高温熔融炉渣两步法余热回收装置及余热回收方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及磷化工、冶金及节能环保等领域的余热回收系统，尤其涉及一种高温熔融炉渣两步法余热回收装置及余热回收方法。
【背景技术】
[0002]磷化工、冶金及节能环保等领域在生产过程中都产生高温熔融炉渣这一副产品。这些高温熔融炉渣均具有高温、高焓值等特点，属于高品质的余热资源。如高炉渣是高炉炼铁的副产物，其从高炉中排出的温度在1450?1650°C，热焓约为1870MJ/t ;从黄磷电炉排出的熔融磷炉渣约1400°C，其热焓为1887.83kJ/kg、比热容为1.256kJ/(kg.°C )。因此，若能做好高温熔融炉渣的余热回收和综合利用，是相关行业节能降耗的有效举措。
[0003]在目前的工业生产中，高温熔融炉渣的处理方法主要是采用水淬法，即将高温熔融炉渣从高温炉的排渣口直接排放到敞口的水渣池中。但水淬法处理工艺存在如下隐患和缺点:(1)水淬法需要消耗大量的水来降低其高温；(2)高温熔融炉渣中的一些有害元素会污染水资源和空气；(3)高温熔融炉渣含有大量的高温热能没有回收而被浪费；(4)生产现场的劳动条件恶化，且存在不安全隐患。
[0004]据报道，国内外均在致力研究开发高温熔融炉渣的急冷干式粒化工艺，但存在运行成本高，粒化渣的化学活性差，难以满足后期综合利用的需要，设备体积庞大，制造和运行成本高等缺点，制约了其竞争力，所以，至今未见有成功进行工业化生产的报道。急冷干式粒化法主要有如下3种方法:滚筒法、风淬法和离心粒化法。其中，滚筒法存在处理能力不高、设备作业率低、体积庞大等缺点，不适合大规模连续处理高温熔融炉渣；风淬法设备体积庞大、结构复杂，制造、安装困难，造价高，而且动力消耗大；离心粒化法为了加快急冷速度，必须加大冷却介质(通常为空气)的流量，这样会导致回收热量的品质不高，表现为换热后气体的平均温度低，否则，所产生的渣粒因冷却速度太慢而结晶，减少玻璃相的含量，降低其化学活性，影响炉渣的后期综合利用，造成了冷却速度和热回收之间的矛盾。
[0005]申请号为201310011276.5的发明专利提供了一种高温熔融炉渣水淬法余热回收装置，包括恪渣排管、水渣槽、水渣槽给水栗及出渣机；在水渣槽的上部设置夹套管，所述夹套管包括由一个环形板隔开的夹套管上段和夹套管下段，夹套管上段与恪渣排管连通，夹套管下段的下部插入水渣槽中；所述蒸发器翅片管束通过冷凝液下降管和蒸汽上升管与一汽包连通；所述夹套管为水夹套管，其中，夹套管下段的出水口与汽包的进水口连通，夹套管上段的汽水进口与蒸发器翅片管束的出口连通，夹套管上段的汽水出口与汽包连通。该发明虽然采用逐级开展高温熔融炉渣热量回收，但其对高温熔融炉渣的处理为在夹套管内进行部分余热回收后，直接送入水渣槽内进行水淬处理，需要消耗大量的水来降低其高温，得到的渣粒品相不好，玻璃相含量不高，高温熔融炉渣含有大量热能回收利用不充分；由于高温熔融炉渣直接进行水淬处理，为加强换热效果，需要在夹套管内通入冷却水或蒸汽进行换热，增加了设备的复杂程度。
【发明内容】
[0006]为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种高温熔融炉渣两步法余热回收装置，该装置先利用饱和蒸汽将高温熔融炉渣进行喷射粒化成渣粒，再将已被粒化的渣粒在尚未凝固时落入水中进行水淬处理。
