熔融炉内热流场的控制方法、熔融炉及其应用技术

本发明专利技术提供了一种熔融炉内热流场的控制方法，包括通过顶吹喷枪将含氧气体以射流方式喷吹入熔融液液面下一定深度以及通过若干设置于熔融炉炉身的侧吹喷枪向熔融炉喷吹固体颗粒物料，所述的侧吹喷枪以与一定夹角的方式浸没在熔融液中的步骤；以及通过电极和热电偶实现对熔融炉内熔融液的辅助加热及炉温控制的步骤。本发明专利技术还提供了一种基于上述熔融炉内热流场的控制原理的熔融炉及其在处理固体颗粒领域的应用。本发明专利技术的熔融炉处理固体颗粒具有热流场操作可控、物料搅拌充分，物料反应快速高效的优点。速高效的优点。速高效的优点。

【技术实现步骤摘要】
熔融炉内热流场的控制方法、熔融炉及其应用


[0001]本专利技术涉及工业废弃物处理
，尤其是涉及一种利用高温熔融技术处理固体废弃物的过程中熔融炉内热流场的控制方法。

技术介绍

[0002]固体颗粒处理是通过物理处理、化学处理、生物处理、热解处理、焚烧处理、固化处理等不同方法，使固体颗粒转化为无害化适于运输、贮存、资源化利用，以及最终处置的一种过程。
[0003]常用的固体颗粒处理方法主要有以下五种。
[0004]（1）焚烧法。将可燃固体颗粒置于高温炉内，使其中可燃成分充分氧化的一种处理方法。采用焚烧处理可燃固体颗粒能同时实现减量化、无害化和资源化目的，是一种重要的固体颗粒处理方法。适合焚烧的废物主要是些不可再循环利用或不宜安全填埋的有害物，如难以生物降解、易挥发和扩散的、含有重金属及其他有害成分的有机物、生物医学废物(医院和医学试验室所产生的需特别处理的废物)等。
[0005]（2）化学法。通过反应使固体颗粒变成其他安全和稳定的物质，使废物的危害性降低到尽可能低的水平。化学法往往用于有毒、有害的废渣处理，属于一种无害化处理技术。化学处理法不是固体颗粒的最终处置，往往与浓缩、脱水、干燥等后续操作连用，从而达到最终处置的目的。化学法根据其原理不同，又可以分为中和法、氧化还原法和化学浸出法等。
[0006]（3）分选法。根据物质的粒度、密度、磁性、电性、光电性、摩擦性、弹性以及表面润湿性等的差异，采用相应的手段将其分离的过程。在固体颗粒的回收与利用中，分选是继破碎后一道重要的操作工序，机械设备的选择应按分选废物的种类和性质而定。分选处理技术主要有风力分选、浮选、筛分等。
[0007]（4）固化法。固化法是指通过物理的或化学的方法，将废物固定或包含在坚固的物体中，以降低或消除有害成分溶出的一种固体颗粒处理技术。根据废物的性质、形态和处理目的可采用的固化技术有五种：水泥基固化法、石灰基固化法、热塑性材料固化法、高分子有机物聚合稳定法和玻璃基固化法。
[0008]（5）生物法。利用微生物对有机固体颗粒的分解作用使其无害化，其基本原理是利用微生物的生物化学作用，将复杂有机物分解为简单物质，将有毒物质转化成为无毒物质。许多危险废物通过生物降解可解除毒性，解除毒性后废物可以被土壤和水体所接纳。生物法主要有活性污泥法、堆肥法、沼气法和氧化塘法等。
[0009]大宗工业固体废弃物（以下简称“大宗工业固废”）是指以尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、炉渣和脱硫石膏为代表的工业固废。我国每年产生的大宗工业固废量约为25亿吨。由于大宗工业固废量大面广、环境影响突出，因此，开展全面绿色转型具有重要意义。
[0010]然而，目前常用的几种固体颗粒处理方式对于大宗工业固废资源利用并不适用，我国目前约60亿吨存量大宗固废因缺乏稳定的、大规模的技术可行和经济合理的处置利用
途径而大量占地堆存，仅少部分通过填埋和低标准资源化利用而处理。煤矸石等大宗固废在堆存过程中，一方面会排放出二氧化碳、甲烷、氮氧化物等温室气体，另一方面由于风化和降水的综合作用，其含有的重金属元素等有毒有害物易引发水、土、气等介质复合污染。因此，研究开发适应大宗固废资源化利用的技术十分迫切。
[0011]熔融还原法通常是指不使用高炉而在高温熔融状态下还原铁矿石的方法，其产品是成分与高炉铁水相近的液态铁水。目前，世界上熔融还原法很多，如Corex工艺、HIsmelt工艺、Finex工艺等，其中Corex工艺技术比较成熟并已形成工业生产规模。但是，熔融还原法开发的最初目的是取代或补充高炉法炼铁，将熔融还原法应用于处理大宗工业固废处理的报道相对较少。
[0012]从化工原理角度讲，熔融还原法处理的物料为铁矿石，常见的铁矿石为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿四种类型，其中磁铁矿的熔融温度为1500
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1580℃、赤铁矿熔融温度为1580
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1640℃、褐铁矿和菱铁矿的熔融温度则比前两种要低得多。实际生产中，通常会在铁矿石中加入适量的熔融剂，则可将铁矿石的熔融温度降低到1200℃左右。而尾矿、煤矸石、冶炼废渣、炉渣和脱硫石膏等大宗工业固废的灰熔点大致在1300
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1800℃的范围。因此，从理论上来讲，处理铁矿石的熔融还原技术及设备也完全能够用于处理前述的大宗工业固废。但是，目前采用熔融还原法的应用领域主要是处理铁矿石，从而获得与高炉炼铁相近的液态铁水产品，而铁矿石中的脉石（成分绝大多数为含SiO2的酸性氧化物，以及含CaO和/或MgO的碱性氧化物）则以炉渣形式定期排出炉体。
[0013]而采用熔融还原法处理大宗工业固废，目的则是实现工业固废的资源化利用，回收工业固废中含有的重金属元素以及实现Si、Al、Ca等元素的高价值利用。显然，现有的熔融还原炉无法实现该目的。高温熔融炉内熔融液的物理化学变化过程是一个非常复杂的过程，尽管在直接还原铁制备
人们已做了大量的研究工作，但是迄今为止，既没有可供参考的熔融还原设备，也没有相应的理论用来指导固体颗粒在熔融炉内的热流场状态控制，以及如何保持炉内熔融液能够快速、均匀、连续、稳定地进行物理化学过程，并建立可控的熔融炉内多相流之间的相互作用体系。因此，需要对其炉体结构以及炉内的热流场进行研究，从而设计出适合大宗工业固废资源化利用的处理装置。

