CN108060280B - 射流蒸汽法渣粒化及热利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明为射流蒸汽法渣粒化及热利用方法，提供一种新的冶金炉渣粒化及热利用的方法及装置。该工艺将市场普遍应用的射流器引用到冶金炉渣处理工艺当中，将射流器、汽爆罐原理与蒸汽法渣处理工艺原理相结合，利用射流器的射流过程进行炉渣粒化，利用射流器工作原理实现密闭进渣，靠射流过程形成的半密闭容器内的汽爆过程能进行炉渣粒化及换热，靠水的汽化及蒸汽的过热过程冷却渣，该工艺在利用水淬及高压水动能破碎渣的同时还利用汽爆过程能进行炉渣粒化，利用密闭空间内形成的汽爆能实现高压快速换热，一套装置在实现渣粒化的同时实现换热过程，产生的渣、蒸汽输出经锅炉换热后变成洁净蒸汽或高温热水进行利用，该工艺具有节水、节能、环保、经济效益高等优点，具有实际推广应用价值。

Description

射流蒸汽法渣粒化及热利用方法

技术领域

本发明属于冶金渣粒化及渣处理过程，具体涉及一种冶金液态炉渣粒化方法及其余热利用工艺及装置。

背景技术

我国每年产生大量的冶金炉渣，现有或已试验及准备试验的渣处理方法主要有水淬法、风淬法、机械粒化加风或加水粒化法。水淬法主要有拉萨法(RASA)、INBA法、轮法、明特法、沉淀池、泡渣法、热泼法、热焖法等多种，这些方法归结起来都采用的是水淬水冷工艺，采用喷水或入水方式粒化冷却渣，渣热全部进入水中，由于水的焓热低，耗水量都较大，一般渣水比在1：6-12左右，同时水淬法最大的问题是高炉渣的显热资源没利用，大量热资源白白浪费，耗水量大、污染环境。

风淬法靠高压风冷却渣，由于风的比热低，靠外输入动力能进行炉渣粒化，其需要的风量及风机功率都较大，风量大则设备大、能耗高，经济效益差，同时污染环境，难以推广应用。而机械粒化加风或加水粒化工艺还处于理论研究、试验阶段，目前还有很多关键技术问题需要解决，短期内难于有突破性进展。

目前渣余热利用率很低，所谓的利用就是部分北方钢铁企业在高炉渣水淬冷却过程中产生的热水用于冬季取暖，由于受到供热区域、流量等条件的限制，现渣热能利用率不足3％。而且春、夏、秋三个季节不能使用，大量热通过风机或外排水排掉，既污染环境又浪费能源。

目前国内外炉渣显热利用的研究专利不少，方法也很多。在密闭容器内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》，申请号201510557647.9申请了一种《锅炉汽水循环法渣处理工艺》，申请号201510557648.3申请了一种《过热蒸汽循环法渣处理工艺》，该几个专利其核心都是采用水淬水冷工艺，利用水的汽化及过热过程冷却渣，靠密闭容器内渣的水淬产生蒸汽，蒸汽输出进行热利用，上述几个专利归结起来都是采用的蒸汽法渣处理理论，所不同的是几种方法工艺过程、装置有差异，产生的蒸汽性质质量不同而已。

新的《射流蒸汽法渣粒化及热利用方法》依然采用蒸汽法渣处理理论，该方法将市场普遍应用的射流器理论及装置经过改进嫁接到蒸汽法渣处理工艺中，利用射流水、蒸汽的动能及渣遇水的水淬过程，以及渣遇水产生的汽爆过程组合进行破碎渣，利用射流水在喉管部位形成的高压实现封压，进而形成了以混合室、一次换热室内组成的密闭汽爆换热空间，利用密闭空间内汽爆过程的高压进行渣粒化及换热，利用射流器的汽爆输送过程进行换热，粒化、换热同时进行，直接输出高温渣、蒸汽及空气，高温渣、蒸汽及空气输出进入二次换热装置换热，实现渣余热再利用。进一步的说该工艺是利用射流器的射流过程实现渣粒化，靠水的汽化及蒸汽过热过程吸热大的工艺原理，靠水的汽化及蒸汽过热过程冷却渣，直接输出高温渣、蒸汽及空气，渣、蒸汽及空气输出到二次换热装置进一步换热实现渣余热利用，该方法将射流器原理与蒸汽法渣处理工艺理论相结合，利用射流器原理在实现渣粒化同时实现热利用，一套系统装置一步实现热利用，该工艺具有独特的工艺技术方法，该方法目前国内外还没有相关资料报道，属于一种全新的渣粒化及热利用方法及装置。

关于存在汽爆能粒化及换热现象的描述：

我在某炼铁厂高炉上班时，亲临一个这样的实例，下雨天高炉渣罐内淋进5-10kg左右的水，炉前工出渣后才发现，但已来不及，炉前工都知道罐中有水会产生爆炸，都迅速躲避，待渣入罐后“咚”的一声响，发生了爆炸，先进去的炉渣迅速被粒化抛向空中，抛出有10米高，事后我特意捡了点渣，还特意破碎了二粒渣看了看粒化的效果，看后发现渣粒化效果很好，与水淬渣区别不大。

