1、清華大學(xué)天素投資節(jié)能減排聯(lián)合研發(fā)中心清華大學(xué)天素投資節(jié)能減排聯(lián)合研發(fā)中心北京天素陽光低碳技術(shù)有限公司北京天素陽光低碳技術(shù)有限公司二一一年十月二一一年十月一、技術(shù)研究背景一、技術(shù)研究背景液態(tài)高爐渣的顯熱資源液態(tài)高爐渣的顯熱資源高爐出渣溫度高爐出渣溫度15001500每噸液態(tài)高爐渣蘊含顯熱約每噸液態(tài)高爐渣蘊含顯熱約1540MJ1540MJ，折合標(biāo)煤折合標(biāo)煤53kg 53kg （注：按冷卻至（注：按冷卻至300 300 ）20102010年中國生鐵產(chǎn)量年中國生鐵產(chǎn)量5.95.9億噸，億噸，按生產(chǎn)每噸生鐵出渣按生產(chǎn)每噸生鐵出渣0.350.35噸計算噸計算20102010年中國高爐煉鐵產(chǎn)渣約年中國高爐煉

2、鐵產(chǎn)渣約2 2億噸億噸高爐渣顯熱資源量折合標(biāo)煤高爐渣顯熱資源量折合標(biāo)煤10601060萬噸萬噸高爐渣的處理方法及用途高爐渣的處理方法及用途 自然冷卻，形成堅硬的塊渣自然冷卻，形成堅硬的塊渣 用作建筑材料骨料用作建筑材料骨料干渣干渣水淬為主要處理方式，玻璃體含量大于水淬為主要處理方式，玻璃體含量大于95%95%大量用作生產(chǎn)水泥原料大量用作生產(chǎn)水泥原料水淬渣水淬渣 熔渣遇水后膨脹成珠熔渣遇水后膨脹成珠 用作隔熱材料和輕質(zhì)建筑材料骨料用作隔熱材料和輕質(zhì)建筑材料骨料膨珠膨珠 壓縮空氣或蒸汽射流高速沖擊高爐渣獲得壓縮空氣或蒸汽射流高速沖擊高爐渣獲得 用作保溫材料用作保溫材料渣棉渣棉水淬法的主要缺點水淬法

3、的主要缺點1、耗水量大，處理一噸渣用水量可高達(dá)耗水量大，處理一噸渣用水量可高達(dá)510t，處，處理每噸渣要蒸發(fā)消耗新水理每噸渣要蒸發(fā)消耗新水1噸左右噸左右。2、產(chǎn)生大量的產(chǎn)生大量的H2S和和SOx造成二次污染造成二次污染。3、高爐熔渣的高爐熔渣的大量大量顯熱沒有得到回收顯熱沒有得到回收。4、水淬渣含水率高，用作水泥原料仍需耗費能源進(jìn)水淬渣含水率高，用作水泥原料仍需耗費能源進(jìn)行干燥處理。行干燥處理。開發(fā)高爐渣處理新技術(shù)的技術(shù)要求開發(fā)高爐渣處理新技術(shù)的技術(shù)要求1 1 節(jié)水節(jié)水2 2 熱回收率高熱回收率高3 3 自身能耗低，具有較高經(jīng)濟性自身能耗低，具有較高經(jīng)濟性4 4 處理后的渣玻璃體含量滿足大量用

4、于建處理后的渣玻璃體含量滿足大量用于建材工業(yè)的要求材工業(yè)的要求液態(tài)高爐渣粒化及顯熱回收過程液態(tài)高爐渣粒化及顯熱回收過程熔渣破碎熔渣破碎急冷凝固急冷凝固顯熱回收顯熱回收將高爐熔渣將高爐熔渣流破碎為小流破碎為小液滴液滴要求節(jié)水、要求節(jié)水、能耗低、液能耗低、液滴直徑小而滴直徑小而均勻均勻?qū)⑿∫旱慰鞂⑿∫旱慰焖倮鋮s為固速冷卻為固體顆粒，回體顆粒，回收其熱量收其熱量要求能耗低，要求能耗低，保證凝固后保證凝固后玻璃體含量玻璃體含量95%95%以上以上回收固態(tài)渣回收固態(tài)渣顯熱顯熱要求能耗低，要求能耗低，排渣溫度低，排渣溫度低，熱回收率高熱回收率高技術(shù)開發(fā)難點技術(shù)開發(fā)難點熔渣破碎熔渣破碎急冷凝固急冷凝固顯熱回

