锅炉汽水循环法渣处理工艺的制作方法

本发明属于冶金渣处理过程，二次能源回收技术，具体涉及一种冶金液态炉渣处理热能回收利用的工艺及装置。

背景技术：

炼铁、炼钢过程中产生大量的冶金渣，这些渣中带有大量的显热。根据我国炼铁高炉、炼钢转炉生产实际统计每炼一吨铁约产生280-400kg/t的高炉渣，每炼一吨钢约产生120-150kg/t的钢渣，这些渣中含有大量的显热。根据资料介绍每公斤高炉渣焓值约1797.4KJ/kg，每公斤钢渣焓值约为2000KJ/kg。如果标准煤按29260KJ/kg计算，则每炼一吨生铁产生的渣的显热约相当于20kg标准煤，则每炼一吨钢产生的渣的显热约相当于8kg标准煤，根据焦炭与标煤折算系数0.9714公斤，则相当于20.5kg和8.2kg的焦炭。

根据统计数据2013年我国粗钢产量按6.8亿吨计算，则每年因高炉渣带走热相当于1360万吨标准煤，钢渣带走热相当于544万吨标准煤，相当于1400万吨和560万吨的焦炭，如每座焦炉年产量按100万吨计算，我国每年因炉渣带走的热相当于19.6座焦炉的年产量，焦炭价格按1200元/t计算相当于235.2亿元。

另外我国每年还产生大量的其它工业炉渣。如每年约产生5000-8000万吨铁合金炉渣，3000万吨/t的磷酸渣，等等。

目前全国来看冶金渣热能利用率极低，所谓的利用就是北方企业冬季用高炉热的渣水进行冬季取暖，由于受到供热区域、流量等条件的限制，以及渣水含有大量的碱性物质对泵及管道腐蚀等因素，渣热能利用率极低。而且春、夏、秋三个季节不能使用，大量热的渣水无法排除，影响生产、作业环境。因此渣的显热回收利用是十分重要的课题，值得认真研究。

目前国内外炉渣显热利用的研究不少，方法也很多。在密闭容器中利用水的汽化及过热过程带走渣热的理论是本人国内外首次提出的，尽管目前专利市场也有不少类似该原理、方法的专利，但都是一种侵权行为。申请号200710157873申请了一种《高炉渣处理及渣热能利用方法及实施装置》；申请号200810229364申请了一种《蒸汽循环法高炉渣热能利用及渣处理实施装置》，该二个专利其核心都是利用水的汽化及过热过程冷却渣，靠密闭容器水淬产生蒸汽，所不同的是二种方法工艺过程、装置有差异，产生的蒸汽性质不同。

新的锅炉汽水循环法渣处理工艺采用全新的渣处理理论和工艺方法，该工艺将蒸汽法渣处理理论与锅炉汽水循环换热理论相结合，将锅炉汽水循环工艺的部分工艺及设备引用到蒸汽法渣处理工艺中，引进了锅炉的蒸发器、过热器、汽包、蓄热器、冷凝器等装置，利用冷凝器的冷凝过程实现系统水-蒸汽的闭路循环，解决了蒸汽循环法渣处理工艺中蒸汽风机循环困难的问题。该工艺靠高温水闭路循环进行渣处理，利用了水的汽化过程吸热，直接输出蒸汽，靠蒸汽带走渣显热，实现渣热的全利用，该方法融合了锅炉换热理论及上述二个专利的渣处理方法，形成又一新的渣处理工艺方法及装置，新的渣处理方法主要从以下几个 方面进行改进的：