[0007]本发明所提供的高温熔融炉渣余热回收装置，包括水渣池；所述粒化筒体的下端插入所述水渣池内，该粒化筒体下端的内外因压力差而形成液位差；所述粒化筒体的上端与所述喷射粒化器的出料口连接；所述粒化筒体与一换热器烟道连通，该换热器烟道中设置有蒸发器，所述蒸发器通过冷凝液下降管和蒸汽上升管与一汽包连接。高温熔融炉渣流经喷射粒化器时，喷射粒化器内喷出的饱和蒸汽将炉渣粒化成渣粒，渣粒在尚未凝固时落入水渣池内进行水淬处理，得到玻璃相含量很高的水渣。在炉渣粒化和水淬过程中分两步回收余热。
[0008]可以在粒化筒体中部一侧开口并与换热器烟道连通，也可以在粒化筒体的侧壁开设多个蒸汽排出口，再将多个蒸汽排出口汇集后与换热器烟道连通，如，在粒化筒体侧壁开有蒸汽排出口的外围加装封闭的外围筒体，再将外围筒体与换热器烟道连通，气体从蒸汽排出口排出后进入外围筒体，从外围筒体进入换热器烟道，开设多个蒸汽排出口可以加快气体流出。
[0009]为进一步实现逐级换热，在所述换热器烟道中沿过热蒸汽的流动方向，所述蒸发器的下游设置有省煤器，所述省煤器的进水口与水栗连接，其出水口与所述汽包连接，常温软水栗入省煤器，在省煤器中进行预热后送入汽包内。
[0010]所述汽包与一蓄热器连接，所述蓄热器的出汽口与所述喷射粒化器连接。该蓄热器为相变式蓄热器，使得因受生产工艺制约，蒸发器在间歇产汽时，通过蓄热器也能实现连续对外供汽；蓄热器产生的饱和蒸汽一部分为自用蒸汽，供喷射粒化器作为喷射介质，其余全部对外产出蒸汽。
[0011]为防止渣粒被过热蒸汽夹带进入换热器烟道内，堵塞依次设置的蒸发器和省煤器，在所述换热器烟道的入口处设置有挡板。
[0012]本发明所述喷射粒化器包括料斗、喷孔管和下封头；所述喷孔管的下端开设有向下倾斜的喷孔，该喷孔沿所述喷孔管径向分布；所述喷孔管套在所述料斗外，所述料斗的下端面略高于所述喷孔；所述下封头靠近所述喷孔管下端设置，该下封头与喷孔管之间构成拦截气幕喷气缝，该拦截气幕喷气缝位于喷孔的下方。从高温炉的排渣口排出的高温熔融炉渣，直接落入料斗内，在继续下落到喷射粒化器时，被从喷孔中高速喷出的饱和蒸汽喷射粒化成渣粒，再被下一道从拦截气幕喷气缝内喷出的拦截气幕拦截，使得已被喷射粒化的渣粒，被限制在较小的空间范围内；料斗下端面略高于喷孔，排渣时，喷孔与炉渣之间的间距小，产生的喷射粒化效果好。
[0013]在所述喷孔管外安装有外管，所述外管与喷孔管、下封头围成封闭区域，该封闭区域与一饱和蒸汽接管连接。向饱和蒸汽接管内通入饱和蒸汽作为喷射介质，饱和蒸汽进入封闭区域内，并通过喷孔、喷气缝高速喷出。所述喷射粒化器所需的喷射介质，优先采用蓄热器产出的饱和蒸汽，也可采用过热蒸汽或压缩空气。采用低压饱和蒸汽作为喷射介质的好处是:(1)本发明设置有汽包，容易获得低压饱和蒸汽，价格低廉；(2)在100°C时，空气的比热容为1.009kj/kg.°C，而饱和蒸汽的比热容2.0281kj/kg.°C，是空气的两倍多，采用低压饱和蒸汽作为喷射介质比空气更容易快速冷却熔融炉渣而将热量带走。
[0014]沿喷孔管径向分布的喷孔可以设置为一周或多周，所述喷孔与重力方向的夹角为10-80°，喷孔直径为l-8mm;所述拦截气幕喷气缝为锥形环缝，缝宽l_8mm，锥度为20-160° 。
[0015]为进一步实现逐级换热，加强回收效果，在水渣池内，沿池壁优先设置螺旋管换热器，也可以是其它形式换热管排，清洁常温水从螺旋管换热器的下端进入，与水渣池内的不洁热水换热后从上端流出，作为生产或