基于高炉渣余热回收及渣料利用的CO2减排系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于高炉渣余热回收及渣料利用的CO2减排系统及方法；基于高炉渣余热回收及渣料利用的CO2减排系统，包括：粒化单元、CO2吸附单元、解吸附单元、炉渣磨制单元、炉渣资源化利用单元、第一空气预热器、第二空气预热器和燃气预热器；其特征在于：CO2吸附单元的吸附剂出口连接解吸附单元的吸附剂进口，CO2吸附单元的吸附剂进口连接解吸附单元的吸附剂出口；CO2吸附单元设置烟气进口，CO2吸附单元的烟气出口连接第二空气预热器进气口；CO2吸附单元的第二吸附剂进口连接炉渣资源化利用单元的沸石材料出口；解吸附单元的进风口连接炉渣磨制单元的出风口，解吸附单元的出风口连接燃气预热器的进风口；本发明专利技术可广泛应用与钢铁冶炼领域的节能减排。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高炉渣余热回收系统及方法，具体涉及基于高炉渣余热回收及渣料利用的CO2减排系统及方法。
技术介绍
钢铁工业是能量高度密集型产业之一。每年，其能量消耗占世界总能耗的5-6％，同时其CO2排放占世界CO2总排放的5-7％。钢铁冶炼过程中排放的大量CO2加剧了全球变暖和气候变化。例如在高炉冶炼过程中需要消耗焦炭、煤等大量的碳源，碳源中的碳最终以CO2的形式排放到大气中，高炉中生产1t生铁的CO2排放量约为1.9t。因此，降低钢铁冶炼过程的CO2排放迫在眉睫。与此同时，高炉冶炼过程中产生了大量高温熔融的副产物—高炉渣，高炉渣由矿石中的脉石、燃料中的灰分和熔剂中的非挥发组分，高炉熔渣主要成分是CaO、SiO2、A12O3、Fe2O3、MgO、MnO、TiO2等。2014年我国生铁产量约7.12亿t，保守估计，每生产1t生铁产生0.3t渣，则高炉渣产量约为2.136亿t。高炉渣的出炉温度大约l500℃，1t高炉渣所含有的热量相当于64kg标准煤，全年产生的高炉渣中的热量相当于1.367×107t标准煤，如果能够将高炉渣中的热量利用起来，可以产生可观的经济效益。传统的高炉渣处理方法是采用水淬工艺实现高炉渣的物料利用，即是用大量的冷水对高温熔渣进行急冷使熔渣破碎成颗粒并形成水淬后的高炉渣，可用来添加到水泥熟料中，生产普通硅酸盐水泥。然而此法有许多缺点，不仅高炉渣的显热无法回收利用，而且造成水资源的大量浪费，对大气、水和土壤也会产生严重的污染。为了克服水淬处理的诸多缺点，多位研究者提出了干式粒化结合余热回收的高炉渣处理工艺，能够回收高炉渣中的热量，得到高玻璃体含量的渣粒，相对水淬工艺更加节能环保。但是现阶段提出的干式余热回收工艺中的高炉渣物料需要运输到水泥生产厂，此过程中增加了运输成本。为了就地利用高炉渣物料，可以利用高炉渣制备出固定钢铁冶炼过程中的CO2所需的材料，同时实现高炉渣热量回收、物料利用和CO2减排的目的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于高炉渣余热回收及渣料利用的CO2减排系统及方法。根据本专利技术的第一个技术方案,基于高炉渣余热回收及渣料利用的CO2减排系统，包括：粒化单元、CO2吸附单元、解吸附单元、炉渣磨制单元、炉渣资源化利用单元、第一空气预热器、第二空气预热器和燃气预热器；粒化单元的底部输入流化风，粒化单元的出渣口与解吸附单元的进渣口连接；粒化单元用于对高炉渣进行破碎、粒化，得到的高炉渣颗粒与流化风换热后，高炉渣颗粒排入解吸附单元，为解吸附单元提供解吸附所需热量；其特点是：CO2吸附单元的吸附剂出口连接解吸附单元的吸附剂进口，CO2吸附单元的吸附剂进口连接解吸附单元的吸附剂出口；CO2吸附单元设置烟气进口，CO2吸附单元的烟气出口连接第二空气预热器进气口；CO2吸附单元的第二吸附剂进口连接炉渣资源化利用单元的沸石材料出口；解吸附单元的进风口连接炉渣磨制单元的出风口，解吸附单元的出风口连接燃气预热器的进风口；解吸附单元的出气口连接第一空气预热器的进气口；解吸附单元的出渣口与炉渣磨制单元的进渣口连接；解吸附单元设置有废料出口，排除失去活性的沸石；炉渣磨制单元设置有空气进口，炉渣磨制单元的出渣口与炉渣资源化利用单元的进料口；炉渣资源化利用单元设置有碳酸钙沉淀出口；第一空气预热器设置有进风口，第一空气预热器的出风口连接热风炉燃烧器的进风口；第一空气预热器的出气口连接炉渣资源化利用单元的进气口；第二空气预热器设置有进风口，第二空气预热器的出风口连接热风炉燃烧器的进风口；第二空气预热器的出气口排出干净烟气；燃气预热器设置有燃气进口，燃气预热器的燃气出口连接热风炉燃烧器的燃气进口，燃气预热器的出风口连接热风炉燃烧器的进风口，热风炉燃烧器提供高温混合气到热风炉。