專利名稱：一種熔渣粒化和顯熱回收的方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種熔渣粒化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°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力一般在O. 2MPa O. 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I噸左右；(2)產生大量的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，即將液態高爐渣粒化。因此液態高爐渣的粒化包括兩個方面，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粒化和顯熱回收方法，按液態高爐渣的粒化原理劃分，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、粒化液態高爐渣，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將液態高爐渣粒化，雖然不需要造粒風機這樣的高耗能設備，粒化渣的粒徑分布也較均勻，但是在高溫下高速旋轉的粒化裝置的可靠性較差，加之粒化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，降低粒化的效果，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。熔渣的粒化對于熔渣處理 和顯熱回收具有重要意義，而粒化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粒化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粒化和顯熱回收方法及系統。本發明所提供的熔渣粒化和顯熱回收方法包括以下步驟I)使熔渣從供渣器流入殼體內，形成至少一股扁平帶狀熔渣流；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IMPa 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)高速水射流沖擊扁平帶狀熔渣流的較窄側面，射流穿過扁平帶狀熔渣流的相對的兩個較窄側面，將熔渣破碎為平均直徑大于零、小于IOmm的熔渣微團并飛散開；4)熔渣微團在下落過程中被水冷壁冷卻，同時加熱水冷壁內的工質，回收部分熔渣顯熱，最后落入流化床床層內或風冷的移動爐排上，然后被從外部進入的空氣繼續冷卻，最終凝固成形并從殼體下部的排渣口排出，完成熔渣的粒化，并獲得高溫熱風；5)將獲得的高溫熱風送入余熱鍋爐內，加熱對流換熱管束內工質回收熱量。本發明的上述技術特征還在于對于一股扁平帶狀熔渣流，采用多股高速水射流共同沖擊扁平帶狀熔渣流的同一較窄側面；或者采用兩組高速水射流，分別沖擊扁平帶狀熔渣流相對的兩個較窄側面，每組高速水射流至少包含一股高速水射流；所述多股高速水射流相互平行，多股平行的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，在同一水平面上每隔3 20mm至少有一股高速水射流沖擊扁平帶狀熔渣流同一較窄側面。本發明提供的一種實現前述方法的熔渣粒化和顯熱回收系統，該系統包括殼體、用于產生扁平帶狀熔渣流的供渣器、高壓泵、布風裝置、熱風排出口、余熱鍋爐、引風機和至少一個噴嘴，所述供渣器設置在殼體頂部；所述噴嘴位于殼體內部，噴嘴出口指向扁平帶狀熔渣流較窄側面，噴嘴與所述高壓泵相連；所述殼體四周內壁布置有水冷壁，殼體底部為流化床布風板或移動爐排，在殼體下部設有排渣口 ；所述布風裝置設置在流化床布風板或移動爐排下部，布風裝置包括風室和鼓風機，風室通過管道與鼓風機相連；所述的熱風排出口位于殼體的中上部，通過管道與余熱鍋爐進風口相連；余熱鍋爐內部布置有對流換熱管束，所述引風機與余熱鍋爐排風口相連。