高爐熔渣顯熱干式直接回收工藝分析

高文濤

（新興鑄管股份有限公司動(dòng)控部，河北 邯鄲 056300）

高爐每生產(chǎn)1噸鐵水約產(chǎn)生 300kg～350kg的高爐熔渣，剛排出的高爐熔渣溫度在1500℃左右。經(jīng)分析測(cè)算，每噸熔渣能夠發(fā)電150度左右，電費(fèi)收入約為75元/噸。以2016 年的7億噸生鐵產(chǎn)量計(jì)算，高爐熔渣共計(jì)約3億噸，若能夠?qū)⑷墼鼰崃坑行Щ厥瞻l(fā)電，每年將可直接產(chǎn)生約合225億元的經(jīng)濟(jì)效益。因此，高爐熔渣極有回收價(jià)值[1]。

1 高爐熔渣冷卻及余熱回收的現(xiàn)狀

高爐熔渣顯熱有效回收利用，是鋼鐵行業(yè)至今未攻克的世界性難題。目前，在鋼鐵企業(yè)中高爐熔渣均用水冷卻處理，經(jīng)水淬處理后的成品渣用于水泥的基料。目前對(duì)熔渣處理技術(shù)，其缺點(diǎn)是高爐熔渣的余熱全部浪費(fèi)，同時(shí)浪費(fèi)大量水資源。水淬時(shí)所產(chǎn)生的有害蒸汽對(duì)大氣、水和土壤造成嚴(yán)重污染，工作環(huán)境惡劣。近五十年來(lái)以來(lái)，我國(guó)及國(guó)外眾多鋼鐵科技工作者提出了很多干法利用方法，例如：冷卻轉(zhuǎn)鼓法、熔渣薄片狀固化余熱回收工藝、熔渣平板狀固化余熱回收工藝、熔渣造粒余熱回收工藝、熔渣?；酂峄厥展に嚨?。但均未成功實(shí)施到生產(chǎn)中。

2 高爐熔渣顯熱二步法干式直接回收技術(shù)簡(jiǎn)介

利用特種熔漿余熱鍋爐進(jìn)行顯熱回收，熔渣換熱固化裝置由多個(gè)換熱單元組成，換熱單元均布在圓環(huán)形的固定支架上。換熱單元由熔渣換熱腔和其下方設(shè)置的熔渣檔板構(gòu)成，熔渣換熱腔為由熔渣換熱板包圍組成的扁平的深槽狀的空腔，具有較大平滑的內(nèi)表壁冷卻面積。熔渣換熱板為由通水的換熱管和澆鑄在換熱管之間的鑄鋼或鑄鋁構(gòu)成，熔渣換熱固化裝置的上方安裝頂渣器。

熔渣換熱固化裝置的上方安裝回轉(zhuǎn)注料的熔渣進(jìn)料系統(tǒng)：主要由回轉(zhuǎn)過(guò)渡倉(cāng)、回轉(zhuǎn)渣道及熔渣注料口組成，并配置驅(qū)動(dòng)器。工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)熔渣注料口及頂渣器水平回轉(zhuǎn)，高爐熔渣通過(guò)熔渣注料口依次流入到各個(gè)熔渣換熱腔內(nèi)，與熔渣換熱板內(nèi)埋設(shè)換熱管中的循環(huán)水換熱，被快速冷卻凝固，形成玻璃體超過(guò)95%的固體渣板。頂渣器將前方的熔渣換熱腔中的固體渣板頂出送入下一工序，此時(shí)渣板溫度為700℃左右，再向空的熔渣換熱腔中注入新的熔渣，生產(chǎn)循環(huán)進(jìn)行。將700℃左右的渣板送入高溫破碎機(jī)破碎成3mm～50mm的渣粒，再通過(guò)輸送裝置將渣粒送入固體余熱鍋爐，將700℃左右的熱渣粒冷卻到120℃左右，用水回收渣粒的顯熱。渣粒直接落入固體余熱鍋爐。

3 余熱回收利用的二種主要方式

第一種：各熔渣換熱腔的換熱管并聯(lián)，組成一個(gè)整體的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器內(nèi)的循環(huán)水吸收熔渣的熱量后產(chǎn)生的汽水混和物進(jìn)入汽包；生產(chǎn)飽和蒸氣。

第二種：各熔渣換熱腔分為二組或多組，每組中的換熱管并聯(lián)后與汽包連接構(gòu)成余熱鍋爐的省煤器、蒸發(fā)器、過(guò)熱器?；蛘邌蝹€(gè)熔渣換熱腔的換熱管為二組或多組，每組中的換熱管并聯(lián)后與汽包連接構(gòu)成余熱鍋爐省煤器、蒸發(fā)器、過(guò)熱器，直接生產(chǎn)過(guò)熱蒸汽。

