专利名称：一种熔渣粒化和显热回收的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种熔渣粒化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°C到1500°C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(I)耗水量大，目前常见的水淬法所采用的水射流压力一般在O. 2MPa O. 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I吨左右；(2)产生大量的H2S和SOx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，即将液态高炉渣粒化。因此液态高炉渣的粒化包括两个方面，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粒化和显热回收方法，按液态高炉渣的粒化原理划分，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、粒化液态高炉渣，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将液态高炉渣粒化，虽然不需要造粒风机这样的高耗能设备，粒化渣的粒径分布也较均匀，但是在高温下高速旋转的粒化装置的可靠性较差，加之粒化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，降低粒化的效果，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。熔渣的粒化对于熔渣处理 和显热回收具有重要意义，而粒化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粒化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粒化和显热回收方法及系统。本发明所提供的熔渣粒化和显热回收方法包括以下步骤I)使熔渣从供渣器流入壳体内，形成至少一股扁平带状熔渣流；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IMPa 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)高速水射流冲击扁平带状熔渣流的较窄侧面，射流穿过扁平带状熔渣流的相对的两个较窄侧面，将熔渣破碎为平均直径大于零、小于IOmm的熔渣微团并飞散开；4)熔渣微团在下落过程中被水冷壁冷却，同时加热水冷壁内的工质，回收部分熔渣显热，最后落入流化床床层内或风冷的移动炉排上，然后被从外部进入的空气继续冷却，最终凝固成形并从壳体下部的排渣口排出，完成熔渣的粒化，并获得高温热风；5)将获得的高温热风送入余热锅炉内，加热对流换热管束内工质回收热量。本发明的上述技术特征还在于对于一股扁平带状熔渣流，采用多股高速水射流共同冲击扁平带状熔渣流的同一较窄侧面；或者采用两组高速水射流，分别冲击扁平带状熔渣流相对的两个较窄侧面，每组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竖直方向的多个水平面上，在同一水平面上每隔3 20mm至少有一股高速水射流冲击扁平带状熔渣流同一较窄侧面。