齐翼龙（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙 410011）

新型熔渣水淬废气处理装置及方法

齐翼龙
（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙 410011）

介绍了新型熔渣水淬废气处理装置的工艺流程及基本结构，能有效解决生产中熔渣水淬时产生的水蒸汽污染问题，同时，可将大部分水蒸汽就地冷凝成水返回到渣池内循环利用，降低水的消耗。与传统的水淬渣处理方法相比，新方法具有能耗低、节约用水、环境友好等突出优势，可以为企业带来可观的经济效益和环境效益，能更好地推动熔渣水淬废气处理方面产业化的发展。

熔渣水淬；水淬处理；渣粒化工艺；节约用水；环境友好

在火法生产钢铁或者有色金属的过程中，会有高温熔渣伴随着产生。据统计，每生产1 t金属约有300～500 kg熔渣产生，熔渣产生量的多少取决于入炉原料品位，原料品位越高，渣量就越少［1，2］，但如今高品位的原料越来越少且随着我国金属产量的逐年增加，产生的熔渣量也越来越多，放渣时间就会增长，因此，熔渣从炉子放出时的高效处理方式越来越受到重视，一个高效、环保、便捷、安全的热渣处理方法是每个生产企业都关心的问题。

目前，主要的熔渣处理方式采用干渣法和水淬法两种。由于干渣法处理时产生大量黑烟和灰尘，恶化生产环境且冷渣易变成大块熔体物，资源无法得到有效地处理和利用，工厂现已很少采用，一般只在炉前设置事故坑或渣罐待生产不正常需要快速放出干渣时使用。水淬法是将熔渣在溜槽流动过程中，采用高压水直接将熔渣冲到渣池内，由于熔渣是急冷，易崩裂成小颗粒渣子，形成一种表面粗糙多孔，质地轻脆，容易破碎的粒状渣，此种水淬渣不必破碎即可直接当做建筑材料或生产水泥来用［3］，资源利用率高，但是，在高温熔渣与水接触时，在溜槽及渣池上方会产生大量水蒸气，有时甚至会带有H2S和SO2等有毒气体［4］，这些气体随风到处逸散，影响和恶化了现场操作环境，对周边设备诱蚀，降低了设备的性能和使用寿命并造成了低空污染。随着科学的发展和技术进步，近年来水渣处理技术有了较大的发展和进步。熔渣主要采用水淬法的处理方式代表工艺有图拉法（TYNA）、因巴法（INBA）、底滤法（OCP）、拉萨法（RASA）和搅笼法（HK）［5］。这几种水淬渣的处理方式均由熔渣沟、渣粒化装置、脱水装置、沉淀池及给水装置组成［6］，其存在的主要问题是水耗高、投资大、工艺流程及设备结构复杂、维护成本高、占地面积大等。

1 熔渣水淬原理

高温液态熔炼渣从渣放出口放出经溜槽流向水淬渣池，在溜槽尾部顺着流渣方向设置有高压水枪，水枪喷出的高速水流将熔渣击碎、分割、急冷，熔渣急冷收缩产生应力集中而碎裂、粉化［7］，形成一种表面粗糙多孔，质地轻脆的小颗粒渣子，被冷却水冲进沉淀池内澄清分离，同时完成了传热，产生大量的无压水蒸汽和细小灰尘，弥散分布在水池上方和周围，恶化现场劳动环境。

2 新型炉渣水淬废气处理装置

开发炉渣水淬废气新型装置是为了解决水淬时产生的大量水蒸气低空污染，消除熔渣水淬时弥散在蒸汽中的细小灰尘，优化现场环境，达到现场清洁生产的目的，同时降低水淬烟气处理系统的投资及设备运营成本。

