新型熔渣水淬廢氣處理裝置及方法

齊翼龍（長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長沙 410011）

新型熔渣水淬廢氣處理裝置及方法

齊翼龍
（長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長沙 410011）

介紹了新型熔渣水淬廢氣處理裝置的工藝流程及基本結(jié)構(gòu)，能有效解決生產(chǎn)中熔渣水淬時產(chǎn)生的水蒸汽污染問題，同時，可將大部分水蒸汽就地冷凝成水返回到渣池內(nèi)循環(huán)利用，降低水的消耗。與傳統(tǒng)的水淬渣處理方法相比，新方法具有能耗低、節(jié)約用水、環(huán)境友好等突出優(yōu)勢，可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，能更好地推動熔渣水淬廢氣處理方面產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

熔渣水淬；水淬處理；渣?；に?；節(jié)約用水；環(huán)境友好

在火法生產(chǎn)鋼鐵或者有色金屬的過程中，會有高溫熔渣伴隨著產(chǎn)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1 t金屬約有300～500 kg熔渣產(chǎn)生，熔渣產(chǎn)生量的多少取決于入爐原料品位，原料品位越高，渣量就越少［1，2］，但如今高品位的原料越來越少且隨著我國金屬產(chǎn)量的逐年增加，產(chǎn)生的熔渣量也越來越多，放渣時間就會增長，因此，熔渣從爐子放出時的高效處理方式越來越受到重視，一個高效、環(huán)保、便捷、安全的熱渣處理方法是每個生產(chǎn)企業(yè)都關(guān)心的問題。

目前，主要的熔渣處理方式采用干渣法和水淬法兩種。由于干渣法處理時產(chǎn)生大量黑煙和灰塵，惡化生產(chǎn)環(huán)境且冷渣易變成大塊熔體物，資源無法得到有效地處理和利用，工廠現(xiàn)已很少采用，一般只在爐前設(shè)置事故坑或渣罐待生產(chǎn)不正常需要快速放出干渣時使用。水淬法是將熔渣在溜槽流動過程中，采用高壓水直接將熔渣沖到渣池內(nèi)，由于熔渣是急冷，易崩裂成小顆粒渣子，形成一種表面粗糙多孔，質(zhì)地輕脆，容易破碎的粒狀渣，此種水淬渣不必破碎即可直接當(dāng)做建筑材料或生產(chǎn)水泥來用［3］，資源利用率高，但是，在高溫熔渣與水接觸時，在溜槽及渣池上方會產(chǎn)生大量水蒸氣，有時甚至?xí)в蠬2S和SO2等有毒氣體［4］，這些氣體隨風(fēng)到處逸散，影響和惡化了現(xiàn)場操作環(huán)境，對周邊設(shè)備誘蝕，降低了設(shè)備的性能和使用壽命并造成了低空污染。隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，近年來水渣處理技術(shù)有了較大的發(fā)展和進(jìn)步。熔渣主要采用水淬法的處理方式代表工藝有圖拉法（TYNA）、因巴法（INBA）、底濾法（OCP）、拉薩法（RASA）和攪籠法（HK）［5］。這幾種水淬渣的處理方式均由熔渣溝、渣?；b置、脫水裝置、沉淀池及給水裝置組成［6］，其存在的主要問題是水耗高、投資大、工藝流程及設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)成本高、占地面積大等。

1 熔渣水淬原理

高溫液態(tài)熔煉渣從渣放出口放出經(jīng)溜槽流向水淬渣池，在溜槽尾部順著流渣方向設(shè)置有高壓水槍，水槍噴出的高速水流將熔渣擊碎、分割、急冷，熔渣急冷收縮產(chǎn)生應(yīng)力集中而碎裂、粉化［7］，形成一種表面粗糙多孔，質(zhì)地輕脆的小顆粒渣子，被冷卻水沖進(jìn)沉淀池內(nèi)澄清分離，同時完成了傳熱，產(chǎn)生大量的無壓水蒸汽和細(xì)小灰塵，彌散分布在水池上方和周圍，惡化現(xiàn)場勞動環(huán)境。

2 新型爐渣水淬廢氣處理裝置

開發(fā)爐渣水淬廢氣新型裝置是為了解決水淬時產(chǎn)生的大量水蒸氣低空污染，消除熔渣水淬時彌散在蒸汽中的細(xì)小灰塵，優(yōu)化現(xiàn)場環(huán)境，達(dá)到現(xiàn)場清潔生產(chǎn)的目的，同時降低水淬煙氣處理系統(tǒng)的投資及設(shè)備運(yùn)營成本。