本发明提供的一种实现前述方法的熔渣粒化和显热回收系统，该系统包括壳体、用于产生扁平带状熔渣流的供渣器、高压泵、布风装置、热风排出口、余热锅炉、引风机和至少一个喷嘴，所述供渣器设置在壳体顶部；所述喷嘴位于壳体内部，喷嘴出口指向扁平带状熔渣流较窄侧面，喷嘴与所述高压泵相连；所述壳体四周内壁布置有水冷壁，壳体底部为流化床布风板或移动炉排，在壳体下部设有排渣口 ；所述布风装置设置在流化床布风板或移动炉排下部，布风装置包括风室和鼓风机，风室通过管道与鼓风机相连；所述的热风排出口位于壳体的中上部，通过管道与余热锅炉进风口相连；余热锅炉内部布置有对流换热管束，所述引风机与余热锅炉排风口相连。该技术方案还可在热风排出口与余热锅炉之间设有气固分离器，气固分离器的进口与热风排出口通过管道相连，气固分离器的出口与余热锅炉进风口通过管道相连。本发明还提供了另一种实现所述方法的熔渣粒化和显热回收系统，其包括壳体、用于产生扁平带状熔渣流的供渣器、高压泵、风室、进风口、余热锅炉、引风机和至少一个喷嘴，所述供渣器设置在壳体顶部；喷嘴位于壳体内部，喷嘴出口指向扁平带状熔渣流较窄侧面，喷嘴与高压泵相连；壳体四周内壁布置有水冷壁，壳体底部设有移动炉排，在壳体下部设有排渣口 ；所述的进风口位于壳体的中上部；所述风室设置在移动炉排下部，风室通过管道与余热锅炉进风口相连；余热锅炉内部布置有对流换热管束，所述的引风机与余热锅炉排风口相连。该技术方案还可在风室与余热锅炉之间设有气固分离器，气固分离器进口通过管道与风室25通过管道相连，气固分离器出口与余热锅炉进风口通过管道相连。在前述两种熔渣粒化和显热回收系统中，所述供渣器为底部开有直线窄缝的漏包或平底的溜渣槽。在前述两种熔渣粒化和显热回收系统中，所述系统还包括一个渣粒冷却系统，渣粒冷却系统包括渣斗、移动床、用于将渣斗提升至移动床顶部的斜桥或吊车，渣斗位于壳体 排渣口下方，移动床顶部开有进渣口，移动床底部开有出渣口，移动床内部有移动床换热管束。在前述两种熔渣粒化和显热回收系统中，在所述壳体内壁上设有渣棉收集斗，渣棉收集斗位于喷嘴斜下方。本发明与现有技术相比具有以下优点①相比风淬法动力消耗大的缺点，首先，本发明充分利用了高速水射流冲击力强、穿透效果好的特点，高速水射流在扁平带状熔渣流内穿行距离较长，能量交换充分，液态熔渣破碎效果好，能量利用率高，相应的降低了系统能耗；其次，由于水可压缩性较小，在获得高速水射流过程中的能量损耗相应减小；此外，采用移动床冷却粒化后的熔渣颗粒无需风机等动力设备，可相应降低系统能耗，当壳体排渣口低于移动床进渣口时，采用机械提升的方法将粒化后的熔渣颗粒转移到移动床顶部也可降低系统能耗。②相比风淬法和离心法，本发明所采用的高速水射流的管路、喷枪、高压泵等设备体积较小，而破碎后的熔洛微团水平速度小，水平飞行距离较短，这都有利于减小整个设备的体积和占地面积；同时，高速水射流发生装置控制较为方便，可通过增加高速水射流股数或提高高压泵输出的水的压力来适应液态高炉渣量的增加，相比调节风速、风量或调整转盘转速，其调节效果要好得多。③相比离心法，也由于采用本发明后，破碎后的熔渣微团水平速度小，水平飞行距离较短，壳体内布置的水冷壁局部位置也不会受到高温的高炉渣的高速撞击，有助于保证设备安全和提高设备寿命。④相比风淬法和离心法，本发明渣棉生成量较少，且渣棉因带水而相互纠结成团，因此不会象风淬或离心破碎过程中产生的渣棉那样四处飘荡，而会在高速水射流作用下集中落于特定位置，便于集中清理也减小了污染，提高了系统的可靠性。⑤相比水淬法，高速水射流水耗量极低，可节约大量的水资源，同时有利于保持熔渣显热的品质，有利于熔渣的显热回收。