这一过程可以简单描述为：水少渣多，渣入水中，渣遇水水淬粒化产生大量蒸汽，蒸汽在有限汽爆空间内迅速膨胀形成汽爆(生产也有叫水爆)，汽爆能将渣进一步粒化并推出罐外；其换热过程是，渣在罐内时是利用水汽化及蒸汽过热过程进行换热，罐外时是靠空冷换热；渣破碎粒化是靠水淬及汽爆过程实现的。具体的说渣水淬过程是存在蒸汽膨胀汽爆能的，如能利用汽爆能进行渣处理及换热过程，则可实现渣处理同时换热，利用汽爆过程形成高压，可实现迅速换热，提高了换热速率。

新的射流蒸汽法渣粒化方法就是利用射流器的射流水高压实现喉口处的封压，形成以混合室、一次换热室内的密闭汽爆空间，空间内形成以水少渣多，渣与水混合发生连续汽爆过程，利用汽爆过程及射流水动能、渣水淬过程组合破碎渣，在渣粒化的同时进行换热，实现高压状态下快速换热过程，直接输出高温渣、蒸汽及空气，高温渣、蒸汽及空气输出进入二次换热装置进行进一步换热，进而实现冶金渣余热再利用。新的射流蒸汽法渣处理方法在利用水淬及高压水动能破碎渣的同时还利用汽爆过程能进行渣粒化，实现渣粒化同时进行换热，一套装置在实现渣粒化的同时实现换热过程，渣、蒸汽输出经锅炉换热后可产生洁净蒸汽或高温热水，为后续热利用创造了有利条件。该工艺具有独特的工艺技术方法，具有实际应用推广价值。

新的渣处理方法主要有以下几个方面的改进：

新的射流蒸汽法渣粒化及热利用工艺方法将市场普遍应用的射流器、汽爆罐与蒸汽法渣处理工艺原理相结合，利用射流器的射流过程，采用射流水动能、水淬及蒸汽汽爆过程组合进行粒化渣，在实现渣粒化的同时完成换热过程。该工艺依然采用现有的水淬渣工艺，从方法上说属于湿法，所不同的是该工艺采用的是水淬蒸汽冷工艺，水淬过程直接产生蒸汽，主要靠蒸汽带走渣热，蒸汽和高温渣输出进行换热，实现热利用，新的渣处理装置尽管也用了射流器的原理及结构，但其射流器无论工作原理及赋予功能上都与现有市场普遍应用的射流器以及射流水淬法有着本质的区别：

a、原理上。新的渣粒化及热利用方法将射流器及汽爆罐原理与蒸汽法渣处理工艺原理相结合，利用射流器原理进行渣粒化及换热过程，蒸汽法渣处理工艺的核心是密闭容器内渣处理，利用水汽化及过热过程冷却渣，利用饱和或过热蒸汽带走渣热，具体的说射流蒸汽法渣处理方法利用了射流器原理的同时还利用了密闭容器内渣-蒸汽的换热过程，利用了汽爆粒化过程及汽爆换热过程，利用了水的汽化及蒸汽过热过程冷却渣，其输出的主要是蒸汽和高温渣，由于原理不同其工艺、装置的功能要求及最终产生的结果都不同。

b、工艺上。新的渣处理方法的冷却介质范围较大，其冷却射流介质主要是指水、蒸汽及其混合物，同时也包括空气、氮气、烟气等气体参与粒化及换热过程，以满足特殊生产工艺目的及需求；需水量不同，新的渣粒化方法与现有的水淬射流法的冷却介质虽然都是水，但现有的水淬射流法采用的是水淬水冷工艺，故需水量较大，一般渣水比在1:10左右，而新的渣处理方法采用的是水淬蒸汽冷工艺，由于蒸汽的焓热多，故需水量较少，一般渣水比在1:0.6以下；粒化工艺上，现有的水淬射流法工艺采用的是动能和水淬进行破碎渣，而新的渣粒化方法利用了射流水动能、水淬过程及汽爆过程组合进行破碎渣，同时增加了渣的换热过程，在射流器的喉管通过射流水密封形成半密闭空间，在半密闭容器内进行渣粒化及换热过程，利用水的汽化及蒸汽的过热过程带走渣热，利用汽爆过程进行渣粒化及换热；最终产生的结果不同，现有的射流水淬法采用的是水淬水冷，主要靠水带走渣热，输出的主要是渣水，而新的渣处理工艺采用的是水淬蒸汽冷工艺，主要利用水汽化及过热过程冷却渣，靠蒸汽带走渣热，其结果输出的是饱和或过热蒸汽，及高温干渣或渣水，因此工艺上与现有的水淬射流法渣处理工艺不同。