一是采用全新的渣处理理论和工艺方法，该工艺将蒸汽法渣处理理论与锅炉汽水循环换热理论相结合，将锅炉汽水循环原理及部分设备引用到蒸汽法渣处理工艺中，循环利用水的汽化、冷凝过程，利用冷凝过程实现系统水-蒸汽的闭路循环，解决了蒸汽循环法渣处理工艺中蒸汽风机循环困难的问题，直接输出蒸汽，靠蒸汽带走渣显热，实现渣热的全利用，热效率高；二是采用高温水、汽闭路循环冷却渣，原有的蒸汽循环法渣处理工艺采用的是蒸汽闭路循环，靠风机循环蒸汽十分困难，由于蒸汽品位低，因此换热热效率低，新的渣处理方法靠渣先机械粒化加喷水、汽冷却渣，直接产生饱和和过热蒸汽，蒸汽再经过蓄热器(或汽包)、过热器、锅炉或发电装置、冷凝器冷凝成高温水，再通过水泵循环冷凝水，靠水反复汽化及蒸汽过热过程带走渣的显热，靠蒸汽的反复冷凝成水后进行再循环。进一步的说水淬渣的水主要是高温水、饱和水或汽，渣水淬温度一般大于60℃，渣水淬过程主要是利用水汽化及过热过程带走渣热，换热后直接产生饱和或过热蒸汽输出，蒸汽温度一般大于100℃，而现有的渣处理方法尽管也产生蒸汽，也部分利用了水汽化过程，但渣处理理论主要是建立在水冷基础上的，大量的热进入水中，靠水带走渣热，因此该方法与现有水淬法、蒸汽循环法渣处理不同。锅炉汽水循环法渣处理工艺采用密闭循环，主要是靠水汽化及过热过程冷却渣，靠蒸汽带走渣热，因此该方法节水；三是渣处理汽水循环过程中设备上设置了蓄热器或汽包、蒸发器、过热器、冷凝器等新的装置，将锅炉的汽水循环理论应用到渣处理工艺中，将具有蓄热、存储功能的蓄热器或汽包引用到渣处理工艺中，利用蓄热器二次蒸发过程对蒸汽二次净化，利用蓄热器进行蒸汽的蓄热、存储，将发电系统常用的冷凝器引入到渣处理工艺中，将换热后的蒸汽经冷凝器冷凝成水后进行再循环；四是采用了蒸汽法，蒸发罐法渣处理的密闭渣处理方法，将渣处理过程放入密闭容器中进行，将于原有密闭空气、饱和蒸汽输出变为饱和蒸汽输出，将原来的蒸汽风机循环变为凝结水的水泵循环，使渣处理的汽水密闭循环变为可能，进而减少了环境污染；五是该渣处理装置及工艺既适用于机械粒化后喷水冷却，也适应于渣入水水淬粒化工艺，既适合泡渣工艺，也适合机械粒化后喷水、喷蒸汽工艺，既可以输出干渣，也可以输出水渣，装置原理简单适用性广，一套装置满足多种工艺需求；六是依然采用水冷渣，没有改变渣的性质，不影响后续利用；七是该工艺渣处理装置内的喷水水量、压力按工艺分段进行，即压力、流量根据工艺要求进行变化，既可以喷也可以停，既可以喷雾、喷蒸汽也可以只循环饱和水冷却，还可以喷水、喷雾、喷蒸汽、循环结合或交替进行，喷水、喷雾、喷蒸汽、循环根据工艺需要进行选取；八是渣处理装置和换热锅炉内根据需要采用了喷高温水及气爆法随时在线清灰，不影响正常生产，减少了用普通清洗水造成的锅炉降温，离线清灰影响作业的问题；九是节水、热效率高，系统采用了闭路循环系统循环，循环系统除散热损失、排渣热损失外几乎没有其它热损失，故节水、热效率高。

进一步的本人在蒸汽法及蒸汽循环法渣处理工艺中用的水是渣处理装置内盛的水或渣处理装置外喷的水或蒸汽，或者说是“水池”的水，而新的渣处理方法中增加了换热 锅炉，该锅炉可以是普通锅炉或低温介质锅炉，增加了具有凝汽、蓄热作用的凝汽器、蓄热器或汽包装置，增加了从锅炉、蓄热器二次回来冷却渣的饱和水或高温水的循环，利用了锅炉的汽水循环原理及装置将蒸汽凝结水后用水泵再循环，解决了蒸汽二次循环困难的问题，也就是说本装置在保留原有的“水池”水的冷却同时，又增加了从锅炉、蓄热器循环回来的凝结水的循环冷却渣过程，由于采用了蓄热器的二次蒸发、除尘过程，进而减少了蒸汽的含尘量及乏汽倾向，为蒸汽的后续利用创造了有利条件。

进一步的新的渣处理方法结合了现有干、湿渣处理工艺及锅炉汽水循环理论基础上研发的一种新的渣处理热利用工艺及设备，与现有的干、湿渣处理方法具有本质的区别，与本人先前提出的蒸汽法、蒸汽循环法有着重大改进。尽管新的锅炉汽水循环法渣处理工艺同样也包含了密闭装置内喷水、利用水汽化过程带走渣热过程，但是系统工艺采用的原理、工艺过程、装置结构、换热锅炉形式，以及蒸汽发电的结果都发生了大的变化，属于重大的结构、工艺改进，因此重新提出。

技术实现要素：

针对申请号200710157873申请了一种《高炉渣处理及渣热能利用方法及实施装置》、申请号200810229364申请了一种《蒸汽循环法高炉渣热能利用及渣处理实施装置》的不足，本发明提出一种新的炉渣处理及热能回收装置。新的锅炉汽水循环法渣处理工艺结合了现有干、湿渣处理工艺、技术特点，使渣处理过程完全在密闭容器中进行，利用了水汽化及过热过程吸热大的工艺原理，通过对渣处理装置内的机械粒化后的渣喷水产生蒸汽，或直接入水水淬(泡渣过程)产生蒸汽，蒸汽输送到蓄热器(或汽包)存储、净化、匀流，再到发电机或经锅炉换热后发电，发电或经锅炉换热后再到冷凝器冷凝成(高温)水，高温水再用水泵循环加压返回到渣处理装置中进一步冷却渣，该工艺循环利用了水的汽化及冷凝过程，靠蒸汽带走渣热，直接输出蒸汽，该方法将锅炉汽水循环原理应用到渣处理工艺中，将锅炉的蒸发器、过热器、汽包、蓄热器及发电系统的冷凝器引入渣处理过程中，利用冷凝器将蒸汽凝结成水后通过水泵进行再循环，将难以循环的蒸汽变为水进行循环，满足了闭路水循环冷却渣的工艺要求，该方法利用了蓄热器的蓄热、二次蒸发过程进行除尘、过滤及蒸汽存储，将渣处理装置产生的乏汽变为饱和汽或过热蒸汽输出。该方法采用了湿法渣处理的机械粒化+喷水(汽)冷却或入水泡渣冷却(泡渣法)过程，及蒸汽循环法渣处理的蒸汽密闭循环冷的工艺方法，将蒸汽循环法渣处理的蒸汽循环中的蒸汽冷凝成水后通过水泵再循环，实现了蒸汽、水闭路循环工艺要求，提高了热效率。