該技術方案還可在熱風排出口與余熱鍋爐之間設有氣固分離器，氣固分離器的進口與熱風排出口通過管道相連，氣固分離器的出口與余熱鍋爐進風口通過管道相連。本發明還提供了另一種實現所述方法的熔渣粒化和顯熱回收系統，其包括殼體、用于產生扁平帶狀熔渣流的供渣器、高壓泵、風室、進風口、余熱鍋爐、引風機和至少一個噴嘴，所述供渣器設置在殼體頂部；噴嘴位于殼體內部，噴嘴出口指向扁平帶狀熔渣流較窄側面，噴嘴與高壓泵相連；殼體四周內壁布置有水冷壁，殼體底部設有移動爐排，在殼體下部設有排渣口 ；所述的進風口位于殼體的中上部；所述風室設置在移動爐排下部，風室通過管道與余熱鍋爐進風口相連；余熱鍋爐內部布置有對流換熱管束，所述的引風機與余熱鍋爐排風口相連。該技術方案還可在風室與余熱鍋爐之間設有氣固分離器，氣固分離器進口通過管道與風室25通過管道相連，氣固分離器出口與余熱鍋爐進風口通過管道相連。在前述兩種熔渣粒化和顯熱回收系統中，所述供渣器為底部開有直線窄縫的漏包或平底的溜渣槽。在前述兩種熔渣粒化和顯熱回收系統中，所述系統還包括一個渣粒冷卻系統，渣粒冷卻系統包括渣斗、移動床、用于將渣斗提升至移動床頂部的斜橋或吊車，渣斗位于殼體 排渣口下方，移動床頂部開有進渣口，移動床底部開有出渣口，移動床內部有移動床換熱管束。在前述兩種熔渣粒化和顯熱回收系統中，在所述殼體內壁上設有渣棉收集斗，渣棉收集斗位于噴嘴斜下方。本發明與現有技術相比具有以下優點①相比風淬法動力消耗大的缺點，首先，本發明充分利用了高速水射流沖擊力強、穿透效果好的特點，高速水射流在扁平帶狀熔渣流內穿行距離較長，能量交換充分，液態熔渣破碎效果好，能量利用率高，相應的降低了系統能耗；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減小；此外，采用移動床冷卻粒化后的熔渣顆粒無需風機等動力設備，可相應降低系統能耗，當殼體排渣口低于移動床進渣口時，采用機械提升的方法將粒化后的熔渣顆粒轉移到移動床頂部也可降低系統能耗。②相比風淬法和離心法，本發明所采用的高速水射流的管路、噴槍、高壓泵等設備體積較小，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備的體積和占地面積；同時，高速水射流發生裝置控制較為方便，可通過增加高速水射流股數或提高高壓泵輸出的水的壓力來適應液態高爐渣量的增加，相比調節風速、風量或調整轉盤轉速，其調節效果要好得多。③相比離心法，也由于采用本發明后，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，有助于保證設備安全和提高設備壽命。④相比風淬法和離心法，本發明渣棉生成量較少，且渣棉因帶水而相互糾結成團，因此不會象風淬或離心破碎過程中產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，提高了系統的可靠性。⑤相比水淬法，高速水射流水耗量極低，可節約大量的水資源，同時有利于保持熔渣顯熱的品質，有利于熔渣的顯熱回收。
⑥相比目前主流的水淬法，本發明采用了水冷壁、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，同時又盡量降低系統的動力消耗，具有較好的熱經濟性。⑦相比風淬法和離心法中所采用的顯熱回收方法，本發明根據熔渣粒化過程中的物相變化，有針對性的采用了相應的顯熱回收設備，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，還降低了系統的動力消耗，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，因而具有較好的經濟性。