c、功能上。射流蒸汽法渣粒化方法的射流器除要求有粒化功能外同时还兼有换热功能，产生的渣主要是高温干渣和蒸汽，渣和蒸汽进入二次换热锅炉中还要进一步换热，也就是说新的射流蒸汽法渣粒化装置内有压，其射流水压力在满足正常射流水工作压力要求外，还要满足汽爆过程的额外封压要求，其喉管在满足正常射流工作要求外，还要同时满足封汽爆压力要求，其混合室、一次换热室在满足粒化渣的同时，还要兼有带压、密闭工作要求，兼有换热功能要求，满足汽爆过程功能要求。现有的水淬射流法渣处理产生的是水渣，输出的是渣水混合物，无密闭要求，更无压力密封要求，也没有利用汽爆能要求及换热过程，即装置赋予的功能要求不同，工作过程不同，结构也不同。

d、结构上。由于工艺要求水淬后直接产生的是蒸汽，混合室、一次换热室内要实现渣粒化同时还要满足汽爆换热过程要求，由于原理、工艺、功能及要求不同，其装置结构尺寸及要求也不同，一般的说新的装置其喉管直径、混合室直径、混合室长度、射流水压力、系统工作压力都发生了变化，部分结构尺寸增大；当二次换热装置采用带压运行或二个射流器配备一个二次换热装置时，为避免换热装置高压蒸汽从射流器口处倒流，工艺上要求在喉管出口到二次换热器间设置逆止阀，通过逆止阀避免蒸汽倒流的问题；为实现渣水的汽爆过程，利用汽爆过程高压快速换热，在喉管出口到二次换热器间通过高压水的封压完成密闭空间，也就是说混合室、一次换热室带压，属于压力容器，需要按压力容器制造，进而在结构上与现有的水淬射流法渣处理工艺不同；由于该装置输出的是干渣或水渣+蒸汽，渣、蒸汽体积较大、温度高，其整体材料耐热要求相对较高，即装置的结构尺寸及要求不同。

e、理论计算上。用射流器进行炉渣粒化、换热，利用汽爆过程能进行渣处理，直接输出蒸汽和干渣，这一工艺的应用目前国内外还没有相关资料报道，也就是说该方法属于一种全新的渣粒化及渣处理工艺方法。新的渣粒化工艺方法由于喷水后产生的是蒸汽，同时装置有汽爆过程要求，有压力密封要求，就目前市场普遍应用的水射流器的理论及结构计算方法还不能满足新的射流器结构及工艺计算要求，也就是说新的射流器结构及工艺计算方法目前还没有，还有待于科研人员进一步研究和开发。

新的射流蒸汽法渣粒化方法是结合了射流器原理，以及蒸汽法渣处理工艺后形成又一新的工艺方法，该工艺方法具有广泛的实际应用价值。

新的射流蒸汽法渣粒化工艺方法主要创新点是：

a、将射流器原理结构引用到冶金渣处理及热利用工艺当中，将蒸汽法渣处理理论与射流器及汽爆罐原理结构相结合，利用射流器原理进行渣粒化及换热过程，利用蒸汽法原理实现渣粒化及换热过程，直接产生饱和或过热蒸汽及高温渣输出，渣、蒸汽输出后换热后进行热利用；

b、利用射流器原理实现渣处理装置进渣口的负压进渣，解决了密闭容器带压进渣困难的问题，直接输出带压蒸汽、渣，利用射流器原理实现了渣粒化及换热过程密闭容器进渣口的高压密闭问题，解决了一个密闭容器内的渣粒化及换热的二个工作过程，利用射流水、蒸汽的射流过程，靠射流动能、水淬及汽爆过程联合破碎渣，利用密闭空间内形成的汽爆能实现高压快速换热，该工艺在实现渣处理装置密闭进渣的同时实现渣粒化及换热过程，为后续渣热利用创造了有利条件；

c、主要利用水、蒸汽或空气及其混合物为冷却及射流介质，同时根据需要辅以其它气体如氮气、烟气等参与粒化及换热过程，利用水、蒸汽的比热大，水汽化及蒸汽过热过程吸热多的特点进行渣粒化及换热，利用水淬及汽爆过程进行渣粒化、热利用，因此该方法具有节水、节能、环保等优点；

d、新的渣粒化方法主要利用高压水动能、水淬及汽爆过程能组合进行渣粒化，该方法结合了蒸汽法渣处理理论与射流器结构理论后形成又一新的渣处理工艺方法，其设备装置主粒化及换热过程中没有动力输入，没有运转部件，因此具有设备简单、节能、生产成本低等优点；

e、新的渣处理方法仅用一台设备，将炉渣粒化、换热，实现冶金渣热直接转化为过热蒸汽热及高温渣输出，实现高

值蒸汽输出，为后续热利用创造了有利条件；

f、该工艺既可以输出过热蒸汽和高温渣，也可以输出饱和蒸汽和渣水混合物，既可以产生干渣，也可以产生水渣，一套系统装置实现渣处理、换热等多种工艺需求；

g、采用了蒸汽法的密闭渣处理方法，将渣的粒化与换热过程放在密闭容器中进行，实现密闭容器内进行渣处理及渣换热过程，直接输出饱和或过热蒸汽，进而减少了环境污染；

h、节水、热效率高，工艺上采用了水的汽化及过热过程冷却渣，靠蒸汽带走渣热，由于蒸汽的焓热多，故节水；由于系统采用了闭路循环或半闭路水、汽循环工艺，循环系统除散热损失、排渣热损失外几乎没有其它热损失，故热效率高。