进一步的锅炉汽水循环法渣处理工艺将蒸汽循环法密闭渣处理方法嫁接到渣处理工艺当中，采用渣机械粒化、喷水冷却及高温水循环方式共同粒化冷却渣，主要靠饱和蒸汽和过热蒸汽带走渣热，该方法将锅炉的汽水循环理论应用到渣处理过程中，利用了蓄热器进行蒸汽蓄热、除尘净化、匀流，利用凝汽器将蒸汽凝结成水后进行再循环，采用换热锅炉换热或直接输出后发电，实现渣热的高效利用。

进一步的该方法渣处理采用了湿法渣处理的机械粒化+喷水(汽)冷却或入水泡渣冷却(泡渣法)过程，及蒸汽循环法渣处理的蒸汽密闭循环冷的工艺方法，采用喷水、喷蒸汽、喷汽水混合物单独或组合方式冷却渣，由于该工艺渣处理是在密闭容器内进行的，采用了变压力、流量进行渣处理，控制了喷水量，利用了水的汽化及过热过程，因此耗水量很低，产生蒸汽可直接带压输出。

具体的这里渣处理的喷水量、压力是变化的，既可以喷也可以停，即渣处理过程中的喷水采用了变压力、变流量进行渣处理，其喷水量、压力根据工艺需求自由选取。这里渣的喷水是泛指，是指单喷水、喷蒸汽、喷气、喷汽水混合物，以及其组合或混合物，同时也包括取消渣机械粒化装置，采用渣入水水淬过程冷却渣(即泡渣过程)。进一步的说，这里的水量、压力变化不单单是指冷却喷水，也包括循环水、冷凝水等。

进一步的本发明的方法主要是指渣的处理方法，其次是蒸汽换热及发电的方法，实现其方法采用了2个闭路循环换热过程，一是渣处理及换热的循环过程，二是换热发电循环过程，二个过程融合在一起组成了总工艺系统。

所述渣的渣处理换热过程，该过程将渣处理及渣换热过程放在密闭容器中进行，利用了水汽化过程吸热大的工艺原理，采用了高温水闭路循环冷却渣，主要靠水汽化及蒸汽过热过程带走渣热，蒸汽冷凝成水后再通过水泵再循环冷却渣，即靠水反复汽化及冷凝过热过程带走渣的显热，直接产生饱和蒸汽输出。所述换热及发电过程即蒸汽采用锅炉换热后发电或直接输出发电工艺，这里的锅炉包括普通换热锅炉、加热锅炉及低温介质换热锅炉，低温介质锅炉发电即低温介质朗科循环发电，其换热及发电方法主要是将锅炉的换热及发电工艺嵌入渣处理循环工艺当中，二个循环过程融合在一起组成了一个系统装置，利用发电的凝汽器产生的低温凝结水对锅炉换热后的蒸汽进入冷凝器进行二次降温，使蒸汽产生凝结，凝结水通过水泵进行再循环，使得换热及发电过程汽水闭路循环变为可能，实现渣余热的高效热利用。

锅炉汽水循环法渣处理工艺系统装置主要由中间罐、机械粒化装置、渣处理装置、蓄热器或汽包、换热循环泵、换热锅炉、冷凝器、发电机、凝汽器、发电循环泵、冷却循环系统、渣输入输出装置及自动控制系统等部分组成。其工艺流程如图1所示，图2、图3、图4是该发明下另3种结构变化形式。

如图2结构，该工艺结构取消了换热锅炉，蒸汽直接进入发电系统发电；如图4结构，该结构下为了提高冷凝水的冷凝效果，便于冷凝水沉淀净化，采用冷凝水开式循环工艺，该过程下锅炉换热后的蒸汽直接进入水池冷凝成水，渣处理用取水直接从水池经水泵输入。

如图3结构，该结构是采用泡渣工艺时的一种结构，此时取消机械粒化装置，渣处理装置下部盛水，下部相当于水池，渣采用倒渣直接入水方式水淬水冷，直接产生蒸汽输出，经蓄热器存储、匀流、过滤后变为饱和蒸汽输出，进入汽轮机发电，发电后的冷凝水再由水泵加压再返回到渣处理装置内继续冷却渣，进入再次循环过程。