圖I為本發明提供的熔渣粒化及顯熱回收系統的第一種技術方案實施例的結構原理示意圖，其殼體底部為流化床布風板。圖2為本發明提供的熔渣粒化及顯熱回收系統的第一種技術方案另一實施例的 結構原理不意圖，其殼體底部為移動爐排，布風裝置包括風室和鼓風機。圖3為本發明提供的熔渣粒化及顯熱回收系統的第二種技術方案實施例的結構原理示意圖，其殼體底部為移動爐排，移動爐排下的風室通過管道和氣固分離器與余熱鍋爐相連。圖4為本發明所提供的底部開有直線窄縫的漏包的俯視圖，其底部開有一條直線窄縫。圖5為本發明所提供的熔渣粒化方法的原理示意圖，其供渣器采用底部開有直線窄縫的漏包。圖6為本發明所提供的熔渣粒化方法的原理示意圖，其供渣器采用平底的溜渣槽。圖7為本發明所提供的熔渣粒化方法的原理示意圖，其采用多股高速水射流共同沖擊扁平帶狀熔渣流的同一較窄側面。圖中1 一殼體；2 —供渣器；3 —扁平帶狀熔渣流；4 一扁平帶狀熔渣流較窄側面；5 —聞壓泵；6 —噴嘴；7 —聞速水射流；8 —水冷壁；9 一流化床布風板；10 —移動爐排；11 一排渣口 ； 12-熱風排出口 ； 13-余熱鍋爐進風口 ； 14-余熱鍋爐；15-對流換熱管束；16-余熱鍋爐排風口 ；17 —引風機；18 —氣固分尚器；19 一洛斗；20 —移動床；21 —斜橋；22 —移動床進渣口 ；23 —移動床出渣口 ；24 —移動床換熱管束；25 —風室；26 —鼓風機；27—流化床床層；28_渣棉收集斗；29_進風口 ；30_漏包；31_溜渣槽；32_直線窄縫；33_閥門。
具體實施例方式下面結合附圖詳細描述本發明所提供的熔渣粒化及顯熱回收方法和采用所述方法的熔渣粒化及顯熱回收系統。本發明提供的一種熔渣粒化和顯熱回收的方法，該方法包括以下步驟I)使熔渣從供渣器流入殼體內，形成至少一股扁平帶狀熔渣流；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IMPa 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)高速水射流沖擊扁平帶狀熔渣流的較窄側面，射流穿過扁平帶狀熔渣流的相對的兩個較窄側面，將熔渣破碎為平均直徑大于零、小于IOmm的熔渣微團并飛散開；4)熔渣微團在下落過程中被水冷壁冷卻，同時加熱水冷壁內的工質，回收部分熔渣顯熱，最后落入流化床床層內或風冷的移動爐排上，然后被從外部進入的空氣繼續冷卻，最終凝固成形并從殼體下部的排渣口排出，完成熔渣的粒化，并獲得高溫熱風；5)將獲得的高溫熱風送入余熱鍋爐內，加熱對流換熱管束內工質回收熱量。對于一股扁平帶狀熔渣流，采用多股高速水射流共同沖擊扁平帶狀熔渣流的同一較窄側面；或者采用兩組高速水射流，分別沖擊扁平帶狀熔渣流相對的兩個較窄側面，每組高速水射流至少包含一股高速水射流。所述多股高速水射流相互平行，多股平行的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，在同一水平面上每隔3 20mm至少有一股高速水射流沖擊扁平帶狀熔渣流同一較窄側面。 該方法與水淬法相比，提高了水射流的壓力和速度，將射流壓力提高到IMPa 400MPa，使噴嘴6出口水射流速度至少為45m/s，大大提高了單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出口直徑。水的壓力越高，則射流的速度越高，達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，且熔渣的導熱系數較小，水與熔渣之間換熱量較小，在扁平帶狀熔渣流正面寬度有限的情況下，會有一部分水來不及蒸發，而從熔渣流中穿出，進一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，有利于熔渣的顯熱回收。圖I為實現所述方法的第一種技術方案實施例的結構原理不意圖，該系統包括殼體I、用于產生扁平帶狀熔渣流3的供渣器2、高壓泵5、布風裝置、熱風排出口 12、余熱鍋爐14、引風機17、氣固分離器18和至少一個噴嘴6，所述供渣器2設置在殼體I頂部；所述噴嘴6位于殼體內部，噴嘴出口指向扁平帶狀熔渣流3較窄側面4，噴嘴與所述高壓泵5相連；所述殼體I四周內壁布置有水冷壁8，殼體I底部為流化床布風板9，在殼體I下部設有排渣口 11 ;所述布風裝置設置在流化床布風板9下部，布風裝置包括風室25和鼓風機26，風室25通過管道與鼓風機26相連；所述的熱風排出口 12位于殼體I的中上部，通過管道與氣固分離器18進口相連，氣固分離器18出口與余熱鍋爐進風口 13通過管道相連；余熱鍋爐14內部布置有對流換熱管束15，所述引風機17與余熱鍋爐排風口 16相連。