进一步的新的渣处理方法结合了射流器、汽爆罐以及蒸汽法原理，利用射流器、汽爆罐以及蒸汽法原理进行渣粒化及换热过程，直接产生饱和或过热蒸汽及高温渣，新的渣处理方法无论从原理、功能、结构、理论计算与现有水淬渣处理方法都有着本质区别。

发明内容

本发明针对现有的冶金渣粒化工艺无法实现热利用，以及现有专利渣粒化过程中靠附加动力设备粒化，能耗高、设备复杂等工艺方法上的不足，提出一种新的炉渣粒化方法及装置。新的射流蒸汽法渣粒化及热利用工艺方法及装置结合了射流器及汽爆罐工作原理，将市场普遍应用的射流器理论及装置经过改进嫁接到蒸汽法渣处理工艺中，利用射流水、蒸汽的动能及渣遇水的水淬过程，以及渣遇水产生的汽爆过程组合进行破碎渣，由于射流器的特殊原理结构，其在实现冶金渣粒化的同时还实现密闭进渣任务，实现在喉管部位的高压水封压，进而形成了以混合室、一次换热室的密闭汽爆换热空间，实现了渣密闭空间内的连续换热，使粒化、换热同时进行，直接输出高温渣、蒸汽及空气，高温渣、蒸汽及空气输出进行热利用。

进一步的所述密闭空间内渣的换热主要是利用水汽化及蒸汽过热过程吸热大的工艺原理，靠水的汽化及蒸汽过热过程冷却渣，即蒸汽法工艺原理，由于射流器的特殊原理结构，其在实现冶金渣粒化的同时还实现了渣的换热过程，进而使渣粒化及换热过程变得简单，实现了一套系统装置、一个过程同时实现渣粒化及换热过程，满足了新的渣处理、热利用的工艺要求，实现了高

值蒸汽输出。

进一步的说，在一定密闭或半密闭空间内，高温液态炉渣遇水水淬汽化，产生大量蒸汽，蒸汽迅速膨胀形成一种汽爆能，新的炉渣粒化法工艺在利用高压水的动能、水淬过程破碎渣的同时还利用了汽爆能进行炉渣粒化，利用汽爆过程连续高压快速换热，实现渣处理及换热过程，直接输出高温渣和蒸汽、空气，高温渣、蒸汽、空气输出进行热利用。

进一步的新的渣处理方法的射流水主要是指水、蒸汽、空气及其混合物，同时根据需要辅以氮气、烟气等其它气体参与粒化及换热过程，这里引射口进的物料主要是指高温液态炉渣，同时也包括引入空气、蒸汽、烟气类废热，靠废热作为渣处理过程中的温度的调节、进渣口密封，及实现废热再利用目的。该方法利用水、蒸汽的比热大，水汽化及过热过程吸热多的特点进行渣粒化及换热，利用水淬及汽爆过程进行渣处理、热利用，因此该方法具有节水、节能、环保等优点。

具体的说，射流器是利用流体流动能量的转变来达到输送物料的目的，生产应用极为普遍。在生产中，常将水、蒸汽作为射流器的工作流体，利用它来抽真空，使设备中产生负压，因此常将它称为水射流泵、蒸汽射流泵、射水抽气器，或称射流泵和喷射器，其主要由射流管、引射管、喉管、混合室等部分构成。

将射流器原理应用在冶金炉渣粒化及换热过程中，其工作过程原理是：工作时水、蒸汽或空气在高压下经射流口以很高的流速从喷嘴中喷出，使周围的空间形成一定的负压，将液态炉渣经引射口吸入高速的流体水中，两股流体在喉管中混合，水淬并迅速形成汽爆，进入混合室，由于射流水(气)压力足够大，与渣混合后在喉管部位形成足够密封压，其密封压大于汽爆产生的回流蒸汽压，使汽爆蒸汽不足以返回，渣、水、蒸汽形成混合流在射流压及汽爆压力的联合推动下进入混合室、换热室的半密闭空间内进行能量交换，高压下换热速率快，实现快速换热，渣在混合室、换热室迅速粒化、换热并直接产生过热蒸汽，在联合压力推动下进入二次换热装置中，在二次换热装置的换热床内进一步换热，换热后蒸汽大部分冷凝，冷凝水进入渣中，渣经下部输出口输出，换热后产生的洁净蒸汽或热水输出进行利用。

具体的说为方便后续热利用，渣处理装置输出的蒸汽一般要求为过热蒸汽，这样就要求进水量与进渣量存在着恒定比值关系，一般要求射流水量要小于其渣热全部变成饱和蒸汽时的喷水量，渣水比一般小于0.6，这里其射流水量也允许加大，不过此时产生的是饱和蒸汽、工业乏汽及高温渣水，饱和蒸汽、工业乏汽及高温渣水也可以直接输出经换热器换热后用于取暖等利用。

