CN111793728A - 一种高炉冶炼飞灰处理系统及其处理方法 - Google Patents

一种高炉冶炼飞灰处理系统及其处理方法 Download PDF

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Abstract

一种高炉冶炼飞灰处理系统及其处理方法，所属环保领域，系统包括密闭罐车、飞灰储罐、磨煤装置、煤粉储罐、预混合回旋设备、混合料储罐、喷吹罐、分配器、喷枪和高炉；本发明在高炉的炉缸处设置环形喷煤口，将煤粉、飞灰和助燃气体通过环形喷煤口一同喷入高炉，利用高炉内的高温环境对飞灰做无害化处理和资源化利用。本发明处理系统使飞灰中的各种金属全部高附加值回收，不占地，投资少，无环境污染，可实现性好。

Description

一种高炉冶炼飞灰处理系统及其处理方法
技术领域
本发明属于环保领域，特别涉及一种高炉冶炼飞灰处理系统及其处理方法。
背景技术
目前垃圾焚烧的飞灰处理有各种固化法然后填埋，也有用水泥工艺固化，也有个别用于生产填料，也有国外的等离子熔融法，都受各种条件限制，如材料性质、环境、工艺等环保的限制，运行成本太高，没有得到广泛推广。
垃圾焚烧飞灰里面含有多种重金属、碱金属和轻金属的多元共融体，而且含有氯、氟、二恶英，处理的目的首先要无害化，最好能够资源化。
发明内容
为了开发一种经济实用、环保无害的飞灰处理技术，本发明提供了一种高炉冶炼飞灰处理系统及其处理方法，在高炉的炉缸处设置环形喷煤口，将煤粉和飞灰通过环形喷煤口一同喷入高炉，利用高炉内的高温环境对飞灰做无害化处理和资源化利用。其具体技术方案如下：
一种高炉冶炼飞灰处理系统，如图1所示，包括密闭罐车1、飞灰储罐2、磨煤装置3、煤粉储罐4、预混合回旋设备5、混合料储罐6、喷吹罐7、分配器8、喷枪9和高炉10；
所述混合料储罐6顶端设置有防爆孔11；所述高炉10的炉缸处设置有喷煤口12，所述高炉10的炉身气液循环区域设置有锌回收装置13；所述高炉10底部设置出铅口14；
所述喷煤口12环绕高炉炉壁设置，喷煤口12的设置数量根据高炉规模大小确定；所述喷枪9的数量等于喷煤口12的数量；
所述密闭罐车1出料口通过管道连接飞灰储罐2进料口，所述磨煤装置3出料口通过管道连接煤粉储罐4进料口，所述飞灰储罐2和煤粉储罐4的出料口分别通过管道连接预混合回旋设备5的进料口，所述预混合回旋设备5的出料口通过管道依次连接混合料储罐6、喷吹罐7、分配器8、喷枪9，所述喷枪9喷嘴接入高炉10炉缸处的喷煤口12；
上述一种高炉冶炼飞灰处理系统的处理方法，包含如下步骤：
步骤1，混合：
采用气流输送将密闭罐车1中的飞灰输送至飞灰储罐2中，输送气体采用氮气或干燥空气；将无烟煤在磨煤装置3中进行研磨成粒度＜2mm的煤粉，并通过气流输送至煤粉储罐4中；紧接着将飞灰和煤粉同时通过管道输送至预混合回旋设备5中进行均匀混合，飞灰和煤粉的混合质量比例为(10～50)：(90～50)，制成混合粉体，并通过气流输送至混合料储罐6，储存；
步骤2，喷入：
采用气流输送将混合料储罐6中的混合粉体通过管道输送至喷吹罐7中，输送气体采用氮气或干燥空气，然后将混合粉体输送至分配器8中进行支路分配给喷枪9，最后使用喷枪9将混合粉体和助燃气体同时通过喷煤口12喷入高炉10的炉缸内，助燃气体为空气或富氧空气；