进一步的，渣处理装置产生的蒸汽可根据需要采用换热锅炉二次加热，或返回 到渣处理装置中通过渣处理装置中另设置过热器，通过过热器的二次过热过程输出过热蒸汽(图上为避免杂乱，仅采用文字注出)，如图1、图2、图4结构，过热蒸汽输出可较大的提高发电效率。

进一步的，渣处理装置产生的蒸汽也可以根据需要不发电，蒸汽直接输出用于焦化废水处理、煤调湿、烧结料加温、物料解冻、海水淡化或汽拖等，此时的工艺过程除保留渣处理过程外其他可根据需要进行取舍。

具体的渣处理换热过程也可以理解为特殊的换热锅炉系统，其中渣处理装置相当于锅炉本体或锅炉的蒸发器，蓄热器相当于汽包，蓄热器与渣处理装置通过管道或水泵连接又形成一个锅炉本体与汽包的子回路，该子回路上的水泵、管道相当于锅炉的下降管、强制循环泵，蒸汽输出管相当于上升管。该回路的工作过程如下：渣处理装置产生的蒸汽经蓄热器降压、降温及二次蒸发净化过程，一部分变成饱和水，饱和水经过子回路水泵加压返回到渣处理装置进一步冷却渣，另一部分变成蒸汽，随着蒸汽、水的不断循环，最终体现在蓄热器的温度和压力的提高，待压力达到规定值时蒸汽调节阀打开，对外输出蒸汽，由于蓄热器是饱和水蒸发过程产生的蒸汽，此时产生的蒸汽为饱和蒸汽，输出的也是饱和蒸汽，该方式下想输出过热蒸汽时需要在渣处理装置上重新设置蒸汽过热器或者蒸汽经过换热锅炉二次加热可实现。

新的渣处理工艺方法完全融合了锅炉的换热理论及方法，可直接产生饱和或过热蒸汽输出，并根据需要选择发电工艺，既可以满足湿法渣处理也可以适用干法渣处理工艺，一个原理方法可演变成多种结构形式，本图上仅给出了4种主要变化结构，根据需要还可以衍生出更多种变化结构。

进一步的渣处理装置为渣处理系统的关键设备，其可以理解为广义的渣处理系统装置和狭义的罐体容器，其系统装置一般包括罐体、渣机械粒化装置及渣进出口密闭进出料装置，其结构可根据现场及工艺需要进行调整，可立式、卧式安装，可一个装置或几个装置并联组成的系统装置，其罐体容器可圆形、方型或多种几何体组合而成的罐，或2-3个罐的串并联的组合结构，其内部可根据使用要求增设换热流化床、固定床、除尘等结构装置，或安装过热器、高压水清洗、水冷壁、衬板等结构和装置，即罐并非简单的单罐体容器，可根据使用需求设置成一个组合结构装置；为了满足渣处理装置的进出渣要求，在罐的顶部及下部，安装有渣的进出料装置，该进出料装置可以是阀门、阀与罐共同组成的组合装置，或阀门与输送机等共同组成的系统装置；这里的中间罐为盛渣的罐体容器，通过中间罐满足储渣、匀流倒渣的目的；这里渣机械粒化装置为液态渣的机械粒化设备，通过该设备实现渣粒化，该设备可以是盘式、轮式等机械粒化装置，该渣粒化装置的粒化轮体部分一般布置在渣处理装置的内部，便于渣粒化后直接进入换热床换热，提高换热效率，也可布置在渣处理装置的外部，渣通过溜槽或罐按批次输入换热床内换热，当采用泡渣法渣处理时该装置可取消；蓄热器是市场常见蓄热器的改进结构，安装在渣处理装置蒸汽输出口部位，起到蓄热、存储、 除尘作用，该蓄热器也可安装在渣处理装置上部，与渣处理装置设计成一体，成为渣处理装置结构的一个部分，这里蓄热器功用类似锅炉的汽包，故其也可以用汽包代替，这里的蓄热器功能也可以通过改进的除尘器实现，故蓄热器可与除尘器结合成一个组合装置；这里的循环水泵一般指加压水泵，或其它的水、汽加压循环设备，满足汽水循环为目的；余热锅炉为普通换热锅炉、加热锅炉或低温介质换热锅炉，该锅炉一般根据工艺要求应设置灰尘高压清洗或气爆等清灰装置；所述冷凝器为现发电及锅炉常用的冷凝器，其近似凝汽器，本系统图叫冷凝器主要是为了区分发电系统的凝汽器，冷凝器放在锅炉蒸汽的出口部位，起到使蒸汽进一步冷凝，以及冷凝水储存、排污作用，本系统设置冷凝器的目的就是利用低温水将换热后的蒸汽、水进一步冷凝成水后便于水泵再循环，所述冷凝器也可以采用蒸汽经管道直接进入水池冷却，即用冷却水池代替冷凝器的结构；这里的发电装置可以是螺杆发电机或汽轮发电机；这里的凝汽器是蒸汽的进一步冷凝场所，该凝汽器是现发电系统常用的凝汽结构装置；这里的发电循环泵是普通水泵，本系统图叫发电循环泵主要是为了区分前面的循环水泵，满足水或低温液态介质循环作用；这里的水冷却系统是当汽轮机采用水循环冷却时用的一种结构，当汽轮机凝汽器采用风冷时该系统可用风冷系统所代替；这里过热器是为实现蒸汽过热而添加的，当蒸汽不需要过热时装置可取消。