具体的说，采用射流器原理方法进行进渣、粒化、换热，其射流水压力一般要求较大，通过高的射流水压实现喉管处的密封，实现混合室、换热室汽爆及高压换热过程，实现进渣口负压进渣，以及维持换热器蒸汽换热循环过程，其高的压力通过高压水泵、汽包、气泵、风机实现，或通过自身或其它锅炉满足。

射流蒸汽法渣粒化工艺系统装置主要由射流器装置、二次换热装置、水泵、渣输出装置等部分组成，其中最主要是射流器装置，其射流器装置主要由射流口、引射口(进渣口)、喉管、逆止阀、混合室、一次换热室等结构组成，当二次换热装置仅对应一个射流装置，且系统循环采用无压运行时，其逆止阀可取消。其工艺系统如图1所示，这里二次换热器是相对一次换热室而说的，其即为目前市场普遍应用的锅炉换热装置，这里二次换热装置可以有多种安装、结构形式，可立式、卧式安装，可采用罐式、管式、箱式、带式结构，换热方式可以有直接换热、间接换热等等，图2为其中的一个实例，图2的二次换热器采用的是卧式滚筒安装结构，图3、图4、图5是图1结构中射流器的另三种延伸结构的结构示意。

进一步的说其射流器装置为渣处理过程中最关键的设备，是进渣及渣粒化的装置，是渣初步换热的场所，根据需要一般1个二次换热装置可配置1-4个射流器，射流器也可采用并联或串联方式配置，这里所述射流器其结构是在现有普通射流器结构原理上根据蒸汽法换热要求作了适当的改动后形成的结构装置，具体是改变了现有射流器的结构理论计算公式及部分结构、尺寸，现有的射流器结构理论计算公式已不能满足射流蒸汽法渣粒化及换热工艺的使用要求，新的射流器结构的计算公式还有待于技术人员进一步研究、开发，另在喉管后部到二次换热装置间根据换热装置实施结构要求增加了逆止阀，通过逆止阀避免出现压力倒流的问题，另在混合室后部增加了一次换热室，一个换热过程，再是该装置利用高压水封压实现密闭汽爆换热空间，利用汽爆过程实现快速换热；所述二次换热装置为渣粒化后渣、蒸汽进一步换热的场所，通过该换热装置可输出洁净蒸汽或热水，该装置是现有市场普遍应用的汽、液、固换热锅炉装置，或经过改进的其它换热装置，其可以立式或卧式安装，可以是固定罐式、回转罐式、固定箱式、移动带式等结构形式，其换热床可以是固定床、流化床、振动床等，其换热方式可以是直接或间接换热，换热装置其内部可根据需要可安装水冷壁、水冷管、耐磨衬板，及清理、清洗等结构和装置，该装置也可以是经过改进的含有二次加热装置的换热锅炉，或采用冷媒换热的低温介质换热锅炉；为了满足渣处理装置的出渣要求，在二次换热装置的下部或尾部安装有渣的出料装置，该出料装置可以是阀门，或阀与罐、阀与输送机、阀与运输车等共同组成组合装置，或渣浆泵、气力输送泵、喷射泵等；这里的水泵主要是指加压水泵，当系统采用空气、蒸汽参与渣粒化时，该水泵则是指气包、气泵、风机等气、汽加压设备，其气源可以来自本系统换热锅炉的汽包产的蒸汽，也可以是引自系统外蒸汽、空气，其安装的数量及位置根据生产及工艺流程需要随时进行调整。

进一步的新的射流器装置是个密闭的进渣、粒化及换热的容器，其安装在二次换热装置的进口部位，与二次换热装置连通，其装置工作过程中是个半密闭的容器，其半密闭容器是通过高压水参与后实现的，通过高压水、渣在喉管处形成的封压，组成了其半密闭容器空间，其渣的粒化及主要换热过程是在半密闭空间内实现的，通过半密闭空间的汽爆能及高压实现渣快速粒化及换热过程。

进一步的说新的射流蒸汽法渣粒化及热利用工艺装置将市场普遍应用的射流器与蒸汽法渣处理工艺装置相结合，将射流器结构嫁接到渣粒化及热利用工艺装置中，利用射流器实现渣粒化及渣换热过程，以及进渣口的密闭进渣任务，在利用了动能、水淬粒化渣的同时利用了汽爆能进行渣粒化及渣换热过程，在实现渣粒化的同时还实现渣的换热过程，该方法既可以输出过热蒸汽和高温渣，也可以输出饱和蒸汽、工业乏汽和水渣，输出的渣既可以是干渣也可以是水渣，或渣水混合物，渣和蒸汽经锅炉换热转化为高

值蒸汽和热水输出，为后续热利用创造了有利条件。

进一步的说这里射流水量是根据进渣量及工艺需要变化的，当要求射流器输出的是过热蒸汽和干渣时，则需水量相对较少，一般渣水比＜0.6，当渣处理装置输出的是饱和蒸汽或渣水混合物时，则需要较大量的水，一般渣水比＞0.4。

进一步的说，射流水压力及输出渣、蒸汽的温度是根据需要由设计人员给定的，一般的说射流水压力越大，输出渣、蒸汽的温度越高越好，压力越大渣的粒化效果越好，换热速率越快，温度越高越有利于提高提高二次换热蒸汽

