一种高炉渣处理焦化污水的方法及装置与流程

本发明属于焦化污水处理和熔融炉渣显热回收利用领域，尤其涉及钢铁、有色冶金行业中的焦化污水处理和熔融高炉渣显热回收利用方法及装置。

背景技术：

焦化污水是煤制焦炭，煤气净化及焦化产品回收过程中产生的高浓度有机污水。焦化污水主要污染物质有：COD、BOD、氰化物、氨氮、悬浮物、苯酚及苯系化合物等。污水中含有数十种无机和有机化合物，其中无机化合物主要是大量铵盐、硫、硫化物、氰化物等；有机化合物除酚外，还有联苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机污染物。

目前，国内焦化污水处理一般包括一级物化处理和生化处理。污水经过厌氧、好氧等生化处理过程后，残余的有机物结构复杂，微生物难以再降解，导致生化系统出水的COD和色度超标。所以焦化污水一般都需要进行深度处理，深度处理方法一般有采用化学氧化法、混凝法和吸附法。化学氧化法一次投资和运行费用均较高，应用难度较大；混凝法深度处理除了一些专用混凝剂外，其他混凝剂对色度和COD的去除效果较差；吸附法可以通过吸附剂特有的结构吸附去除污水中的一些显色有机物，目前研究最多的吸附剂为活性炭，但是活性炭再生困难，导致成本较高，难以推广。

熔融高炉渣是高炉炼铁的副产品，其排出温度为1400～1600℃，热焓约为标准煤60kg/t(渣)。目前钢铁企业普遍采用水淬法处理高炉渣，这些水淬法不仅冲渣水耗高、显热没有有效地回收利用，而且还对环境造成污染。

高炉渣主要成分为CaO、MgO、FeO、Fe₂O₃、SiO₂、P₂O₅、Al₂O₃、MnO等，经过水淬处理后的高炉渣，具有微小孔隙和较大的比表面积，有一定的吸附能力。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高炉渣处理焦化污水的方法及装置，有效的脱除焦化污水中的污染物质，高效地回收高炉渣的高温显热，减少其处理过程中对环境造成的污染，而且处理后的焦化污水满足排放标准。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种高炉渣处理焦化污水的装置，包括渣沟、干馏室、混合气管道、烧嘴、烟囱、焚烧室、雾化器、固定床、立磨、径向热管换热器，干馏室上部、渣沟、高炉依次相连；干馏室上部、混合气管道、烧嘴相连；干馏室侧面、雾化器、焦化污水管道、升压泵、预处理室依次相连接；干馏室下部、固定床、立磨连接依次连接；烧嘴、焚烧室、高温烟气管道、径向热管换热器、烟囱依次相连；预热空气管道一端与固定床连接，另一端与烧嘴相连接。

所述的固定床内置导向板。

所述的干馏室沿圆周均布6个雾化器。

所述的立磨与预处理室相连接。

所述的固定床与鼓风机相连接。

一种高炉渣处理焦化污水的方法，高温熔融高炉渣从渣沟流入干馏室，预处理后的焦化污水经雾化器雾化后喷入干馏室，在高温熔融高炉渣作用下干馏，生成的混合气体在焚烧室内和预热空气燃烧，高温烟气由余热锅炉回收余热后，经烟囱排放；该方法依次经过三次余热回收，熔融高炉渣显热得到充分回收及利用；焦化污水经过预处理、干馏和焚烧后，满足排放标准；

具体包括以下步骤：

1)温度1450～1550℃的熔融高炉渣从高炉流出，经渣沟流入干馏室，在转速为1800～2000转/分钟的离心作用下破碎成直径为2～4mm的液滴，同时与从干馏室侧面均布的雾化器雾化的焦化污水进行凝固换热后，形成750～850℃的高温渣粒，完成第一次热量交换；

2)750～850℃的高温渣粒导入固定床，鼓风机鼓出的常温空气从固定床底部鼓入，和750～850℃的高温渣粒逆流换热之后，预热550～650℃空气通过预热空气管道鼓入烧嘴，100～150℃的渣粒导入立磨中，完成第二次热量交换；

