高炉渣显热回收前景分析.doc

高炉渣显热回收前景分析近年来开发的多项余热、余能回收技术在钢铁企业中得以应用并取得了显著效果。但是，对于高品质余热资源之一的高炉渣显热，目前还没有成熟的回收技术，大量高炉渣显热能量白白耗散。而我国年产高炉渣上亿吨，携带显热折合标煤七百多万吨，余热资源相当丰富，如能有效回收利用，将对我国钢铁企业的节能降耗，可持续发展有重要意义。 1 高炉渣显热资源状况 钢铁企业余热资源主要集中在炼焦、烧结、炼铁、炼钢和热轧工序，表现为产品余热、烟（煤）气余热、废渣显热及冷却水显热等。根据相关数据统计，各种形式余热资源状况如表1所示。 表1 钢铁企业余热资源状况 类别 余热品质总量比例 存在形式应用现状 烟（煤） 中、低 43%焦炉烟气、煤气，烧结烟气， 部分利用 气显热 热风炉烟气，转炉煤气，高炉煤气 产品显热 高、中 30%烧结矿/球团矿、焦炭、钢坯等部分利用 渣显热 高10%高炉渣、钢渣等 极少利用 冷却水显热 低17%高炉冷却水等 极少利用 注：余热统计中不包含铁水显热 钢铁企业各类余热资源中，产品及烟（煤）气显热占余热资源总量较多，余热品质包含各个温度等级。目前已开发并应用的技术有干熄焦技术、烧结余热回收技术、转炉烟气余热回收技术、连铸坯热送热装技术等等，取得明显效果和效益。冷却水显热虽然也占一定比例，但属低温余热资源，回收经济效果较差，余热回收率仅2%左右。炉渣显热能级高，属高品位余热资源，约占全部高温余热资源的35%，其中高炉渣占28%（见图1），回收价值很大。但是由于回收技术上的困难，目前渣显热回收率极低，只有部分高炉渣冲渣水余热得以利用，高炉渣显热是少数还未被开发利用的重要余热资源。 高炉渣的出炉温度在14001550之间。每吨渣含（12601880）103kJ的显热，相当于60kg标准煤的热值。高炉渣的排出率与矿石品位有关，近年来我国大中型钢铁企业采用较高品位铁矿石原料，高炉渣铁比已降至300kg/t附近。由此，一座1000m3的高炉，按年产量90万t生铁、渣铁比为300kg/t计算，每年排渣量27万t，炉渣放散热量折合标煤1.62万t。据不完全统计，我国已经投产和在建的1000m3级以上的大型高炉约有169座，估算综合生铁产能在3.2亿t左右，因此每年我国大型高炉产渣量接近1亿t，携带热量折合标煤600万t。而实际生铁产量和渣铁比都高于计算值，因而高炉渣显热能量更为巨大。尽管并非可以全部回收高炉渣的热能，但若能部分回收利用，其节能效益也是显著的，非常具有市场开发潜力。 2 高炉渣显热利用现状 我国的高炉渣有90%以上采用水淬法制取水渣，用于水泥原料等，常用的水处理法有因巴法、图拉法、拉萨法等，但没有炉渣热能回收功能，炉渣热量基本全部散失。国内高炉渣余热回收利用仅限于冲渣水余热供暖，首钢、济钢、宣钢、鞍钢、本钢、莱钢、安钢等企业都有过采用冲渣水余热解决厂区部分采暖或浴室供热水的报道。但这种利用仅占高炉渣全部显热的很少部分，余热回收率低，仅为10%左右，且受时间和地域限制，在夏季和无取暖设施的南方地区，这部分能量只能浪费，因此推广应用受到了限制。虽然高炉渣显热回收问题已得到关注，并且一些钢铁企业和高校、研究所正在进行研究，但多以理论设计、基础实验为主，目前还没有见到实体设备工业化应用的报道，未形成成熟技术。 日本新日铁公司从上世纪80年代初就开始研发炉渣余热回收技术，并进行了规模工厂试验应用，取得了较大进步，但相关技术还不成熟。其他国家如英国、美国等也在开发试验炉渣的余热回收利用技术。 3 高炉渣显热回收技术开发现状 现有正在开发的炉渣热能回收方法可概括为两大类：介质换热法和化学反应法。 介质换热法是利用高炉渣与介质接触或辐射进行热交换，然后利用高温介质能量发电或他用。技术开发较早并取得一定效果的主要有日本的内冷转鼓法、转轮粒化法、风淬法及英国的离心转盘法等，见表2。以上各种方法经过小型试验或工业化试验，能回收40%60%的高炉渣显热，但技术还不成熟，有的效率低，有的影响炉渣性能降低附加值，有的设备投资大等等，未能推广。 表2 各种高炉渣显热回收技术概况 方法 技术概述 转鼓冷却法 液渣通过转鼓表面冷却为渣膜，鼓内介质吸热后 （日本） 变为蒸汽，经热交换器冷却后循环使用，回收热 量用于蒸汽透平发电。 80年代开发并进行工业 试验，成品渣玻璃化率95%，熔渣显热回收率偏低， 40%以下。 