⑥相比目前主流的水淬法，本发明采用了水冷壁、流化床、移动炉排、移动床、余热锅炉等余热回收设备，可以最大限度的回收熔渣的显热并保持显热资源的品质，同时又尽量降低系统的动力消耗，具有较好的热经济性。⑦相比风淬法和离心法中所采用的显热回收方法，本发明根据熔渣粒化过程中的物相变化，有针对性的采用了相应的显热回收设备，既满足了熔渣急冷处理的要求，也有效避免了破碎后熔渣的二次粘结，还降低了系统的动力消耗，并且在充分回收熔渣的显热的同时最大限度的保证显热资源的品质，因而具有较好的经济性。
图I为本发明提供的熔渣粒化及显热回收系统的第一种技术方案实施例的结构原理示意图，其壳体底部为流化床布风板。图2为本发明提供的熔渣粒化及显热回收系统的第一种技术方案另一实施例的 结构原理不意图，其壳体底部为移动炉排，布风装置包括风室和鼓风机。图3为本发明提供的熔渣粒化及显热回收系统的第二种技术方案实施例的结构原理示意图，其壳体底部为移动炉排，移动炉排下的风室通过管道和气固分离器与余热锅炉相连。图4为本发明所提供的底部开有直线窄缝的漏包的俯视图，其底部开有一条直线窄缝。图5为本发明所提供的熔渣粒化方法的原理示意图，其供渣器采用底部开有直线窄缝的漏包。图6为本发明所提供的熔渣粒化方法的原理示意图，其供渣器采用平底的溜渣槽。图7为本发明所提供的熔渣粒化方法的原理示意图，其采用多股高速水射流共同冲击扁平带状熔渣流的同一较窄侧面。图中1 一壳体；2 —供渣器；3 —扁平带状熔渣流；4 一扁平带状熔渣流较窄侧面；5 —闻压泵；6 —喷嘴；7 —闻速水射流；8 —水冷壁；9 一流化床布风板；10 —移动炉排；11 一排渣口 ； 12-热风排出口 ； 13-余热锅炉进风口 ； 14-余热锅炉；15-对流换热管束；16-余热锅炉排风口 ；17 —引风机；18 —气固分尚器；19 一洛斗；20 —移动床；21 —斜桥；22 —移动床进渣口 ；23 —移动床出渣口 ；24 —移动床换热管束；25 —风室；26 —鼓风机；27—流化床床层；28_渣棉收集斗；29_进风口 ；30_漏包；31_溜渣槽；32_直线窄缝；33_阀门。
具体实施例方式下面结合附图详细描述本发明所提供的熔渣粒化及显热回收方法和采用所述方法的熔渣粒化及显热回收系统。本发明提供的一种熔渣粒化和显热回收的方法，该方法包括以下步骤I)使熔渣从供渣器流入壳体内，形成至少一股扁平带状熔渣流；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IMPa 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)高速水射流冲击扁平带状熔渣流的较窄侧面，射流穿过扁平带状熔渣流的相对的两个较窄侧面，将熔渣破碎为平均直径大于零、小于IOmm的熔渣微团并飞散开；4)熔渣微团在下落过程中被水冷壁冷却，同时加热水冷壁内的工质，回收部分熔渣显热，最后落入流化床床层内或风冷的移动炉排上，然后被从外部进入的空气继续冷却，最终凝固成形并从壳体下部的排渣口排出，完成熔渣的粒化，并获得高温热风；5)将获得的高温热风送入余热锅炉内，加热对流换热管束内工质回收热量。对于一股扁平带状熔渣流，采用多股高速水射流共同冲击扁平带状熔渣流的同一较窄侧面；或者采用两组高速水射流，分别冲击扁平带状熔渣流相对的两个较窄侧面，每组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竖直方向的多个水平面上，在同一水平面上每隔3 20mm至少有一股高速水射流冲击扁平带状熔渣流同一较窄侧面。 