在該系統中，所述供渣器2為底部開有直線窄縫32的漏包30，熔渣通過平直窄縫流出可形成自由下落的扁平帶狀熔渣流3。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工質，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內加裝埋管受熱面后，可進一步增強換熱的效果，提高管內工質和流化氣流的溫度，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內升溫后的氣流可送到余熱鍋爐14回收熱量，為了減少進入余熱鍋爐14內的顆粒量，防止磨損對流換熱管束15，該系統在熱風排出口 12和余熱鍋爐進風口 13之間增加了氣固分離器18。圖2為實現所述方法的第一種技術方案的另一實施例的結構原理示意圖，該系統包括殼體I、用于產生扁平帶狀熔渣流3的供渣器2、高壓泵5、布風裝置、熱風排出口 12、余熱鍋爐14、引風機17和至少一個噴嘴6，所述供渣器2設置在殼體I頂部；所述噴嘴6位于殼體內部，噴嘴出口指向扁平帶狀熔渣流3較窄側面4，噴嘴與所述高壓泵5相連；所述殼體I四周內壁布置有水冷壁8，殼體I底部為移動爐排10，在殼體I下部設有排渣口 11 ；所述布風裝置設置在移動爐排10下部，布風裝置包括風室25和鼓風機26，風室25通過管道與鼓風機26相連，鼓風機26鼓出的氣體經風室的布風作用、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；所述的熱風排出口 12位于殼體I的中上部，通過管道與余熱鍋爐進風口 13相連；余熱鍋爐14內部布置有對流換熱管束15，所述引風機17與余熱鍋爐排風口 16相連。該系統沒有采用氣固分離器，如需要減少進入余熱鍋爐內的顆粒量，防止磨損對流換熱管束15，也可增加氣固分離器。
該實施例中的供渣器2為底部開有直線窄縫32的漏包30，熔渣通過平直窄縫流出可形成自由下落的扁平帶狀熔渣流3。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工質，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為實現所述方法的第二種技術方案實施例的結構原理示意圖，該系統包括殼體I、用于產生扁平帶狀熔渣流3的供渣器2、高壓泵5、風室25、進風口 29、余熱鍋爐14、弓丨風機17、氣固分離器18和至少一個噴嘴6,所述供洛器2設置在殼體I頂部；噴嘴6位于殼體內部，噴嘴出口指向扁平帶狀熔渣流3較窄側面4，噴嘴與高壓泵5相連；殼體I四周內壁布置有水冷壁8，殼體I底部設有移動爐排10，在殼體I下部設有排渣口 11 ;所述的進風口 29位于殼體I的中上部；所述風室25設置在移動爐排10下部，風室25通過管道與氣固分離器18進口相連，氣固分離器18出口與余熱鍋爐進風口 13通過管道相連；余熱鍋爐14內部布置有對流換熱管束15，余熱鍋爐14內部布置有對流換熱管束15，所述引風機17與余熱鍋爐排風口 16相連。氣流從進風口 29進入殼體，在引風機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，升溫后氣流進入風室，經氣固分離器送往余熱鍋爐回收熱量。該系統的供渣器2為底部開有直線窄縫32的漏包30，熔渣通過平直窄縫流出可形成自由下落的扁平帶狀熔渣流3。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工質，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。為了減少進入余熱鍋爐內的顆粒量，防止磨損對流換熱管束15，故該系統也采用了氣固分離器。