專利名稱：一種熔渣造粒和顯熱回收的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熔渣造粒和顯熱回收的方法及系統(tǒng)，屬于エ業(yè)廢渣處理和利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熔渣是在燃燒、冶金或化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高溫、熔融態(tài)的エ業(yè)廢棄物，如液態(tài)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(tài)高爐渣是ー種典型的熔渣，我國毎年高爐渣產(chǎn)生量數(shù)以億噸計，數(shù)量巨大，其處理技術(shù)在熔渣處理技術(shù)中具有代表性。高爐渣是ー種性能良好的硅酸鹽材料，通過處理可以作為生產(chǎn)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(jié)晶而形成大量的玻璃相的非晶態(tài)物質(zhì)，具有較高的水合活性，是生產(chǎn)水泥等 建筑材料的優(yōu)質(zhì)原料，具有巨大的市場需求。同時，液態(tài)高爐渣溫度在1350°C到1500°C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(tài)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(I)耗水量大，目前常見的水淬法所采用的水射流壓カー般在0. 2MPa 0. 8MPa，其射流速度較低，沖擊能力較弱，因此必須増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，因此處理ー噸渣用水量可高達(dá)5 10t，處理每噸渣要蒸發(fā)消耗新水I噸左右；(2)產(chǎn)生大量的H2S和SOx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(jìn)行干燥處理；(5)循環(huán)水中所含微細(xì)顆粒對水泵和閥門等部件的磨損和堵塞非常嚴(yán)重，系統(tǒng)維護工作量非常大，増加了維護費用。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エ藝大體類似。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。針對高爐熔渣水淬エ藝的缺點，20世紀(jì)70年代國外就已經(jīng)開始研究既節(jié)水又能回收液態(tài)高爐渣余熱的液態(tài)高爐渣干式處理方法。由于液態(tài)高爐渣的導(dǎo)熱系數(shù)較低，為了在急冷凝固液態(tài)高爐渣并回收其顯熱的同時降低エ藝過程本身的能耗，較好的辦法是首先將液態(tài)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(tài)高爐渣的造粒。因此液態(tài)高爐渣的造粒包括兩個方面，一個是液態(tài)高爐渣的破碎，ー個是破碎后液態(tài)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(xiàn)的液態(tài)高爐渣干式造粒和顯熱回收方法，按液態(tài)高爐渣的造粒原理劃分，比較有代表性的有風(fēng)淬法和離心法。風(fēng)淬法是用大功率造粒風(fēng)機產(chǎn)生高速氣流吹散液態(tài)高爐渣并使之凝固，完成造粒，其主要缺點是動カ消耗大、設(shè)備龐大復(fù)雜、占地面積大、投資和運行費用高，在液態(tài)高爐渣流量變化時，風(fēng)速和風(fēng)量不易協(xié)調(diào)，且大量的冷風(fēng)進(jìn)入系統(tǒng)也降低了余熱的品質(zhì)。離心法是依靠轉(zhuǎn)盤或轉(zhuǎn)杯高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心カ破碎液態(tài)高爐渣，雖然不需要造粒風(fēng)機這樣的高耗能設(shè)備，造粒后渣的粒徑分布也較均勻，但是在高溫下高速旋轉(zhuǎn)的造粒裝置的可靠性較差，加之造粒效果對液態(tài)高爐渣的溫度和流量變化較為敏感，僅靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)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(shè)備的緊湊設(shè)計，高溫熔渣集中高速撞擊設(shè)備內(nèi)部某一部位，也易造成設(shè)備的局部過熱而損壞設(shè)備。