一种高炉水渣系统环保消白方法与流程

本发明涉及金属冶炼技术领域，具体的是高炉水渣系统环保消白方法。

背景技术：

高炉冶炼时会产生高温液态熔渣(1350℃-1500℃)，国内每年生产铁水7亿吨，产生高温液态熔渣2.5亿吨。国内外通常采用沉淀过滤法(常称底滤法)水渣工艺对熔渣进行粒化处理。在高炉炉前进行水力冲渣，用水淬将熔渣击碎后，变成渣水混合物(常称水渣)，水渣经冲渣沟进入过滤池，液态水经过滤池内的过滤层过滤后循环使用，过滤池内留下固态渣粒，然后通过桥式抓斗起重机对渣粒进行抓取、装车外运。

水渣工艺对熔渣进行粒化处理的过程中会产生大量含硫蒸汽(约60℃-100℃)，水渣蒸汽具有腐蚀性，在散发过程中污染周边环境，腐蚀周围的设备，同时由于过滤池距高炉的距离很近，因此散发的蒸汽也会对高炉设备造成一定的腐蚀。

随着我国环保形势的越来越严峻，钢铁企业对水渣工艺的蒸汽消白技术的需求越来有强烈。国内外已经进行多年的相关研究，希望消除冲渣蒸汽，实现蒸汽消白。例如，中国专利cn107815514a，公开日期2018年3月20日，公开了一种《冲渣水蒸汽回收与消白雾的设备及回收方法》，该专利首先采用喷雾降温的方式实现蒸汽回收，然后利用热风炉烟气升温蒸汽防止产生白烟。采用该专利的方法能够有效减少部分蒸汽排放，利用热风炉烟气升温蒸汽能够防止产生白烟，但最终还是有部分蒸汽排入大气，即未能实现真正彻底的消白。

技术实现要素：

为了实现真正彻底的消白，本发明提供了高炉水渣系统环保消白方法，该高炉水渣系统环保消白方法充分利用底滤法工艺中的滤料，在蒸汽消白过程中把未被冷凝喷淋装置凝结的小部分蒸汽引至消白池的底部，不但实现了彻底的蒸汽消白处理，而且先用蒸汽对滤料进行反冲洗、再用水对滤料进行反冲洗，能够提高对滤料的反冲洗效率、提高滤料活性，避免滤料易板结、使用寿命短的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高炉水渣系统环保消白方法，包括以下步骤：

步骤1：高温熔渣与粒化水相遇后产生渣水混合物和含硫蒸汽；

步骤2：冷凝喷淋装置喷出喷淋水喷淋所述含硫蒸汽，该含硫蒸汽中的大部分在该喷淋水的作用下成为冷凝水；

步骤3：该含硫蒸汽中的剩余部分进入除沫器除沫；

步骤4：该含硫蒸汽中的剩余部分进入消白池的过滤管内；

步骤5：该含硫蒸汽中的剩余部分从过滤管排出并向上进入消白池的过滤层内。

该高炉水渣系统环保消白方法采用了高炉水渣系统环保消白设备，所述高炉水渣系统环保消白设备含有粒化消白塔和所述消白池，粒化消白塔的下部设有高炉熔渣入口和粒化器，粒化消白塔内设有该冷凝喷淋装置，粒化消白塔的上部设有蒸汽出口，消白池内设有过滤层和过滤管，蒸汽出口通过蒸汽输送管线与过滤管连接，蒸汽输送管线上依次设有除沫器和蒸汽风机，消白池内含有沉积水。

在步骤1中，所述高温熔渣从粒化消白塔的高炉熔渣入口排出，所述粒化水从粒化消白塔的粒化器排出，所述高温熔渣与粒化水在粒化消白塔内相遇，所述高温熔渣的温度为1350℃-1500℃，所述粒化水的温度为40℃-45℃，所述含硫蒸汽的温度为80℃-100℃。

粒化消白塔的侧壁上设有注气口，粒化消白塔内还设有喷淋水收集斗，蒸汽出口、注气口、冷凝喷淋装置、喷淋水收集斗、高炉熔渣入口和粒化器从上向下依次排列，冷凝喷淋装置含有至少一层高压雾化喷嘴。

粒化消白塔的侧壁上还设有喷淋水入口、收集水出口和蒸汽返回口，蒸汽输送管线通过蒸汽返回管线与蒸汽返回口连接，通过注气口能够向粒化消白塔的上端内注入空气，通过喷淋水入口能够向冷凝喷淋装置供应喷淋水，通过收集水出口能够将喷淋水收集斗收集到的水排出，蒸汽返回口位于喷淋水收集斗的下方。