由于從排渣口 11排出的粒化后的熔渣顆粒還具有較高的溫度，為了提高系統的經濟性，可將粒化后的熔渣顆粒送到移動床內繼續冷卻，因此，上述兩種技術方案中，所述系統還可包括一個渣粒冷卻系統，渣粒冷卻系統包括渣斗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排渣口 11下方，移動床20頂部開有進渣口 22，移動床20底部開有出渣口 23，移動床20內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的進渣口 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的進渣口22。渣粒冷卻系統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。當排渣口 11低于移動床20頂部時，可采用機械提升的方法將粒化后的熔渣顆粒輸送到移動床20頂部進入移動床20，這樣要比采用氣力輸送更為節能。由于在高速水射流7破碎熔渣的過程中會產生渣棉，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成團，因此不會象風淬過程中產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的可靠性。因此，在上述兩種技術方案中，所述系統在殼體I內壁上還可設有渣棉收集斗28，渣棉收集斗28位于噴嘴6斜下方。渣棉收集斗可以收納穿過熔渣流后剩余的水和被高速水射流夾帶來的帶水洛棉，使之不會落入殼體I下部且易于清理。 在上述兩種技術方案中，所采用的柱狀高速水射流7較之風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，在提高其壓力時，將有相當一部分機械能轉化為氣體內能，而水近乎不可壓縮，提高水的壓力比提高氣體的壓力要容易，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、沖擊力大，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，為此本發明采用令高速水射流7沖擊扁平帶狀熔渣流3較窄側面4、射流穿過扁平帶狀熔渣流3的相對的兩個較窄側面4的方式，高速水射流7可以在熔渣內穿行較長的距離，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，由此產生一個與速度差成正比的垂直于射流軸線的力，使經過射流兩側的熔渣受到劇烈的擾動，而射流兩側的熔渣流較薄，熔渣可以比較容易的被破碎并向兩側飛散開，因此本發明所提供的粒化方法能量有效利用率高，較為節能。在上述兩種技術方案中，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，有利于減少系統漏風，而破碎后的熔渣水平速度小，飛行距離較短，這都有利于設備的緊湊布置，非常適合在熔渣被破碎區域下方布置流化床或移動爐排10，便于在破碎后液態高爐渣下落區域四周布置水冷壁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，有助于保證設備安全和提高設備壽命。當熔渣流量增加，既可以采用提高噴嘴6出口高速水射流7速度的方法，也可以采用增加高速水射流7股數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。為了適應自由下落的熔渣流位置的偏移，可平移噴嘴6和調整噴射角度相適應，以使射流始終對準扁平熔渣流側面。可以將多個噴嘴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，根據需要來改變水平和豎直方向上噴射射流的噴嘴6的數量和位置。圖4所示為本發明所提供的一種底部開有直線窄縫32的漏包30的具體實施例，此為漏包30的俯視圖，其底部開口不是通常的圓形，而是長度大于其寬度的直線窄縫32，漏包30內的熔渣可通過直線窄縫32向下流出漏包30，形成扁平帶狀熔渣流3，直線窄縫32的數量可以不止一條，多條直線窄縫32既可以線性排布，也可以采用環向放射形排布。