液態(tài)渣顯熱回收

由于原料的品種、成分以及冶金產(chǎn)品品種、冶煉工藝的不同，液態(tài)渣的物理和化學(xué)性質(zhì)也不同。液態(tài)渣主要成分由鈣、硅、鋁、鎂、鐵、錳、磷等化學(xué)元素及氧化物組成，含量在80%以上。各種液態(tài)渣氧化物含量相差較大。 堿度液態(tài)渣中的氧化鈣、氧化鎂與二氧化硅之比?；钚耘c穩(wěn)定性雖然各種液態(tài)渣的化學(xué)成分相同，但由于冶煉和液態(tài)渣處理工藝條件不同，液態(tài)渣的礦物組成也有很大不同，礦物組成決定了材料的性質(zhì)和用途。 液態(tài)渣在緩冷時(shí)，形成晶體相，特別是游離氧化鈣、氧化鎂，與水化合易產(chǎn)生體積膨脹。只有當(dāng)基本消解后，體積才會趨于穩(wěn)定。 液態(tài)渣在急冷即俗稱的淬冷時(shí)，形成非晶相或玻璃相。硅酸三鈣、硅酸二鈣等為活性礦物，屬于水硬膠凝材料的重要組成成分。 耐磨性液態(tài)渣的耐磨程度與其礦物組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)。放熱性在液態(tài)渣冷卻發(fā)生不同相變時(shí)，釋放出的熱量不同。 流動(dòng)度與粘性在冷卻時(shí)，液態(tài)渣流動(dòng)度與粘性影響處理工藝的選擇。

顯熱回收技術(shù)，一要回收液態(tài)渣余熱，二要便于液態(tài)渣的再利用，三要不造成環(huán)境污染，四要達(dá)到短距離生產(chǎn)。液態(tài)渣顯熱回收技術(shù)所獲得的產(chǎn)品是熱風(fēng)、濕蒸汽和建筑材料原料等。按照液態(tài)渣顯熱回收技術(shù)主要工藝特點(diǎn)分類如下。 液態(tài)渣作為回爐原料在符合冶煉工藝條件下，當(dāng)液態(tài)渣含金屬成分和冶煉外加劑成分較高時(shí)，液態(tài)渣返回生產(chǎn)，直接作為生產(chǎn)原料使用。液態(tài)渣作為熱兌原料在液態(tài)渣基本不含金屬成分時(shí)，可根據(jù)渣成分，通過加人調(diào)整其成分原料，直接生產(chǎn)產(chǎn)品，作為建筑材料等的原料。 液態(tài)渣作為其它工藝熱源利用循環(huán)空氣回收爐渣顯熱，通過余熱鍋爐以蒸汽的形式回收顯熱，稱為風(fēng)淬法；將高溫液態(tài)渣注人容器內(nèi)，在容器周圍用水循環(huán)冷卻，以蒸汽形式回收液態(tài)渣顯熱，稱為環(huán)形床法；國內(nèi)液態(tài)渣的余熱利用主要是水沖渣工藝，沖渣水凈化，以采暖的方式回收熱量。

隨著全球能源的日趨緊張，各國對液態(tài)渣的顯熱回收技術(shù)開展了大量科學(xué)研究。由于回收液態(tài)渣顯熱在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用等方面存在諸多難題，至今國內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)具備大規(guī)模推廣、完善的液態(tài)渣顯熱回收技術(shù)。 提高液態(tài)渣顯熱回收技術(shù)層次，增加附加值，提高工藝裝備自動(dòng)化技術(shù)水平，是液態(tài)渣顯熱回收技術(shù)開發(fā)的方向。按照我國2006年冶金企業(yè)液態(tài)渣產(chǎn)生量12000萬噸計(jì)算，無論使用哪種液態(tài)渣顯熱回收技術(shù)，均可以建設(shè)日產(chǎn)1000噸的“液態(tài)渣收熱生產(chǎn)線”400條。 目前，水沖渣工藝取暖余熱回收率很低。在夏季和無取暖設(shè)備的地區(qū)，這部分能量只能浪費(fèi)。在已有和正在開發(fā)的回收技術(shù)中，回收高溫氣體溫度最高能達(dá)到400-600度，溫度低必然增大設(shè)備投資。因此，對于金屬回收率低的液態(tài)渣，只有提高氣體回收溫度，才能降低設(shè)備造價(jià)。降低干渣含水率降低干渣含水率降低干渣含水率降低干渣含水率，根據(jù)液態(tài)渣的物理和化學(xué)性質(zhì)，液態(tài)渣高附加值的主要利用方向是作為建筑材料、冶金爐料、農(nóng)業(yè)肥料的原料，因此，要求液態(tài)渣處理后含水率要低。