喷淋水收集斗含有内筒斗、外筒斗和收集水管道，内筒斗套设于外筒斗内，内筒斗与外筒斗之间形成环形通道，外筒斗含有外斗体和内挡环，外斗体的下端与内挡环的下端之间通过环形连接板连接，外斗体与内挡环之间形成环形集水槽。

内筒斗的上端高于外筒斗的上端，内筒斗的下端与外筒斗的下端齐平，内筒斗的上下两端均为开放状态，外斗体的上下两端均为开放状态，收集水管道呈水平状态，内筒斗的下端和外筒斗的下端均与收集水管道连接，内筒斗的内部与收集水管道的内部连通，所述环形连接板内设有排水通孔，环形集水槽通过排水通孔与收集水管道的内部连通。

内筒斗的上端外径小于粒化消白塔的内径，内筒斗的下端外径小于内挡环的内径，外斗体的上端外径等于粒化消白塔的内径，外斗体的下端与内挡环的下端齐平，收集水管道的一端位于粒化消白塔外，收集水管道的外径小于内挡环的内径，收集水管道的一端为收集水出口。

在步骤2中，冷凝喷淋装置喷出的喷淋水的温度为40℃-45℃；在步骤4中，蒸汽风机能够使所述含硫蒸汽中的剩余部分进入消白池的过滤管内；在步骤5中，该含硫蒸汽中的剩余部分进入消白池的过滤层内并与过滤层的滤料接触。

过滤管位于过滤层内或过滤层以下，过滤层含有粒径从上向下逐渐变大的滤料，消白池的上端面高于过滤层的上表面，消白池内所述沉积水的液面高于过滤层的上表面。

本发明的有益效果是：

1、本发明能够充分利用冷凝喷淋装置、常温空气和底滤法工艺中的滤料实现彻底的蒸汽消白处理。

2、本发明可以对冲渣粒化过程中的蒸汽实现全部回收，实现水资源的循环利用。

3、本发明能够提高对滤料的反冲洗效率、提高滤料活性，避免滤料易板结、使用寿命短的问题。

4、本发明不但适用于高炉新建工程，而且适用于现有高炉水渣系统的环保改造。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述高炉水渣系统环保消白设备的结构示意图。

图2是图1中沿a-a方向的剖视图。

图3是粒化消白塔在喷淋水收集斗部位的示意图。

图4是外斗体和收集水管道的俯视图。

图5是图4中沿b-b方向的剖视图。

1、粒化器；2、粒化消白塔；3、喷淋水收集斗；4、冷凝喷淋装置；5、蒸汽风机；6、消白池；7、过滤层；8、过滤管；9、高炉熔渣入口；10、蒸汽出口；11、蒸汽输送管线；12、喷淋水入口；13、收集水出口；14、除沫器；15、空气风机；16、注气口；17、蒸汽返回口；18、蒸汽返回管线；19、阀门；

31、内筒斗；32、外筒斗；33、收集水管道；34、外斗体；35、内挡环；36、排水通孔；37、环形集水槽；38、冷凝水与喷淋水；39、含硫蒸汽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种高炉水渣系统环保消白方法，包括以下步骤：

步骤1：高温熔渣与粒化水相遇后产生渣水混合物和含硫蒸汽；

步骤2：冷凝喷淋装置4喷出喷淋水喷淋所述含硫蒸汽，该含硫蒸汽中的大部分(经过测算约为75％-95％的体积)在该喷淋水的作用下成为冷凝水；

步骤3：该含硫蒸汽中的剩余部分进入除沫器14除沫(即清除该含硫蒸汽中的剩余部分中的雾沫)；

步骤4：该含硫蒸汽中的剩余部分(即该含硫蒸汽中未形成冷凝水的25％-5％体积)进入消白池6的过滤管8内；

步骤5：该含硫蒸汽中的剩余部分从过滤管8排出并向上进入消白池6的过滤层7内。

该高炉水渣系统环保消白方法采用了高炉水渣系统环保消白设备，所述高炉水渣系统环保消白设备含有粒化消白塔2和消白池6，粒化消白塔2的下部设有高炉熔渣入口9和粒化器1，粒化消白塔2内设有冷凝喷淋装置4，粒化消白塔2的上部设有蒸汽出口10，消白池6内设有过滤层7和过滤管8，蒸汽出口10通过蒸汽输送管线11与过滤管8连接，蒸汽输送管线11上依次设有除沫器14和蒸汽风机5，消白池6内含有沉积水，如图1所示。

