[发明专利]高温冶金渣粒余热回收与品质调控一体化系统及方法

说明书

本发明涉及一种高温冶金渣粒余热回收与品质调控一体化系统及方法，以解决难以兼顾余热回收效率与渣粒品质的技术问题。系统包括主换热装置和气液分离器，主换热装置包括竖向通道、渣粒进口、渣粒出口、多个竖向膜式水冷壁、多个空气喷嘴和热空气出口。方法中，高温冶金渣粒进入主换热装置的竖向通道中的渣粒下落通道并下落，高温冶金渣粒在下落的过程中与竖向膜式水冷壁中的冷水和空气喷嘴喷射的冷空气进行换热；换热形成的低温冶金渣粒从渣粒出口排出主换热装置；换热形成的热空气从热空气出口排出；竖向膜式水冷壁中换热形成的汽水混合物进入气液分离器，气液分离器分离出的水送入竖向膜式水冷壁，气液分离器分离出的蒸气排出气液分离器。

技术领域

本发明涉及一种高温冶金渣粒余热回收与品质调控一体化系统及方法。

背景技术

冶金渣是金属冶炼过程中排出的副产品，其排出温度较高，蕴含大量的余热余能。目前，液态冶金渣的处理方法为水淬法。以高炉渣为例，经水淬急冷的高炉渣形成大量的玻璃相物质，具有良好的水硬活性，被广泛地应用到水泥行业，作为生产矿渣水泥的原材料。然而，水淬法不仅没有回收冶金渣的余热，而且消耗大量新水，产生的H₂S和SO_x等有害气体也随蒸汽排入大气，造成严重的环境污染。冶金渣干法粒化及余热回收技术不仅能够高品质地回收冶金渣的余热，而且不消耗冲渣水，减少了处理熔态渣对环境造成的污染，属于环境友好型冶金渣处理工艺，已得到世界各国的广泛关注和大力开发。

目前，受到广大研究学者和企业青睐的冶金渣干法粒化技术为离心粒化技术。该技术是利用旋转杯、旋转盘或者旋转鼓等粒化装置，在机械力的作用下将熔态冶金渣破碎成细小的熔渣液滴，高温液滴在飞行过程中冷却、凝固形成高温渣粒，温度在800-1200℃之间。然后，高温渣粒进入换热装置进行余热回收。高温渣粒的玻璃转化温度介于800～1200℃之间，也就是说，在此温度区间内高炉渣很容易出现结晶。为了获得较高的玻璃体含量，要让高温渣粒在此温度区间内快速冷却，其冷却速率要大于炉渣的临界冷却速率。高温渣粒的余热回收主要是通过空气与高温渣粒在流化床(或为固定床、移动床)中进行热交换，被加热的空气带动余热锅炉产生蒸汽用于发电。不过，这种工艺方法存在许多不足之处，例如，当采用流化床回收高温渣粒的余热时，床内的换热强度较大，能够保证渣粒的品质。但是，要想得到较高的空气出口温度，出口处渣粒的温度也会相应的提高。流化床需要的风量较大，增加了系统的动力消耗，降低了余热回收效率。当采用移动床和固定床回收高温渣粒余热时，风量相对减小，但处于高温段的冶金渣粒的温降速率变小，导致渣粒内玻璃体含量的降低，进而影响其后续的资源化利用。除此之外，高温空气带动余热锅炉生产蒸汽出现能量的二次损失，再将电力消耗考虑在内，最后可能造成回收热量价值不抵投入成本的结果。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种解决难以兼顾余热回收效率与渣粒品质的技术问题的高温冶金渣粒余热回收与品质调控一体化系统及方法。

(二)技术方案

本发明一方面提供一种高温冶金渣粒余热回收与品质调控一体化系统，包括：主换热装置，主换热装置包括竖向通道、渣粒进口、渣粒出口、多个竖向膜式水冷壁、多个空气喷嘴和热空气出口，其中，渣粒进口和热空气出口均与竖向通道的顶部连通，渣粒出口与竖向通道的底部连通，多个竖向膜式水冷壁设于竖向通道中并横向间隔开以在竖向通道中形成渣粒下落通道，空气喷嘴朝向渣粒下落通道中800℃以上的区域喷射；气液分离器，气液分离器具有入口、液体出口和气体出口，竖向膜式水冷壁的入口与气液分离器的液体出口连通，竖向膜式水冷壁的出口与气液分离器的入口连通。

根据本发明，多个竖向膜式水冷壁等间距地呈排排列。