技术实现思路

[0014]本专利技术在吸收借鉴了已工业化应用的Corex、HIsmelt、Finex等成熟工艺中熔融还原炉内物料的进料方式，结合专利技术人对工业固体颗粒在熔融炉内的热流场分布的仿真模拟研究成果，提出了一种采用射流方式顶吹热风和侧喷吹物料进料相结合的方式，实现对熔融炉内熔融液多相流控制，解决了采用熔融炉处理大宗工业固废制备高性能无机材料时，炉内熔融液无法快速、连续、稳定地进行物理化学过程，且炉内多相流之间的相互作用体系较难控制的技术问题。
[0015]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案。
[0016]一种熔融炉内热流场的控制方法，含有如下步骤：通过顶吹喷枪将含氧气体以射流方式喷吹入熔融液液面下至少200mm深度；通过侧吹喷枪向炉内喷吹一定粒度的固体颗粒物料，至少一杆侧吹喷枪向炉内喷吹助溶剂和/或添加剂/改性剂，所述侧吹喷枪的喷嘴浸没在熔融液中，其枪身与熔融液的
水平液面呈30
°
~50
°
夹角；通过至少在熔融炉内炉底和流液洞的内壁同时设置可控功率的电极；以及至少在流液洞、上升区设置的热电偶，实现对熔融炉内熔融液的辅助加热并实时向炉温控制系统传输炉内温度数据，并由炉温控制系统与预先设定的炉内温度数值进行比较，智能调控进入熔融炉内的富氧或纯氧气体量，或者调整进入熔融炉内的固体颗粒物料的喷吹量实现炉温的调节，从而将炉内熔融液的温度维持在1200℃
‑
2000℃。
[0017]优选地，所述的顶吹喷枪采用多喷嘴喷头，且每个喷嘴的气流方向与顶吹喷枪枪身的中心垂直轴线的夹角可调。
[0018]更为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种熔融炉内热流场的控制方法，其特征在于：通过顶吹喷枪将含氧气体以射流方式喷吹入熔融液液面下至少200mm深度；通过至少一杆侧吹喷枪向炉内喷吹一定粒度的固体颗粒物料，至少一杆侧吹喷枪向炉内喷吹助溶剂和/或添加剂和/或改性剂，所述侧吹喷枪的喷嘴浸没在熔融液中，其枪身与熔融液的水平液面呈30
°
~50
°
夹角；通过至少在熔融炉内炉底和流液洞的内壁同时设置的电极实现对熔融炉内熔融液的辅助加热，设置热电偶实现实时温度监测，并由炉温控制系统与预先设定的炉内温度数值进行比较，智能调控进入熔融炉内的富氧或纯氧气体，或者调整进入熔融炉内的固体颗粒物料的喷吹量实现炉温的调节，从而将炉内熔融液的温度维持在1200℃
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2000℃。2.如权利要求1所述的熔融炉内热流场的控制方法，其特征在于：所述的顶吹喷枪采用多喷嘴喷头，且每个喷嘴的气流方向与顶吹喷枪枪身的中心垂直轴线的夹角可调。3.如权利要求2所述的熔融炉内热流场的控制方法，其特征在于：所述的多喷嘴喷头出口马赫数Ma≤2.0。4.如权利要求1所述的熔融炉内热流场的控制方法，其特征在于：所述的侧吹喷枪置入熔融液的深度不高于顶吹喷枪喷吹富氧或纯氧气体时在熔融液液面所形成的凹液面的最低处。5.如权利要求1所述的熔融炉内热流场的控制方法，其特征在于：所述的侧吹喷枪采用气力输送的方式调节进入熔融炉内的固体颗粒物料的速度及物料...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，杨智锋，齐庆，牛艳霞，樊泽坤，董子枫，
申请(专利权)人：山西智博环化工程有限公司，
类型：发明
国别省市：