所述炉渣资源化利用单元用于将炉渣粉末制成沸石，沸石作为CO2吸附剂通过沸石材料出口送入CO2吸附单元，以吸附烟气中的CO2；CO2吸附单元利用CO2吸附剂吸附烟气中的CO2，并将吸附有CO2的吸附剂送入解吸附单元解除CO2吸附，干净烟气排出到第二空气预热器与准备通入热风炉燃烧器的空气换热，使通入热风炉燃烧器的空气温度升高，进一步利用烟气中的热能；解吸附单元对附有CO2的吸附剂解吸附，解除了CO2吸附的吸附剂再返回CO2吸附单元，如此循环，失去CO2吸附功能的沸石由所述解吸附单元排出；解吸附产生的富CO2气体排出到第一空气预热器与准备通入热风炉燃烧器的空气换热，使通入热风炉燃烧器的空气温度升高，进一步利用气体中的热能；换热后的富CO2气体送入炉渣资源化利用单元进行利用后，剩余部分排除到外部通过其他方式净化、储存、利用。根据本专利技术所述的基于高炉渣余热回收及渣料利用的CO2减排系统的优选方案，炉渣资源化利用单元包括钙溶解器、水热转化器、碳化器；钙溶解器内装有有机酸；炉渣磨制单元的出渣口与钙溶解器的进料口连接，钙溶解器的出料口连接水热转化器的进料口，钙溶解器的出液口连接碳化器的进液口；水热转化器内装有碱性溶液，如氢氧化钠、氢氧化钾溶液等；水热转化器的出料口连接CO2吸附单元的第二吸附剂进口；碳化器内装有碱性溶液，如氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液等；碳化器的出气口连接CO2利用单元；碳化器的进气口连接第一空气预热器的出气口。根据本专利技术所述的基于高炉渣余热回收及渣料利用的CO2减排系统的优选方案，CO2吸附单元包括CO2吸附反应器和第一旋风分离器；解吸附单元包括炉渣冷却炉膛、CO2解吸附反应器，本反应器采用自流床进行解吸附反应；CO2解吸附反应器设置在炉渣冷却炉膛内；第一旋风分离器设置在CO2吸附反应器的出气口处。本专利技术的第二个技术方案是：基于高炉渣余热回收及渣料利用的CO2减排方法，其特点是：包括如下步骤：步骤1、对高炉渣进行破碎、粒化，得到高炉渣颗粒；将高炉渣颗粒与流化风进行换热，得到第一高温气体；第一高温的空气被输送到热风炉燃烧器中。步骤2、将换热后的高炉渣颗粒排入解吸附单元，为解吸附单元提供解吸附所需热量；步骤3、将冷却后的高炉渣颗粒排出到炉渣磨制单元；步骤4、炉渣磨制单元将高炉渣颗粒磨制成粉末，排出到炉渣资源化利用单元中；炉渣资源化利用单元将高炉渣粉末转换成沸石和固态碳酸钙，并将将沸石输送到CO2吸附单元；步骤5、将待处理烟气排入CO2吸附单元，沸石吸附待处理烟气中的CO2后，干净烟气输出到第二空气预热器，与第二空气预热器中的空气换热后排出，第二空气预热器输出热空气到热风炉燃烧器；吸附有CO2的沸石输出到解吸附单元；步骤6、利用高炉渣颗粒为解吸附单元提供解吸附所需热能，吸附有CO2的沸石在解吸附单元中解除CO2吸附，解除了CO2吸附的沸石返回CO2吸附单元循环利用；CO2解吸附单元输出热空气到燃气预热器；解吸附单元产生的富CO2气体在第一空气预热器中与空气换热；换热后的富CO2气体通入炉渣资源化利用单元中，第一空气预热器输出热空气到热风炉燃烧器；步骤7、将燃气输入燃气预热器，CO2解吸附单元输出的热空气与燃气换热，将预热的燃气和热空气输出到热风炉燃烧器；热风炉燃烧器产生的高温混合气送入热风炉。根据本专利技术所述的基于高炉渣余热回收及渣料利用的CO2减排方法的优选方案，炉渣资源化利用单元包括钙溶解器、水热转化器、碳化器；钙溶解器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高炉渣余热回收及渣料利用的CO2减排系统，包括：粒化单元(3)、CO2吸附单元(4A)、解吸附单元(4B)、炉渣磨制单元(5)、炉渣资源化利用单元(6)、第一空气预热器(7)第二空气预热器(8)和燃气预热器(17)；粒化单元(3)的底部输入流化风，粒化单元(3)的出渣口与解吸附单元(4B)的进渣口连接；粒化单元(3)用于对高炉渣进行破碎、粒化，得到高炉渣颗粒并与与流化风换热后，高炉渣颗粒排入解吸附单元(4B)，为解吸附单元(4B)提供解吸附所需热量；其特征在于:CO2吸附单元(4A)的吸附剂出口连接解吸附单元(4B)的吸附剂进口，CO2吸附单元(4A)的吸附剂进口连接解