转轮粒化法 熔渣下落至旋转滚轮表面被甩出并粒化，送入 （日本） 固体介质流化床与空气和介质充分换热并冷却。 换热空气成为高温热风送到余热锅炉回收热量。 70年代开发，试验回收热量约为熔渣显热的60%， 成品渣可用于混凝土骨料。 风淬法 熔渣经高速空气吹射粒化并降温，渣粒再经二次流 （日本）化床热交换器冷却至低温排出，风洞及冷却塔内引 出的高温空气转变为蒸汽或电力进行利用。 80年代开发，经过半工业试验和规模生产试验，热 回收率小于50%，玻璃化率大于95%。但设计设备庞 大，风机能耗高。 离心转盘法 液渣落入高速旋转的杯盘上，在离心力（或附加上 （英国） 高速气流）的作用下被粒化，通过水冷壁和多级流 化床回收炉渣热能。 80年代开发，小型试验得到玻璃相大于95%，预测 工业化显热回收率达60%。 化学反应法是利用高炉渣显热能量促使化学反应进行，以回收利用高炉渣余热。国外有研究采用利用炉渣的高温热量促使CH4和H2O气体发生反应生成H2和CO，生产气体在下一反应器中反应又生成CH4和H2O气体，放出热量，处理后可供发电或热风炉使用等。另外，也有报道利用显热进行沼气制氢实验研究：CH4+CO22H2+2CO。目前此类方法还处于理论研究探索阶段，离实际应用较远。 4 高炉渣显热回收技术开发探讨 要对高炉渣显热进行回收利用，可以有多种设计，但要实现该技术在工业化生产中的推广应用，应满足几个前提：（1）显热回收的同时，高炉渣的性能不能下降，仍满足主流使用要求；（2）回收系统简单，投资较少；（3）高炉渣显热回收利用效率较高。 高炉渣显热回收的主要目的是在现有生产的基础上对二次能源的再利用，因此技术开发不应影响炉渣的使用性能和附加值。如前所述，我国90%以上的高炉渣制成水淬渣，被卖往水泥厂作原料，全国生产的水泥中约70%左右掺用了不同比例的高炉粒化渣。虽然高炉渣也可用于制取矿渣棉、微晶玻璃等产品，附加值也较高，但将高炉渣淬冷用作水泥原料的市场更为广阔，用量很大。因此，应主要针对高炉渣用作水泥原料的生产工艺，开展炉渣显热的回收技术研究，即实现高炉渣热能的再利用，又能使处理后的高炉渣性能满足水泥原料要求。 目前，高炉渣显热回收技术开发的热点是干式回收法，这与现有水淬渣法相比更为节水和环保，符合发展理念，但设备投入大、综合效率较低等问题成为其实现工业化应用的瓶颈，有待于取得新技术突破，如日本试验的风淬法。另外，有的干式回收技术只关注于显热的回收效率，而忽略了对高炉渣性能的影响，使处理后的炉渣难以满足水泥原料要求，如转轮粒化法等，这也是不太适合工业化推广。高炉渣水淬工艺是已经成熟并在我国广泛应用的技术，如能在现有水淬渣工艺设备的基础上，通过部分改造，增添热能回收设备，实现一定程度的热能回收，则可降低成本投入，比较容易在钢铁企业推广实施。水渣处理的新INBA法就是在原有INBA法基础上增加了冷凝设备系统，将冲渣时产生的大量蒸汽进行回收，同时减少了环境污染，以此为鉴，进一步实现热量回收也是可能的。 高炉渣显热虽高，但导热系数低、换热慢，而且出渣不连续，因此有效回收利用其热能有很大难度。设计时首先应考虑保证热源的稳定性，使能量连续稳定地转换输出；再者选择合适的换热介质，提高换热效率，目前多以水、空气与炉渣进行换热，也可考虑其它惰性气体或有机液体作为介质，或者采用几种介质的组合；之后还要考虑回收热能的合理利用，尽可能做到能级匹配，高效利用。高炉渣显热利用首先考虑直接使用，如生产工艺上的空气、燃气预热，物料干燥，生产蒸汽热水等；再者用于动力回收，例如用于发电。对于回收温度较低的部分热能，也可用于采暖、制冷等方面。 高炉渣显热回收技术在我国还没有进入工业化阶段，因此，大型回收设备的设计制造也是开发的主要内容之一。高炉渣显热回收机械装置的结构、尺寸不但要满足工艺要求，还要有一定的耐高温、耐磨、耐腐蚀能力，运行安全稳定，便于维修。因而，应结合生产实际设计开发高炉渣显热回收设备，实现标准化、系列化。 高炉渣显热回收技术的开发与推广可分阶段逐步实施。如针对现有高炉的实际生产情况，首先开发一种相对简单的回收系统，回收一定比例的热能（30%40%），在高炉检修或扩容时增设；使用成功和取得效益后，可以此技术和经验为基础，再对技术设备升级改造或开发全新的回收方法，使热能回收效率达到较高水平（60%70%），可应用于新建高炉上使用，并逐步改进和在钢铁企业全面推广。 5 结语 综上所述，我国高炉渣显热品质高、资源丰富，对其回收利用的开发前景非常广阔。对高炉渣