該水淬廢氣收集裝置包括沖渣系統(tǒng)、集氣罩、噴淋系統(tǒng)、儲渣池、沉渣池、清水池、擴(kuò)容凝水箱、通風(fēng)管道、引風(fēng)機(jī)及給水泵、抓渣系統(tǒng)。水淬渣廢氣處置裝置示意圖如圖1所示。具體工作過程：當(dāng)熔渣從爐內(nèi)放出經(jīng)過鑄鋼溜槽時，靠近集氣罩溜槽上方的沖渣水閥門就會開啟，沖渣水管口設(shè)置成鴨嘴口，能更好地將水分散開，使水從噴嘴流出時為帶狀并大于渣流寬度，能較大面積地將熔渣冷卻、粒化。水壓設(shè)置要適中，若水壓太小，水渣?；某潭冗_(dá)不到要求，水壓太高會無謂消耗太多動能，甚至?xí)⒃鼪_出池外，增加勞動強(qiáng)度，因此，沖渣水壓力保持穩(wěn)定在0.1～0.3 MPa之間，水壓大小通過選擇的給水泵壓力及管道上安裝的調(diào)節(jié)閥開度調(diào)節(jié)，沖渣使用的冷卻水由清水池提供，可循環(huán)使用。

圖1 水淬渣廢氣處置裝置示意圖1－清水池；2－沉渣池；3－儲渣池；4－霧化噴頭；5－鑄鋼溜槽；6－集氣罩；7－支撐裝置；8－沖渣水管；9－管道；10－一次冷凝器；11－二次冷凝器；12－煙囪；13－引風(fēng)機(jī)；14－給水泵；15－調(diào)節(jié)閥

高溫熔渣遇到?jīng)_渣水時會產(chǎn)生大量的水蒸氣，產(chǎn)生的水蒸氣就會在抽風(fēng)系統(tǒng)的作用下進(jìn)入到集氣罩內(nèi)。集氣罩安裝在儲渣池上方，與插入其內(nèi)的鑄鋼溜槽及密封板連接在一起，并且集氣罩下部深入到渣池水面以下，保證水蒸氣無法外溢。集氣罩上方布置若干個霧化噴頭，噴頭數(shù)量根據(jù)單位時間內(nèi)放出渣量的多少確定，集氣罩內(nèi)的水蒸氣遇到上方噴出的水霧，會有90%以上的水蒸氣凝結(jié)成水珠而落入水池內(nèi)，從而將水蒸氣變成液態(tài)水，以液態(tài)水的形式回收了大部分蒸汽，冷凝水又重新通過管道流到渣池內(nèi)進(jìn)行循環(huán)利用，節(jié)約了沖渣水消耗量；同時，噴出的水霧還具有將水蒸氣中彌散的煙灰捕集下來進(jìn)入到?jīng)_渣水中，減少了黑色粉塵對環(huán)境的污染。

2.1 渣 池

渣池是一個由混凝土圍成的橫斷面為矩形的池子，池子深度根據(jù)一次放渣量確定。水池內(nèi)部由兩個高度不同的混凝土墻隔開成三塊，形成了三個功能不同的區(qū)域。分別是儲渣池、沉渣池和清水池，靠近清水池處擋墻高度會高些，目的是將淬渣沉降下來，只讓水進(jìn)入到清水池；分離出來的污水在清水池內(nèi)進(jìn)行澄清，然后進(jìn)行二次循環(huán)利用。采用此方法，經(jīng)過水淬后的熔渣大部分會在儲渣池區(qū)域內(nèi)沉降，少部分淬渣會因沖渣水的帶動而進(jìn)入到沉渣池區(qū)域，慢慢會在池底沉降下來。儲渣池底部設(shè)計(jì)成帶一定坡度的，角度一般控制在45°～60°，使沉降在集氣罩下方的水淬渣滑落在集氣罩外面，便于渣池上方的抓斗抓運(yùn)。水淬渣通過抓斗送至渣池附近的渣堆場或汽車上直接運(yùn)走。渣池結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 渣池結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 集氣罩

集氣罩由多塊鋼板組成的矩形空腔，大小根據(jù)水淬渣現(xiàn)場確定，安裝設(shè)計(jì)時保證水淬渣流向與集氣罩的長邊方向一致，外部設(shè)置加強(qiáng)版，防止其變形；頂部設(shè)置有霧化噴頭，用來一次冷卻水蒸氣。集氣罩根據(jù)現(xiàn)場需要，可以設(shè)計(jì)成固定式和移動式兩種形式。固定式外部設(shè)置牛腿或者橫梁，直接安裝在沖渣池混凝土墻上；移動式是在集氣罩外部合適位置高度（根據(jù)池水液面確定以底部完全浸入到水中），焊接鋼輪，鋼軌安裝在沖渣池墻上部。

