[发明专利]一种熔渣造粒和显热回收的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种熔渣造粒和显热回收的方法及系统，属于工业废渣处理和利用技术领域。

背景技术

熔渣是在燃烧、冶金或化工生产过程中产生的高温、熔融态的工业废弃物，如液态的高炉渣、钢渣、铜渣、磷渣等，其中蕴含着丰富的显热资源。

液态高炉渣是一种典型的熔渣，我国每年高炉渣产生量数以亿吨计，数量巨大，其处理技术在熔渣处理技术中具有代表性。高炉渣是一种性能良好的硅酸盐材料，通过处理可以作为生产建筑材料和化肥的原料。其中急冷处理的高炉渣由于在急速冷却凝固过程中来不及形成结晶而形成大量的玻璃相的非晶态物质，具有较高的水合活性，是生产水泥等建筑材料的优质原料，具有巨大的市场需求。同时，液态高炉渣温度在1350℃到1500℃之间，属于高品位的余热资源，具有很高的回收利用价值。

目前，液态高炉渣主要采用水淬法急冷处理，水淬后的高炉渣可用于制作水泥等建筑材料，水淬法存在的问题是：（1）耗水量大，目前常见的水淬法所采用的水射流压力一般在0.2MPa～0.8MPa，其射流速度较低，冲击能力较弱，因此必须增加其流量来满足熔渣流破碎的需要，同时为了冷却熔渣，也需要耗费大量的水，因此处理一吨渣用水量可高达5～10t，处理每吨渣要蒸发消耗新水1吨左右；（2）产生大量的H₂S和SO_x造成二次污染；（3）高炉熔渣的显热没有得到回收；（4）水淬渣含水率高，用作水泥原料仍需耗费能源进行干燥处理；（5）循环水中所含微细颗粒对水泵和阀门等部件的磨损和堵塞非常严重，系统维护工作量非常大，增加了维护费用。

其它种类的熔渣也有采用水淬法处理的，其存在问题和处理后的渣的再利用方式也和高炉渣水淬工艺大体类似。即便没有采用水淬法处理，熔渣的显热也基本没有得到很好的回收利用。

针对高炉熔渣水淬工艺的缺点，20世纪70年代国外就已经开始研究既节水又能回收液态高炉渣余热的液态高炉渣干式处理方法。

由于液态高炉渣的导热系数较低，为了在急冷凝固液态高炉渣并回收其显热的同时降低工艺过程本身的能耗，较好的办法是首先将液态高炉渣破碎为直径较小的液滴后再将其冷却凝固成形，即液态高炉渣的造粒。因此液态高炉渣的造粒包括两个方面，一个是液态高炉渣的破碎，一个是破碎后液态高炉渣的冷却凝固成形。同时在高炉渣冷却过程中还可回收其显热。

目前已出现的液态高炉渣干式造粒和显热回收方法，按液态高炉渣的造粒原理划分，比较有代表性的有风淬法和离心法。风淬法是用大功率造粒风机产生高速气流吹散液态高炉渣并使之凝固，完成造粒，其主要缺点是动力消耗大、设备庞大复杂、占地面积大、投资和运行费用高，在液态高炉渣流量变化时，风速和风量不易协调，且大量的冷风进入系统也降低了余热的品质。离心法是依靠转盘或转杯高速旋转产生的离心力破碎液态高炉渣，虽然不需要造粒风机这样的高耗能设备，造粒后渣的粒径分布也较均匀，但是在高温下高速旋转的造粒装置的可靠性较差，加之造粒效果对液态高炉渣的温度和流量变化较为敏感，仅靠调节转速效果并不理想，因而大型化存在一定的困难，并且熔渣向四周高速飞散也不利于设备的紧凑设计，高温熔渣集中高速撞击设备内部某一部位，也易造成设备的局部过热而损坏设备。

此外，无论风淬法还是离心法，在液态高炉渣的破碎过程中都容易产生大量的渣棉，降低造粒的效果，并且渣棉很容易缠绕、堆积在设备内部，影响设备运行的稳定性，同时还可能造成纤维性粉尘污染。而其它熔渣如液态磷渣在破碎过程中也较易产生渣棉。

熔渣的造粒对于熔渣处理和显热回收具有重要意义，而造粒和显热回收过程中的能耗又是决定工艺和系统经济性的一个关键性因素，因此研究一种动力消耗低，渣棉生成量少、易处理，可节约大量水资源并可充分回收熔渣显热的熔渣造粒和显热回收方法及系统是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动力消耗低，渣棉生成量少、易处理，可节约大量水资源并可充分回收熔渣显热的熔渣造粒和显热回收的方法及系统。

本发明所提供的熔渣造粒和显热回收方法包括以下步骤：

1）使熔渣从漏包流入壳体内,形成多股柱状熔渣流，多股柱状熔渣流至少排成一列，每列柱状熔渣流的股数至少有两股

2）在设有水冷壁的壳体内设置至少一个喷嘴，用高压泵将水加压到1MPa～400MPa，从至少一个喷嘴喷出，形成喷嘴出口流速至少为45m/s的柱状的高速水射流；

3）高速水射流冲击位于同一列上的多股柱状熔渣流，将熔渣破碎为平均直径大于零、小于10mm的熔渣微团并飞散开；