5、收顯熱回收降低動力降低動力消耗消耗降低熔渣降低熔渣熱量損失熱量損失渣棉生成渣棉生成量控制和渣量控制和渣棉處理棉處理降低動力降低動力消耗消耗冷卻時間冷卻時間極短，空間極短，空間有限，換熱有限，換熱量大量大防止熔渣防止熔渣重新粘結(jié)重新粘結(jié)降低動力降低動力消耗消耗平均換熱平均換熱溫度低溫度低干法粒化及顯熱回收技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀干法粒化及顯熱回收技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀技技術(shù)術(shù)分分類類干法粒化及顯熱回收技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀干法粒化及顯熱回收技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀典典型型技技術(shù)術(shù)優(yōu)優(yōu)缺缺點點離心法離心法能量利用率高、粒徑均勻能量利用率高、粒徑均勻可靠性差、處理能力小、可靠性差、處理能力小、占地面積大占地面積大風(fēng)淬法風(fēng)淬法熱回收率和粒化渣的

6、質(zhì)量熱回收率和粒化渣的質(zhì)量都可滿足要求都可滿足要求動力消耗大，設(shè)備龐大復(fù)動力消耗大，設(shè)備龐大復(fù)雜、占地面積大、投資和雜、占地面積大、投資和運行費用高運行費用高二、前期實驗研究進(jìn)展二、前期實驗研究進(jìn)展前期實驗研究開展工作前期實驗研究開展工作實驗裝置的設(shè)計和建立實驗裝置的設(shè)計和建立熔渣破碎技術(shù)實驗研究熔渣破碎技術(shù)實驗研究顯熱回收技術(shù)實驗研究顯熱回收技術(shù)實驗研究實驗裝置建立實驗裝置建立1 1、液態(tài)高爐渣破碎實驗裝置、液態(tài)高爐渣破碎實驗裝置主要用途：主要用途： 熔化高爐渣并開展破碎實驗。熔化高爐渣并開展破碎實驗。設(shè)計特點：設(shè)計特點：可將高爐渣加熱至可將高爐渣加熱至16001600；可精確控制熔渣溫度；

7、可精確控制熔渣溫度；可控制坩堝內(nèi)熔渣的排放和流量；可控制坩堝內(nèi)熔渣的排放和流量；可開展離心和射流破碎液態(tài)高爐渣實驗。可開展離心和射流破碎液態(tài)高爐渣實驗。國內(nèi)已有同類實驗裝置尚無法做到國內(nèi)已有同類實驗裝置尚無法做到 。液態(tài)高爐渣破碎實驗裝置液態(tài)高爐渣破碎實驗裝置實驗裝置建立實驗裝置建立2 2、固定床氣固換熱實驗裝置、固定床氣固換熱實驗裝置主要用途：固定床氣固換熱特性主要用途：固定床氣固換熱特性實驗裝置建立實驗裝置建立3 3、流化床換熱實驗裝置、流化床換熱實驗裝置主要用途：主要用途： 流化床換熱特性研究流化床換熱特性研究實驗裝置建立實驗裝置建立4 4、余熱鍋爐受熱面磨損、積灰結(jié)渣實驗臺、余熱鍋爐受

8、熱面磨損、積灰結(jié)渣實驗臺主要用途：主要用途： 研究余熱鍋爐受熱面磨損和積灰結(jié)渣機理研究余熱鍋爐受熱面磨損和積灰結(jié)渣機理 液態(tài)高爐渣破碎技術(shù)實驗研究液態(tài)高爐渣破碎技術(shù)實驗研究液態(tài)高爐渣破碎技術(shù)實驗研究液態(tài)高爐渣破碎技術(shù)實驗研究a. 能量利用率高能量利用率高b. 大流量時熔渣大流量時熔渣分層，減弱破分層，減弱破碎效果碎效果c.不適合大型化不適合大型化d. 可靠性差可靠性差液態(tài)高爐渣破碎技術(shù)實驗研究液態(tài)高爐渣破碎技術(shù)實驗研究液態(tài)高爐渣破碎技術(shù)實驗研究液態(tài)高爐渣破碎技術(shù)實驗研究1. 1.沖擊力強，沖擊力強，破碎效果好破碎效果好2. 2.水耗量小水耗量小3. 3.沖擊面小沖擊面小4. 4.穿透力強穿透力