按照含水率的定義，顯熱回收技術(shù)分為濕法顯熱回收技術(shù)、半干法顯熱回收技術(shù)、干法顯熱回收技術(shù)。濕法顯熱回收技術(shù)是液態(tài)渣直接與水接觸的水淬工藝；半干法顯熱回收技術(shù)是空氣與水同時(shí)冷卻渣的顯熱回收工藝，其產(chǎn)生的熱風(fēng)濕度較大；干法顯熱回收技術(shù)是空氣冷卻渣的顯熱回收工藝，產(chǎn)生的熱風(fēng)濕度可以滿足建筑材料原料的水分要求。降低運(yùn)行成本降低運(yùn)行成本，日本等國家進(jìn)行的風(fēng)淬處理液態(tài)鋼渣工藝試驗(yàn)存在設(shè)備龐大、投資較高等問題。特別是以機(jī)械為核心的技術(shù)回收，設(shè)備維修量較大。 在降低投資、運(yùn)行成本的前提下，進(jìn)行液態(tài)渣顯熱回收，同時(shí)要兼顧副產(chǎn)品適合市場需求，以提高經(jīng)濟(jì)效益規(guī)模。 顯熱回收技術(shù)要以適合冶煉工藝為前提，從自動(dòng)化生產(chǎn)線的角度設(shè)計(jì)工藝，使核心技術(shù)與設(shè)備通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。綜上所述，冶金行業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，在其資源化的基礎(chǔ)上，進(jìn)行液態(tài)狀態(tài)下顯熱回收，符合國家節(jié)能減排的要求。同時(shí)，通過進(jìn)一步的顯熱回收技術(shù)研究，可以加速冶金行業(yè)工藝流程的技術(shù)進(jìn)行。

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液態(tài)渣是冶金行業(yè)火法冶金過程中所產(chǎn)生的廢棄物，呈高溫、液態(tài)的工業(yè)廢渣?；鸱ㄒ苯疬^程的液態(tài)渣主要有三種，即煉鐵產(chǎn)生的高爐渣，煉鋼產(chǎn)生的鋼渣，生產(chǎn)鐵合金產(chǎn)生的合金渣及冶煉有色金屬產(chǎn)生的其它冶金渣。液由于生產(chǎn)工藝不同，冶煉產(chǎn)生的液態(tài)渣的溫度也不同。煉鐵、煉鋼的液態(tài)渣溫度為1450—1700度，冶煉鐵合金的液態(tài)渣溫度范圍為1400—1800度，而冶煉有色金屬的液態(tài)渣溫度范圍多數(shù)為1400-1800度?；鸱ㄒ苯鸬囊簯B(tài)渣，屬于高品位的余熱資源，具有很高的回收價(jià)值。高爐渣熱焓約為1700MJ/t渣。鋼渣熱焓約為1670MJ/t渣。合金渣熱焓約為1700-1900MJ/t渣。有色金屬渣熱焓波動(dòng)范圍較大，均超過1000MJ/t渣。