蒸汽出口10通过蒸汽输送管线11与过滤管8连接，未被凝结的剩余部分含硫蒸汽将从蒸汽出口10排出后通过蒸汽输送管线11进入过滤管8内，即把未被冷凝喷淋装置凝结的小部分蒸汽引至消白池的底部内。这样，不但实现了彻底的蒸汽消白处理，而且先用蒸汽对滤料进行反冲洗、再用水对滤料进行反冲洗，能够提高对滤料的反冲洗效率、提高滤料活性，避免滤料易板结、使用寿命短的问题。

在本实施例中，粒化消白塔2的侧壁上设有注气口16，注气口16外连接有空气风机15。高炉熔渣入口9与粒化器1上下对应设置，冷凝喷淋装置4位于高炉熔渣入口9和蒸汽出口10之间。粒化消白塔2内还设有喷淋水收集斗3，喷淋水收集斗3位于冷凝喷淋装置4和高炉熔渣入口9之间，蒸汽出口10、注气口16、冷凝喷淋装置4、喷淋水收集斗3、高炉熔渣入口9和粒化器1从上向下依次排列。

在本实施例中，粒化消白塔2的侧壁上还设有喷淋水入口12、收集水出口13和蒸汽返回口17，蒸汽输送管线11通过蒸汽返回管线18与蒸汽返回口17连接。通过注气口16和空气风机15能够向粒化消白塔2的上端内注入空气，通过调节空气的注入量可以调节粒化塔2顶部的负压值。通过喷淋水入口12能够向冷凝喷淋装置4供应喷淋水，通过收集水出口13能够将喷淋水收集斗3收集到的水排出。蒸汽返回口17位于喷淋水收集斗3的下方，蒸汽输送管线11内的蒸汽可以通过蒸汽返回管线18返回至粒化消白塔2内，重新喷淋冷凝。即在步骤4中，该含硫蒸汽中的剩余部分可以进入消白池6的过滤管8内，或者该含硫蒸汽中的剩余部分也可以进入粒化消白塔2内，蒸汽输送管线11和蒸汽返回管线18上均设有阀门19，以控制蒸汽输送管线11内含硫蒸汽的流向。

喷淋水收集斗3可以为现有技术中的产品，或者，在本发明中，喷淋水收集斗3含有内筒斗31、外筒斗32和收集水管道33，内筒斗31套设于外筒斗32内，内筒斗31与外筒斗32之间形成环形通道。内筒斗31的轴线、外筒斗32的轴线和粒化消白塔2的轴线重合。内筒斗31为顶端朝下底端朝上的圆锥筒形结构，外筒斗32含有外斗体34和内挡环35，内挡环35套设于外斗体34的下端内，内挡环35的轴线与外斗体34的轴线重合，外斗体34为顶端朝下底端朝上的圆锥筒形结构，外斗体34的下端与内挡环35的下端之间通过环形连接板密封连接，外斗体34与内挡环35之间形成环形集水槽37。

内筒斗31的上端高于外筒斗32的上端，内筒斗31的下端与外筒斗32的下端齐平。内筒斗31的上下两端均为开放状态，外斗体34的上下两端均为开放状态，收集水管道33呈水平状态，内筒斗31的下端和外筒斗32的下端均与收集水管道33连接，内筒斗31的内部与收集水管道33的内部连通，所述环形连接板内设有排水通孔36，环形集水槽37通过排水通孔36与收集水管道33的内部连通。

内筒斗31的上端外径小于粒化消白塔2的内径，内筒斗31的上端与粒化消白塔2的内表面之间形成环形空间。内筒斗31的下端外径小于内挡环35的内径，外斗体34的上端外径等于粒化消白塔2的内径，外斗体34与粒化消白塔2连接固定，外斗体34的下端与内挡环35的下端齐平，即内筒斗31的下端、外斗体34的下端和内挡环35的下端齐平。收集水管道33的一端位于粒化消白塔2外，收集水管道33的外径小于内挡环35的内径，收集水管道33的一端为收集水出口13，如图1至图5所示。

使用时，含硫蒸汽39向上移动并依次穿过内挡环35的下端、所述环形通道以及所述环形空间，大部分的含硫蒸汽在雾化喷淋水的作用下成为冷凝水。该冷凝水与喷淋水38的一部分落入内筒斗31的下端，然后进入收集水管道33并从收集水出口13排出。该冷凝水与喷淋水38的另一部分落入外筒斗32下端的环形集水槽37，然后进入收集水管道33并从收集水出口13排出，如图3所示。

在本实施例中，冷凝喷淋装置4含有至少一层高压雾化喷嘴，冷凝喷淋装置4能够喷淋冷水以使高温含硫蒸汽冷凝形成冷凝水，该冷凝水将汇集于喷淋水收集斗3的收集区域内。蒸汽出口10位于粒化消白塔2的顶部，蒸汽输送管线11上设有除沫器14和蒸汽风机5，蒸汽风机5用于使从蒸汽出口10排出的剩余含硫蒸汽通过蒸汽输送管线11进入过滤管8内或返回至粒化消白塔2内。