值，进而提高总热效率，不过射流水压力大导致水泵功率增加，生产成本增加，输出渣、蒸汽的温度是由射流水、气量决定的，射流水、气量越大输出渣、蒸汽温度越低，反之越高，一般的说射流水压以能满足粒化、喉管封压及换热循环为好，输出渣、蒸汽的一般温度控制在800℃以下。

本发明优点是：

新的射流蒸汽法渣粒化及热利用工艺方法就是利用射流器原理，将射流器原理与蒸汽法渣处理工艺相结合，利用射流水动能、水淬过程、汽爆过程能组合破碎渣，该工艺用一套系统装置实现渣粒化的同时实现换热过程，渣粒化的同时实现热利用，为后续热利用创造了有利条件；该工艺利用了蒸汽法的工艺原理，采用水汽化及蒸汽过热过程进行渣处理、热利用，主要靠过热蒸汽带走渣热，进而节水、节能、环保；由于渣处理、换热在一个系统内、一步完成，渣粒化同时进行换热，直接产生过热蒸汽、渣，渣、过热蒸汽输出经二次换热进行热利用，因此工艺简单，总热效率高；渣粒化及换热主过程是在低压密闭容器内进行的，渣粒化过程同时进行换热，因此换热速度快、效果好；由于该工艺采用水为冷却介质，严格控制了渣的水淬温度，没有改变渣的性质，因此对渣的后续利用没有影响；由于设备装置主粒化过程中没有动力输入，没有运转部件，因此设备简单、节能、生产成本低；一套装置既可以生产干渣也可以生产水渣，既可以生产过热蒸汽，也可以产生饱和蒸汽或渣水混合物，既可以应用在高炉渣处理，也可以应用在钢渣及其它冶金渣处理，因此该工艺具有广泛实际应用价值。

进一步的优点是：实现了渣粒化装置进渣口的密闭进渣，在实现密闭进渣的同时实现渣粒化及渣换热，在利用了水动能、水淬粒化渣及汽爆能组合进行渣粒化及渣换热，既可以输出过热蒸汽，也可以输出饱和蒸汽及渣水混合物，该工艺仅用一台设备将炉渣粒化、换热，实现冶金渣热直接转化为蒸汽输出，满足了高

值蒸汽发电需求。

进一步的优点是：为冶金渣粒化、换热开辟了新的途径，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：

具体的优点是：

节水：拉萨法、INBA法、轮法、明特法、冲渣法等现有渣处理方法靠水淬水吸热使渣冷却，用水量较大，经实际统计数据现有的渣处理方法炼一吨铁需要4000kg冷却水，吨渣需补充新水1000kg，渣水比为1：10左右；射流蒸汽法渣处理工艺靠蒸汽吸收渣热，直接把水变成了蒸汽，该法用水量较少，理想状态下渣水比1：0.6以下，吨铁耗水200kg/t以下。

能耗低：现有的渣处理方法用水量大，水量大必然造成水泵加水、循环及冷却等电机功率倍数加大，经了解某钢厂2500m3高炉加水、循环、冷却以及渣处理等功率合计超过1000kw。而射流蒸汽法渣处理工艺功率在100kw-200kw左右，如果把热利用部分也考虑进去的话，总功率也不足500kw，节能效果十分明显。

实现了冶金渣热利用：经计算渣处理部分热效率90％以上。

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；而汽爆能量法渣处理工艺过程完全控制在一个封闭的系统里，经过二次除尘，没有外排不会对大气污染，非常适合当前节能减排形势。

附图说明

其工艺如图1、图2所示，图3图4图5是图1、图2结构中射流器装置的另三种延伸结构的结构示意。

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所示，主要由射流器装置1、二次换热装置2、渣输出装置3、水泵4等部分组成。射流器主要由射流口1.1、引射口1.2、喉管1.3、混合室1.4、一次换热室1.5及逆止阀1.6组成。

工艺过程综述：

工作过程如下：工作时液态炉渣从引射口进入射流器装置，水、蒸汽或空气从射流口进入射流器装置，水、蒸汽或空气在高压下以很高的流速从喷嘴中喷出，使周围的空间形成一定的负压，将液态炉渣从引射口带入高速的流体水中，两股流体在喉管中进行混合和能量交换，射流水速度减小，渣速度增大，射流水遇渣发生水淬粒化，产生蒸汽形成汽爆过程，由于射流水压力足够大，在喉管处形成封压，渣、水、蒸汽靠压力进入混合室实现进一步水淬粒化及汽爆过程，实现换热过程，随着渣的进一步粒化，蒸汽量的增多，换热室流道逐渐变大，流体速率开始降低，动能转化为压力能，渣、蒸汽在联合压力的推动下进入二次换热装置换热，随着二次换热装置流道容积的增大，及渣、蒸汽的换热降温，压力开始逐渐降低，蒸汽逐渐被冷凝，冷凝水进入渣中，仅有少量蒸汽经出口排出，再经加压装置加压返回到进渣口循环利用，待渣降温到200℃以下时，产生的水渣经排出装置输出，多余的冷凝水、蒸汽或空气排空，或经过烟囱喷水冷凝后排入水池，经锅炉换热后产生的蒸汽或热水输出进行热利用。