吸附单元(4B)的吸附剂出口；CO2吸附单元(4A)设置烟气进口，CO2吸附单元(4A)的烟气出口连接第二空气预热器(8)进气口；CO2吸附单元(4A)的第二吸附剂进口连接炉渣资源化利用单元(6)的沸石材料出口；解吸附单元(4B)的进风口连接炉渣磨制单元(5)的出风口，解吸附单元(4B)的出风口连接燃气预热器(17)的进风口；解吸附单元(4B)的出气口连接第一空气预热器(7)的进气口；解吸附单元(4B)的出渣口与炉渣磨制单元(5)的进渣口连接；解吸附单元(4B)设置有废料出口；炉渣磨制单元(5)设置有空气进口，炉渣磨制单元(5)的出渣口与炉渣资源化利用单元(6)的进料口；炉渣资源化利用单元(6)设置有碳酸钙沉淀出口；第一空气预热器(7)设置有进风口，第一空气预热器(7)的出风口连接热风炉燃烧器(18)的进风口；第一空气预热器(7)的出气口连接炉渣资源化利用单元(6)的进气口；第二空气预热器(8)设置有进风口，第二空气预热器(8)的出风口连接热风炉燃烧器(18)的进风口；第二空气预热器(8)的出气口排出干净烟气；燃气预热器(17)设置有燃气进口，燃气预热器(17)的燃气出口连接热风炉燃烧器(18)的燃气进口，燃气预热器(17)的出风口连接热风炉燃烧器(18)的进风口，燃气预热器(17)提供高温混合气到热风炉(19)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于高炉渣余热回收及渣料利用的CO2减排系统，包括：粒化单元(3)、CO2吸附单元(4A)、解吸附单元(4B)、炉渣磨制单元(5)、炉渣资源化利用单元(6)、第一空气预热器(7)第二空气预热器(8)和燃气预热器(17)；粒化单元(3)的底部输入流化风，粒化单元(3)的出渣口与解吸附单元(4B)的进渣口连接；粒化单元(3)用于对高炉渣进行破碎、粒化，得到高炉渣颗粒并与与流化风换热后，高炉渣颗粒排入解吸附单元(4B)，为解吸附单元(4B)提供解吸附所需热量；其特征在于:CO2吸附单元(4A)的吸附剂出口连接解吸附单元(4B)的吸附剂进口，CO2吸附单元(4A)的吸附剂进口连接解吸附单元(4B)的吸附剂出口；CO2吸附单元(4A)设置烟气进口，CO2吸附单元(4A)的烟气出口连接第二空气预热器(8)进气口；CO2吸附单元(4A)的第二吸附剂进口连接炉渣资源化利用单元(6)的沸石材料出口；解吸附单元(4B)的进风口连接炉渣磨制单元(5)的出风口，解吸附单元(4B)的出风口连接燃气预热器(17)的进风口；解吸附单元(4B)的出气口连接第一空气预热器(7)的进气口；解吸附单元(4B)的出渣口与炉渣磨制单元(5)的进渣口连接；解吸附单元(4B)设置有废料出口；炉渣磨制单元(5)设置有空气进口，炉渣磨制单元(5)的出渣口与炉渣资源化利用单元(6)的进料口；炉渣资源化利用单元(6)设置有碳酸钙沉淀出口；第一空气预热器(7)设置有进风口，第一空气预热器(7)的出风口连接热风炉燃烧器(18)的进风口；第一空气预热器(7)的出气口连接炉渣资源化利用单元(6)的进气口；第二空气预热器(8)设置有进风口，第二空气预热器(8)的出风口连接热风炉燃烧器(18)的进风口；第二空气预热器(8)的出气口排出干净烟气；燃气预热器(17)设置有燃气进口，燃气预热器(17)的燃气出口连接热风炉燃烧器(18)的燃气进口，燃气预热器(17)的出风口连接热风炉燃烧器(18)的进风口，燃气预热器(17)提供高温混合气到热风炉(19)。2.根据权利要求1所述的基于高炉渣余热回收及渣料利用的CO2减排系统，其特征在于：炉渣资源化利用单元(6)包括钙溶解器、水热转化器、碳化器；钙溶解器内装有有机酸；炉渣磨制单元(5)的出渣口与钙溶解器的进料口连接，钙溶解器的出料口连接水热转化器的进料口，钙溶解器的出液口连接碳化器的进液口；水热转化器内装有碱性溶液；水热转化器的出料口连接CO2吸附单元(4A)的第二吸附剂进口；碳化器内装有碱性溶液；碳化器的出气口连接解吸附单元(4B)的进气口；碳化器的进气口连接第一空气预热器(7)的出气口。3.根据权利要求1或2所述的基于高炉渣余热回收及渣料利用的CO2减排系统，其特征在于：CO2吸附单元(4A)包括CO2吸附反应器(9)和第一旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏，曹磊，朱恂，何先琰，廖强，丁玉栋，夏奡，付乾，张亮，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50