國內(nèi)外已經(jīng)高度重視對液態(tài)渣顯熱回收技術(shù)的開發(fā)，目前已開發(fā)出多種液態(tài)渣顯熱回收工藝。根據(jù)有關(guān)資料介紹，以下顯熱回收技術(shù)相對比較成熟，具有一定的實(shí)用性。 利用高爐液態(tài)渣顯熱生產(chǎn)渣棉技術(shù)，該技術(shù)具有以下基本特點(diǎn)：(1)高爐液態(tài)渣顯熱回收率高達(dá)70%以上；(2)對比沖天爐工藝，生產(chǎn)粒狀棉具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益；(3)有利于生態(tài)環(huán)境的改善。 俄羅斯采用滾筒法進(jìn)行鋼渣的顯熱回收開發(fā)。鋼渣通過渣罐進(jìn)入滾筒內(nèi)，生成的蒸汽混合氣體溫度為90-170度，可直接用于生活設(shè)施或?qū)⑵浼訜嶂?00度用于發(fā)電，經(jīng)測試，熱利用系數(shù)可達(dá)到50%。 上海寶鋼引進(jìn)俄羅斯?jié)L筒法處理液態(tài)鋼渣技術(shù)，并進(jìn)行了改進(jìn)，開發(fā)出了滾筒法處理液態(tài)鋼渣技術(shù)。該技術(shù)屬于目前最先進(jìn)的液態(tài)鋼渣的處理工藝。滾筒法處理鋼渣具有以下優(yōu)點(diǎn)：可取代目前投資大、占地多、污染重、處理效果差的熱潑法、箱潑法、風(fēng)淬法和水淬法等；處理后的鋼渣穩(wěn)定性好，可直接回收利用，有效改善了液態(tài)渣處理過程中對環(huán)境的污染；技術(shù)流程短，可節(jié)省大量投資。 該項(xiàng)目形成的工藝技術(shù)和設(shè)備有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值，目前已在宣鋼得到應(yīng)用。

風(fēng)淬處理液態(tài)渣工藝風(fēng)淬處理液態(tài)渣工藝，東方環(huán)境申請了風(fēng)淬處理液態(tài)渣工藝專利，開始在多個(gè)鋼鐵廠進(jìn)行了長期試驗(yàn)，技術(shù)日趨成熟。該技術(shù)具有以下基本特點(diǎn)：高爐液態(tài)渣顯熱回收率高達(dá)70%以上；液態(tài)渣處理后為干渣；封閉式處理，沒有環(huán)境污染。 俄羅斯烏拉爾鋼鐵研究院研制了一套附有熱能回收的風(fēng)淬鋼渣處理工藝。在液態(tài)鋼渣傾倒過程中，渣與空氣流接觸產(chǎn)生輻射熱，通過專用設(shè)置收集轉(zhuǎn)換為熱水、蒸汽和熱空氣回收利用 。低溫蓄池材料技術(shù) ，日本神戶制鋼和子公司神鋼開發(fā)成功了低溫蓄熱材料液態(tài)渣顯熱轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過低溫蓄熱材料將液態(tài)渣顯熱轉(zhuǎn)換為熱水用于供暖和空調(diào)。

采用自然陳化法消除鋼渣中的CaO，占地面積大，時(shí)間長。為縮短陳化時(shí)間，日本開發(fā)了溫水陳化、蒸汽陳化和蒸汽加壓陳化法，同時(shí)實(shí)現(xiàn)液態(tài)渣顯熱回收。在顯熱回收技術(shù)方面，我國先后引進(jìn)日本、俄羅斯、德國、美國等國家的不同工藝及裝備，已經(jīng)使用或正在開發(fā)之中。目前在傳統(tǒng)處理工藝的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了許多新穎的工藝方法。對于冶金渣的綜合利用，利用量最大的是建筑材料領(lǐng)域，而液態(tài)渣的淬冷是建筑材料高附加值的首道工藝。多年來，經(jīng)過各方面的努力，液態(tài)渣水淬工藝等技術(shù)已非常成熟，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合冶金原料的品種、成分及冶煉工藝，進(jìn)一步開發(fā)新一代的液態(tài)渣顯熱回收技術(shù)。如對熱潑法、箱潑法、風(fēng)水淬法和水淬法等方法進(jìn)行改進(jìn)。 英國克凡納公司研制了轉(zhuǎn)碟法的干渣處理技術(shù)，高溫氣流溫度達(dá)到400—600~C，根據(jù)資料報(bào)道，仍在試驗(yàn)完善中。近年來，東方環(huán)境根據(jù)1986年德聶伯彼得洛夫斯克冶金學(xué)院開發(fā)的爐渣干式?；桨?，結(jié)合我國國情并參照有色金屬連鑄連軋的資料，對其工藝進(jìn)行了改造，開發(fā)出一種干式急冷爐渣回收系統(tǒng)。

