液態(tài)渣顯熱回收技術前景

隨著全球能源的日趨緊張，各國對液態(tài)渣的顯熱回收技術開展了大量科學研究。由于回收液態(tài)渣顯熱在技術、經(jīng)濟、實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。 提高液態(tài)渣顯熱回收技術層次，增加附加值，提高工藝裝備自動化技術水平，是液態(tài)渣顯熱回收技術開發(fā)的方向。按照我國2006年冶金企業(yè)液態(tài)渣產(chǎn)生量12000萬噸計算，無論使用哪種液態(tài)渣顯熱回收技術，均可以建設日產(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。在夏季和無取暖設備的地區(qū)，這部分能量只能浪費。在已有和正在開發(fā)的回收技術中，回收高溫氣體溫度最高能達到400-600度，溫度低必然增大設備投資。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，才能降低設備造價。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，顯熱回收技術分為濕法顯熱回收技術、半干法顯熱回收技術、干法顯熱回收技術。濕法顯熱回收技術是液態(tài)渣直接與水接觸的水淬工藝；半干法顯熱回收技術是空氣與水同時冷卻渣的顯熱回收工藝，其產(chǎn)生的熱風濕度較大；干法顯熱回收技術是空氣冷卻渣的顯熱回收工藝，產(chǎn)生的熱風濕度可以滿足建筑材料原料的水分要求。降低運行成本降低運行成本，日本等國家進行的風淬處理液態(tài)鋼渣工藝試驗存在設備龐大、投資較高等問題。特別是以機械為核心的技術回收，設備維修量較大。 在降低投資、運行成本的前提下，進行液態(tài)渣顯熱回收，同時要兼顧副產(chǎn)品適合市場需求，以提高經(jīng)濟效益規(guī)模。 顯熱回收技術要以適合冶煉工藝為前提，從自動化生產(chǎn)線的角度設計工藝，使核心技術與設備通用化、標準化、系列化。綜上所述，冶金行業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，在其資源化的基礎上，進行液態(tài)狀態(tài)下顯熱回收，符合國家節(jié)能減排的要求。同時，通過進一步的顯熱回收技術研究，可以加速冶金行業(yè)工藝流程的技術進行。

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國內(nèi)外已經(jīng)高度重視對液態(tài)渣顯熱回收技術的開發(fā)，目前已開發(fā)出多種液態(tài)渣顯熱回收工藝。根據(jù)有關資料介紹，以下顯熱回收技術相對比較成熟，具有一定的實用性。 利用高爐液態(tài)渣顯熱生產(chǎn)渣棉技術，該技術具有以下基本特點：(1)高爐液態(tài)渣顯熱回收率高達70%以上；(2)對比沖天爐工藝，生產(chǎn)粒狀棉具有可觀的經(jīng)濟效益；(3)有利于生態(tài)環(huán)境的改善。 俄羅斯采用滾筒法進行鋼渣的顯熱回收開發(fā)。鋼渣通過渣罐進入滾筒內(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)可達到50%。 上海寶鋼引進俄羅斯?jié)L筒法處理液態(tài)鋼渣技術，并進行了改進，開發(fā)出了滾筒法處理液態(tài)鋼渣技術。該技術屬于目前最先進的液態(tài)鋼渣的處理工藝。滾筒法處理鋼渣具有以下優(yōu)點：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；技術流程短，可節(jié)省大量投資。 該項目形成的工藝技術和設備有廣泛的推廣應用價值，目前已在宣鋼得到應用。

風淬處理液態(tài)渣工藝風淬處理液態(tài)渣工藝，東方環(huán)境申請了風淬處理液態(tài)渣工藝專利，開始在多個鋼鐵廠進行了長期試驗，技術日趨成熟。該技術具有以下基本特點：高爐液態(tài)渣顯熱回收率高達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 ，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，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，時間長。為縮短陳化時間，日本開發(fā)了溫水陳化、蒸汽陳化和蒸汽加壓陳化法，同時實現(xiàn)液態(tài)渣顯熱回收。在顯熱回收技術方面，我國先后引進日本、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)渣水淬工藝等技術已非常成熟，在此基礎上，結合冶金原料的品種、成分及冶煉工藝，進一步開發(fā)新一代的液態(tài)渣顯熱回收技術。如對熱潑法、箱潑法、風水淬法和水淬法等方法進行改進。 英國克凡納公司研制了轉(zhuǎn)碟法的干渣處理技術，高溫氣流溫度達到400—600~C，根據(jù)資料報道，仍在試驗完善中。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院開發(fā)的爐渣干式?；桨福Y合我國國情并參照有色金屬連鑄連軋的資料，對其工藝進行了改造，開發(fā)出一種干式急冷爐渣回收系統(tǒng)。

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，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，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構有關。放熱性在液態(tài)渣冷卻發(fā)生不同相變時，釋放出的熱量不同。 流動度與粘性在冷卻時，液態(tài)渣流動度與粘性影響處理工藝的選擇。

顯熱回收技術，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，四要達到短距離生產(chǎn)。液態(tài)渣顯熱回收技術所獲得的產(chǎn)品是熱風、濕蒸汽和建筑材料原料等。按照液態(tài)渣顯熱回收技術主要工藝特點分類如下。 液態(tài)渣作為回爐原料在符合冶煉工藝條件下，當液態(tài)渣含金屬成分和冶煉外加劑成分較高時，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，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。

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范圍較大，均超過1000MJ/t渣。

液態(tài)排渣是當燃用灰融化溫度低于1450℃低灰熔點煤時才采用液態(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?；?，經(jīng)急冷凝固裂化成為玻璃質(zhì)的固態(tài)渣粒，用斗式、刮板式撈渣機或圓盤出渣機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械方法置于固定或可動爐排上燃燒時，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從爐門排出。對鏈條爐、推飼爐、振動爐排爐的可動爐排，其爐渣主要由爐排運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人下部排渣裝里進行破碎、熄火、淬冷，而后排出爐外。排渣設備多用可碎推式(又稱馬丁式)出渣機，也可采用圓盤出渣機和螺旋出渣機。

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華能北京熱電廠工程引進了德國帶飛灰復燃裝置的液態(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。同時電廠不設灰場，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，實現(xiàn)了灰渣的綜合利用，變廢為寶。由于引進了低氮氧化物燃燒器，將進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)，使煙氣排放指標優(yōu)于設計值，NOx含量等主要指標都以較大幅度低于國家和市標準，是未采用低氮燃燒技術的同型號鍋爐的四分之一。對煙氣排放配置了先進的德國監(jiān)測設備，實現(xiàn)在線監(jiān)測，可隨時監(jiān)測煙氣排放情況。為了控制煤質(zhì)，鍋爐設計燃用低硫份（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)實測除塵效率都大于 99.2%，實際煙塵的排放濃度僅為18 .35mg Nm3，滿足了北京市環(huán)境保護要求。2100433B