步骤3，冶炼处理：
高炉10的炉缸内在喷煤口12处为喷吹区域，喷吹区域是氧化环境，温度在1600～1800℃，飞灰中的二恶英被高温氧化，成为燃料被烧掉；大量氟、氯进入炉渣，少量氟、氯以氟化氢和氯化氢酸性气体形式随煤气逃逸出高炉10，逃逸的煤气中掺杂氟化氢和氯化氢酸性气体，为减少后续煤气使用过程中对设备的腐蚀，在煤气回收前用碱性材料脱酸处理；
随着混合粉体在高炉10内流动离开喷吹区域，进入高炉10内的其它区域，其它区域均为还原性气氛，飞灰中的金属元素铅被还原成金属落入铁水，与铁水不相融，沉积到高炉10的炉底，最后通过出铅口14回收；飞灰中的金属元素锌、镉被还原成金属并气化，与其它易气化金属一同在高炉10内以气态循环富集，最后通过高炉10的锌回收装置13引出回收并固化；飞灰中的金属元素铜、铁、锰被还原成金属直接溶于铁水内；飞灰中的铝、钾、钠及其它活泼金属元素以化合物的形态进入炉渣；飞灰中的硅元素被还原后，少量硅进入铁水，大量硅进入炉渣；
经高炉10冶炼后，喷入高炉10内的飞灰全部实现无害化处理，并得到了资源化回收利用；
步骤2中，所述喷枪9的喷吹速度为0.5～1.5吨/小时；
步骤3中，所述脱酸处理采用半干法固体吸附脱除，或者喷淋碱性溶液脱除；所述半干法固体吸附脱除使用的碱性材料为氢氧化镁块或氢氧化钙块；所述喷淋碱性溶液脱除使用的碱性材料为氢氧化钠溶液。
本发明的一种高炉冶炼飞灰处理系统及其处理方法，与现有技术相比，有益效果为：
一、本发明与填埋工艺相比，无需占用土地，彻底消除了填埋污染隐患，而且是全部资源化利用，由于是利用原有冶金设备，只需要做少量改造，投资很少，综合运行成本也低于填埋工艺。
二、本发明与水泥工艺处理法相比，飞灰中的各种金属几乎全部高附加值回收，资源化利用，没有任何隐患。水泥法处理里面的氯离子会对水泥质量有影响，而且重金属仍然有被溶解出的风险，没有给水泥生产带来任何价值，只是一种减少危害的无奈办法。
三、本发明与等离子玻璃化法相比，投资是等离子玻璃化法的10～20％，处理成本是等离子玻璃化法的10％，处理后附加值也远大于等离子玻璃化法，而且没有废气排放，运行过程没有二次泄露风险。
附图说明
图1为本发明实施例1的一种高炉冶炼飞灰处理系统的结构示意图：其中，1-密闭罐车，2-飞灰储罐，3-磨煤装置，4-煤粉储罐，5-预混合回旋设备，6-混合料储罐，7-喷吹罐，8-分配器，9-喷枪，10-高炉，11-防爆孔，12-喷煤口，13-锌回收装置，14-出铅口。
具体实施方式
下面结合具体实施案例和附图1对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
某钢铁企业，采用230m3高炉冶炼做飞灰处理，每天需要处理飞灰约60吨。建一个60m3的飞灰储罐、一个120m3的混合料储罐和一个预混合回旋设备，其它设备采用工厂原有设备；采用封闭罐车将垃圾焚烧电厂的飞灰运送至处理现场，并通过气流将飞灰输送至飞灰储罐。
如图1所示，一种高炉冶炼飞灰处理系统，包括密闭罐车1、飞灰储罐2、磨煤装置3、煤粉储罐4、预混合回旋设备5、混合料储罐6、喷吹罐7、分配器8、喷枪9和高炉10；
所述混合料储罐6顶端设置有防爆孔11；所述高炉10的炉缸处设置有喷煤口12，所述高炉10的炉身气液循环区域设置有锌回收装置13；所述高炉10底部设置出铅口14；