圖5所示為本發明所提供的熔渣粒化及顯熱回收系統的熔渣破碎部分一個具體實施例，圖中可見漏包30，其底部開有平直窄縫32，熔渣通過平直窄縫流出可形成自由下落的扁平帶狀熔渣流3，在扁平帶狀熔渣流3兩側各有一個與高壓泵5相連的噴嘴6，其噴出的高速水射流7分別沖擊扁平帶狀熔渣流3的相對的兩個較窄側面4，單股射流穿過扁平帶狀熔渣流3的相對的兩個較窄側面4，將熔渣破碎為熔渣微團向射流兩側飛出，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所示為本發明所提供的熔渣粒化及顯熱回收系統的熔渣破碎部分另一個具 體實施例，圖中可見平底的溜渣槽31，熔渣在溜渣槽31末端流出形成自由下落的扁平帶狀熔渣流3，在扁平帶狀熔渣流3 —側布置有一個與高壓泵5相連的噴嘴6，其噴出的高速水射流7沖擊扁平帶狀熔渣流3的一個較窄側面4，射流穿過扁平帶狀熔渣流3的相對的兩個較窄側面4，將熔渣破碎為熔渣微團向射流兩側飛出，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7所示為本發明所提供的熔渣粒化及顯熱回收系統的熔渣破碎部分另一個具體實施例，圖中可見平底的溜渣槽31，熔渣在溜渣槽31末端流出形成自由下落的扁平帶狀熔渣流3，在扁平帶狀熔渣流3 —側布置有六個與高壓泵5相連的噴嘴6，每個噴嘴6都由一個閥門33控制，每兩個噴嘴6為一組位于同一高度上，自上而下共有三組噴嘴，六個閥門33全開時，可產生六股高速水射流7共同沖擊扁平帶狀熔渣流3的一個較窄側面4，射流穿過扁平帶狀熔渣流3的相對的兩個較窄側面4。六股高速水射流可以平行，也可以彼此錯開一定角度，但都應滿足穿過扁平帶狀熔渣流3的相對的兩個較窄側面4的要求，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，高速水射流7平行時同一高度的高速水射流相距3 20mm。本實施例適合扁平帶狀熔渣流3厚度較厚、單股射流破碎效果較差的情況，圖中僅為示意，可以根據扁平帶狀熔渣流3厚度和熔渣流量的增加程度，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，另外也可分別用多股高速水射流7同時沖擊扁平帶狀熔渣流3的相對的兩個較窄側面4。通過控制高壓泵5和閥門33，可調整同時工作的噴嘴的數量和位置，也可通過調整高壓水的壓力以改變噴嘴出口水的流速來適應熔渣流量的變化。
權利要求
1.一種熔渣粒化和顯熱回收的方法，其特征在于其包括以下步驟 1)使熔渣從供渣器流入殼體內，形成至少一股扁平帶狀熔渣流； 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IMPa 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)高速水射流沖擊扁平帶狀熔渣流的較窄側面，射流穿過扁平帶狀熔渣流的相對的兩個較窄側面，將熔渣破碎為平均直徑大于零、小于IOmm的熔渣微團并飛散開； 4)熔渣微團在下落過程中被水冷壁冷卻，同時加熱水冷壁內的工質，回收部分熔渣顯熱，最后落入流化床床層內或風冷的移動爐排上，然后被從外部進入的空氣繼續冷卻，最終凝固成形并從殼體下部的排渣口排出，完成熔渣的粒化，并獲得高溫熱風； 5)將獲得的高溫熱風送入余熱鍋爐內，加熱對流換熱管束內工質回收熱量。
2.根據權利要求I所述的熔渣粒化和顯熱回收方法，其特征在于對于一股扁平帶狀熔渣流，采用多股高速水射流共同沖擊扁平帶狀熔渣流的同一較窄側面；或者采用兩組高速水射流，分別沖擊扁平帶狀熔渣流相對的兩個較窄側面，每組高速水射流至少包含一股高速水射流。
3.根據權利要求2所述的熔渣粒化和顯熱回收方法，其特征在于所述多股高速水射流相互平行，多股平行的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，在同一水平面上每隔3 20mm至少有一股高速水射流沖擊扁平帶狀熔渣流同一較窄側面。