该方法与水淬法相比，提高了水射流的压力和速度，将射流压力提高到IMPa 400MPa，使喷嘴6出口水射流速度至少为45m/s，大大提高了单位水量所具有的动能，增强了射流的冲击破碎能力，增强了水射流和熔渣流之间动量交换的效果，这样只需消耗较少的水量就可以满足熔渣破碎的需要，为此需要减小喷嘴6出口直径。水的压力越高，则射流的速度越高，达到同样的破碎效果所消耗的水越少，如将水加压到70MPa，破碎吨渣的水耗量约在IOOkg以下，所以采用高速水射流7后可以大大减少水的耗量。较少的水参与破碎过程，熔渣破碎后可以保持较高的温度，不会使余热品质下降过多，又由于射流速度高，水与熔渣接触时间短，且熔渣的导热系数较小，水与熔渣之间换热量较小，在扁平带状熔渣流正面宽度有限的情况下，会有一部分水来不及蒸发，而从熔渣流中穿出，进一步减少了熔渣在破碎过程中的热量损失。这有利于保持熔渣显热的品质，有利于熔渣的显热回收。图I为实现所述方法的第一种技术方案实施例的结构原理不意图，该系统包括壳体I、用于产生扁平带状熔渣流3的供渣器2、高压泵5、布风装置、热风排出口 12、余热锅炉14、引风机17、气固分离器18和至少一个喷嘴6，所述供渣器2设置在壳体I顶部；所述喷嘴6位于壳体内部，喷嘴出口指向扁平带状熔渣流3较窄侧面4，喷嘴与所述高压泵5相连；所述壳体I四周内壁布置有水冷壁8，壳体I底部为流化床布风板9，在壳体I下部设有排渣口 11 ;所述布风装置设置在流化床布风板9下部，布风装置包括风室25和鼓风机26，风室25通过管道与鼓风机26相连；所述的热风排出口 12位于壳体I的中上部，通过管道与气固分离器18进口相连，气固分离器18出口与余热锅炉进风口 13通过管道相连；余热锅炉14内部布置有对流换热管束15，所述引风机17与余热锅炉排风口 16相连。在该系统中，所述供渣器2为底部开有直线窄缝32的漏包30，熔渣通过平直窄缝流出可形成自由下落的扁平带状熔渣流3。破碎后的熔渣在下落过程中，水冷壁8可以吸收其辐射热以加热工质，破碎后的熔渣还可与气流换热，使气流升温，加速熔渣微团表面的固化。如熔渣微团落在流化床床层27中，剧烈翻滚的床层和流化床较好的换热效果可以避免凝固中的高炉渣微团相互粘结在一起，又可以快速冷却高炉渣微团，尤其在流化床床层27内加装埋管受热面后，可进一步增强换热的效果，提高管内工质和流化气流的温度，既有利于熔渣的急冷凝固，也有利于熔渣显热的回收。在流化床床层27内升温后的气流可送到余热锅炉14回收热量，为了减少进入余热锅炉14内的颗粒量，防止磨损对流换热管束15，该系统在热风排出口 12和余热锅炉进风口 13之间增加了气固分离器18。图2为实现所述方法的第一种技术方案的另一实施例的结构原理示意图，该系统包括壳体I、用于产生扁平带状熔渣流3的供渣器2、高压泵5、布风装置、热风排出口 12、余热锅炉14、引风机17和至少一个喷嘴6，所述供渣器2设置在壳体I顶部；所述喷嘴6位于壳体内部，喷嘴出口指向扁平带状熔渣流3较窄侧面4，喷嘴与所述高压泵5相连；所述壳体I四周内壁布置有水冷壁8，壳体I底部为移动炉排10，在壳体I下部设有排渣口 11 ；所述布风装置设置在移动炉排10下部，布风装置包括风室25和鼓风机26，风室25通过管道与鼓风机26相连，鼓风机26鼓出的气体经风室的布风作用、自下而上均匀的穿过移动炉排冷却落于其上的凝固中的熔渣微团；所述的热风排出口 12位于壳体I的中上部，通过管道与余热锅炉进风口 13相连；余热锅炉14内部布置有对流换热管束15，所述引风机17与余热锅炉排风口 16相连。该系统没有采用气固分离器，如需要减少进入余热锅炉内的颗粒量，防止磨损对流换热管束15，也可增加气固分离器。