3)2～4mm的渣粒在立磨中，碾磨成0.3～0.8mm的微小渣粒，作为吸附介质输送到预处理室；

4)焦化污水首先在预处理室内进行预处理，利用高炉渣颗含有Ca、Al、Fe、Mg活性成分，微孔多、比表面积大、吸附能力强，将焦化污水中的部分污染物去除；

5)利用升压泵将预处理后的污水依次经过焦化污水管道和雾化器，雾化后的污水在1450～1550℃的熔融高炉渣的作用下，变成含有C_mH_n、CO₂、CO、水蒸汽的混合气体；

6)步骤5)得到干馏后的混合气体通过混合气管道，在焚烧室内利用烧嘴和550～650℃空气燃烧，产生850～950℃的废烟气，经过高温废气管道进入径向热管换热器回收废烟气余热，产生380℃、1.6Mpa的过热蒸汽，并入蒸汽管网，100℃以下的烟气由烟囱排出，完成第三次热量交换；焚烧过程中，有机污染物在高温下主要转化成CO₂和H₂O；CN^-、污染物转化成CO₂、N₂和H₂O；水全部汽化，焚烧过程不产生二次有毒污染物。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

有效的脱除焦化污水中的污染物质，高效地回收高炉渣的高温显热，减少了其处理过程中对环境造成的污染，而且处理后的焦化污水满足排放标准。按照以废治废的理论，通过干馏、显热回收和燃烧转换三个过程，分别实现了以熔融炉渣显热回收和脱除焦化污水处理的目的，处理后的焦化污水符合排放标准。与现有的水淬法和焦化污水处理方法相比，既有效地回收了高炉渣显热，又去除了焦化污水中的污染物，对节能减排和控制污染具有极大的意义。

附图说明

图1是高炉渣处理焦化污水的装置的结构示意图。

图中：1-高炉 2-渣沟 3-干馏室 4-混合气管道 5-径向热管换热器 6-烟囱 7-高温废气管道 8-焚烧室 9-烧嘴 10-预热空气管道 11-雾化器 12-焦化污水管道 13-固定床 14-鼓风机 15-立磨 16-升压泵 17-预处理室。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

见图1，高炉渣处理焦化污水的装置，渣沟2、干馏室3、混合气管道4、烧嘴9、烟囱6、焚烧室8、雾化器11、固定床13、立磨15、径向热管换热器5，干馏室3上部、渣沟2、高炉1依次相连；干馏室3上部、混合气管道4、烧嘴9相连；干馏室3侧面、雾化器11、焦化污水管道12、升压泵16、预处理室17依次相连接；干馏室3下部、固定床13、立磨15连接依次连接；烧嘴9、焚烧室8、高温烟气管道、径向热管换热器5、烟囱6依次相连；预热空气管道10一端与固定床13连接，另一端与烧嘴9相连接。

其中，固定床13内置导向板；干馏室3沿圆周均布6个雾化器11；立磨15与预处理室17相连接。固定床13与鼓风机14相连接。

高炉渣处理焦化污水的方法，熔融高炉渣从渣沟2流入干馏室3，预处理后的焦化污水经雾化器11雾化后喷入干馏室3，在高温熔融高炉渣作用下干馏，生成的混合气体在焚烧室8内和预热空气燃烧，高温烟气由余热锅炉回收余热后，经烟囱6排放。该工艺依次进过三次余热回收，熔融高炉渣显热得到充分回收及利用；焦化污水经过预处理、干馏和焚烧后。满足排放标准。其实现的步骤如下：

1)温度达1450～1550℃的熔融高炉渣从高炉1流出，经渣沟2流入干馏室3，在转速为1800～2000转/分钟的离心作用下破碎成直径为2～4mm的液滴，同时与从干馏室3侧面均布的雾化器11雾化的焦化污水进行凝固换热后，形成750～850℃的高温渣粒，完成第一次热量交换；

2)750～850℃的高温渣粒导入固定床13，鼓风机14鼓出的常温空气从固定床13底部鼓入，和750～850℃的高温渣粒逆流换热之后，预热550～650℃空气通过预热空气管道10鼓入烧嘴9，100～150℃的渣粒导入立磨15中，完成第二次热量交换；