换热过程是：渣换热过程是在射流器装置及二次换热装置中完成的，主要靠水淬、汽爆过程中的高压蒸汽的直接换热实现的，主要是靠水的汽化及蒸汽过热过程带走渣热。

粒化过程是：渣的粒化主要是在射流器内完成的，主要靠喷水动能、水淬粒化、汽爆过程组合实现的。

渣的输出：液态红渣经渣粒化装置射流器的引射口进入，经射流器、二次换热装置，及出渣装置输出。

这里二次换热装置的进一步换热过程，以及锅炉的汽水循环过程、蒸汽的输出过程与现有的锅炉换热及热利用过程无异，故这里不再重复。

进一步的，射流汽爆法渣粒化及换热的密闭空间是通过高压射流水在喉管处的封压实现的，在混合室、一次换热室内利用水淬、高压水动能及汽爆能组合进行渣粒化及换热过程，渣粒化的同时实现换热。

进一步的，这里射流器的射流水主要是指水、蒸汽或空气及其混合物，同时也包括引入烟气、氮气等其它气体参与粒化及换热过程，用于满足某种特殊功能需求。这里引射口进的物料主要是指高温液态炉渣，同时也包括引入空气、蒸汽、烟气等废热，用废热作为渣处理过程中温度的调节、进渣口密封，及实现废热再利用等目的。这里的换热介质主要是指水、蒸汽、空气，同时也包括将烟气等废热引入，以实现废热再利用目的，比如将热风炉烟气引入到二次换热装置中参与二次换热过程进行二次换热及热利用。这里射流器装置输出的主要指过热蒸汽或饱和蒸汽，产生的渣主要为干渣，当加大射流水量或蒸汽量，其总进水量超过了该压力状态下产生的饱和蒸汽的需水量时，此时可输出饱和蒸汽或工业乏汽，输出渣为水渣。

进一步的所述渣粒化及换热装置根据需要可布置在高炉炉前部位，也可以根据需要布置在高炉较远位置，当渣处理装置布置在炉前部位时，渣可经渣沟直接进入引射口或经中间罐倒入引射口进行渣处理；当渣处理装置布置在高炉较远场地时，渣要经罐车等运输装置输送，经中间罐倒入渣处理装置进行渣粒化、热利用，产生的蒸汽经蓄热器汇总后进入发电机组发电。

进一步的当二次换热装置采用带压运行或二个以上射流器配备一个换热装置时，为避免换热装置的高压蒸汽从射流器间互相倒流，工艺上要求在喉管出口到二次换热器间设置逆止阀，通过逆止阀避免蒸汽倒流的问题。

进一步的在正常生产情况下每个高炉渣口至少配备一个射流器，根据高炉大小及需要每二个渣口至少配备一个二次换热器装置，当渣处理装置布置在高炉较远场地时，一个二次换热装置根据需要可配备1-4个射流器装置。

Claims (9)

1.一种炉渣粒化及热利用工艺装置，特征在于其装置主要由射流器装置、二次换热装置、水泵、渣输出装置组成，其中：

射流器装置是在普通射流器原理结构上作了适当改动，即在喉管后部增加了逆止阀、在混合室后部增加了换热室，更改了喉管、混合室结构尺寸后实现的，其射流器是渣粒化及初步换热的场所，在满足渣粒化的同时实现换热过程，射流器装置是系统装置的核心设备，主要由射流口、引射口、喉管、逆止阀、混合室、一次换热室组成，根据需要每个二次换热装置配置1-4个射流器；

射流器装置安装在二次换热装置的进渣口部位，与二次换热装置连通，其装置在工作过程中是个半密闭的容器，其半密闭容器空间是通过高压水参与后实现的，通过高压水、渣在喉管处形成封压，组成了其半密闭容器空间；

二次换热装置为渣粒化后进一步换热的场所，通过该换热装置可输出洁净蒸汽或热水，该装置是现有市场普遍应用的汽、液、固换热装置，其可以立式或卧式安装，可以是固定罐式、回转罐式、固定箱式、移动带式结构形式，其换热床可以是固定床、流化床、振动床，其换热方式可以是直接或间接换热，其换热装置内部可根据需要安装水冷壁、水冷管、耐磨衬板，及清理、清洗类辅助装置，当渣处理装置采用炉前安装时，其二次换热装置根据高炉大小及需要每二个渣口至少配备一个；

为了满足渣处理装置的出渣要求，在二次换热装置的尾部安装有渣的出料装置，该出料装置可以是阀门，或阀与罐、阀与输送机、阀与运输车共同组成的装置，或渣浆泵、气力输送泵、喷射泵类渣输出装置。