2.3 噴 嘴

噴吹水的壓力及噴嘴口的形狀對熔渣水淬的粒度有很大影響。一般水壓越高，熔渣被沖擊得越劇烈，熔渣收縮碎裂的程度越大，形成的渣粒度越細(xì)。本設(shè)計(jì)中的噴嘴采用鋼管制作而成，厚度一般取6 mm，保證噴嘴有足夠的強(qiáng)度耐水流的沖刷和壓力的沖擊。制作時先將圓形鋼管制作成圓錐體后，再將小端打成扁口，將噴嘴出口制作成鴨嘴狀，這樣能使噴嘴出水成帶狀并大于渣流寬度，利于爐渣?；洼斔?。噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。鴨嘴口噴頭安裝時位置盡量靠近渣池上方的集氣罩，其安裝角度與沖渣溝坡度保持一致，并保證溶渣溝、噴嘴、沖渣溝三者中心線一致。

噴嘴處水流速度：V＝8～10 m／s（設(shè)計(jì)中流速取V＝8 m／s），噴嘴口過水?dāng)嗝娣e計(jì)算根據(jù)下列公式計(jì)算：

式中：S為過水?dāng)嗝娣e／m2；Q為過水流量／m3·h－1；V為水流速度／m·s－1。

根據(jù)A＝3～6B（設(shè)計(jì)中取A＝5B），噴嘴口打扁前后周長基本不變的原則，可知：

可以計(jì)算出噴嘴的外形尺寸。

式中：A為噴嘴長度；B為噴嘴寬度；D為錐管未打扁前的管徑，如圖3所示。

圖3 噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 冷凝器

集氣罩尾部通過管道與一次冷凝器連接，進(jìn)一步將從集氣罩溢出的水蒸氣冷凝，冷凝的水返回到?jīng)_渣池內(nèi)回收循環(huán)。冷凝器是一個空腔殼體，頂部布置霧化噴頭，快速將水蒸氣冷凝成水滴，并捕集水蒸氣中的細(xì)小顆粒粉塵。

一次冷凝器后連接二次冷凝器，其布置有換熱片，采用水冷降溫凝水的方式，徹底將水蒸氣轉(zhuǎn)換成水，冷凝水由底部水管排到清水池內(nèi)。凈化后的潔凈氣體通過管道經(jīng)廢氣煙囪排空。

3 新裝置優(yōu)勢

采用此水淬沖渣廢氣處理裝置不但解決了高溫渣水淬過程廢氣收集處理的難題，還具有節(jié)約水資源、節(jié)省投資、改善作業(yè)環(huán)境、環(huán)保效果好、設(shè)備重量輕、占地面積小、運(yùn)行成本費(fèi)用低、操作簡單方便的優(yōu)勢。

4 結(jié) 論

火法熔渣水淬技術(shù)日趨成熟，設(shè)備越來越先進(jìn)，在未來一段時間內(nèi)仍將成為熱渣處理的主要方法。現(xiàn)階段所存在的環(huán)保型水淬渣處理方法，具有投資大，運(yùn)營成本高等缺點(diǎn)；而采用此新型水淬渣廢氣處理裝置不僅能有效地解決現(xiàn)有工廠水淬時所面臨水汽大、低空污染嚴(yán)重、操作環(huán)境惡劣等問題，還能最大限度地將變成水蒸氣的沖渣水冷凝回收，降低沖渣水的消耗，節(jié)約能源。此方法是一種工藝簡單、操作方便、基建投資少、環(huán)保效果好的渣處理綠色工藝，能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，具有很大的市場空間和推廣應(yīng)用價(jià)值。

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New Equipm ent and Process for the Treatm ent of O ff-gas from the Slag Granulation Operation

QIYi-long
（Changsha Engineering and Research Institude Ltd.of Nonferrous Metallurgy，Changsha 410011，China）

Description ismade of the process flowsheet and basic structure of the new equipment and new process for the treatment of the off-gas from the slag granulation operation.The application of the new equipmentand process can effectively eliminate the water vapor pollutant formed in the slag granulation operation andmost of the water vapor is condensed into water in situ and recycled to the slag pond to reduce the water consumption.In comparison with the traditional granulator slag treatment process，this new process is more advantageous for low energy consumption，water-saving and environmental-friendly performance，as can bring about substantial economic and environmental benefits and accelerate the development of the industrialization of the slag granulator off-gas treatment.

slag granulation；water quenching treatment；slag granulation process；water-saving；environmental-friendly

X758

A

1003－5540（2016）02－0068－03

2016－02－20

齊翼龍（1983－），男，工程師，主要從事有色冶金、余熱利用設(shè)計(jì)和咨詢工作。