进一步的系统设备上采用了蓄热器(汽包)、过热器、换热锅炉、冷凝器、凝汽器及冷却水换热系统等新的装置，将锅炉的汽水循环理论应用到渣处理工艺中，将具有蓄热、存储、除尘功能的蓄热器，将换热锅炉、冷凝器、凝汽器锅炉、发电等设备装置应用到渣处理热利用过程中，利用蓄热器对蒸汽进行除尘、存储，利用蓄热器二次蒸发过程对蒸汽二次净化，利用冷凝器、凝汽器将水蒸汽冷凝成水，进行再循环，采用锅炉换热或蒸汽直接输出发电。

具体的渣处理过程的喷水水量、循环水量、工作压力按工艺需求进行选取，即压力、流量根据工艺要求进行变化，既可以喷也可以停，可以喷雾、喷蒸汽也可以只循环高温水冷却渣，还可以喷水、喷雾、喷蒸汽、循环结合或交替进行，喷水、喷雾、喷蒸汽、循环根据工艺需要进行选取。

具体的新的渣处理装置同时适用于湿法、干法渣处理工艺，一般情况下采用出干渣工艺，当采用出渣温度大于该压力状态下饱和水的温度时，此时出干渣；当渣处理装置出渣温度设置低于100℃时，即喷了过量的水，此时出渣为水渣，此时装置还应考虑出水问题；当采用泡渣法渣处理工艺时，出渣为水渣。

具体的新的渣处理方法输出的一般是饱和蒸汽，当渣处理装置内设置过热器，蒸汽再经过过热器二次加热，或锅炉内蒸汽采用二次加热时，此时渣处理装置也可输出过热蒸汽；当采用图4结构方式时，即开式循环，冷凝器可根据需要取消，换热后的汽水混合物直接进入水池冷凝，冷凝后的水经水泵循环冷却渣，该方式下虽然损失了部分热量，但有污水沉淀净化时间，便于降尘。

本发明优点是：将锅炉的汽水循环原理应用到渣处理热利用工艺当中，使渣处理过程完全在密闭容器中进行，利用了水汽化及过热过程吸热大的工艺原理，通过对渣处理装置内的机械粒化后的渣喷水产生蒸汽，蒸汽输送到蓄热器、锅炉换热冷凝成水，再用水泵循环进行冷却渣，该方法将锅炉的汽包或蓄热器及发电的冷凝器、凝汽器引入渣处理过程中，利用凝汽器将蒸汽凝结成水后通过水泵进行再循环，将难以循环的蒸汽变为水进行循环，满足了闭路水循环冷却渣的工艺要求，采用锅炉换热或蒸汽直接输出发电，提高了热效率，为冶金渣余热利用开辟了新的途径，实现了冶金渣余热的全利用。该方法与传统的湿法、干法渣处理无论从原理、设备、工艺都具有实质性的差别。

进一步说优点是：

比风冷：以重庆大学、东北大学、NKK公司、俄罗斯RU2018494专利为代表的渣热能利用方法，都是采用的先破碎渣，而后用空气为载体带走渣热，经锅炉换热实现渣热能利用，这些方法可以理解为风冷型。

我们知道常压下水的比热4.2kJ/kg，200-900℃时过热蒸汽的比热1.98-2.3kJ/kg.℃左右，而常温时空气密度1.292kg/m3，在工作温度下(200-900℃)空气的平均比热约1.37KJ/kg.℃，密度0.505kg/m3，从数据上看单位质量下空气吸热少。而锅炉汽水循环法主要是靠水冷却渣，固态水与空气的密度差别很大，也就是说循环水和循环空气的动力消耗差别极大，同时锅炉汽水循环法主要是利用汽化过程吸热，由于二种冷却介质的比热、体积量、循环压力、汽化热存在差别，导致循环动力消耗量、换热容器的体积量、设备大小等都有很大差别。因此锅炉汽水循环法渣处理较风冷法具有工艺流程短、换热快、热效率高、投资省等优点。同时风冷法冷却空气比热值小、气态循环，造成循环风量很大，风机功率大，锅炉大、自耗电高，运营成本高。而锅炉汽水循环法渣处理采用低品质蒸汽直接发电，或将低品质蒸汽经过锅炉二次加热或经低温介质锅炉换成高品质蒸汽进行发电，其循环全部采用闭路循环，理论上除系统散热及排渣损失外几乎没有其它热损失，故热利用率高，经计算渣处理部分热利用率85％，采用低品质蒸汽直接发电总热效率12％-17％左右。整个渣处理及循环系统没有大的功率消耗，主要耗电为水泵等，自耗电少，发电总效率高。