9、強液態(tài)高爐渣破碎技術(shù)實驗研究液態(tài)高爐渣破碎技術(shù)實驗研究蒸汽射流蒸汽射流1 1、利用低溫余熱、利用低溫余熱產(chǎn)生的飽和蒸汽產(chǎn)生的飽和蒸汽破碎高爐渣，工破碎高爐渣，工質(zhì)廉價、易獲得質(zhì)廉價、易獲得2 2、破碎設(shè)、破碎設(shè)備相對簡單備相對簡單液態(tài)高爐渣破碎技術(shù)實驗研究液態(tài)高爐渣破碎技術(shù)實驗研究1 1、可提高射流的密度，、可提高射流的密度，增強射流的沖擊能力，增強射流的沖擊能力，降低破碎能耗，兼具降低破碎能耗，兼具高密度射流和低密度高密度射流和低密度射流的特點射流的特點2 2、系統(tǒng)相對復(fù)雜，管、系統(tǒng)相對復(fù)雜，管路易磨損路易磨損液態(tài)高爐渣破碎技術(shù)實驗研究液態(tài)高爐渣破碎技術(shù)實驗研究總結(jié)：總結(jié)：1. 1. 采用不

10、同的破碎方法獲得的高爐渣顆粒粒徑都采用不同的破碎方法獲得的高爐渣顆粒粒徑都能達(dá)到能達(dá)到5mm5mm以下。以下。2. 2. 渣粒規(guī)則程度和均勻性渣粒規(guī)則程度和均勻性射流破碎射流破碎 離心破碎。離心破碎。3. 3. 凝固后的高爐渣顆粒的非晶態(tài)含量經(jīng)凝固后的高爐渣顆粒的非晶態(tài)含量經(jīng)XRDXRD測定測定都能達(dá)到都能達(dá)到90%90%以上。以上。4. 4. 能量利用率能量利用率離心破碎離心破碎 高壓水射流破碎高壓水射流破碎 脈脈沖氣體射流破碎沖氣體射流破碎 連續(xù)氣體射流破碎。連續(xù)氣體射流破碎。5. 5. 都需采取技術(shù)手段抑制渣棉的生成。都需采取技術(shù)手段抑制渣棉的生成。6. 6. 可靠性、設(shè)備緊湊性可靠性、

11、設(shè)備緊湊性射流破碎射流破碎 離心破碎。離心破碎。7. 7. 大型化潛力大型化潛力射流破碎射流破碎 離心破碎。離心破碎。設(shè)計設(shè)計制造制造安裝安裝實實驗驗三、中試方案簡介三、中試方案簡介中試實驗任務(wù)中試實驗任務(wù)1 1、檢驗中試裝置大規(guī)模粒化液態(tài)高爐渣的能力、檢驗中試裝置大規(guī)模粒化液態(tài)高爐渣的能力2 2、掌握液態(tài)高爐渣破碎的內(nèi)在規(guī)律和特點、掌握液態(tài)高爐渣破碎的內(nèi)在規(guī)律和特點3 3、檢驗中試裝置回收液態(tài)高爐渣顯熱的能力、檢驗中試裝置回收液態(tài)高爐渣顯熱的能力4 4、檢驗工藝設(shè)備長期運行的可靠性、檢驗工藝設(shè)備長期運行的可靠性中試裝置處理能力中試裝置處理能力中試實驗?zāi)繕?biāo)中試實驗?zāi)繕?biāo)中試裝置的組成中試裝置的組

12、成冷卻后粒化渣的儲存與轉(zhuǎn)運裝置冷卻后粒化渣的儲存與轉(zhuǎn)運裝置高爐渣顯熱回收裝置高爐渣顯熱回收裝置回收高爐渣的顯熱并產(chǎn)生蒸汽回收高爐渣的顯熱并產(chǎn)生蒸汽液態(tài)高爐渣急冷凝固裝置液態(tài)高爐渣急冷凝固裝置將破碎為小液滴的液態(tài)高爐渣快速冷卻凝固將破碎為小液滴的液態(tài)高爐渣快速冷卻凝固液態(tài)高爐渣破碎裝置液態(tài)高爐渣破碎裝置將從高爐排出的液態(tài)高爐渣流破碎為小液滴將從高爐排出的液態(tài)高爐渣流破碎為小液滴液態(tài)高爐渣引流裝置液態(tài)高爐渣引流裝置將高爐排出的液態(tài)高爐渣引流到中試裝置中將高爐排出的液態(tài)高爐渣引流到中試裝置中液態(tài)高爐渣破碎裝置原理液態(tài)高爐渣破碎裝置原理一次破碎一次破碎小流量小流量超臨界高超臨界高壓水射流壓水射流二次破