此外，無論風(fēng)淬法還是離心法，在液態(tài)高爐渣的破碎過程中都容易產(chǎn)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(shè)備內(nèi)部，影響設(shè)備運行的穩(wěn)定性，同時還可能造成纖維性粉塵污染。而其它熔渣如液態(tài)磷渣在破碎過程中也較易產(chǎn)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エ藝和系統(tǒng)經(jīng)濟性的一個關(guān)鍵性因素，因此研究一種動カ消耗低，渣棉生成量少、易處理，可節(jié)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(tǒng)是非常必要的
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種動カ消耗低，渣棉生成量少、易處理，可節(jié)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(tǒng)。本發(fā)明所提供的熔渣造粒和顯熱回收方法包括以下步驟I)使熔渣從漏包流入殼體內(nèi)，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(shù)至少有兩股2)在設(shè)有水冷壁的殼體內(nèi)設(shè)置至少ー個噴嘴，用高壓泵將水加壓到IMPa 400MPa，從至少ー個噴嘴噴出，形成噴嘴出ロ流速至少為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IOmm的熔洛微團并飛散開；4)熔渣微團在下落過程中被水冷壁冷卻，同時加熱水冷壁內(nèi)的エ質(zhì)，回收部分熔渣顯熱，最后落入流化床床層內(nèi)或風(fēng)冷的移動爐排上，然后被從外部進(jìn)入的空氣繼續(xù)冷卻，最終凝固成形并從殼體下部的排渣ロ排出，完成熔渣的造粒，并獲得高溫?zé)犸L(fēng)；5)將獲得的高溫?zé)犸L(fēng)送到余熱鍋爐內(nèi)，加熱對流換熱管束內(nèi)エ質(zhì)回收熱量。本發(fā)明的上述技術(shù)特征還在于采用多股高速水射流共同沖擊位于同一列上的多股柱狀熔渣流；多股高速水射流位于同一水平面或沿豎直方向的多個水平面上；所述高速水射流相互平行，在同一水平面上每隔3 20mm至少有ー股高速水射流沖擊位于同一列上的多股柱狀熔渣流。本發(fā)明提供的一種實現(xiàn)前述方法的熔渣造粒和顯熱回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括殼體、用于產(chǎn)生至少一列排成一列的多股柱狀熔渣流的漏包、高壓泵、布風(fēng)裝置、熱風(fēng)排出ロ、余熱鍋爐、引風(fēng)機和至少ー個噴嘴，所述漏包設(shè)置在殼體頂部，漏包底部至少有ー排位于同一直線上的多個圓孔；噴嘴位于殼體內(nèi)部，噴嘴出口軸線穿過排成一列的多股柱狀熔渣流，噴嘴與所述高壓泵相連；所述殼體四周內(nèi)壁布置有水冷壁，殼體底部為流化床布風(fēng)板或移動爐排，在殼體下部設(shè)有排渣ロ ；所述布風(fēng)裝置設(shè)置在流化床布風(fēng)板或移動爐排下部，布風(fēng)裝置包括風(fēng)室和鼓風(fēng)機，風(fēng)室通過管道與鼓風(fēng)機相連；所述的熱風(fēng)排出ロ位于殼體的中上部，通過管道與余熱鍋爐進(jìn)風(fēng)ロ相連；余熱鍋爐內(nèi)部布置有對流換熱管束，所述引風(fēng)機與余熱鍋爐排風(fēng)ロ相連。該技術(shù)方案還可在熱風(fēng)排出ロ與余熱鍋爐之間設(shè)有氣固分離器，氣固分離器進(jìn)ロ與熱風(fēng)排出ロ通過管道相連，氣固分離器出口與余熱鍋爐進(jìn)風(fēng)ロ通過管道相連。本發(fā)明還提供了另ー種實現(xiàn)所述方法的熔渣造粒和顯熱回收系統(tǒng)，其包括殼體、用于產(chǎn)生至少一列排成一列的多股柱狀熔渣流的漏包、高壓泵、風(fēng)室、進(jìn)風(fēng)ロ、余熱鍋爐、弓丨風(fēng)機和至少ー個噴嘴，所述漏包設(shè)置在殼體頂部，漏包底部至少有ー排位于同一直線上的多個圓孔；噴嘴位于殼體內(nèi)部，噴嘴出ロ軸線順序穿過排成一列的多股柱狀熔渣流，噴嘴與所述高壓泵相連；殼體四周內(nèi)壁布置有水冷壁，殼體底部為移動爐排，在殼體下部設(shè)有排渣ロ ；所述進(jìn)風(fēng)ロ位于殼體的中上部；所述風(fēng)室設(shè)置在移動爐排下部，風(fēng)室通過管道與余熱鍋爐進(jìn)風(fēng)ロ相連；余熱鍋爐內(nèi)部布置有對流換熱管束，所述引風(fēng)機與余熱鍋爐排風(fēng)ロ相連。