比水冷：现有的拉萨法、INBA法、轮法、明特法、冲渣法等靠水淬水吸热使渣冷却，可以理解为水冷型。前面算过一个大气压下1kg的水汽化吸热是1kg25℃的水变成100℃水吸热的7.17倍，1kg25℃的水变成0.5Mpa152℃饱和蒸汽吸收的热是25℃的水变成100℃吸收热的8.7倍，传统的渣处理工艺采用的是水淬水冷工艺，大量的热全部进入水中，耗水量必然大，经实际测算吨铁耗水为3000-4000kg左右；采用渣水换热方式发电，循环水泵功率需要量较大；水池大，散热也大；高炉进换热器渣水温度一般在85℃左右，出换热器水温度在50℃左右，可利用的温差范围小，同时有一部分高温渣水不能参与循环，因此换热效率低，经实际统计换热效率仅在3-4％左右。新的渣处理方法采用的是蒸汽-水循环，循环利用水的汽化及过热过程冷却渣，耗水很低，经计算吨铁耗水仅为200-250kg左右，节水率93％，而且采 用闭路循环，热损失很小，如果不考虑系统散热及排渣热损失的话，其热利用发电效率只有发电机的效率问题，故发电效率高。新的渣处理方法节水同时实现渣余热利用，无环境污染，因此该方法节水、节能、环保。

进一步的锅炉汽水循环法既可以满足生产水渣方式，同时还可以满足生产干渣方式，既可以产生饱和蒸汽也可以产生过热蒸汽，一套工艺装置满足多种生产工艺需求；渣依然采用水淬渣，渣的性质没有改变，对渣的后续利用没有影响。

进一步说优点是能耗低：现有的渣处理方法用水量大，水量大必然造成水泵输水、循环及冷却等电机功率成倍数加大，锅炉汽水循环法渣处理的蒸汽循环主要是靠自身憋压，压差循环的，水泵仅起辅助循环作用，水泵运行功率很小，其节能效果十分明显。

进一步说优点是运行成本低：锅炉汽水循环法渣处理工艺生产上除耗一定水外，很少有其它原材料成本消耗，而耗水量与现有的湿式渣处理方法降低了很多，具有明显的节水效果；而人工成本与现有沉淀池法的人工成本差别不大；设备可自行设计、制作、安装，设备总投资不大，因此从总运营成本上看新的渣处理方法与现有的渣处理运营费用差别不大，即新的渣处理方法在实现渣处理及热利用的情况下其运营成本与现有的湿法渣处理总运营成本增加不多。

进一步说优点是：锅炉汽水循环法渣处理可直接产生饱和蒸汽输出，采用锅炉换热或直接输出发电，发电效率高。其核心设备渣处理装置、蓄热器、换热锅炉等，工艺设备简单，发电技术成熟；其核心设备渣处理装置是焊接结构件，加工制造容易，蓄热器及换热锅炉市场应用普遍；渣处理过程采用密闭容器内进行，采用水、汽为冷却介质，取材容易，无环境污染；系统热损失主要都是散热损失和排渣热损失，只要做好系统保温，其散热损失低于锅炉系统散热损失，故热效率高。

进一步说优点是免除了现有的渣处理方法对周围设备的腐蚀和对大气造成的污染：现有的渣处理方法中，产生的渣水部分外排，同时水与红渣直接接触产生大量含碱性物资的蒸汽及大量的CO2气体，这些气体同时夹杂着二氧化硫、硫化氢等有害物质，自由排放对大气污染及附近设备造成腐蚀；而锅炉汽水循环法渣处理工艺蒸汽完全控制在一个封闭的系统里，系统采用防腐处理，凝结水循环利用，排污可入水池沉淀后再利用，几乎没有外排水、汽，没有环境污染，非常适合当前节能减排形势。

进一步说优点是为提取渣铁创造条件：该渣处理设备装置采用的是罐式容器，在渣处理后的渣输出过程中采用磁选提取渣铁方便容易。

附图说明

图1锅炉汽水循环法渣处理工艺流程示意图。

图2是该发明下取消换热锅炉后的工艺流程示意图。

图3是该发明下采用泡渣法渣处理工艺的示意图。

图4是该发明下的渣处理循环水采用开放式的一种结构形式。该结构下蒸汽经锅炉换热 后经冷凝器冷凝后直接排空，或不经过凝汽器冷凝直接进入水池冷凝，冷凝水与水池水混合后再经水泵循环冷却渣。

下面结合附图和具体实施方式进行进一步对本发明进行阐述。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，锅炉汽水循环法渣处理工艺及装置主要由中间罐1、机械粒化装置2、渣处理装置3、蓄热器5、换热循环泵6、换热锅炉7、冷凝器8、汽轮机9、凝汽器10、发电循环泵11、冷却塔12、水池13，冷却水循环泵14、子循环泵15、渣输入输出装置4及自动控制系统等部分组成。

工艺过程综述：

锅炉汽水循环法渣处理工艺其方法主要包含二项内容，一是渣处理方法，即渣处理及渣的换热过程，该方法是项目的核心，二是蒸汽换热与发电方法，实现其方法采用了2个闭路循环换热过程，一是渣处理及换热的循环过程，二是换热发电循环过程，二个过程融合在一起组成了总工艺系统。