液態(tài)排渣是當(dāng)燃用灰融化溫度低于1450℃低灰熔點(diǎn)煤時(shí)才采用液態(tài)排渣鍋爐。在開式和半開式液態(tài)排渣爐的爐膛中，或旋風(fēng)爐的嫩燒室中，貓附在壁面上的液態(tài)渣膜匯流于爐底熔渣池。液態(tài)渣從出渣口流出，由渣井落入?；洌?jīng)急冷凝固裂化成為玻璃質(zhì)的固態(tài)渣粒，用斗式、刮板式撈渣機(jī)或圓盤出渣機(jī)等除渣裝盆將其定期或連續(xù)地排出爐外。層然爐排渣經(jīng)破碎的煤用人工或機(jī)械方法置于固定或可動(dòng)爐排上燃燒時(shí)，煤中大部分灰分留在爐排上形成火床爐的爐渣。對于固定爐排或手動(dòng)爐排鍋爐，由于容t和渣量都很小，一般在用人工定期撥火時(shí)從爐門排出。對鏈條爐、推飼爐、振動(dòng)爐排爐的可動(dòng)爐排，其爐渣主要由爐排運(yùn)載至爐排尾端并排至鍋爐后部渣斗，與爐排下面渣斗灰渣一道進(jìn)人下部排渣裝里進(jìn)行破碎、熄火、淬冷，而后排出爐外。排渣設(shè)備多用可碎推式(又稱馬丁式)出渣機(jī)，也可采用圓盤出渣機(jī)和螺旋出渣機(jī)。

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華能北京熱電廠工程引進(jìn)了德國帶飛灰復(fù)燃裝置的液態(tài)排渣塔式直流鍋爐、低氮氧化物燃燒器，鍋爐飛灰可百分之百入爐復(fù)燃，全部以液態(tài)渣排出，減少了灰份對大氣的污染。由于不用水力除灰，也節(jié)省了水資源。同時(shí)電廠不設(shè)灰場，又節(jié)約了土地資源。目前，灰渣作為建材輔料，其銷售率為百分之百，實(shí)現(xiàn)了灰渣的綜合利用，變廢為寶。由于引進(jìn)了低氮氧化物燃燒器，將進(jìn)入爐膛的空氣分成三級，形成還原性氣氛的富燃燒區(qū)、二次燃燒區(qū)和燃燼區(qū)，使煙氣排放指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)值，NOx含量等主要指標(biāo)都以較大幅度低于國家和市標(biāo)準(zhǔn)，是未采用低氮燃燒技術(shù)的同型號鍋爐的四分之一。對煙氣排放配置了先進(jìn)的德國監(jiān)測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，可隨時(shí)監(jiān)測煙氣排放情況。為了控制煤質(zhì)，鍋爐設(shè)計(jì)燃用低硫份（0 .4%）、低灰份（8%）的神府煤，二氧化硫的排放量僅為430.5mg/Nm3，同時(shí)建成了237米高的煙囪，煙囪出口直徑為 6米，較大限度地利用了大氣自然凈化能力。每臺鍋爐配備了兩臺高效電除塵器（F163－4），經(jīng)實(shí)測除塵效率都大于 99.2%，實(shí)際煙塵的排放濃度僅為18 .35mg Nm3，滿足了北京市環(huán)境保護(hù)要求。2100433B