4.實現權利要求I所述方法的一種熔渣粒化和顯熱回收系統，其特征在于所述系統包括殼體(I)、用于產生扁平帶狀熔渣流(3)的供渣器(2)、高壓泵(5)、布風裝置、熱風排出口(12)、余熱鍋爐(14)、引風機(17)和至少一個噴嘴(6)，所述供渣器(2)設置在殼體(I)頂部；所述噴嘴(6)位于殼體內部，噴嘴出口指向扁平帶狀熔渣流(3)較窄側面(4)，噴嘴與所述高壓泵(5)相連；所述殼體(I)四周內壁布置有水冷壁(8)，殼體(I)底部為流化床布風板(9 )或移動爐排(10 )，在殼體(I)下部設有排渣口( 11);所述布風裝置設置在流化床布風板(9 )或移動爐排(10 )下部，布風裝置包括風室(25 )和鼓風機(26 )，風室(25 )通過管道與鼓風機(26)相連；所述熱風排出口(12)位于殼體(I)的中上部，通過管道與余熱鍋爐進風口(13)相連；余熱鍋爐(14)內部布置有對流換熱管束(15)，所述引風機(17)與余熱鍋爐排風口(16)相連。
5.根據權利要求4所述的一種熔渣粒化和顯熱回收系統，其特征在于在所述熱風排出口(12)與余熱鍋爐(14)之間設有氣固分離器(18)，氣固分離器(18)的進口與熱風排出口(12)通過管道相連，氣固分離器(18)的出口與余熱鍋爐進風口(13)通過管道相連。
6.實現權利要求I所述方法的一種熔渣粒化和顯熱回收系統，其特征在于所述系統包括殼體(I)、用于產生扁平帶狀熔渣流(3)的供渣器(2)、高壓泵(5)、風室(25)、進風口(29)、余熱鍋爐(14)、引風機(17)和至少一個噴嘴(6)，所述供渣器(2)設置在殼體(I)頂部；噴嘴(6)位于殼體內部，噴嘴出口指向扁平帶狀熔渣流(3)較窄側面(4)，噴嘴與高壓泵(5 )相連；殼體(I)四周內壁布置有水冷壁(8 )，殼體(I)底部設有移動爐排(10 )，在殼體(I)下部設有排渣口(11);所述的進風口(29)位于殼體(I)的中上部；所述風室(25)設置在移動爐排(10)下部，風室(25)通過管道與余熱鍋爐進風口( 13)相連；余熱鍋爐(14)內部布置有對流換熱管束(15 )，所述的弓I風機(17 )與余熱鍋爐排風口( 16 )相連。
7.根據權利要求6所述的一種熔渣粒化和顯熱回收系統，其特征在于所述系統在風室(25)與余熱鍋爐(14)之間設有氣固分離器(18)，氣固分離器(18)進口通過管道與風室(25)通過管道相連，氣固分離器(18)出口與余熱鍋爐進風口( 13)通過管道相連。
8.根據權利要求4或6所述的一種熔渣粒化和顯熱回收系統，其特征在于所述供渣器(2)為底部開有直線窄縫(32 )的漏包(30)或平底的溜渣槽(31)。
9.根據權利要求4或6所述的一種熔渣粒化和顯熱回收系統，其特征在于所述系統還包括一個渣粒冷卻系統，渣粒冷卻系統包括渣斗(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)排渣口(11)下方，移動床(20)頂部開有進渣口(22)，移動床(20)底部開有出渣口(23)，移動床(20)內部有移動床換熱管束(24)。
10.根據權利要求4或6所述的一種熔渣粒化和顯熱回收系統，其特征在于在所述殼體(I)內壁上設有渣棉收集斗(28 )，渣棉收集斗(28 )位于噴嘴(6 )斜下方。
全文摘要
一種熔渣粒化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。該方法將水加壓并使其從噴嘴噴出，形成柱狀高速水射流，沖擊自由下落的扁平帶狀熔渣流較窄側面，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或風冷的移動爐排上被從外部進入的空氣冷卻后完全凝固，完成粒化并獲得熱風，流化床或移動爐排處獲得的熱風送到余熱鍋爐處回收熱量；將流化床或移動爐排輸出的粒化后熔渣顆粒送入移動床進一步回收顯熱。本發明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C21B3/06GK102864252SQ201210339309
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者張衍國, 杜濱, 王友才, 李清海, 蒙愛紅 申請人:清華大學