高炉渣

山东埃尔派 | 点击量:0次 | 2021-02-07

摘要
高炉渣是什么 高炉渣显热回收方法有哪些?利用高温熔渣直接制备高附加值材料,对熔渣进行调质,直接热成型为矿棉、微晶玻璃等高附加值材料。这样做间接回收了熔渣显热,避免了传统水淬工艺带来的问题,简约了熔渣资源化的流程。然而,热成型后的产品仍蕴含较高的显热,仍被浪费。与上述几种方法相比,热量回收的不够彻底。

  高炉渣是什么 高炉渣显热回收方法有哪些

  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。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%,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1400~1550℃之间。每吨渣含(1260~1880)×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。

  高炉熔渣是在高炉炼铁过程中,由矿石中的脉石、燃料中的灰分和溶剂(一般是石灰石)中的非挥发组分形成的固体废物。主要含有钙、硅、铝、镁、铁的氧化物和少量硫化物。是高炉生产的主要副产品,主要成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2等,含有大量的高品质热焓,具有很高的回收价值。

  高炉渣显热进行回收,需要解决两个主要问题:一是对高炉熔渣进行粒化,二是热量的回收。水淬粒化不能回收显热,干式粒化处理后可以进行显热回收。熔渣显热回收技术主要有物理热回收技术和化学热回收技术两类。

  各种物理热回收方法,都需要借助于一定的载能体(空气等)来回收熔渣的显热,综合热回收效率不高。化学法回收熔渣显热不仅可以省去众多余热回收设备,且由于能量形式转换次数少,回收率高,受到广泛关注。日本科研人员在这方面做了大量工作,主要有以下形式:

  1、甲烷循环反应

  流程为:

  1)利用高速喷出的甲烷(CH4)和水蒸气(H2O)混合气体对液渣进行冷却粒化,二者进行强烈的热交换。液渣受到风力的破碎和强制的冷却作用,其温度迅速下降并粒化为细小颗粒。

  2)CH4和H2O的混合气体在高炉渣显热的作用下,发生吸热反应生成H2和CO,将高炉渣的热量转移出来;

  3)生成的气体进入下一反应器,在一定条件下,H2和CO反应生成甲烷和水蒸气,放出热量。高温甲烷和水蒸气经热交换器冷却,重新返回循环使用。

  2、甲烷-水蒸气重整制氢

  流程:

  1) 用转杯粒化技术对熔渣进行粒化,采用CH4和H2O气体作为冷却介质。

  2) 气体吸收化学显热,在催化剂作用下,生成H2和CO气体。

  3、沼气-二氧化碳重整制氢

  反应为CH4+CO2=2CO+2H2。消耗能量247kJ/mol,来源于熔渣显热。研究表明:渣粒不仅起到提供热量的作用,且是一种很好的催化剂,能促进甲烷的分解;随着反应温度的升高,甲烷的转化率增大,最高达96%左右,且生成更多的氢气。

  4、利用炉渣显热制煤气

  高炉熔渣在处理过程需要急速冷却;而煤的气化需要不断加热、升温,因此可以将两者结合起来,目前,我国学者正在进行这方面的研究。

  5、高温熔渣直接制备材料

  利用高温熔渣直接制备高附加值材料,对熔渣进行调质,直接热成型为矿棉、微晶玻璃等高附加值材料。这样做间接回收了熔渣显热,避免了传统水淬工艺带来的问题,简约了熔渣资源化的流程。然而,热成型后的产品仍蕴含较高的显热,仍被浪费。与上述几种方法相比,热量回收的不够彻底。

  综上,高炉渣是一种很好的二次资源,水淬法不可以回收显热,而化学法则可最大程度回收利用这类特殊资源。多种化学法中,甲烷PCA和重整最为受人关注,即回收了熔渣显热、减少了污染物排放,同时生产的气体可以直接用于高炉炼铁生产,实现循环经济,是高炉熔渣显热回收的最好方式。

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