该水淬废气收集装置包括冲渣系统、集气罩、喷淋系统、储渣池、沉渣池、清水池、扩容凝水箱、通风管道、引风机及给水泵、抓渣系统。水淬渣废气处置装置示意图如图1所示。具体工作过程：当熔渣从炉内放出经过铸钢溜槽时，靠近集气罩溜槽上方的冲渣水阀门就会开启，冲渣水管口设置成鸭嘴口，能更好地将水分散开，使水从喷嘴流出时为带状并大于渣流宽度，能较大面积地将熔渣冷却、粒化。水压设置要适中，若水压太小，水渣粒化的程度达不到要求，水压太高会无谓消耗太多动能，甚至会将渣冲出池外，增加劳动强度，因此，冲渣水压力保持稳定在0.1～0.3 MPa之间，水压大小通过选择的给水泵压力及管道上安装的调节阀开度调节，冲渣使用的冷却水由清水池提供，可循环使用。

图1 水淬渣废气处置装置示意图1－清水池；2－沉渣池；3－储渣池；4－雾化喷头；5－铸钢溜槽；6－集气罩；7－支撑装置；8－冲渣水管；9－管道；10－一次冷凝器；11－二次冷凝器；12－烟囱；13－引风机；14－给水泵；15－调节阀

高温熔渣遇到冲渣水时会产生大量的水蒸气，产生的水蒸气就会在抽风系统的作用下进入到集气罩内。集气罩安装在储渣池上方，与插入其内的铸钢溜槽及密封板连接在一起，并且集气罩下部深入到渣池水面以下，保证水蒸气无法外溢。集气罩上方布置若干个雾化喷头，喷头数量根据单位时间内放出渣量的多少确定，集气罩内的水蒸气遇到上方喷出的水雾，会有90%以上的水蒸气凝结成水珠而落入水池内，从而将水蒸气变成液态水，以液态水的形式回收了大部分蒸汽，冷凝水又重新通过管道流到渣池内进行循环利用，节约了冲渣水消耗量；同时，喷出的水雾还具有将水蒸气中弥散的烟灰捕集下来进入到冲渣水中，减少了黑色粉尘对环境的污染。

2.1 渣 池

渣池是一个由混凝土围成的横断面为矩形的池子，池子深度根据一次放渣量确定。水池内部由两个高度不同的混凝土墙隔开成三块，形成了三个功能不同的区域。分别是储渣池、沉渣池和清水池，靠近清水池处挡墙高度会高些，目的是将淬渣沉降下来，只让水进入到清水池；分离出来的污水在清水池内进行澄清，然后进行二次循环利用。采用此方法，经过水淬后的熔渣大部分会在储渣池区域内沉降，少部分淬渣会因冲渣水的带动而进入到沉渣池区域，慢慢会在池底沉降下来。储渣池底部设计成带一定坡度的，角度一般控制在45°～60°，使沉降在集气罩下方的水淬渣滑落在集气罩外面，便于渣池上方的抓斗抓运。水淬渣通过抓斗送至渣池附近的渣堆场或汽车上直接运走。渣池结构示意图如图2所示。

图2 渣池结构示意图

2.2 集气罩

集气罩由多块钢板组成的矩形空腔，大小根据水淬渣现场确定，安装设计时保证水淬渣流向与集气罩的长边方向一致，外部设置加强版，防止其变形；顶部设置有雾化喷头，用来一次冷却水蒸气。集气罩根据现场需要，可以设计成固定式和移动式两种形式。固定式外部设置牛腿或者横梁，直接安装在冲渣池混凝土墙上；移动式是在集气罩外部合适位置高度（根据池水液面确定以底部完全浸入到水中），焊接钢轮，钢轨安装在冲渣池墙上部。

