参数，靠近高温侧的压头高(400-600pa)，风量根据冷却负荷进行确定；设置相对独立的风室，控制不同的风压，对应不同部位的冷却篦床；冷却篦床采用步进式篦床，并配置有辊式破碎机；设置热风罩，便于热风收集和输送，热风罩设置分隔屏，减少不同温度热风的串流，将co2循环热风按照温位分隔为3～4段，通过热风罩各段的压力，控制热风输送量，并产生不同温位的高温热风，将1400-1500℃左右的钢渣冷却至100℃以内，高温段(900-1300℃)co2余热气体进入合成气制备系统，中低温段(150-900℃)co2余热气体进入余热回收装置。
42.所述篦式冷渣机1的冷却面积按照钢渣的产量来设计，每平米每天冷却的钢渣量约为40-50t，co2循环风量为每公斤渣1.8-2.3nm3，冷渣机料床高度控制在500-1000mm(根据加工规模、冷却风量及床层压降选择)，冷渣机设置辊破机，控制冷却后的钢渣颗粒度要求，篦式冷渣机用电功率≤6kwh/t。将钢渣冷却至100℃以下排出，冷渣机热回收效率高达80％以上。
43.一种以co2为热载体的高炉渣余热回收装置的运行方法，包括以下步骤；
44.s1：高炉渣(1400～1500℃)从下料口通过溜槽进入篦式冷渣机1；
45.s2：篦式冷渣机1下部通过co2鼓风机提供co2循环风；
46.s3，篦式冷渣机1上部热风罩设置分隔屏，将co2循环热风按照温位分隔为三～四段；一段高温900-1300℃，二段高温700-900℃；三段中温500-700℃；四段低温150-400℃；
47.s4：从冷渣机热风罩高温段出来的co2气体进入co2转化反应器3，co2转化反应器3通入焦炭、煤粉、氢气或碳氢物质等作为还原性介质，充分利用高温co2气体将热能转化为化学能，生成co和h2；
48.s5：co2转化反应器3出来的中温混合气体(co2、co、h2、h2o等)，继续通过余热装置4回收余热，冷却后，进入气体分离装置5分离出co和h2，剩余气体进入ccus系统7，co和h2进入化工产品合成装置6；
49.s6：从篦式冷渣机1热风罩出来的中低温co2循环气体进入余热回收装置2，产生热风、水蒸汽或超临界co2介质，热风可以作为加热炉、窑炉的助燃介质，水蒸汽或超临界co2介质可以用来发电，凝汽余热可以用来制取供热\制冷\热水；
50.s7：从余热回收装置2出来的co2气体通过co2引风机后作为热载体介质循环使用。