所述喷煤口12环绕高炉炉壁设置，喷煤口12的设置数量为8个；所述喷枪9的数量为8支；
所述密闭罐车1出料口通过管道连接飞灰储罐2进料口，所述磨煤装置3出料口通过管道连接煤粉储罐4进料口，所述飞灰储罐2和煤粉储罐4的出料口分别通过管道连接预混合回旋设备5的进料口，所述预混合回旋设备5的出料口通过管道依次连接混合料储罐6、喷吹罐7、分配器8、喷枪9，所述喷枪9喷嘴接入高炉10炉缸处的喷煤口12；
上述一种高炉冶炼飞灰处理系统的处理方法，包含如下步骤：
步骤1，混合：
采用气流输送将密闭罐车1中的飞灰输送至飞灰储罐2中，输送气体采用氮气；将发热值在25000KJ的无烟煤在磨煤装置3中进行研磨成粒度＜2mm的煤粉，并通过气流输送至煤粉储罐4中；紧接着将飞灰和煤粉同时通过管道输送至预混合回旋设备5中进行均匀混合，飞灰和煤粉的混合质量比例为30：70，制成混合粉体，并通过气流输送至混合料储罐6储存；
步骤2，喷入：采用气流输送将混合料储罐6中的混合粉体通过管道输送至喷吹罐7中，输送气体采用氮气，然后将混合粉体输送至分配器8中进行支路分配给喷枪9，最后使用喷枪9将混合粉体和助燃气体同时通过喷煤口12喷入高炉10的炉缸内，助燃气体为富氧空气，每只喷枪9的喷吹速度为1.0～1.1吨/小时，8只喷枪9的喷吹速度为8.0～8.8吨/小时；
步骤3，冶炼处理：
高炉10的炉缸内在喷煤口12处为喷吹区域，喷吹区域是氧化环境，温度在1600～1800℃，飞灰中的二恶英被高温氧化，成为燃料被烧掉；大量氟、氯进入炉渣，少量氟、氯以氟化氢和氯化氢酸性气体形式随煤气逃逸出高炉10，逃逸的煤气中掺杂氟化氢和氯化氢酸性气体，为减少后续煤气使用过程中对设备的腐蚀，在煤气回收时用氢氧化镁块吸附脱酸处理；
随着混合粉体在高炉10内流动离开喷吹区域，进入高炉10内的其它区域，其它区域均为还原性气氛，飞灰中的金属元素铅被还原成金属落入铁水，与铁水不相融，沉积到高炉10的炉底，最后通过出铅口14回收；飞灰中的金属元素锌、镉被还原成金属并气化，与其它易气化金属一同在高炉10内以气态循环富集，最后通过高炉10的锌回收装置13引出回收并固化；飞灰中的金属元素铜、铁、锰被还原成金属直接溶于铁水内；飞灰中的铝、钾、钠及其它活泼金属元素以化合物的形态进入炉渣；飞灰中的硅元素被还原后，少量硅进入铁水，大量硅进入炉渣；
经高炉10冶炼后，喷入高炉10内的飞灰全部实现无害化处理，并得到了资源化回收利用；
本实施例考虑喷入飞灰后对炉渣碱度的影响，在烧结配矿时增加烧结矿的碱度，检测飞灰中二氧化硅量及三氧化二铝的量，再根据喷入量，调整炉渣碱度；按照8.0～8.8吨/小时的喷吹速度向高炉内喷吹，工厂原来喷碳粉的喷吹速度是4.1吨/小时，本实施例高炉焦比没有调整，处理每吨飞灰增加喷煤约0.7吨。
本实施例的高炉运行5个月，每周除锌一次，每次回收锌约5吨；每个月回收铅一次，每次回收铅约6吨；炉渣碱度在1.0～1.1，运行一切正常，没有发现对炉体有侵蚀现象，高炉煤气中酸性气体浓度略有增加，经过除酸后煤气使用正常，煤气中没有检测到二恶英。
实施例2
使用实施例1的高炉冶炼飞灰处理系统，每天处理飞灰约60吨。
一种高炉冶炼飞灰处理系统的处理方法，包含如下步骤：
步骤1，混合：