该工艺的渣处理过程是将渣放在密闭容器中进行渣处理、渣换热，该过程利用了水汽化过程吸热大的工艺原理，采用渣喷高温水、喷蒸汽或汽水混合物及入水过程冷却渣，直接产生饱和或过热蒸汽输出，蒸汽再经过蓄热器存储、过滤后再到换热锅炉换热，到冷凝器冷凝成水，再通过水泵循环水循环冷却渣的一种新的渣处理工艺，该工艺循环利用了水的汽化及过热过程，采用密闭汽-水循环工艺，利用了锅炉汽水循环的工艺原理，将锅炉的换热、冷却、循环原理应用到渣处理过程中，引入了锅炉发电系统常用的蒸发器、过热器、汽包、蓄热器、冷凝器等系统装置，直接产生蒸汽输出，实现了渣处理及直接换热过程，直接输出蒸汽为后续热利用创造了有利条件。

该工艺图1中采用了锅炉换热后发电工艺，该工艺也可以根据蒸汽品质及需要采用多种变化结构，如图2、图3、图4结构。

具体的工作过程是：

渣处理过程：

当采用机械粒化工艺时。高炉来的红液渣经渣沟或渣罐流入、倒入中间罐，液渣经中间罐进入机械粒化装置进行机械粒化，粒化及下落过程中经喷水、喷汽、喷汽水混合物来冷却渣，产生蒸汽，蒸汽穿过粒化渣料层进一步换热冷却渣，变为饱和和过热蒸汽，换热后的蒸汽经过内部的除尘结构除尘后输送到外部的蓄热器，经蓄热器存储、匀流、过滤后变为饱和蒸汽输出，或不经过蓄热器，产生的过热蒸汽直接到换热锅炉换热，经过锅炉换热、降温、降压过程后大部分蒸汽被冷凝成水，少部分没有冷凝的蒸汽进入冷凝器进一步降温冷凝成水，存储在冷凝器的下部，经水泵加压再返回到渣处理装置内继续冷却渣，进入再次循环过程，锅炉换热后产生的蒸汽输出，发电或其它热利用。

当采用泡渣工艺时，即图3结构。此时取消机械粒化装置，渣处理装置下部盛水，下部 相当于水池，渣采用倒渣直接入水方式水淬水冷，直接产生蒸汽输出，经蓄热器存储、匀流、过滤后变为饱和蒸汽输出，进入发电装置发电，发电后的冷凝水再由水泵加压再返回到渣处理装置内继续冷却渣，进入再次循环过程。

这里渣处理装置产生的蒸汽，可根据工艺不同产生的蒸汽品质不同及工艺需要，采用经过锅炉换热或不经过换热方式进入发电系统发电。如图2结构，该工艺结构取消了换热锅炉，蒸汽直接进入发电系统发电；如图4结构，该结构下为了提高冷凝水的冷凝效果，便于冷凝水沉淀净化，采用冷凝水开式循环工艺，该过程下锅炉换热后的蒸汽直接进入水池冷凝成水，渣处理用取水直接从水池经水泵输入。

进一步的，新的渣处理工艺装置有蓄热器一般产生的是饱和蒸汽，其产生蒸汽的压力大小主要取决于装置的密封能力，一般压力要求越大越好，也可以根据需要输出过热蒸汽，当在换热锅炉内采用二次加热过程或返回到渣处理装置中通过渣处理装置中另设置过热器，通过过热器的二次过热过程，则输出过热蒸汽(图上为避免杂乱，仅采用文字注出)。

这里，渣处理装置产生的蒸汽也可以根据需要不发电，蒸汽直接输出用于焦化废水处理、煤调湿、烧结料加温、物料解冻、海水淡化或汽拖等，此时的工艺过程除保留渣处理过程外其他都可取消，图上未注出。

具体的渣处理换热过程也可以理解为特殊的换热锅炉系统，其中渣处理装置相当于锅炉本体或锅炉的蒸发器，蓄热器相当于汽包，蓄热器与渣处理装置通过管道或水泵连接又形成一个锅炉本体与汽包的子回路，该子回路上的水泵、管道相当于锅炉的下降管、强制循环泵，蒸汽输出管相当于上升管。该回路的工作过程如下：渣处理装置产生的蒸汽经蓄热器降压、降温及二次蒸发净化过程，一部分变成饱和水，饱和水经过子回路水泵加压返回到渣处理装置进一步冷却渣，另一部分变成蒸汽，随着蒸汽、水的不断循环，最终体现在蓄热器的温度和压力的提高，待压力达到规定值时蒸汽调节阀打开，对外输出蒸汽，由于蓄热器是饱和水蒸发过程产生的蒸汽，此时产生的蒸汽为饱和蒸汽，输出的也是饱和蒸汽，该方式下想输出过热蒸汽时需要在渣处理装置上重新设置蒸汽过热器或者蒸汽经过换热锅炉二次加热方可实现。