該技術(shù)方案還可在風(fēng)室與余熱鍋爐之間設(shè)有氣固分離器，氣固分離器進(jìn)ロ通過管道與風(fēng)室通過管道相連，氣固分離器出口與余熱鍋爐進(jìn)風(fēng)ロ通過管道相連。在前述兩種熔渣造粒和顯熱回收系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括一個渣粒冷卻系統(tǒng)，渣粒冷卻系統(tǒng)包括渣斗、移動床、用于將渣斗提升至移動床頂部并傾翻的斜橋或吊車，渣斗位于圍殼排渣口下方，移動床頂部開有進(jìn)渣ロ，移動床底部開有出渣ロ，移動床內(nèi)部有移動床換熱管束。在前述兩種熔渣造粒和顯熱回收系統(tǒng)中，在所述殼體內(nèi)壁上設(shè)有渣棉收集斗，渣棉收集斗位于噴嘴斜下方。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點①相比風(fēng)淬法動カ消耗大的缺點，首先，本發(fā)明充分利用了高速水射流沖擊力強、穿透效果好的特點，高速水射流連續(xù)穿過多股柱狀熔渣流，其在熔渣流內(nèi)穿行距離較長，能量交換充分，液態(tài)熔渣破碎效果好，能量利用率高，相應(yīng)的降低了系統(tǒng)能耗；其次，由于水可壓縮性較小，在獲得高速水射流過程中的能量損耗相應(yīng)減??；此外，采用移動床冷卻?；蟮娜墼w粒無需風(fēng)機等動カ設(shè)備，可相應(yīng)降低系統(tǒng)能耗，當(dāng)殼體排渣ロ低于移動床進(jìn)渣ロ時，采用機械提升的方法將粒化后的熔渣顆粒轉(zhuǎn)移到移動床頂部也可降低系統(tǒng)能耗。②相比風(fēng)淬法和離心法，本發(fā)明所采用的高速水射流的管路、噴槍、高壓泵等設(shè)備體積較小，而破碎后的熔洛微團水平速度小，水平飛行距離較短，這都有利于減小整個設(shè)備的體積和占地面積；同吋，高速水射流發(fā)生裝置控制較為方便，可通過增加高速水射流股數(shù)或提高高壓泵輸出的水的壓カ來適應(yīng)液態(tài)高爐渣量的増加，相比調(diào)節(jié)風(fēng)速、風(fēng)量或調(diào)整轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，其調(diào)節(jié)效果要好得多。③相比離心法，也由于采用本發(fā)明后，破碎后的熔渣微團水平速度小，水平飛行距離較短，殼體內(nèi)布置的水冷壁局部位置也不會受到高溫的高爐渣的高速撞擊，有助于保證設(shè)備安全和提高設(shè)備壽命。④相比風(fēng)淬法和離心法，本發(fā)明渣棉生成量較少，且渣棉因帶水而相互糾結(jié)成團，因此不會象風(fēng)淬過程中產(chǎn)生的渣棉那樣四處飄蕩，而會在高速水射流作用下集中落于特定位置，便于集中清理也減小了污染，提高了系統(tǒng)的可靠性。⑤相比水淬法，高速水射流水耗量極低，可節(jié)約大量的水資源，同時有利于保持熔渣顯熱的品質(zhì)，有利于熔渣的顯熱回收。⑥相比目前主流的水淬法，本發(fā)明采用了水冷壁、流化床、移動爐排、移動床、余熱鍋爐等余熱回收設(shè)備，可以最大限度的回收熔渣的顯熱并保持顯熱資源的品質(zhì)，同時又盡量降低系統(tǒng)的動力消耗，具有較好的熱經(jīng)濟性。⑦相比風(fēng)淬法和離心法中所采用的顯熱回收方法，本發(fā)明根據(jù)熔渣造粒過程中的物相變化，有針對性的采用了相應(yīng)的顯熱回收設(shè)備，既滿足了熔渣急冷處理的要求，也有效避免了破碎后熔渣的二次粘結(jié)，還降低了系統(tǒng)的動力消耗，并且在充分回收熔渣的顯熱的同時最大限度的保證顯熱資源的品質(zhì)，因而具有較好的經(jīng)濟性。


圖I為本發(fā)明提供的熔渣造粒和顯熱回收系統(tǒng)的第一種技術(shù)方案實施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖，其殼體底部為流化床布風(fēng)板。圖2為本發(fā)明提供的熔渣造粒和顯熱回收系統(tǒng)的第一種技術(shù)方案另ー實施例的 結(jié)構(gòu)原理不意圖，其殼體底部為移動爐排，布風(fēng)裝置包括風(fēng)室和鼓風(fēng)機。圖3為本發(fā)明提供的熔渣造粒和顯熱回收系統(tǒng)的第二種技術(shù)方案實施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖，其殼體底部為移動爐排，移動爐排下的風(fēng)室通過管道和氣固分離器與余熱鍋爐相連。