3)2～4mm的渣粒立磨15中，碾磨成0.3～0.8mm的微小渣粒，作为吸附介质输送到预处理室17；

4)焦化污水首先在预处理室17内进行预处理，利用高炉渣颗含有Ca、Al、Fe、Mg等多种活性成分，微孔多、比表面积大、吸附能力强，将焦化污水中的部分污染物去除；

5)利用升压泵16将预处理后的污水依次经过焦化污水管道12和雾化器11，雾化后的污水在1450～1550℃的熔融高炉渣的作用下，变成含有C_mH_n、CO₂、CO、水蒸汽等的混合气体；

6)干馏后的上述混合气体通过混合气管道4，在焚烧室8内，利用烧嘴9和550～650℃空气燃烧，产生850～950℃的废烟气，经过高温废气管道7进入径向热管换热器5回收废烟气余热，产生380℃、1.6MPa的过热蒸汽，并入蒸汽管网，100℃以下的烟气由烟囱6排出，完成第三次热量交换；焚烧过程中，有机污染物在高温下主要转化成CO₂和H₂O；CN^-、等污染物转化成CO₂、N₂和H₂O等；水全部汽化，焚烧过程不产生二次有毒污染物；

7)在熔融高炉渣的作用下，焦炉污水中的有机质发生干馏，同时干馏产物和550～650℃预热空气发生燃烧和气化等化学和物理变化，转化为无毒的高温气体。由污水成分可推知，污水中的污染物发生以下主要反应：

C_nH_m+(n+m/4)O₂→nCO₂+m/2H₂O (1)

2CN^-+2O₂→N₂+2CO₂ (2)

4NH₃+3O₂→2N₂+6H₂O (3)

H₂O→H₂O(g) (5)

实施例1：

高炉渣处理焦化污水的方法，具体步骤如下：

1)温度达1450℃的熔融高炉渣从高炉1流出，经渣沟2流入干馏室3，在转速为1800～2000转/分钟的离心作用下破碎成直径为2～4mm的液滴，同时与从干馏室3侧面均布的雾化器11雾化的焦化污水进行凝固换热后，形成800℃的高温渣粒，完成第一次热量交换；

2)800℃的高温渣粒导入固定床13，鼓风机14鼓出的常温空气从固定床13底部鼓入，和800℃的高温渣粒逆流换热之后，预热600℃空气通过预热空气管道10鼓入烧嘴9，150℃的渣粒导入立磨15中，完成第二次热量交换；

3)2～4mm的渣粒立磨15中，碾磨成0.3～0.8mm的微小渣粒，作为吸附介质输送到预处理室17；

4)焦化污水首先在预处理室17内进行预处理，利用高炉渣颗含有Ca、Al、Fe、Mg等多种活性成分，微孔多、比表面积大、吸附能力强，将焦化污水中的部分污染物去除；

5)利用升压泵16将预处理后的污水依次经过焦化污水管道12和雾化器11，雾化后的污水在1450℃的熔融高炉渣的作用下，变成含有C_mH_n、CO₂、CO、水蒸汽等的混合气体；

6)干馏后的上述混合气体通过混合气管道4，在焚烧室8内，利用烧嘴9和600℃空气燃烧，产生850℃的废烟气，经过高温废气管道7进入径向热管换热器5回收废烟气余热，产生380℃、1.6MPa的过热蒸汽，并入蒸汽管网，100℃以下的烟气由烟囱6排出，完成第三次热量交换；焚烧过程中，有机污染物在高温下主要转化成CO₂和H₂O；CN^-、等污染物转化成CO₂、N₂和H₂O等；水全部汽化，焚烧过程不产生二次有毒污染物；

7)在熔融高炉渣的作用下，焦炉污水中的有机质发生干馏，同时干馏产物和600℃预热空气发生燃烧和气化等化学和物理变化，转化为无毒的高温气体。

实施例2

高炉渣处理焦化污水的方法，具体步骤如下：

1)温度达1550℃的熔融高炉渣从高炉1流出，经渣沟2流入干馏室3，在转速为1800～2000转/分钟的离心作用下破碎成直径为2～4mm的液滴，同时与从干馏室3侧面均布的雾化器11雾化的焦化污水进行凝固换热后，形成850℃的高温渣粒，完成第一次热量交换；

2)850℃的高温渣粒导入固定床13，鼓风机14鼓出的常温空气从固定床13底部鼓入，和850℃的高温渣粒逆流换热之后，预热650℃空气通过预热空气管道10鼓入烧嘴9，150℃的渣粒导入立磨15中，完成第二次热量交换；