采用气流输送将密闭罐车1中的飞灰输送至飞灰储罐2中，输送气体采用干燥空气；将发热值在25000KJ的无烟煤在磨煤装置3中进行研磨成粒度＜2mm的煤粉，，并通过气流输送至煤粉储罐4中；紧接着将飞灰和煤粉同时通过管道输送至预混合回旋设备5中进行均匀混合，飞灰和煤粉的混合质量比例为35：65，制成混合粉体，并通过气流输送至混合料储罐6，储存；
步骤2，喷入：采用气流输送将混合料储罐6中的混合粉体通过管道输送至喷吹罐7中，输送气体采用干燥空气，然后将混合粉体输送至分配器8中进行支路分配给喷枪9，最后使用喷枪9将混合粉体和助燃气体同时通过喷煤口12喷入高炉10的炉缸内，助燃气体为空气，每只喷枪9的喷吹速度为0.88～0.90吨/小时，8只喷枪9的喷吹速度为7.0～7.2吨/小时；步骤3，冶炼处理：
高炉10的炉缸内在喷煤口12处为喷吹区域，喷吹区域是氧化环境，温度在1600～1800℃，飞灰中的二恶英被高温氧化，成为燃料被烧掉；大量氟、氯进入炉渣，少量氟、氯以氟化氢和氯化氢酸性气体形式随煤气逃逸出高炉10，逃逸的煤气中掺杂氟化氢和氯化氢酸性气体，为减少后续煤气使用过程中对设备的腐蚀，在煤气回收时用喷淋氢氧化钠溶液脱酸处理；
随着混合粉体在高炉10内流动离开喷吹区域，进入高炉10内的其它区域，其它区域均为还原性气氛，飞灰中的金属元素铅被还原成金属落入铁水，与铁水不相融，沉积到高炉10的炉底，最后通过出铅口14回收；飞灰中的金属元素锌、镉被还原成金属并气化，与其它易气化金属一同在高炉10内以气态循环富集，最后通过高炉10的锌回收装置13引出回收并固化；飞灰中的金属元素铜、铁、锰被还原成金属直接溶于铁水内；飞灰中的铝、钾、钠及其它活泼金属元素以化合物的形态进入炉渣；飞灰中的硅元素被还原后，少量硅进入铁水，大量硅进入炉渣；
经高炉10冶炼后，喷入高炉10内的飞灰全部实现无害化处理，并得到了资源化回收利用；
本实施例考虑喷入飞灰后对炉渣碱度的影响，在烧结配矿时增加烧结矿的碱度，检测飞灰中二氧化硅量及三氧化二铝的量，再根据喷入量，调整炉渣碱度；按照7.0～7.2吨/小时的喷吹速度向高炉内喷吹，工厂原来喷碳粉的喷吹速度是2.9吨/小时，本实施例焦比没有做调整。处理1吨飞灰增加发热值25000KJ煤耗约0.7吨。
本实施例的高炉运行半年，每周除锌一次，每次回收锌约4.5吨；每个月回收铅一次，每次回收铅约5吨；炉渣碱度在1.0～1.1，运行一切正常，没有发现对炉体有侵蚀现象，高炉煤气中酸性气体浓度略有增加，经过除酸后煤气使用正常，煤气中没有检测到二恶英。

Claims (9)

1.一种高炉冶炼飞灰处理系统，其特征在于，包括密闭罐车(1)、飞灰储罐(2)、磨煤装置(3)、煤粉储罐(4)、预混合回旋设备(5)、混合料储罐(6)、喷吹罐(7)、分配器(8)、喷枪(9)和高炉(10)；
所述混合料储罐(6)顶端设置有防爆孔(11)；所述高炉(10)的炉缸处设置有喷煤口(12)，所述高炉(10)的炉身气液循环区域设置有锌回收装置(13)；所述高炉(10)底部设置出铅口(14)；
所述密闭罐车(1)出料口通过管道连接飞灰储罐(2)进料口，所述磨煤装置(3)出料口通过管道连接煤粉储罐(4)进料口，所述飞灰储罐(2)和煤粉储罐(4)的出料口分别通过管道连接预混合回旋设备(5)的进料口，所述预混合回旋设备(5)的出料口通过管道依次连接混合料储罐(6)、喷吹罐(7)、分配器(8)、喷枪(9)，所述喷枪(9)喷嘴接入高炉(10)炉缸处的喷煤口(12)。