圖4為本發(fā)明所提供漏包的俯視圖，其底部開有ー排位于同一直線上的多個圓孔。圖5為本發(fā)明所提供的熔渣造粒方法的原理示意圖，其采用ー股高速水射流沖擊排成一列的多股柱狀熔渣流。圖6為本發(fā)明所提供的熔渣造粒方法的原理示意圖，其采用多股高速水射流共同沖擊位于同一列上的多股柱狀熔渣流。圖中1 ー殼體；2 —漏包；3 —柱狀熔渣流；4 一渣棉收集斗；5 —高壓泵；6 —噴嘴—高速水射流；8 —水冷壁；9 一流化床布風(fēng)板；10 —移動爐排；11 一排渣ロ ；12 —熱風(fēng)排出口 ；13 —余熱鍋爐進(jìn)風(fēng)ロ ；14 一余熱鍋爐；15 —對流換熱管束；16 —余熱鍋爐排風(fēng)ロ ；17 —引風(fēng)機；18 —氣固分尚器；19 —洛斗；20 —移動床；21 —斜橋；22 —移動床進(jìn)洛ロ ；23 —移動床出渣ロ ；24 —移動床換熱管束；25 —風(fēng)室；26 —鼓風(fēng)機；27 —流化床床層；28 一進(jìn)風(fēng)ロ ；29_圓孔；30_閥門。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明所提供的熔渣造粒及顯熱回收方法和采用所述方法的熔渣造粒及顯熱回收系統(tǒng)。本發(fā)明提供的一種熔渣造粒和顯熱回收的方法，該方法包括以下步驟I)使熔渣從漏包流入殼體內(nèi)，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(shù)至少有兩股；2)在設(shè)有水冷壁的殼體內(nèi)設(shè)置至少ー個噴嘴，用高壓泵將水加壓到IMPa 400MPa，從至少ー個噴嘴噴出，形成噴嘴出ロ流速至少為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IOmm的熔洛微團并飛散開；4)熔渣微團在下落過程中被水冷壁冷卻，同時加熱水冷壁內(nèi)的エ質(zhì)，回收部分熔渣顯熱，最后落入流化床床層內(nèi)或風(fēng)冷的移動爐排上，然后被從外部進(jìn)入的空氣繼續(xù)冷卻，最終凝固成形并從殼體下部的排渣ロ排出，完成熔渣的造粒，并獲得高溫?zé)犸L(fēng)；5)將獲得的高溫?zé)犸L(fēng)送到余熱鍋爐內(nèi)，加熱對流換熱管束內(nèi)エ質(zhì)回收熱量。采用多股高速水射流共同沖擊位于同一列上的多股柱狀熔渣流；多股高速水射流位于同一水平面或沿豎直方向的多個水平面上。所述高速水射流相互平行,在同一水平面上每隔3 20mm至少有ー股高速水射流沖擊位于同一列上的多股柱狀熔渣流。該方法與水淬法相比，提高了水射流的壓カ和速度，將射流壓カ提高到IMPa 400MPa，使噴嘴6出ロ水射流速度至少為45m/s，大大提高了単位水量所具有的動能，增強了射流的沖擊破碎能力，增強了水射流和熔渣流之間動量交換的效果，這樣只需消耗較少的水量就可以滿足熔渣破碎的需要，為此需要減小噴嘴6出ロ直徑。水的壓カ越高，則射流的速度越高，達(dá)到同樣的破碎效果所消耗的水越少，如將水加壓到70MPa，破碎噸渣的水耗 量約在IOOkg以下，所以采用高速水射流7后可以大大減少水的耗量。較少的水參與破碎過程，熔渣破碎后可以保持較高的溫度，不會使余熱品質(zhì)下降過多，又由于射流速度高，水與熔渣接觸時間短，且熔渣的導(dǎo)熱系數(shù)較小，水與熔渣之間換熱量較小，在柱狀熔渣流3股數(shù)有限的情況下，會有一部分水來不及蒸發(fā)，而從熔渣流中穿出，進(jìn)ー步減少了熔渣在破碎過程中的熱量損失。這有利于保持熔渣顯熱的品質(zhì)，有利于熔渣的顯熱回收。圖I為實現(xiàn)所述方法的第一種技術(shù)方案實施例的結(jié)構(gòu)原理不意圖，該系統(tǒng)包括殼體I、用于產(chǎn)生至少一列排成一列的多股柱狀熔渣流3的漏包2、高壓泵5、布風(fēng)裝置、熱風(fēng)排出ロ 12、余熱鍋爐14、引風(fēng)機17和至少ー個噴嘴6，所述漏包2設(shè)置在殼體I頂部，漏包2底部至少有ー排位于同一直線上的多個圓孔29 ;噴嘴6位于殼體內(nèi)部，噴嘴6出口軸線穿過排成一列的多股柱狀熔渣流3，噴嘴6與所述高壓泵5相連；所述殼體I四周內(nèi)壁布置有水冷壁8，殼體I底部為流化床布風(fēng)板9，在殼體I下部設(shè)有排渣ロ 11 ;所述布風(fēng)裝置設(shè)置在流化床布風(fēng)板9，布風(fēng)裝置包括風(fēng)室25和鼓風(fēng)機26，風(fēng)室25通過管道與鼓風(fēng)機26相連；所述的熱風(fēng)排出ロ 12位于殼體I的中上部，通過管道與氣固分離器18進(jìn)ロ相連，氣固分離器18出口與余熱鍋爐進(jìn)風(fēng)ロ 13通過管道相連；余熱鍋爐14內(nèi)部布置有對流換熱管束15，所述引風(fēng)機17與余熱鍋爐排風(fēng)ロ 16相連。