4 試驗(yàn)簡(jiǎn)介、結(jié)果分析

（1）試驗(yàn)簡(jiǎn)介。熔渣換熱固化裝置為旋轉(zhuǎn)圓盤結(jié)構(gòu)，圓盤上安裝8個(gè)圓柱形換熱單元，換熱單元由效大的圓柱形承壓外殼和其內(nèi)安裝的多根錐管型熔渣換熱管構(gòu)成，熔渣換熱管的外壁與承壓外殼之間的夾層構(gòu)成循環(huán)冷卻水室；平臺(tái)每次旋轉(zhuǎn)1/8圈，再停頓一段時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)換熱單元的進(jìn)渣和另一個(gè)換熱單元的出渣；高爐熔渣注入熔渣換熱管內(nèi)，與循環(huán)冷卻水室內(nèi)的循環(huán)水換熱；打開熔渣檔板，冷卻后的渣塊利用自身重力及頂渣器頂力脫離熔渣換熱管。2016年，以1350℃左右液態(tài)磷渣為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用上述裝備完成了實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)裝備生產(chǎn)能力為10噸/小時(shí)，設(shè)備運(yùn)行正常，進(jìn)出渣順利，所產(chǎn)蒸汽沒有計(jì)量，對(duì)空排放。熔渣固化后的成品渣玻璃化率超過(guò)95%。

（2）試驗(yàn)結(jié)果分析。①成品渣的活性分析。把水淬成品渣和顯熱直接回收的成品渣分別磨成細(xì)粉，各按1∶1和425水泥進(jìn)行配比，再加3倍的沙子分別做了水淬渣試塊、顯熱直接回收渣試塊、水泥標(biāo)準(zhǔn)試塊，三種試塊養(yǎng)護(hù)28天，再做強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：顯熱直接回收渣試塊的抗壓強(qiáng)度為22.4Mpa、水淬渣試塊為11.5 Mpa、水泥標(biāo)準(zhǔn)試塊為20.0 Mpa?？梢钥闯觯@熱直接回收渣的試塊強(qiáng)度遠(yuǎn)大于水淬渣試塊的強(qiáng)度，也大于水泥標(biāo)準(zhǔn)試塊的強(qiáng)度，顯熱直接回收渣比水淬渣活性好，顯熱直接回收的成品渣完全可以代替水泥孰料。所以得出結(jié)論：熔渣固化后玻璃體超過(guò)95%。分析原因：是由于熔渣在干燥狀態(tài)下急冷，未與水接觸，從而保留了其效高的活性。其活性超過(guò)水淬渣更超過(guò)脫碳礦渣，是一種比水淬渣及脫碳礦渣更好的用于生產(chǎn)高標(biāo)號(hào)或超高標(biāo)號(hào)水泥及高標(biāo)號(hào)混凝土的材料，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值應(yīng)當(dāng)大大超過(guò)水淬渣及脫碳礦渣。②熔渣能快速冷卻的原因分析。根據(jù)換熱公式：Q=λ×△丅×S；其中λ為導(dǎo)熱系數(shù)，△丅為溫差，S為換熱面積；△丅是由熔渣自身決定的；本裝備采用眾多的扁平狀深槽形的熔渣換熱腔結(jié)構(gòu)，有巨大的換熱面積；與水直接換熱，有效大的導(dǎo)熱系數(shù)。本高爐熔渣余熱回收工藝，實(shí)際上就是解決了換熱面積的問(wèn)題，一個(gè)因熔渣在高溫下為液態(tài)、冷卻后為固態(tài)而帶來(lái)的進(jìn)出渣難題。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析測(cè)算

5000噸/天高爐，每天產(chǎn)熔渣1550噸，每小時(shí)產(chǎn)熔渣為65噸左右，年工作8760h，年產(chǎn)渣57萬(wàn)噸，每噸熔渣產(chǎn)15kg飽和蒸汽0.79噸飽和蒸汽0.79噸，每噸飽和蒸汽發(fā)電135度，年產(chǎn)飽和蒸汽45萬(wàn)噸，每噸15kg 把飽和蒸汽加熱成過(guò)熱蒸汽，年可多發(fā)電約為4000萬(wàn)度左右，增加產(chǎn)值約500萬(wàn)元。通過(guò)核算可以分析出，高爐熔渣余熱若得到有效回收，經(jīng)濟(jì)效益增收明顯。

6 高爐熔渣顯熱干式直接回收工藝的其他優(yōu)點(diǎn)

全系統(tǒng)無(wú)風(fēng)機(jī)，無(wú)塵，無(wú)外排蒸汽，無(wú)污水排放，徹底“消白”，節(jié)水環(huán)保。熔渣通過(guò)熔渣換熱板與循環(huán)水直接換熱，只有一次熱交換，余熱回收率在80%～95%之間，顯熱回收效果較好，是其他方案無(wú)法比的。生產(chǎn)的蒸汽品質(zhì)高：因有1000℃以上的熱源，能生產(chǎn)高溫高壓過(guò)熱蒸氣。回收系統(tǒng)占地面積較小，與其它方案比較省掉了氣體余熱鍋爐。

7 結(jié)語(yǔ)

本文提出的高爐熔渣顯熱干式直接回收工藝順利實(shí)施，可產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，該項(xiàng)目可廣泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)的高爐熔渣余熱回收方面，是鋼鐵企業(yè)高爐熔渣顯熱有效回收利用領(lǐng)域深層次研究的重要課題。