在本实施例中，过滤管8的管壁上多个过滤通孔，剩余含硫蒸汽进入过滤管8后经过该过滤通孔后向上可以进入过滤层7内，如图2所示。消白池6的构造与现有过滤池的构造的基本相同，过滤管8位于过滤层7内或过滤层7以下，优选过滤管8位于过滤层7的下部，过滤层7内含有粒径从上向下逐渐变大的滤料。

冷凝喷淋装置4通过高压雾化喷淋水消除掉大部分熔渣粒化过程中产生的含硫蒸汽，对含硫蒸汽完成第一步消白。蒸汽风机5可以使熔渣粒化区域形成的含硫蒸汽迅速流向冷凝喷淋装置4，完成初步消白后把未凝结的小部分含硫蒸汽引至消白池6的过滤管8。过滤管8可以把含硫蒸汽或水引至消白池6底部对滤料从下向上进行反冲洗。消白池6内从上至下设置多层粒度逐渐变大的滤料，第一步消白后剩余的小部分蒸汽经反冲洗系统从消白池6的滤料底部向上对滤料进行反冲洗，反冲洗的过程中完成蒸汽的彻底消白处理。

在步骤1中，所述高温熔渣从粒化消白塔2的高炉熔渣入口9排出，所述粒化水从粒化消白塔2的粒化器1排出，所述高温熔渣与粒化水在粒化消白塔2内相遇，该高温熔渣在粒化水的作用下完成粒化，并形成渣水混合物以及大量的含硫蒸汽。所述高温熔渣的温度为1350℃-1500℃，所述粒化水的温度为40℃-45℃，所述含硫蒸汽的温度为80℃-100℃。冲渣水从粒化消白塔2的下部的冲渣水入口进入粒化消白塔2，将该渣水混合物从粒化消白塔2的下部的水渣出口冲出粒化消白塔2外，所述含硫蒸汽在粒化消白塔2内部向上运动。

在步骤2中，冷凝喷淋装置4喷出的喷淋水的温度为40℃-45℃，该含硫蒸汽中的大部分在该喷淋水的作用下成为冷凝水，所述冷凝水和喷淋水落入喷淋水收集斗3的收集区域。即冷凝喷淋装置4喷出喷淋水(约40℃-45℃)后在粒化消白塔2内部形成雾化状态，雾化的喷淋水均匀布满粒化消白塔2内部空间。该含硫蒸汽向上穿过喷淋水收集斗3进入雾化水区域，大部分的含硫蒸汽在雾化喷淋水的作用下成为冷凝水，该冷凝水与喷淋水一起落入冷凝喷淋装置4下方的喷淋水收集斗3内。喷淋水收集斗3收集到的水(即上述冷凝水和喷淋水)从收集水出口13排出粒化消白塔2，并可以送至冷却塔。

在步骤3中，所述含硫蒸汽中的剩余部分从粒化消白塔2顶部的蒸汽出口10排出，该含硫蒸汽中的剩余部分进入除沫器14除沫，通过注气口16和注气风机15能够向粒化消白塔2的上端内注入空气，通过调节空气流入量可以调节粒化塔顶部的负压值。

在步骤4中，经过除沫处理的所述含硫蒸汽中的剩余部分通过蒸汽输送管线11进入过滤管8内，或经过除沫处理的所述含硫蒸汽中的剩余部分依次通过蒸汽输送管线11和蒸汽返回管线18进入粒化消白塔2的下部内。蒸汽风机5能够使所述含硫蒸汽加快向上运动，蒸汽风机5还能够使所述含硫蒸汽中的剩余部分快速的进入消白池6的过滤管8内或粒化消白塔2的下部内。

在步骤5中，该含硫蒸汽中的剩余部分从过滤管8排出并向上进入消白池6的过滤层7内，该含硫蒸汽中的剩余部分进入消白池6的过滤层7内继续向上运动并与过滤层7的滤料充分接触，该含硫蒸汽中的剩余部分向上移动从而实现了对过滤层7的滤料进行反冲洗，该沉积水将全部吸收所述剩余部分的含硫蒸汽，从而实现真正彻底的消白。

本发明可以对冲渣粒化过程中的蒸汽实现全部回收，实现水资源的循环利用；本发明在原有熔渣底滤法工艺的基础上仅增加了蒸汽风机，不但适用于高炉新建工程，而且适用于现有高炉水渣系统的环保改造，对于高炉水渣系统的环保生产具有重大意义。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。