该实施例中的供渣器2为底部开有直线窄缝32的漏包30，熔渣通过平直窄缝流出可形成自由下落的扁平带状熔渣流3。同样，破碎后的熔渣在下落过程中，水冷壁8可以吸收其辐射热以加热工质，破碎后的熔渣还可与气流换热，使气流升温，加速熔渣微团表面的固化，采用移动炉排承接破碎后的熔渣也是为了在防止凝固中的熔渣微团相互粘结的同时，令气流穿过移动炉排快速冷却凝固中的熔渣微团。在移动炉排处升温后的气流可送到余热锅炉回收热量。图3为实现所述方法的第二种技术方案实施例的结构原理示意图，该系统包括壳体I、用于产生扁平带状熔渣流3的供渣器2、高压泵5、风室25、进风口 29、余热锅炉14、弓丨风机17、气固分离器18和至少一个喷嘴6,所述供洛器2设置在壳体I顶部；喷嘴6位于壳体内部，喷嘴出口指向扁平带状熔渣流3较窄侧面4，喷嘴与高压泵5相连；壳体I四周内壁布置有水冷壁8，壳体I底部设有移动炉排10，在壳体I下部设有排渣口 11 ;所述的进风口 29位于壳体I的中上部；所述风室25设置在移动炉排10下部，风室25通过管道与气固分离器18进口相连，气固分离器18出口与余热锅炉进风口 13通过管道相连；余热锅炉14内部布置有对流换热管束15，余热锅炉14内部布置有对流换热管束15，所述引风机17与余热锅炉排风口 16相连。气流从进风口 29进入壳体，在引风机17的作用下向下流动穿过移动炉排，冷却落在移动炉排上的凝固中的熔渣微团，升温后气流进入风室，经气固分离器送往余热锅炉回收热量。该系统的供渣器2为底部开有直线窄缝32的漏包30，熔渣通过平直窄缝流出可形成自由下落的扁平带状熔渣流3。同样，破碎后的熔渣在下落过程中，水冷壁8可以吸收其辐射热以加热工质，破碎后的熔渣还可与气流换热，使气流升温，加速熔渣微团表面的固化，采用移动炉排承接破碎后的熔渣也是为了在防止凝固中的熔渣微团相互粘结的同时，令气流穿过移动炉排快速冷却凝固中的熔渣微团。在移动炉排处升温后的气流可送到余热锅炉回收热量。为了减少进入余热锅炉内的颗粒量，防止磨损对流换热管束15，故该系统也采用了气固分离器。由于从排渣口 11排出的粒化后的熔渣颗粒还具有较高的温度，为了提高系统的经济性，可将粒化后的熔渣颗粒送到移动床内继续冷却，因此，上述两种技术方案中，所述系统还可包括一个渣粒冷却系统，渣粒冷却系统包括渣斗19、移动床20、用于将渣斗19提升至移动床20顶部的斜桥21或吊车，渣斗19位于壳体I排渣口 11下方，移动床20顶部开有进渣口 22，移动床20底部开有出渣口 23，移动床20内部有移动床换热管束24。渣斗19可以在移动床20顶部倾倒，将高炉渣颗粒倒入移动床20的进渣口 22 ;或者渣斗19底部有门，则在移动床20顶部时，可打开其底部的门，将高炉渣颗粒倒入移动床20的进渣口22。渣粒冷却系统采用移动床可以获得较长的热交换时间，其能耗也比采用流化床冷却低很多。当排渣口 11低于移动床20顶部时，可采用机械提升的方法将粒化后的熔渣颗粒输送到移动床20顶部进入移动床20，这样要比采用气力输送更为节能。由于在高速水射流7破碎熔渣的过程中会产生渣棉，但是由于其与水接触面积小，渣棉生成量较少，且渣棉因带水而相互纠结成团，因此不会象风淬过程中产生的渣棉那样四处飘荡，而会在高速水射流作用下集中落于特定位置，便于集中清理，污染较小也提高了系统的可靠性。因此，在上述两种技术方案中，所述系统在壳体I内壁上还可设有渣棉收集斗28，渣棉收集斗28位于喷嘴6斜下方。渣棉收集斗可以收纳穿过熔渣流后剩余的水和被高速水射流夹带来的带水洛棉，使之不会落入壳体I下部且易于清理。 