[發明專利]一種熔渣造粒和顯熱回收的方法及系統

有效

• 申請號: 201210340104.8
• 申請日: 2012-09-13
• 公開（公告）號: CN102864254A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 張衍國;杜濱;王友才;李清海;蒙愛紅
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C21B3/08
• 分類號: C21B3/08;C04B5/00;C04B5/02
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及一種熔渣造粒和顯熱回收的方法及系統，屬于工業廢渣處理和利用技術領域。

背景技術

熔渣是在燃燒、冶金或化工生產過程中產生的高溫、熔融態的工業廢棄物，如液態的高爐渣、鋼渣、銅渣、磷渣等，其中蘊含著豐富的顯熱資源。

液態高爐渣是一種典型的熔渣，我國每年高爐渣產生量數以億噸計，數量巨大，其處理技術在熔渣處理技術中具有代表性。高爐渣是一種性能良好的硅酸鹽材料，通過處理可以作為生產建筑材料和化肥的原料。其中急冷處理的高爐渣由于在急速冷卻凝固過程中來不及形成結晶而形成大量的玻璃相的非晶態物質，具有較高的水合活性，是生產水泥等建筑材料的優質原料，具有巨大的市場需求。同時，液態高爐渣溫度在1350℃到1500℃之間，屬于高品位的余熱資源，具有很高的回收利用價值。

目前，液態高爐渣主要采用水淬法急冷處理，水淬后的高爐渣可用于制作水泥等建筑材料，水淬法存在的問題是：（1）耗水量大，目前常見的水淬法所采用的水射流壓力一般在0.2MPa～0.8MPa，其射流速度較低，沖擊能力較弱，因此必須增加其流量來滿足熔渣流破碎的需要，同時為了冷卻熔渣，也需要耗費大量的水，因此處理一噸渣用水量可高達5～10t，處理每噸渣要蒸發消耗新水1噸左右；（2）產生大量的H₂S和SO_x造成二次污染；（3）高爐熔渣的顯熱沒有得到回收；（4）水淬渣含水率高，用作水泥原料仍需耗費能源進行干燥處理；（5）循環水中所含微細顆粒對水泵和閥門等部件的磨損和堵塞非常嚴重，系統維護工作量非常大，增加了維護費用。

其它種類的熔渣也有采用水淬法處理的，其存在問題和處理后的渣的再利用方式也和高爐渣水淬工藝大體類似。即便沒有采用水淬法處理，熔渣的顯熱也基本沒有得到很好的回收利用。

針對高爐熔渣水淬工藝的缺點，20世紀70年代國外就已經開始研究既節水又能回收液態高爐渣余熱的液態高爐渣干式處理方法。

由于液態高爐渣的導熱系數較低，為了在急冷凝固液態高爐渣并回收其顯熱的同時降低工藝過程本身的能耗，較好的辦法是首先將液態高爐渣破碎為直徑較小的液滴后再將其冷卻凝固成形，即液態高爐渣的造粒。因此液態高爐渣的造粒包括兩個方面，一個是液態高爐渣的破碎，一個是破碎后液態高爐渣的冷卻凝固成形。同時在高爐渣冷卻過程中還可回收其顯熱。

目前已出現的液態高爐渣干式造粒和顯熱回收方法，按液態高爐渣的造粒原理劃分，比較有代表性的有風淬法和離心法。風淬法是用大功率造粒風機產生高速氣流吹散液態高爐渣并使之凝固，完成造粒，其主要缺點是動力消耗大、設備龐大復雜、占地面積大、投資和運行費用高，在液態高爐渣流量變化時，風速和風量不易協調，且大量的冷風進入系統也降低了余熱的品質。離心法是依靠轉盤或轉杯高速旋轉產生的離心力破碎液態高爐渣，雖然不需要造粒風機這樣的高耗能設備，造粒后渣的粒徑分布也較均勻，但是在高溫下高速旋轉的造粒裝置的可靠性較差，加之造粒效果對液態高爐渣的溫度和流量變化較為敏感，僅靠調節轉速效果并不理想，因而大型化存在一定的困難，并且熔渣向四周高速飛散也不利于設備的緊湊設計，高溫熔渣集中高速撞擊設備內部某一部位，也易造成設備的局部過熱而損壞設備。

此外，無論風淬法還是離心法，在液態高爐渣的破碎過程中都容易產生大量的渣棉，降低造粒的效果，并且渣棉很容易纏繞、堆積在設備內部，影響設備運行的穩定性，同時還可能造成纖維性粉塵污染。而其它熔渣如液態磷渣在破碎過程中也較易產生渣棉。

熔渣的造粒對于熔渣處理和顯熱回收具有重要意義，而造粒和顯熱回收過程中的能耗又是決定工藝和系統經濟性的一個關鍵性因素，因此研究一種動力消耗低，渣棉生成量少、易處理，可節約大量水資源并可充分回收熔渣顯熱的熔渣造粒和顯熱回收方法及系統是非常必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種動力消耗低，渣棉生成量少、易處理，可節約大量水資源并可充分回收熔渣顯熱的熔渣造粒和顯熱回收的方法及系統。

本發明所提供的熔渣造粒和顯熱回收方法包括以下步驟：

1）使熔渣從漏包流入殼體內,形成多股柱狀熔渣流，多股柱狀熔渣流至少排成一列，每列柱狀熔渣流的股數至少有兩股

2）在設有水冷壁的殼體內設置至少一個噴嘴，用高壓泵將水加壓到1MPa～400MPa，從至少一個噴嘴噴出，形成噴嘴出口流速至少為45m/s的柱狀的高速水射流；

3）高速水射流沖擊位于同一列上的多股柱狀熔渣流，將熔渣破碎為平均直徑大于零、小于10mm的熔渣微團并飛散開；