[发明专利]一种熔融高炉渣气固喷射粒化装置及方法

说明书

技术领域

    本发明属于高温固体废弃物处理及余热余能回收利用技术领域，特别涉及高温熔融渣液干法粒化处理的方法及其快冷防粘工艺。

背景技术

  冶金工业是最大的耗能单位，年能耗达20GJ。自1980年以来，我国钢铁工业在节能方面取得很大成绩，但在余热资源回收利用方面，尚有不足，相关研究结果显示，烟气、冷却水和熔融渣的显热回收率都很低，其中渣显热的回收率最少，只有1.59%。钢铁工业熔渣包括炼铁高炉熔渣、炼钢熔渣、铁合金熔渣、有色冶炼熔渣等，我国以高炉渣比例最大，每炼1 t生铁约产生300kg~700kg高炉熔渣，出渣温度1500℃左右，2010年，我国生铁产量59733.34万t，以300kg渣/t铁计算，高炉渣量约1.8亿万t。堆积如山的高温熔融态高炉渣不能随意排放，必需经过冷却或其他相关处理，否则将非常危险。

目前我国钢铁企业大多数采用水淬工艺（也称湿法工艺）处理高炉渣，处理后的渣料可用作水泥原料或水泥添加料、混凝土骨料等。但堆积如山的高炉熔渣水淬冷却需消耗大量的水资源，冲渣过程中放出大量水蒸气和硫化物等有害气体对大气造成污染，且熔渣冷却后需干燥除湿又要额外耗能。另外，1500℃左右的熔融高炉渣比热约1.19kJ/(kg·℃)，凝固潜热50kcal/kg，1 t高炉熔渣约含1800 MJ显热和209MJ潜热，折合标煤约62kg/t渣，熔融渣热是一种高品质的余热资源，但水冷处理后的冲渣水热却是一种低品位余热，需经沉淀、除污后方可用于冬季取暖，其热利用率不到10%，夏季和无取暖设备的地方，这部分能量只能白白地浪费掉。

针对水淬工艺处理过程中存在的缺点，为有效回收蕴含在熔融高炉渣中的余热，目前正大力发展高炉渣的干法处理工艺。熔渣干法处理工艺主要分两个阶段：粒化阶段和二次冷却阶段。首先，粒化阶段（也指粒化凝固阶段）是将熔融渣粒化为细小颗粒，便于实现急速冷却为玻璃体结构物质以满足高炉渣处理后的物质品质要求，至渣粒不再重新粘结为准（渣粒平均温度大约降至 850℃~1000℃）；其次，二次冷却阶段是指继渣粒经粒化阶段的再次冷却阶段，此阶段的目的是高效回收高炉渣粒中的余热。粒化阶段是熔渣干法处理工艺的关键，也是难点。

粒化阶段核心技术工艺主要包括粒化方法及其实现粒化及快速冷却的配套装置，目前，熔渣干法粒化方法主要有滚筒法、转鼓法、离心法、粒化轮法和风淬法。

其中滚筒法、转鼓法、离心法和粒化轮法都是利用大型机械装置进行粒化，其核心部件滚筒、转鼓、离心转盘和粒化轮等都属易损部件，受其结构及制造成本限制不利于大型化推广应用，至今尚未有工业应用实例。风淬法及其热回收装置已于1981年成功应用于日本福山制铁所转炉钢渣工业化处理中，我国马钢1988年发表“钢渣风淬粒化装置”专利（专利号CN88211276），该技术在马钢、成钢、石钢等均有应用装置。但是由于高炉渣玻璃体结构冷却速度要求要比钢渣处理要求高很多，至今尚未实现高炉渣的干法处理余热回收工艺的工业化应用，但是钢渣的风淬法工业化应用为高炉渣干法处理余热回收工业工业化应用指明方向。

目前，关于高炉渣的风碎粒化工艺最成功的技术是20世纪80年代日本六大钢铁公司合作开发研究的风碎法高炉熔渣显热回收技术。该技术处理过程为：将高炉排出的1400℃以上的熔融炉渣导入风洞造粒部，采用3个均分渣流供渣，熔渣有喷嘴喷出的高速空气射流吹射粒化，喷嘴处空气流速可调，风洞尺寸为长25m、宽7m、高13m（处理能力为100t/h，已达工业化要求）。风洞内设有分散板使1050℃左右的渣粒碰板落下，下落过程中有风洞下部吹入的空气冷却，渣粒约在800℃左右排出风洞。成品渣中粒径小于5mm部分占95%以上，渣粒整体玻璃化率大于95%，粉碎性好，品质与水淬渣相当。但是，由于设备系统庞大，占地面积大、投资费用高以及系统过程能量损失过大等因素的限制，一直没有再进一步推广应用。

本发明针对风碎粒化工艺中存在的问题提出了气固喷射粒化方法及其配套快冷防粘系统。

 

发明内容

   本发明提出了一种新的熔融渣干法粒化思路及快速冷却防粘系统，通过高速气体和固态颗粒混合射流将熔融液体高炉渣破碎，混合射流中的固体细颗粒可以极大的促进喷射剂的动能转换为颗粒表面能，提高喷射剂能量利用率，得到细小均匀颗粒，并通过水冷壁上的防粘风组及下部通入的流化冷却气流组成的快冷防粘系统，提高粒化阶段冷却速度，得到高质量玻璃体型颗粒，便于处理后的渣粒在保证物质资源利用性的同时高效回收渣中余热。