在上述两种技术方案中，所采用的柱状高速水射流7较之风淬法的高速气流具有更高的密度，且其扩散角较小，可以在较长的射流距离上保持较高的速度，而高速气流速度衰减则要快的多，因此高速水射流比高速气流具有更强和更持久的冲击力。也由于气体的可压缩性，在提高其压力时，将有相当一部分机械能转化为气体内能，而水近乎不可压缩，提高水的压力比提高气体的压力要容易，能量损失较小。高速水射流7的单股射流流量小、射流直径小、冲击力大，对熔渣的穿透力强，如果采用如类似水淬法破碎熔渣的方式，即喷嘴6轴线垂直于溜渣槽的末端，射流方向与溜渣槽内熔渣流动方向相同，则高速水射流7在熔渣流上作用面积小、在熔渣中穿行距离短，动量和动能交换不充分，其穿过熔渣流后的余速损失较大，为此本发明采用令高速水射流7冲击扁平带状熔渣流3较窄侧面4、射流穿过扁平带状熔渣流3的相对的两个较窄侧面4的方式，高速水射流7可以在熔渣内穿行较长的距离，水和熔渣间的动量和动能交换比较充分，由于高速水射流7与熔渣流之间存在着极大的速度差，由此产生一个与速度差成正比的垂直于射流轴线的力，使经过射流两侧的熔渣受到剧烈的扰动，而射流两侧的熔渣流较薄，熔渣可以比较容易的被破碎并向两侧飞散开，因此本发明所提供的粒化方法能量有效利用率高，较为节能。在上述两种技术方案中，高速水射流7的管路、喷嘴6等体积较小，非常紧凑，在壳体I上开孔较小，有利于减少系统漏风，而破碎后的熔渣水平速度小，飞行距离较短，这都有利于设备的紧凑布置，非常适合在熔渣被破碎区域下方布置流化床或移动炉排10，便于在破碎后液态高炉渣下落区域四周布置水冷壁8等辐射受热面，且水冷壁8局部不会受到高温的高炉渣的高速撞击，有助于保证设备安全和提高设备寿命。当熔渣流量增加，既可以采用提高喷嘴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股数的方法来保证破碎的效果，还可以采用缩短喷嘴6与熔渣流之间距离的办法，运行控制快捷、简单、可靠。为了适应自由下落的熔渣流位置的偏移，可平移喷嘴6和调整喷射角度相适应，以使射流始终对准扁平熔渣流侧面。可以将多个喷嘴6组成纵横排布的喷嘴阵列，并通过阀门分别控制各个喷嘴6的工作状态，根据需要来改变水平和竖直方向上喷射射流的喷嘴6的数量和位置。图4所示为本发明所提供的一种底部开有直线窄缝32的漏包30的具体实施例，此为漏包30的俯视图，其底部开口不是通常的圆形，而是长度大于其宽度的直线窄缝32，漏包30内的熔渣可通过直线窄缝32向下流出漏包30，形成扁平带状熔渣流3，直线窄缝32的数量可以不止一条，多条直线窄缝32既可以线性排布，也可以采用环向放射形排布。图5所示为本发明所提供的熔渣粒化及显热回收系统的熔渣破碎部分一个具体实施例，图中可见漏包30，其底部开有平直窄缝32，熔渣通过平直窄缝流出可形成自由下落的扁平带状熔渣流3，在扁平带状熔渣流3两侧各有一个与高压泵5相连的喷嘴6，其喷出的高速水射流7分别冲击扁平带状熔渣流3的相对的两个较窄侧面4，单股射流穿过扁平带状熔渣流3的相对的两个较窄侧面4，将熔渣破碎为熔渣微团向射流两侧飞出，如此则高速水射流7可在熔渣流中穿行较长距离，能量交换比较充分，射流余速损失小。图6所示为本发明所提供的熔渣粒化及显热回收系统的熔渣破碎部分另一个具 体实施例，图中可见平底的溜渣槽31，熔渣在溜渣槽31末端流出形成自由下落的扁平带状熔渣流3，在扁平带状熔渣流3 —侧布置有一个与高压泵5相连的喷嘴6，其喷出的高速水射流7冲击扁平带状熔渣流3的一个较窄侧面4，射流穿过扁平带状熔渣流3的相对的两个较窄侧面4，将熔渣破碎为熔渣微团向射流两侧飞出，如此则高速水射流7可在熔渣流中穿行较长距离，能量交换比较充分，射流余速损失小。