高爐渣顯熱回收前景分析

1、世界金屬導(dǎo)報(bào)/2010年/1月/19日/第 023版低碳經(jīng)濟(jì)高爐渣顯熱回收前景分析張西鵬周守航近年來(lái)開(kāi)發(fā)的多項(xiàng)余熱、余能回收技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中得以應(yīng)用并取得了顯著效果。但是，對(duì) 于高品質(zhì)余熱資源之一的高爐渣顯熱，目前還沒(méi)有成熟的回收技術(shù)，大量高爐渣顯熱能量白白耗 散。而我國(guó)年產(chǎn)高爐渣上億噸，攜帶顯熱折合標(biāo)煤七百多萬(wàn)噸，余熱資源相當(dāng)豐富，如能有效回 收利用，將對(duì)我國(guó)鋼鐵企業(yè)的節(jié)能降耗，可持續(xù)發(fā)展有重要意義。1高爐渣顯熱資源狀況鋼鐵企業(yè)余熱資源主要集中在煉焦、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼和熱軋工序，表現(xiàn)為產(chǎn)品余熱、煙（煤）氣余熱、廢渣顯熱及冷卻水顯熱等。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，各種形式余熱資源狀況如表1所示。鋼鐵企業(yè)

2、各類(lèi)余熱資源中，產(chǎn)品及煙（煤）氣顯熱占余熱資源總量較多，余熱品質(zhì)包含各個(gè)溫度等級(jí)。目前已開(kāi)發(fā)并應(yīng)用的技術(shù)有干熄焦技術(shù)、燒結(jié)余熱回收技術(shù)、轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收技術(shù)、 連鑄坯熱送熱裝技術(shù)等等，取得明顯效果和效益。冷卻水顯熱雖然也占一定比例，但屬低溫余熱 資源，回收經(jīng)濟(jì)效果較差，余熱回收率僅2%左右。爐渣顯熱能級(jí)高，屬高品位余熱資源，約占全部高溫余熱資源的 35%，其中高爐渣占28%（見(jiàn)圖1），回收價(jià)值很大。但是由于回收技術(shù)上的 困難，目前渣顯熱回收率極低，只有部分高爐渣沖渣水余熱得以利用，高爐渣顯熱是少數(shù)還未被 開(kāi)發(fā)利用的重要余熱資源。高爐渣的出爐溫度在 14001550 C之間。每噸渣含（12601

3、880） X 103kJ的顯熱，相當(dāng)于60kg 標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值。高爐渣的排出率與礦石品位有關(guān)，近年來(lái)我國(guó)大中型鋼鐵企業(yè)采用較高品位鐵礦 石原料，高爐渣鐵比已降至300kg/t附近。由此，一座 1000m3的高爐，按年產(chǎn)量 90萬(wàn)t生鐵、渣鐵比為300kg/t計(jì)算，每年排渣量27萬(wàn)t，爐渣放散熱量折合標(biāo)煤 1.62萬(wàn)t。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我 國(guó)已經(jīng)投產(chǎn)和在建的 1000m3級(jí)以上的大型高爐約有 169座，估算綜合生鐵產(chǎn)能在 3.2億t左右， 因此每年我國(guó)大型高爐產(chǎn)渣量接近1億t,攜帶熱量折合標(biāo)煤 600萬(wàn)t。而實(shí)際生鐵產(chǎn)量和渣鐵比都高于計(jì)算值，因而高爐渣顯熱能量更為巨大。盡管并非可以全部回收高爐渣的熱