破碎后的熔渣在下落過程中，水冷壁8可以吸收其輻射熱以加熱エ質(zhì)，破碎后的熔渣還可與氣流換熱，使氣流升溫，加速熔渣微團表面的固化。如熔渣微團落在流化床床層27中，劇烈翻滾的床層和流化床較好的換熱效果可以避免凝固中的高爐渣微團相互粘結(jié)在一起，又可以快速冷卻高爐渣微團，尤其在流化床床層27內(nèi)加裝埋管受熱面后，可進(jìn)ー步增強換熱的效果，提高管內(nèi)エ質(zhì)和流化氣流的溫度，既有利于熔渣的急冷凝固，也有利于熔渣顯熱的回收。在流化床床層27內(nèi)升溫后的氣流可送到余熱鍋爐14回收熱量，為了減少進(jìn)入流化床內(nèi)的顆粒量，防止磨損對流換熱管束15，該系統(tǒng)在熱風(fēng)排出ロ 12和余熱鍋爐進(jìn)風(fēng)ロ 13之間增加了氣固分離器18。圖2為實現(xiàn)所述方法的第一種技術(shù)方案的另ー實施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖，該系統(tǒng)包括殼體I、用于產(chǎn)生至少一列排成一列的多股柱狀熔渣流3的漏包2、高壓泵5、布風(fēng)裝置、熱風(fēng)排出ロ 12、余熱鍋爐14、引風(fēng)機17和至少ー個噴嘴6，所述漏包2設(shè)置在殼體I頂部，漏包2底部至少有ー排位于同一直線上的多個圓孔29 ;噴嘴6位于殼體內(nèi)部，噴嘴6出口軸線穿過排成一列的多股柱狀熔渣流3，噴嘴6與所述高壓泵5相連；所述殼體I四周內(nèi)壁布置有水冷壁8，殼體I底部為移動爐排10，在殼體I下部設(shè)有排渣ロ 11 ;所述布風(fēng)裝置設(shè)置在移動爐排10下部，布風(fēng)裝置包括風(fēng)室25和鼓風(fēng)機26，風(fēng)室25通過管道與鼓風(fēng)機26相連，鼓風(fēng)機26鼓出的氣體經(jīng)風(fēng)室25的布風(fēng)作用，自下而上均勻的穿過移動爐排，冷卻落于其上的凝固中的熔渣微團；所述的熱風(fēng)排出ロ 12位于殼體I的中上部，通過管道與余熱鍋爐進(jìn)風(fēng)ロ 13相連；余熱鍋爐14內(nèi)部布置有對流換熱管束15，所述引風(fēng)機17與余熱鍋爐排風(fēng)ロ 16相連。該系統(tǒng)沒有采用氣固分離器，如需要減少進(jìn)入余熱鍋爐內(nèi)的顆粒量，防止磨損對流換熱管束15，也可增加氣固分離器。同樣，破碎后的熔渣在下落過程中，水冷壁8可以吸收其輻射熱以加熱エ質(zhì)，破碎后的熔渣還可與氣流換熱，使氣流升溫，加速熔渣微團表面的固化，采用移動爐排承接破碎后的熔渣也是為了在防止凝固中的熔渣微團相互粘結(jié)的同時，令氣流穿過移動爐排快速冷卻凝固中的熔渣微團。在移動爐排處升溫后的氣流可送到余熱鍋爐回收熱量。圖3為實現(xiàn)所述方法的第二種技術(shù)方案實施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖，該系統(tǒng)包括殼 體I、用于產(chǎn)生至少一列排成一列的多股柱狀熔渣流3的漏包2、高壓泵5、風(fēng)室25、進(jìn)風(fēng)ロ28、余熱鍋爐14、引風(fēng)機17和至少ー個噴嘴6，所述漏包2設(shè)置在殼體I頂部，漏包2底部至少有ー排位于同一直線上的多個圓孔29 ;噴嘴6位于殼體內(nèi)部，噴嘴6出ロ軸線順序穿過排成一列的多股柱狀熔渣流3，噴嘴6與所述高壓泵5相連；殼體I四周內(nèi)壁布置有水冷壁8，殼體I底部為移動爐排10，在殼體I下部設(shè)有排渣ロ 11 ;所述進(jìn)風(fēng)ロ 28位于殼體I的中上部；所述風(fēng)室25設(shè)置在移動爐排10下部，風(fēng)室10通過管道與氣固分離器18進(jìn)ロ相連，氣固分離器18出口與余熱鍋爐進(jìn)風(fēng)ロ 13通過管道相連；余熱鍋爐14內(nèi)部布置有對流換熱管束15，所述引風(fēng)機17與余熱鍋爐排風(fēng)ロ 16相連。氣流從進(jìn)風(fēng)ロ 28進(jìn)入殼體，在引風(fēng)機17的作用下向下流動穿過移動爐排，冷卻落在移動爐排上的凝固中的熔渣微團，升溫后氣流進(jìn)入風(fēng)室，經(jīng)氣固分離器送往余熱鍋爐回收熱量。采用移動爐排承接破碎后的熔渣也是為了防止高爐渣顆粒相互粘結(jié)。