新的渣处理工艺方法完全融合了锅炉的换热理论及方法，可直接产生饱和或过热蒸汽输出，并根据需要选择发电工艺，既可以满足湿法渣处理也可以适用干法渣处理工艺，一个原理方法可演变成多种工艺结构，本图上仅给出了4种主要变化结构，根据需要还可以衍生出其它多种变化结构。

具体的换热过程：这里的换热采用了二个过程，一个是加水从该进水水温到汽化及过热过程吸热，一个是循环高温水或饱和水的汽化及过热过程吸热，二个吸热过程主要都是在利用水的汽化过程，即主要是靠水汽化及过热过程冷却渣。普通管壳式换热锅炉采用的是传导换热，换热速率慢，产生蒸汽质量好，本工艺换热方式采用的是渣水直接对流换热，换热速率高，产生的蒸汽脏。该换热过程是：渣经机械粒化装置进行机械粒化，粒化及下落过程中 喷水冷却渣，产生蒸汽，蒸汽穿过料层，靠穿过料层进一步冷却渣，进一步实现换热及过热过程，由于该工艺采用直接换热方式，产生的蒸汽脏，即使除尘后也不适合直接发电，只能采用蓄热器的二次蒸发过程或锅炉二次换热后进行发电。由于该方法利用了锅炉的循环、蒸发、换热理论，引用了锅炉上常用的蓄热器、汽包、冷凝器、循环水泵等装置，以及采用了蒸汽循环法的换热理论，将发电工艺嵌入渣处理热利用工艺当中，因此该方法叫锅炉汽水循环法渣处理工艺，或者叫做汽水循环法渣处理工艺，等等。

循环过程：这里从渣处理装置到蓄热器、换热锅炉蒸汽循环主要是靠系统自身憋压运行的，类似蒸汽锅炉，压力由高到低端，由于渣处理装置内有热渣产生蒸汽，锅炉或汽轮机内蒸汽凝结，渣处理装置的压力始终高于蓄热器、换热锅炉、汽轮机，形成了从渣处理装置到蓄热器、换热锅炉、汽轮机的自然循环过程；从汽轮机、锅炉、蓄热器到渣处理装置的高温水、饱和水循环靠水泵加压实现，水泵需要克服的循环阻力即为渣处理装置到锅炉或蓄热器间的压力差，由于压力差较小，所以水泵功率需求较小。

发电过程：

渣处理装置产生的低温饱和或过热蒸汽靠压力循环进入换热锅炉或到发电系统直接发电，其锅炉根据需要可采用普通换热锅炉、加热锅炉或低温有机工质换热锅炉，发电做功后的汽、液态的水在凝汽器中等压冷却至液态，液体水再经水泵等熵压缩返回到锅炉蒸发器内继续换热，如此循环往复作功输出电能。

具体的渣处理过程渣的喷水量是按工艺要求严格控制的，即根据喷水量的大小不同实现输出蒸汽是饱和蒸汽，还是过热蒸汽，输出渣是干渣，还是水渣。当渣处理装置的喷水量较少，即进渣放热量大于进水汽化后该压力状态下的饱和蒸汽吸热量时，此时输出蒸汽为过热蒸汽，产生渣为干渣；当渣处理装置的喷水量较大，此时输出蒸汽可为饱和蒸汽或乏汽，产生渣可为干渣或水渣，当渣处理装置出渣温度大于在该压力状态下饱和蒸汽的温度，一般大于100℃时，此时出渣为干渣，否则为水渣，渣处理装置产生的蒸汽进入蓄热器后变为饱和蒸汽输出。

进一步的渣处理装置喷水水量、压力按工艺分段进行，即压力、流量根据工艺要求进行变化，既可以喷也可以停，可以喷雾、喷蒸汽也可以只循环水，还可以喷水、喷雾、喷蒸汽、循环结合或交替进行，喷水、喷雾、喷蒸汽、循环根据工艺需要进行选取。

进一步的循环水量是由系统工艺参数决定的，与渣流量、排渣温度、输出蒸汽流量有关，生产上该水泵可采用变频控制，通过变频控制满足水泵水量变化的需求。

进一步的该渣处理装置也可以采用下面存放一定量的水，靠渣入水水淬产生蒸汽，即所谓的泡渣法渣处理工艺，此时产生的是饱和蒸汽，输出渣为水渣，如图3结构。

进一步的渣处理装置布置可根据需要布置在高炉附近，或布置在高炉较远位置，当渣处理装置布置在高炉较远场地时，渣要经罐车等装置运输到渣处理场，再经罐车倾倒装置倒入中间罐中进行渣处理。

进一步的生产上的渣处理装置一般采用2个以上并联配置，该配置方式类似于高炉送热风的热风炉，通过3-4个热风炉并联配置及单个间歇性的工作制度满足高炉送风连续性工作要求，新的渣处理装置设置蓄热器，通过蓄热器实现蒸汽的连续性输出，同时该方式也满足多个高炉同时进行渣处理工艺要求，当系统采用多罐布置方式时，罐的工作方式是一般是一罐进渣、一罐工作、一罐出渣、一罐备用(即为4罐工作方式，多罐方式图上未注出)，单罐的具体实施方式同上，不再复述。