4、能，但若能部 分回收利用，其節(jié)能效益也是顯著的，非常具有市場(chǎng)開(kāi)發(fā)潛力。2高爐渣顯熱利用現(xiàn)狀我國(guó)的高爐渣有90%以上采用水淬法制取水渣，用于水泥原料等，常用的水處理法有因巴法、 圖拉法、拉薩法等，但沒(méi)有爐渣熱能回收功能，爐渣熱量基本全部散失。國(guó)內(nèi)高爐渣余熱回收利 用僅限于沖渣水余熱供暖，首鋼、濟(jì)鋼、宣鋼、鞍鋼、本鋼、萊鋼、安鋼等企業(yè)都有過(guò)采用沖渣 水余熱解決廠區(qū)部分采暖或浴室供熱水的報(bào)道。但這種利用僅占高爐渣全部顯熱的很少部分，余 熱回收率低，僅為10%左右，且受時(shí)間和地域限制，在夏季和無(wú)取暖設(shè)施的南方地區(qū)，這部分能 量只能浪費(fèi)，因此推廣應(yīng)用受到了限制。雖然高爐渣顯熱回收問(wèn)題已得到關(guān)注，并且一些

5、鋼鐵企 業(yè)和高校、研究所正在進(jìn)行研究，但多以理論設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為主，目前還沒(méi)有見(jiàn)到實(shí)體設(shè)備工 業(yè)化應(yīng)用的報(bào)道，未形成成熟技術(shù)。日本新日鐵公司從上世紀(jì)80年代初就開(kāi)始研發(fā)爐渣余熱回收技術(shù)，并進(jìn)行了規(guī)模工廠試驗(yàn)應(yīng)用，取得了較大進(jìn)步，但相關(guān)技術(shù)還不成熟。其他國(guó)家如英國(guó)、美國(guó)等也在開(kāi)發(fā)試驗(yàn)爐渣的余 熱回收利用技術(shù)。3高爐渣顯熱回收技術(shù)開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀現(xiàn)有正在開(kāi)發(fā)的爐渣熱能回收方法可概括為兩大類(lèi)：介質(zhì)換熱法和化學(xué)反應(yīng)法。介質(zhì)換熱法是利用高爐渣與介質(zhì)接觸或輻射進(jìn)行熱交換，然后利用高溫介質(zhì)能量發(fā)電或他用。技術(shù)開(kāi)發(fā)較早并取得一定效果的主要有日本的內(nèi)冷轉(zhuǎn)鼓法、轉(zhuǎn)輪?；āL(fēng)淬法及英國(guó)的離 心轉(zhuǎn)盤(pán)法等，見(jiàn)表 2。以上各種

6、方法經(jīng)過(guò)小型試驗(yàn)或工業(yè)化試驗(yàn)，能回收40%60%的高爐渣顯熱，但技術(shù)還不成熟，有的效率低，有的影響爐渣性能降低附加值，有的設(shè)備投資大等等，未能 推廣。化學(xué)反應(yīng)法是利用高爐渣顯熱能量促使化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，以回收利用高爐渣余熱。國(guó)外有研究 采用利用爐渣的高溫?zé)崃看偈笴H4和H2O氣體發(fā)生反應(yīng)生成 H2和CO,生產(chǎn)氣體在下一反應(yīng)器中反應(yīng)又生成CH4和H2O氣體，放出熱量，處理后可供發(fā)電或熱風(fēng)爐使用等。另外，也有報(bào)道利 用顯熱進(jìn)行沼氣制氫實(shí)驗(yàn)研究 ：CH4+CO2T2H2+2CO。目前此類(lèi)方法還處于理論研究探索階段，離實(shí)際應(yīng)用較遠(yuǎn)。4高爐渣顯熱回收技術(shù)開(kāi)發(fā)探討要對(duì)高爐渣顯熱進(jìn)行回收利用，可以有多種設(shè)計(jì)，但

7、要實(shí)現(xiàn)該技術(shù)在工業(yè)化生產(chǎn)中的推廣應(yīng) 用，應(yīng)滿(mǎn)足幾個(gè)前提:（1）顯熱回收的同時(shí)，高爐渣的性能不能下降，仍滿(mǎn)足主流使用要求；（2）回收系統(tǒng)簡(jiǎn)單，投資較少；（3）高爐渣顯熱回收利用效率較高。高爐渣顯熱回收的主要目的是在現(xiàn)有生產(chǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)二次能源的再利用，因此技術(shù)開(kāi)發(fā)不應(yīng) 影響爐渣的使用性能和附加值。如前所述，我國(guó)90%以上的高爐渣制成水淬渣，被賣(mài)往水泥廠作原料，全國(guó)生產(chǎn)的水泥中約70%左右摻用了不同比例的高爐?；ｋm然高爐渣也可用于制取礦渣棉、微晶玻璃等產(chǎn)品，附加值也較高，但將高爐渣淬冷用作水泥原料的市場(chǎng)更為廣闊，用量很 大。因此，應(yīng)主要針對(duì)高爐渣用作水泥原料的生產(chǎn)工藝，開(kāi)展?fàn)t渣顯熱的回收技術(shù)研究