同樣，破碎后的熔渣在下落過程中，水冷壁8可以吸收其輻射熱以加熱エ質(zhì)，破碎后的熔渣還可與氣流換熱，使氣流升溫，加速熔渣微團表面的固化，采用移動爐排承接破碎后的熔渣也是為了在防止凝固中的熔渣微團相互粘結(jié)的同時，令氣流穿過移動爐排快速冷卻凝固中的熔渣微團。在移動爐排處升溫后的氣流可送到余熱鍋爐回收熱量。為了減少進(jìn)入余熱鍋爐內(nèi)的顆粒量，防止磨損對流換熱管束15，故該系統(tǒng)也采用了氣固分離器。由于從排渣ロ 11排出的?；蟮娜墼w粒還具有較高的溫度，為了提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性，可將?；蟮娜墼w粒送到移動床內(nèi)繼續(xù)冷卻，因此，上述兩種技術(shù)方案中，所述系統(tǒng)還可包括一個渣粒冷卻系統(tǒng)，渣粒冷卻系統(tǒng)包括渣斗19、移動床20、用于將渣斗19提升至移動床20頂部的斜橋21或吊車，渣斗19位于殼體I排渣ロ 11下方，移動床20頂部開有進(jìn)渣ロ 22，移動床20底部開有出渣ロ 23，移動床20內(nèi)部有移動床換熱管束24。渣斗19可以在移動床20頂部傾倒，將高爐渣顆粒倒入移動床20的進(jìn)渣ロ 22 ;或者渣斗19底部有門，則在移動床20頂部時，可打開其底部的門，將高爐渣顆粒倒入移動床20的進(jìn)渣ロ22。渣粒冷卻系統(tǒng)采用移動床可以獲得較長的熱交換時間，其能耗也比采用流化床冷卻低很多。當(dāng)排渣ロ 11低于移動床20頂部時，可采用機械提升的方法將?；蟮娜墼w粒輸送到移動床20頂部進(jìn)入移動床20，這樣要比采用氣カ輸送更為節(jié)能。
由于在高速水射流7破碎熔渣的過程中，往往會產(chǎn)生渣棉，但是由于其與水接觸面積小，渣棉生成量較少，且渣棉因帶水而相互糾結(jié)成團，因此不會象風(fēng)淬過程中產(chǎn)生的渣棉那樣四處飄蕩，而會在高速水射流作用下集中落于特定位置，便于集中清理，污染較小也提高了系統(tǒng)的可靠性。因此，在上述兩種技術(shù)方案中，所述系統(tǒng)在殼體I內(nèi)壁上還可設(shè)有渣棉收集斗4用于收集渣棉，渣棉收集斗4位于噴嘴6斜下方。渣棉收集斗可以收納穿過熔渣流后剰余的水和被高速水射流夾帶來的帶水渣棉，使之不會落入殼體I下部且易于清理。在上述兩種技術(shù)方案中，所采用的柱狀高速水射流7較之風(fēng)淬法的高速氣流具有更高的密度，且其擴散角較小，可以在較長的射流距離上保持較高的速度，而高速氣流速度衰減則要快的多，因此高速水射流比高速氣流具有更強和更持久的沖擊力。也由于氣體的可壓縮性，在提高其壓カ時，將有相當(dāng)一部分機械能轉(zhuǎn)化為氣體內(nèi)能，而水近乎不可壓縮，提高水的壓カ比提高氣體的壓カ要容易，能量損失較小。高速水射流7的單股射流流量小、射流直徑小、沖擊カ大，對熔渣的穿透力強，如果采用如類似水淬法破碎熔渣的方式，即噴嘴6軸線垂直于溜渣槽的末端，射流方向與溜渣槽內(nèi)熔渣流動方向相同，則高速水射流7在熔渣流上作用面積小、在熔渣中穿行距離短， 動量和動能交換不充分，其穿過熔渣流后的余速損失較大，為此本發(fā)明采用令高速水射流7順序貫穿位于同一列上的多股柱狀熔渣流3的方式，高速水射流7可以在熔渣內(nèi)穿行較長的距離，水和熔渣間的動量和動能交換比較充分，由于高速水射流7與熔渣流之間存在著極大的速度差，由此產(chǎn)生ー個與速度差成正比的垂直于射流軸線的力，使經(jīng)過射流兩側(cè)的熔渣受到劇烈的擾動，而射流兩側(cè)的熔渣流較薄，熔渣可以比較容易的被破碎并向兩側(cè)飛散開，因此本發(fā)明所提供的造粒方法能量有效利用率高，較為節(jié)能。在上述兩種技術(shù)方案中，高速水射流7的管路、噴嘴6等體積較小，非常緊湊，在殼體I上開孔較小，有利于減少系統(tǒng)漏風(fēng)，而破碎后的熔渣水平速度小，飛行距離較短，這都有利于設(shè)備的緊湊布置，非常適合在熔渣被破碎區(qū)域下方布置流化床或移動爐排10，便于在破碎后液態(tài)高爐渣下落區(qū)域四周布置水冷壁8等輻射受熱面，且水冷壁8局部不會受到高溫的高爐渣的高速撞擊，有助于保證設(shè)備安全和提高設(shè)備壽命。當(dāng)熔渣流量増加，既可以采用提高噴嘴6出口高速水射流7速度的方法，也可以采用増加高速水射流7股數(shù)的方法來保證破碎的效果，還可以采用縮短噴嘴6與熔渣流之間距離的辦法，運行控制快捷、簡單、可靠。為了適應(yīng)自由下落的熔渣流位置的偏移，可平移噴嘴6和調(diào)整噴射角度相適應(yīng)，以使射流始終可以沖擊位于一列上的各股柱狀熔渣流3?？梢詫⒍鄠€噴嘴6組成縱橫排布的噴嘴陣列，并通過閥門分別控制各個噴嘴6的工作狀態(tài)，根據(jù)需要來改變水平和豎直方向上噴射射流的噴嘴6的數(shù)量和位置。