2.根据权利要求1所述的一种高炉冶炼飞灰处理系统，其特征在于，所述喷煤口(12)环绕高炉炉壁设置，喷煤口(12)的设置数量根据高炉规模大小确定；所述喷枪(9)的数量等于喷煤口(12)的数量。
3.权利要求1所述的一种高炉冶炼飞灰处理系统的处理方法，其特征在于，包含如下步骤：
步骤1，混合：
采用气流输送将密闭罐车(1)中的飞灰输送至飞灰储罐(2)中；将无烟煤在磨煤装置(3)中进行研磨成粒度＜2mm的煤粉，并通过气流输送至煤粉储罐(4)中；紧接着将飞灰和煤粉同时通过管道输送至预混合回旋设备|(5)中进行均匀混合，飞灰和煤粉的混合质量比例为(10～50)：(90～50)，制成混合粉体，并通过气流输送至混合料储罐(6)，储存；
步骤2，喷入：
采用气流输送将混合料储罐(6)中的混合粉体通过管道输送至喷吹罐(7)中，然后将混合粉体输送至分配器(8)中进行支路分配给喷枪(9)，最后使用喷枪(9)将混合粉体和助燃气体同时通过喷煤口(12)喷入高炉(10)的炉缸内；
步骤3，冶炼处理：
高炉(10)的炉缸内在喷煤口(12)处为喷吹区域，喷吹区域是氧化环境，温度在1600～1800℃，飞灰中的二恶英被高温氧化，成为燃料被烧掉；大量氟、氯进入炉渣，少量氟、氯以氟化氢和氯化氢酸性气体形式随煤气逃逸出高炉(10)，逃逸的煤气中掺杂氟化氢和氯化氢酸性气体，为减少后续煤气使用过程中对设备的腐蚀，在煤气回收前用碱性材料脱酸处理；
随着混合粉体在高炉(10)内流动离开喷吹区域，进入高炉(10)内的其它区域，其它区域均为还原性气氛，飞灰中的金属元素铅被还原成金属落入铁水，与铁水不相融，沉积到高炉(10)的炉底，最后通过出铅口(14)回收；飞灰中的金属元素锌、镉被还原成金属并气化，与其它易气化金属一同在高炉(10)内以气态循环富集，最后通过高炉(10)的锌回收装置(13)引出回收并固化；飞灰中的金属元素铜、铁、锰被还原成金属直接溶于铁水内；飞灰中的铝、钾、钠及其它活泼金属元素以化合物的形态进入炉渣；飞灰中的硅元素被还原后，少量硅进入铁水，大量硅进入炉渣；喷入高炉(10)内的飞灰全部实现无害化处理，并得到了资源化回收利用。
4.根据权利要求3所述的一种高炉冶炼飞灰处理系统的处理方法，其特征在于，所述步骤1和步骤2中，气流输送的输送气体采用氮气或干燥空气。
5.根据权利要求3所述的一种高炉冶炼飞灰处理系统的处理方法，其特征在于，所述步骤2中，助燃气体为空气或富氧空气。
6.根据权利要求3所述的一种高炉冶炼飞灰处理系统的处理方法，其特征在于，所述步骤2中，喷枪(9)的喷吹速度为0.5～1.5吨/小时。
7.根据权利要求3所述的一种高炉冶炼飞灰处理系统的处理方法，其特征在于，所述步骤3中，脱酸处理采用半干法固体吸附脱除，或者喷淋碱性溶液脱除。
8.根据权利要求7所述的一种高炉冶炼飞灰处理系统的处理方法，其特征在于，所述半干法固体吸附脱除使用氢氧化镁块或氢氧化钙块。
9.根据权利要求7所述的一种高炉冶炼飞灰处理系统的处理方法，其特征在于，所述喷淋碱性溶液脱除使用氢氧化钠溶液。
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