2.如权利要求1所述的炉渣粒化及热利用工艺装置，所述二次换热装置是经过改进后的含有二次加热装置的换热锅炉，或者是采用冷媒换热的低温介质换热锅炉。

3.如权利要求1所述的炉渣粒化及热利用工艺装置，其装置是将市场普遍应用的射流器与蒸汽法渣处理工艺装置相结合，将射流器装置结构嫁接到蒸汽法渣处理工艺装置中形成的系统组合装置，该装置利用射流器的原理在实现进渣口的密闭进渣的同时实现渣粒化及渣换热过程，在利用了水动能、水淬粒化的同时实现了利用汽爆能进行炉渣粒化及换热，该装置既可以输出过热蒸汽也可以输出饱和蒸汽，产生的渣既可以是干渣也可以是水渣。

4.如权利要求1所述的一种炉渣粒化及热利用工艺装置，其装置输出的蒸汽主要为过热蒸汽或饱和蒸汽，这样就要求进水量与进渣量存在着恒定的比值关系，正常生产射流总水量要低于其渣热全部变成饱和蒸汽时的喷水量。

5.根据权利要求1所述的炉渣粒化及热利用工艺装置，其适用于冶金炉渣粒化及余热利用领域，该装置用在高炉渣处理上时，其渣处理装置可根据需要布置在高炉渣流嘴下部，渣可经渣沟直接进入引射口或经中间罐倒入引射口，直接在炉前进行渣处理及换热过程；渣处理装置也可以根据需要布置在离高炉较远的专用渣处理场，渣经罐车运送，再经中间罐倒入渣处理装置中进行渣处理、热利用。

6.一种采用权利要求1所述装置的炉渣粒化和余热利用的方法，所述方法是：

a、该方法将射流器、汽爆罐原理结构应用到冶金渣处理及热利用工艺当中，将蒸汽法渣处理理论与射流器及汽爆罐原理结构相结合，利用射流器原理进行渣粒化及换热过程，利用蒸汽法原理实现渣粒化及换热过程，直接产生饱和或过热蒸汽及高温渣输出，渣、蒸汽输出后换热进行热利用；

b、利用了射流器原理结构实现渣处理装置进渣口的负压进渣，解决了半密闭容器带压进渣困难的问题，直接输出带压蒸汽、渣，为后续的热利用创造了有利条件；

c、利用射流器原理实现了渣粒化及换热过程半密闭容器进渣口的高压密闭问题，同时解决了一个半密闭容器内的渣粒化及换热的二个工作过程，利用射流水、蒸汽的射流过程，实现进渣口的封压，靠射流动能、水淬及汽爆过程组合破碎渣，利用半密闭空间内形成的汽爆能实现高压快速换热，该工艺在实现渣处理装置密闭进渣的同时实现渣粒化及换热过程，为后续渣热利用创造了有利条件；

d、利用水为射流介质，同时根据需要辅以蒸汽、空气，主要利用水、蒸汽的比热大，水汽化及蒸汽过热过程吸热多的特点进行渣粒化及换热，利用水的汽化及过热过程冷却渣，直接产生饱和或过热蒸汽输出，实现一套系统装置、一个过程同时满足渣粒化及换热二个过程，实现了高㶲值蒸汽输出，为后续热利用创造了有利条件。

7.根据权利要求6所述的方法，其方法的冷却射流介质主要是水，同时也包括蒸汽、空气；其引射口进的物料主要是高温液态炉渣，同时也包括引入空气、蒸汽、烟气，靠蒸汽、烟气废热作为渣处理过程中的温度的调节、进渣口密封，及实现废热再利用的目的。

8.根据权利要求6所述的方法，其方法通过以下过程特征实现的：工作时冷却射流介质在高压下经射流口以很高的流速从喷嘴中喷出，使周围的空间形成一定的负压，将液态炉渣经引射口吸入高速的流体水中；两股流体在喉管中混合和能量交换，水遇渣水淬并迅速形成汽爆过程，进入混合室；喷射水压力足够大，与渣混合后在喉管处形成封压，其封压大于汽爆产生的回流蒸汽压，靠射流高压实现喉管处的密封；渣、水、蒸汽形成混合流在射流压及汽爆压力的联合推动下进入混合室及一次换热室内进行能量交换，靠高压实现快速换热；随着渣的进一步粒化，蒸汽量的增多，换热室流道逐渐变大，流体速率开始降低，动能转化为压力能，渣、蒸汽在联合压力的推动下进入二次换热装置换热，渣、蒸汽经二次换热装置换热后蒸汽逐渐被冷凝，大量的冷凝水进入渣中，待渣降温到200℃以下时，经排出装置输出，经一次、二次换热器换热后产生的蒸汽或热水输出进行热利用，具体的粒化、换热过程是：

换热过程：渣换热过程是在射流器装置及二次换热装置中完成的，主要靠水淬、汽爆过程中的高压蒸汽的直接换热实现的，主要是靠水的汽化及蒸汽过热过程带走渣热；

粒化过程：渣的粒化主要是在射流器内完成的，主要靠喷水动能、水淬粒化、汽爆过程组合实现的。

9.根据权利要求6所述的方法，其射流水压力越大，渣的粒化效果越好，输出渣、蒸汽的温度越高，越有利于提高二次换热蒸汽㶲值，进而提高总热效率，生产上输出渣、蒸汽的温度控制在800℃以下。

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