圖4所示為本發(fā)明所提供的一種漏包2的具體實施例，此為漏包2的俯視圖，其底部開有排成一線的多個圓孔29，漏包2內(nèi)的熔渣可通過這些圓孔29向下流出漏包2，形成多股位于同一列上的柱狀熔渣流3，漏包2底部的圓孔29可不止一列，每列上圓孔29數(shù)量至少要有兩個。多列圓孔29可線性排布，也可以環(huán)向放射形排布。圖5所示為本發(fā)明所提供的熔渣造粒及顯熱回收系統(tǒng)的熔渣破碎部分ー個具體實施例，圖中可見漏包2，其底部開有至少ー排位于同一直線上的多個圓孔29，熔渣通過這些圓孔流出可形成自由下落的柱狀熔渣流3，噴嘴6與高壓泵5相連，其噴出的高速水射流7順序沖擊排成一列位于同一直線上的柱狀渣流，將熔渣破碎為熔渣微團向射流兩側(cè)飛出，如此則高速水射流7可在熔渣流中穿行較長距離，能量交換比較充分，射流余速損失小。圖6所示為本發(fā)明所提供的熔渣造粒及顯熱回收系統(tǒng)的熔渣破碎部分另ー個具體實施例，圖中可見可產(chǎn)生一列排成一列的多股柱狀熔渣流3的漏包2，在最外側(cè)柱狀渣流3的外側(cè)布置有四個與高壓泵5相連的噴嘴6，每個噴嘴6都由ー個閥門30控制，每兩個噴嘴6為ー組位于同一高度上，自上而下共有兩組噴嘴，四個閥門30全開時，可產(chǎn)生四股高速水射流7，四股高速水射流可以平行，也可以彼此錯開一定角度，但四股高速水射流都可順序貫穿位于同一列上的柱狀熔渣流3，如此則高速水射流7可在熔渣流中穿行較長距離，能 量交換比較充分，射流余速損失小。本實施例適合柱狀熔渣流3直徑較大、單股射流破碎效果較差的情況，圖中僅為示意，可以根據(jù)柱狀熔渣流3直徑大小和熔渣流量増加的程度，在同一高度布置更多的噴嘴，同時也可自上而下布置更多組噴嘴，使更多的高速水射流7同時沖擊破碎熔渣流。通過控制高壓泵5和閥門30，可調(diào)整同時工作的噴嘴的數(shù)量和位置，也可通過調(diào)整高壓水的壓カ以改變噴嘴出ロ水的流速來適應(yīng)熔渣流量的變化。
權(quán)利要求
1.一種熔渣造粒和顯熱回收的方法，其特征在于其包括以下步驟 1)使熔渣從漏包流入殼體內(nèi)，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(shù)至少有兩股； 2)在設(shè)有水冷壁的殼體內(nèi)設(shè)置至少ー個噴嘴，用高壓泵將水加壓到IMPa 400MPa，從至少ー個噴嘴噴出，形成噴嘴出ロ流速至少為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IOmm的熔洛微團并飛散開； 4)熔渣微團在下落過程中被水冷壁冷卻，同時加熱水冷壁內(nèi)的エ質(zhì)，回收部分熔渣顯熱，最后落入流化床床層內(nèi)或風(fēng)冷的移動爐排上，然后被從外部進(jìn)入的空氣繼續(xù)冷卻，最終凝固成形并從殼體下部的排渣ロ排出，完成熔渣的造粒，并獲得高溫?zé)犸L(fēng)； 5)將獲得的高溫?zé)犸L(fēng)送到余熱鍋爐內(nèi)，加熱對流換熱管束內(nèi)エ質(zhì)回收熱量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熔渣造粒和顯熱回收的方法，其特征在于采用多股高速水射流共同沖擊位于同一列上的多股柱狀熔渣流；多股高速水射流位于同一水平面或沿豎直方向的多個水平面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熔渣造粒和顯熱回收的方法，其特征在于所述高速水射流相互平行，在同一水平面上每隔3 20mm至少有ー股高速水射流沖擊位于同一列上的多股柱狀熔渣流。
4.實現(xiàn)權(quán)利要求I所述方法的一種熔渣造粒和顯熱回收系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括殼體(I)、用于產(chǎn)生至少一列排成一列的多股柱狀熔渣流(3)的漏包(2)、高壓泵(5)、布風(fēng)裝置、熱風(fēng)排出ロ(12)、余熱鍋爐(14)、引風(fēng)機(17)和至少ー個噴嘴(6)，所述漏包(2)設(shè)置在殼體(I)頂部，漏包(2)底部至少有ー排位于同一直線上的多個圓孔(29);噴嘴(6)位于殼體內(nèi)部，噴嘴(6)出口軸線穿過排成一列的多股柱狀熔渣流(3)，噴嘴(6)與所述高壓泵(5)相連；所述殼體(I)四周內(nèi)壁布置有水冷壁(8)，殼體(I)底部為流化床布風(fēng)板(9)或移動爐排(10 )，在殼體(I)下部設(shè)有排渣ロ( 11);所述布風(fēng)裝置設(shè)置在流化床布風(fēng)板(9 )或移動爐排(10)下部，布風(fēng)裝置包括風(fēng)室(25)和鼓風(fēng)機(26)，風(fēng)室(25)通過管道與鼓風(fēng)機(26)相連；所述的熱風(fēng)排出ロ(12)位于殼體(I)的中上部，通過管道與余熱鍋爐進(jìn)風(fēng)ロ(13)相連；余熱鍋爐(14)內(nèi)部布置有對流換熱管束(15)，所述引風(fēng)機(17)與余熱鍋爐排風(fēng)ロ(16)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種熔渣造粒和顯熱回收系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)在熱風(fēng)排出口(12)與余熱鍋爐(14)之間設(shè)有氣固分離器(18)，氣固分離器(18)進(jìn)ロ與熱風(fēng)排出口(12)通過管道相連，氣固分離器(18)出口與余熱鍋爐進(jìn)風(fēng)ロ(13)通過管道相連。
6.實現(xiàn)權(quán)利要求I所述方法的一種熔渣造粒和顯熱回收系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括殼體(I)、用于產(chǎn)生至少一列排成一列的多股柱狀熔渣流(3)的漏包(2)、高壓泵(5)、風(fēng)室(25)、進(jìn)風(fēng)ロ(28)、余熱鍋爐(14)、引風(fēng)機(17)和至少ー個噴嘴(6)，所述漏包(2)設(shè)置在殼體(I)頂部，漏包(2)底部至少有ー排位于同一直線上的多個圓孔(29);噴嘴(6)位于殼體內(nèi)部，噴嘴(6)出口軸線順序穿過排成一列的多股柱狀熔渣流(3)，噴嘴(6)與所述高壓泵(5)相連；殼體(I)四周內(nèi)壁布置有水冷壁(8)，殼體(I)底部為移動爐排(10)，在殼體(I)下部設(shè)有排渣ロ( 11);所述進(jìn)風(fēng)ロ( 28 )位于殼體(I)的中上部；所述風(fēng)室(25 )設(shè)置在移動爐排(10)下部，風(fēng)室(10)通過管道與余熱鍋爐進(jìn)風(fēng)ロ( 13)相連；余熱鍋爐(14)內(nèi)部布置有對流換熱管束(15)，所述弓I風(fēng)機(17)與余熱鍋爐排風(fēng)ロ( 16)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ー種熔渣造粒和顯熱回收系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)在風(fēng)室(25)與余熱鍋爐(14)之間設(shè)有氣固分離器(18)，氣固分離器(18)進(jìn)ロ通過管道與風(fēng)室(25)通過管道相連，氣固分離器(18)出口與余熱鍋爐進(jìn)風(fēng)ロ(13)通過管道相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的ー種熔渣造粒和顯熱回收系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括一個渣粒冷卻系統(tǒng)，渣粒冷卻系統(tǒng)包括渣斗(19)、移動床(20)、用于將渣斗(19)提升至移動床(20)頂部并傾翻的斜橋(21)或吊車，渣斗(19)位于圍殼(I)排渣ロ( 11)下方，移動床(20)頂部開有進(jìn)渣ロ(22)，移動床(20)底部開有出渣ロ(23)，移動床(20)內(nèi)部有移動床換熱管束(24)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的ー種熔渣造粒和顯熱回收系統(tǒng)，其特征在于在所述殼體(I)內(nèi)壁上設(shè)有渣棉收集斗(4)，渣棉收集斗(4)位于噴嘴(6)斜下方。
全文摘要
一種熔渣造粒和顯熱回收的方法及系統(tǒng)，屬于工業(yè)廢渣處理和利用技術(shù)領(lǐng)域。該方法將水加壓并從噴嘴噴出，形成柱狀高速水射流，順序沖擊位于同一列上的多股柱狀熔渣流，將熔渣擊碎，破碎后熔渣在下落過程中被水冷壁冷卻并回收部分顯熱；之后落到流化床床層內(nèi)或移動爐排上被從外部進(jìn)入的空氣冷卻后完全凝固，完成造粒并獲得熱風(fēng)，流化床或移動爐排處獲得的熱風(fēng)送到余熱鍋爐處回收熱量；流化床或移動爐排輸出的凝固后的熔渣顆粒送入移動床進(jìn)一步回收顯熱。采用高速水射流破碎熔渣，其破碎和飛散的效果好，渣棉生成量小，渣棉帶水易于處理，其運行能耗和水耗低，利于熔渣顯熱的回收。
文檔編號C04B5/00GK102864254SQ20121034010
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者張衍國, 杜濱, 王友才, 李清海, 蒙愛紅 申請人:清華大學(xué)