2.3 喷 嘴

喷吹水的压力及喷嘴口的形状对熔渣水淬的粒度有很大影响。一般水压越高，熔渣被冲击得越剧烈，熔渣收缩碎裂的程度越大，形成的渣粒度越细。本设计中的喷嘴采用钢管制作而成，厚度一般取6 mm，保证喷嘴有足够的强度耐水流的冲刷和压力的冲击。制作时先将圆形钢管制作成圆锥体后，再将小端打成扁口，将喷嘴出口制作成鸭嘴状，这样能使喷嘴出水成带状并大于渣流宽度，利于炉渣粒化和输送。喷嘴结构示意图如图3所示。鸭嘴口喷头安装时位置尽量靠近渣池上方的集气罩，其安装角度与冲渣沟坡度保持一致，并保证溶渣沟、喷嘴、冲渣沟三者中心线一致。

喷嘴处水流速度：V＝8～10 m／s（设计中流速取V＝8 m／s），喷嘴口过水断面积计算根据下列公式计算：

式中：S为过水断面积／m2；Q为过水流量／m3·h－1；V为水流速度／m·s－1。

根据A＝3～6B（设计中取A＝5B），喷嘴口打扁前后周长基本不变的原则，可知：

可以计算出喷嘴的外形尺寸。

式中：A为喷嘴长度；B为喷嘴宽度；D为锥管未打扁前的管径，如图3所示。

图3 喷嘴结构示意图

2.4 冷凝器

集气罩尾部通过管道与一次冷凝器连接，进一步将从集气罩溢出的水蒸气冷凝，冷凝的水返回到冲渣池内回收循环。冷凝器是一个空腔壳体，顶部布置雾化喷头，快速将水蒸气冷凝成水滴，并捕集水蒸气中的细小颗粒粉尘。

一次冷凝器后连接二次冷凝器，其布置有换热片，采用水冷降温凝水的方式，彻底将水蒸气转换成水，冷凝水由底部水管排到清水池内。净化后的洁净气体通过管道经废气烟囱排空。

3 新装置优势

采用此水淬冲渣废气处理装置不但解决了高温渣水淬过程废气收集处理的难题，还具有节约水资源、节省投资、改善作业环境、环保效果好、设备重量轻、占地面积小、运行成本费用低、操作简单方便的优势。

4 结 论

火法熔渣水淬技术日趋成熟，设备越来越先进，在未来一段时间内仍将成为热渣处理的主要方法。现阶段所存在的环保型水淬渣处理方法，具有投资大，运营成本高等缺点；而采用此新型水淬渣废气处理装置不仅能有效地解决现有工厂水淬时所面临水汽大、低空污染严重、操作环境恶劣等问题，还能最大限度地将变成水蒸气的冲渣水冷凝回收，降低冲渣水的消耗，节约能源。此方法是一种工艺简单、操作方便、基建投资少、环保效果好的渣处理绿色工艺，能带来可观的经济效益和环保效益，具有很大的市场空间和推广应用价值。

［1］ 徐高平.高炉渣粒化水处理方法［J］.青海科技研究与开发，2008，（2）：51－55.

［2］ 谭歆.高炉水淬渣处理及利用技术［J］.新疆钢铁，2004，91（3）：20－24.

［3］ 张志江，高志永.论高炉渣处理爆炸原因及解决措施［A］.许满兴，李自辉，李安宁，等.2013年炼铁及原料降本增效实用新技术新设备研讨会会议论文集［C］.淳安：炼铁及原料降本增效实用新技术新设备研讨会，2013.216－219.

［4］ 华一新.有色冶金概论［M］.北京：冶金工业出版社，2009.

［5］ 王茂华，汪保平，惠志刚.高炉渣处理方法［J］.鞍钢技术，2006，（2）：1－4.

［6］ 包向军，何亚斌，赵鹏，等.高炉冲渣水余热回收利用技术对比［A］.王海风，李芳芹，徐迎超，等.全国能源与热工学术年会会议论文集［C］.贵阳：全国能源与热工学术年会，2008.310－312.

［7］ 王志超.铜熔炼渣水淬爆炸原因浅析及预防［J］.有色矿冶，2012，28（6）：43－45.

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

齐翼龙（1983－），男，工程师，主要从事有色冶金、余热利用设计和咨询工作。