图7所示为本发明所提供的熔渣粒化及显热回收系统的熔渣破碎部分另一个具体实施例，图中可见平底的溜渣槽31，熔渣在溜渣槽31末端流出形成自由下落的扁平带状熔渣流3，在扁平带状熔渣流3 —侧布置有六个与高压泵5相连的喷嘴6，每个喷嘴6都由一个阀门33控制，每两个喷嘴6为一组位于同一高度上，自上而下共有三组喷嘴，六个阀门33全开时，可产生六股高速水射流7共同冲击扁平带状熔渣流3的一个较窄侧面4，射流穿过扁平带状熔渣流3的相对的两个较窄侧面4。六股高速水射流可以平行，也可以彼此错开一定角度，但都应满足穿过扁平带状熔渣流3的相对的两个较窄侧面4的要求，如此则高速水射流7可在熔渣流中穿行较长距离，能量交换比较充分，射流余速损失小，高速水射流7平行时同一高度的高速水射流相距3 20mm。本实施例适合扁平带状熔渣流3厚度较厚、单股射流破碎效果较差的情况，图中仅为示意，可以根据扁平带状熔渣流3厚度和熔渣流量的增加程度，在同一高度布置更多的喷嘴，同时也可自上而下布置更多组喷嘴，使更多的高速水射流7同时冲击破碎熔渣流，另外也可分别用多股高速水射流7同时冲击扁平带状熔渣流3的相对的两个较窄侧面4。通过控制高压泵5和阀门33，可调整同时工作的喷嘴的数量和位置，也可通过调整高压水的压力以改变喷嘴出口水的流速来适应熔渣流量的变化。
权利要求
1.一种熔渣粒化和显热回收的方法，其特征在于其包括以下步骤 1)使熔渣从供渣器流入壳体内，形成至少一股扁平带状熔渣流； 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IMPa 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)高速水射流冲击扁平带状熔渣流的较窄侧面，射流穿过扁平带状熔渣流的相对的两个较窄侧面，将熔渣破碎为平均直径大于零、小于IOmm的熔渣微团并飞散开； 4)熔渣微团在下落过程中被水冷壁冷却，同时加热水冷壁内的工质，回收部分熔渣显热，最后落入流化床床层内或风冷的移动炉排上，然后被从外部进入的空气继续冷却，最终凝固成形并从壳体下部的排渣口排出，完成熔渣的粒化，并获得高温热风； 5)将获得的高温热风送入余热锅炉内，加热对流换热管束内工质回收热量。
2.根据权利要求I所述的熔渣粒化和显热回收方法，其特征在于对于一股扁平带状熔渣流，采用多股高速水射流共同冲击扁平带状熔渣流的同一较窄侧面；或者采用两组高速水射流，分别冲击扁平带状熔渣流相对的两个较窄侧面，每组高速水射流至少包含一股高速水射流。
3.根据权利要求2所述的熔渣粒化和显热回收方法，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竖直方向的多个水平面上，在同一水平面上每隔3 20mm至少有一股高速水射流冲击扁平带状熔渣流同一较窄侧面。
4.实现权利要求I所述方法的一种熔渣粒化和显热回收系统，其特征在于所述系统包括壳体(I)、用于产生扁平带状熔渣流(3)的供渣器(2)、高压泵(5)、布风装置、热风排出口(12)、余热锅炉(14)、引风机(17)和至少一个喷嘴(6)，所述供渣器(2)设置在壳体(I)顶部；所述喷嘴(6)位于壳体内部，喷嘴出口指向扁平带状熔渣流(3)较窄侧面(4)，喷嘴与所述高压泵(5)相连；所述壳体(I)四周内壁布置有水冷壁(8)，壳体(I)底部为流化床布风板(9 )或移动炉排(10 )，在壳体(I)下部设有排渣口( 11);所述布风装置设置在流化床布风板(9 )或移动炉排(10 )下部，布风装置包括风室(25 )和鼓风机(26 )，风室(25 )通过管道与鼓风机(26)相连；所述热风排出口(12)位于壳体(I)的中上部，通过管道与余热锅炉进风口(13)相连；余热锅炉(14)内部布置有对流换热管束(15)，所述引风机(17)与余热锅炉排风口(16)相连。