8、，即實(shí)現(xiàn) 高爐渣熱能的再利用，又能使處理后的高爐渣性能滿(mǎn)足水泥原料要求。目前，高爐渣顯熱回收技術(shù)開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)是干式回收法，這與現(xiàn)有水淬渣法相比更為節(jié)水和環(huán) 保，符合發(fā)展理念，但設(shè)備投入大、綜合效率較低等問(wèn)題成為其實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的瓶頸，有待于 取得新技術(shù)突破，如日本試驗(yàn)的風(fēng)淬法。另外，有的干式回收技術(shù)只關(guān)注于顯熱的回收效率，而 忽略了對(duì)高爐渣性能的影響，使處理后的爐渣難以滿(mǎn)足水泥原料要求，如轉(zhuǎn)輪粒化法等，這也是 不太適合工業(yè)化推廣。高爐渣水淬工藝是已經(jīng)成熟并在我國(guó)廣泛應(yīng)用的技術(shù)，如能在現(xiàn)有水淬渣 工藝設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)部分改造，增添熱能回收設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一定程度的熱能回收，則可降低成 本投入，比較容易

9、在鋼鐵企業(yè)推廣實(shí)施。水渣處理的新INBA法就是在原有INBA法基礎(chǔ)上增加了冷凝設(shè)備系統(tǒng)，將沖渣時(shí)產(chǎn)生的大量蒸汽進(jìn)行回收，同時(shí)減少了環(huán)境污染，以此為鑒，進(jìn)一步 實(shí)現(xiàn)熱量回收也是可能的。高爐渣顯熱雖高，但導(dǎo)熱系數(shù)低、換熱慢，而且出渣不連續(xù)，因此有效回收利用其熱能有很 大難度。設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)考慮保證熱源的穩(wěn)定性，使能量連續(xù)穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換輸出；再者選擇合適的換 熱介質(zhì)，提高換熱效率，目前多以水、空氣與爐渣進(jìn)行換熱，也可考慮其它惰性氣體或有機(jī)液體 作為介質(zhì)，或者采用幾種介質(zhì)的組合；之后還要考慮回收熱能的合理利用，盡可能做到能級(jí)匹配，高效利用。高爐渣顯熱利用首先考慮直接使用，如生產(chǎn)工藝上的空氣、燃?xì)忸A(yù)熱，物料干

10、燥，生 產(chǎn)蒸汽熱水等；再者用于動(dòng)力回收，例如用于發(fā)電。對(duì)于回收溫度較低的部分熱能，也可用于采 暖、制冷等方面。高爐渣顯熱回收技術(shù)在我國(guó)還沒(méi)有進(jìn)入工業(yè)化階段，因此，大型回收設(shè)備的設(shè)計(jì)制造也是開(kāi) 發(fā)的主要內(nèi)容之一。高爐渣顯熱回收機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)、尺寸不但要滿(mǎn)足工藝要求，還要有一定的 耐高溫、耐磨、耐腐蝕能力，運(yùn)行安全穩(wěn)定，便于維修。因而，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)高爐渣 顯熱回收設(shè)備，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。高爐渣顯熱回收技術(shù)的開(kāi)發(fā)與推廣可分階段逐步實(shí)施。如針對(duì)現(xiàn)有高爐的實(shí)際生產(chǎn)情況，首 先開(kāi)發(fā)一種相對(duì)簡(jiǎn)單的回收系統(tǒng)，回收一定比例的熱能（30%40%），在高爐檢修或擴(kuò)容時(shí)增設(shè)；使用成功和取得效益后，可以此技