3)2～4mm的渣粒立磨15中，碾磨成0.3～0.8mm的微小渣粒，作为吸附介质输送到预处理室17；

4)焦化污水首先在预处理室17内进行预处理，利用高炉渣颗含有Ca、Al、Fe、Mg等多种活性成分，微孔多、比表面积大、吸附能力强，将焦化污水中的部分污染物去除；

5)利用升压泵16将预处理后的污水依次经过焦化污水管道12和雾化器11，雾化后的污水在1550℃的熔融高炉渣的作用下，变成含有C_mH_n、CO₂、CO、水蒸汽等的混合气体；

6)干馏后的上述混合气体通过混合气管道4，在焚烧室8内，利用烧嘴9和650℃空气燃烧，产生950℃的废烟气，经过高温废气管道7进入径向热管换热器5回收废烟气余热，产生380℃、1.6MPa的过热蒸汽，并入蒸汽管网，100℃以下的烟气由烟囱6排出，完成第三次热量交换；焚烧过程中，有机污染物在高温下主要转化成CO₂和H₂O；CN^-、等污染物转化成CO₂、N₂和H₂O等；水全部汽化，焚烧过程不产生二次有毒污染物；

7)在熔融高炉渣的作用下，焦炉污水中的有机质发生干馏，同时干馏产物和650℃预热空气发生燃烧和气化等化学和物理变化，转化为无毒的高温气体。

实施例3：

高炉渣处理焦化污水的方法，具体步骤如下：

1)温度达1500℃的熔融高炉渣从高炉1流出，经渣沟2流入干馏室3，在转速为1800～2000转/分钟的离心作用下破碎成直径为2～4mm的液滴，同时与从干馏室3侧面均布的雾化器11雾化的焦化污水进行凝固换热后，形成750℃的高温渣粒，完成第一次热量交换；

2)750℃的高温渣粒导入固定床13，鼓风机14鼓出的常温空气从固定床13底部鼓入，和750℃的高温渣粒逆流换热之后，预热550℃空气通过预热空气管道10鼓入烧嘴9，100℃的渣粒导入立磨15中，完成第二次热量交换；

3)2～4mm的渣粒立磨15中，碾磨成0.3～0.8mm的微小渣粒，作为吸附介质输送到预处理室17；

4)焦化污水首先在预处理室17内进行预处理，利用高炉渣颗含有Ca、Al、Fe、Mg等多种活性成分，微孔多、比表面积大、吸附能力强，将焦化污水中的部分污染物去除；

5)利用升压泵16将预处理后的污水依次经过焦化污水管道12和雾化器11，雾化后的污水在1450℃的熔融高炉渣的作用下，变成含有C_mH_n、CO₂、CO、水蒸汽等的混合气体；

6)干馏后的上述混合气体通过混合气管道4，在焚烧室8内，利用烧嘴9和550℃空气燃烧，产生850℃的废烟气，经过高温废气管道7进入径向热管换热器5回收废烟气余热，产生380℃、1.6MPa的过热蒸汽，并入蒸汽管网，100℃以下的烟气由烟囱6排出，完成第三次热量交换；焚烧过程中，有机污染物在高温下主要转化成CO₂和H₂O；CN^-、等污染物转化成CO₂、N₂和H₂O等；水全部汽化，焚烧过程不产生二次有毒污染物；

7)在熔融高炉渣的作用下，焦炉污水中的有机质发生干馏，同时干馏产物和550℃预热空气发生燃烧和气化等化学和物理变化，转化为无毒的高温气体

本发明按照以废治废的理论，通过干馏、显热回收和燃烧转换三个过程，分别实现了以熔融炉渣显热回收和脱除焦化污水处理的目的，处理后的焦化污水符合排放标准。与现有的水淬法和焦化污水处理方法相比，既有效地回收了高炉渣显热，又去除了焦化污水中的污染物，对节能减排和控制污染具有极大的意义。

利用高温熔融高炉渣促进焦化污水发生干馏反应，使得有机污染物生产可燃气体，再和预热空气燃烧，基本没有污染物产生。利用干馏室3、内置导向板固定床13和径向热管换热器5进行余热的多次回收，有利于实现能量充分回收、合理利用的目的。利用高炉渣作为预处理的吸附剂，使得吸附剂廉价、易得，对于钢铁联合企业极具推广前景。