5.根据权利要求4所述的一种熔渣粒化和显热回收系统，其特征在于在所述热风排出口(12)与余热锅炉(14)之间设有气固分离器(18)，气固分离器(18)的进口与热风排出口(12)通过管道相连，气固分离器(18)的出口与余热锅炉进风口(13)通过管道相连。
6.实现权利要求I所述方法的一种熔渣粒化和显热回收系统，其特征在于所述系统包括壳体(I)、用于产生扁平带状熔渣流(3)的供渣器(2)、高压泵(5)、风室(25)、进风口(29)、余热锅炉(14)、引风机(17)和至少一个喷嘴(6)，所述供渣器(2)设置在壳体(I)顶部；喷嘴(6)位于壳体内部，喷嘴出口指向扁平带状熔渣流(3)较窄侧面(4)，喷嘴与高压泵(5 )相连；壳体(I)四周内壁布置有水冷壁(8 )，壳体(I)底部设有移动炉排(10 )，在壳体(I)下部设有排渣口(11);所述的进风口(29)位于壳体(I)的中上部；所述风室(25)设置在移动炉排(10)下部，风室(25)通过管道与余热锅炉进风口( 13)相连；余热锅炉(14)内部布置有对流换热管束(15 )，所述的弓I风机(17 )与余热锅炉排风口( 16 )相连。
7.根据权利要求6所述的一种熔渣粒化和显热回收系统，其特征在于所述系统在风室(25)与余热锅炉(14)之间设有气固分离器(18)，气固分离器(18)进口通过管道与风室(25)通过管道相连，气固分离器(18)出口与余热锅炉进风口( 13)通过管道相连。
8.根据权利要求4或6所述的一种熔渣粒化和显热回收系统，其特征在于所述供渣器(2)为底部开有直线窄缝(32 )的漏包(30)或平底的溜渣槽(31)。
9.根据权利要求4或6所述的一种熔渣粒化和显热回收系统，其特征在于所述系统还包括一个渣粒冷却系统，渣粒冷却系统包括渣斗(19)、移动床(20)、用于将渣斗(19)提升至移动床(20)顶部的斜桥(21)或吊车，渣斗(19)位于壳体(I)排渣口(11)下方，移动床(20)顶部开有进渣口(22)，移动床(20)底部开有出渣口(23)，移动床(20)内部有移动床换热管束(24)。
10.根据权利要求4或6所述的一种熔渣粒化和显热回收系统，其特征在于在所述壳体(I)内壁上设有渣棉收集斗(28 )，渣棉收集斗(28 )位于喷嘴(6 )斜下方。
全文摘要
一种熔渣粒化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。该方法将水加压并使其从喷嘴喷出，形成柱状高速水射流，冲击自由下落的扁平带状熔渣流较窄侧面，将熔渣击碎，破碎后熔渣在下落过程中被水冷壁冷却并回收部分显热；之后落到流化床床层内或风冷的移动炉排上被从外部进入的空气冷却后完全凝固，完成粒化并获得热风，流化床或移动炉排处获得的热风送到余热锅炉处回收热量；将流化床或移动炉排输出的粒化后熔渣颗粒送入移动床进一步回收显热。本发明采用高速水射流破碎熔渣，其破碎和飞散的效果好，渣棉生成量小，渣棉带水易于处理，其运行能耗和水耗低，利于熔渣显热的回收。
文档编号C21B3/06GK102864252SQ201210339309
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月13日 优先权日2012年9月13日
发明者张衍国, 杜滨, 王友才, 李清海, 蒙爱红 申请人:清华大学