11、術(shù)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，再對(duì)技術(shù)設(shè)備升級(jí)改造或開(kāi)發(fā)全新的回收方 法，使熱能回收效率達(dá)到較高水平 （60%70%）,可應(yīng)用于新建高爐上使用，并逐步改進(jìn)和在鋼鐵企業(yè)全面推廣。第3頁(yè)共4頁(yè)© 1 *>4-2010 Chirui Academic Journal Ekctronic PuKlijihing House. All rights reserved, http:/'/wavi. Jidt5結(jié)語(yǔ)綜上所述，我國(guó)高爐渣顯熱品質(zhì)高、資源豐富，對(duì)其回收利用的開(kāi)發(fā)前景非常廣闊。對(duì)高爐 渣顯熱回收利用技術(shù)的開(kāi)發(fā)，應(yīng)以滿(mǎn)足爐渣應(yīng)用為前提，使性能達(dá)到水泥原料使用要求，并盡量 簡(jiǎn)化設(shè)備、降低投資

12、，達(dá)到一定的熱能回收利用率；結(jié)合實(shí)際情況，以現(xiàn)有水渣工藝為基礎(chǔ)，開(kāi) 發(fā)顯熱回收功能，逐步改進(jìn)回收工藝設(shè)備，提高效率，并進(jìn)一步開(kāi)展更為高效、環(huán)保的高爐渣顯 熱回收技術(shù)如干法回收技術(shù)。高爐渣顯熱的回收和再利用，涉及工藝、設(shè)備和生產(chǎn)多方面，建議 由科研院所、設(shè)計(jì)單位和企業(yè)合作開(kāi)發(fā)，早日實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。ft 1惘鉄企業(yè)余熱資西狀況in勲連比桝應(yīng)用現(xiàn)狀申、低保護(hù)掛.諜氣，規(guī)姑煙*高爐煤 生俁氏護(hù)煙九”轉(zhuǎn)護(hù)煤乳r加探爐煙嚴(yán)島建站規(guī)緒廠球團(tuán)低痕、劎坯等高爐渣制潅爭(zhēng)17-馬護(hù)冷卻貳爭(zhēng)械少利用注：僉無(wú)緬計(jì)中茶蟲(chóng)舍軼水屋站第#頁(yè)共4頁(yè)© 1 *>4-2010 China Academic Jour

13、nal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/'/ki.iidt表2 各種高爐盤(pán)顯紬回收梳術(shù)槪況工藝示意液潼過(guò)蚯轉(zhuǎn)岐表面冷卻為淺 槌"較內(nèi)奪最呱拈肩耋肖燕汽， 經(jīng)熱吏換話凈卻昌循環(huán)便用+ 冋收雄量用于蒸汽址平皮電* 30年光舟嵐井遅抒工業(yè)試臉* 成品潼肢琥代半95險(xiǎn)堆淹蠱 熏冋腹率憐抵沖陽(yáng)嘆下嶺輪社優(yōu)法（日和K41«-Sfc"r熄洼下落至砒媒滾輪歳蘭就甩 出卑粒祀"理.人闔體介盾流此 床與空毛翻殲質(zhì)充命換站并凈 卻n無(wú)裁覽虛為鬲遲熱陸罐 針余姑鋼耕曰痕轉(zhuǎn)量，M年代開(kāi)發(fā)"試腔回枚鋁畳約 泊疏潼匯熱的6（,並品渣可 用于詆聯(lián)上骨科，風(fēng)溥法（日本）熔潼繪離速空牝氓豺粗出-X降 溫"洼粒再繪二驗(yàn)流化氏皓交 播券凈卻至抵盤(pán)排出，觀洞及 冷卻曙內(nèi)引出的高溫空宅始藍(lán) 為薰汽趾範(fàn)力進(jìn)汗刈用so年代開(kāi)童”經(jīng)過(guò)半工遂誠(chéng)聆 和規(guī)褸電產(chǎn)試腔，棘網(wǎng)收豐小 于引閔.燃童化率丸于5%.-怛 設(shè)計(jì)設(shè)備慮圮，鳳帆能耗高浪