13、碎二次破碎脈沖飽和脈沖飽和蒸汽射流蒸汽射流（2.5MPa2.5MPa）熔渣飛散熔渣飛散水平轉(zhuǎn)鼓水平轉(zhuǎn)鼓降低能耗、節(jié)約用水降低能耗、節(jié)約用水增強粒化效果和飛散效增強粒化效果和飛散效果果防止熔渣重新粘連防止熔渣重新粘連液態(tài)高爐渣的急冷凝固液態(tài)高爐渣的急冷凝固 目的：保證粒化渣內(nèi)非晶態(tài)物質(zhì)含量。目的：保證粒化渣內(nèi)非晶態(tài)物質(zhì)含量。 防止破碎后的熔渣重新粘聚。防止破碎后的熔渣重新粘聚。 回收高爐渣的部分顯熱，加熱工質(zhì)。回收高爐渣的部分顯熱，加熱工質(zhì)。 設(shè)備：鼓泡流化床設(shè)備：鼓泡流化床 流化床四壁敷設(shè)水冷壁，吸收熔流化床四壁敷設(shè)水冷壁，吸收熔 渣輻射熱。渣輻射熱。 流化床床層內(nèi)布置埋管換熱面，流化床床層內(nèi)

14、布置埋管換熱面， 利用埋管換熱的換熱系數(shù)大的優(yōu)點快速利用埋管換熱的換熱系數(shù)大的優(yōu)點快速 冷卻高爐渣顆粒。冷卻高爐渣顆粒。 流化風(fēng)與高爐渣之間換熱。流化風(fēng)與高爐渣之間換熱。高爐渣的顯熱回收設(shè)備高爐渣的顯熱回收設(shè)備鼓泡流化床急冷凝固液態(tài)高爐渣鼓泡流化床急冷凝固液態(tài)高爐渣 低流化風(fēng)量，降低動力消耗低流化風(fēng)量，降低動力消耗 換熱以埋管換熱為主，將高爐渣冷卻至換熱以埋管換熱為主，將高爐渣冷卻至700700左右左右移動床冷卻固體高爐渣顆粒移動床冷卻固體高爐渣顆粒 渣粒依靠重力向下流動與管束換熱，動力消耗低渣粒依靠重力向下流動與管束換熱，動力消耗低 冷卻流化床排出的高爐渣顆粒，冷卻到冷卻流化床排出的高爐渣顆

15、粒，冷卻到200200左右左右 用渣斗機械提升高爐渣顆粒，從移動床頂部進(jìn)入用渣斗機械提升高爐渣顆粒，從移動床頂部進(jìn)入余熱鍋爐冷卻鼓泡流化床排出熱風(fēng)余熱鍋爐冷卻鼓泡流化床排出熱風(fēng) 設(shè)置有分離器、過熱器、省煤器、引風(fēng)機等設(shè)置有分離器、過熱器、省煤器、引風(fēng)機等中試裝置系統(tǒng)流程中試裝置系統(tǒng)流程水水高溫液態(tài)熔渣高溫液態(tài)熔渣破碎裝置破碎裝置流化床流化床移動床移動床冷渣倉冷渣倉流化風(fēng)機流化風(fēng)機分離器分離器過熱器過熱器省煤器省煤器除塵器除塵器煙囪煙囪鍋筒鍋筒引風(fēng)機引風(fēng)機除氧器除氧器鍋爐給水處理鍋爐給水處理高爐渣高爐渣汽水混合物汽水混合物飽和蒸汽飽和蒸汽過熱蒸汽過熱蒸汽熱風(fēng)熱風(fēng)壓縮空氣壓縮空氣超臨界水超臨界水中

16、試裝置的動力消耗中試裝置的動力消耗品種品種參數(shù)參數(shù)設(shè)計容量設(shè)計容量備注備注蒸汽蒸汽2.5MPa2.5MPa飽和蒸汽飽和蒸汽5t/h5t/h直接采用顯熱回收直接采用顯熱回收所產(chǎn)生的飽和蒸汽所產(chǎn)生的飽和蒸汽壓縮空氣壓縮空氣0.8MPa0.8MPa64m64m3 3/min/min無蒸汽時替代蒸汽無蒸汽時替代蒸汽用于高爐渣破碎用于高爐渣破碎軟化水軟化水22.5t/h22.5t/h顯熱回收裝置使用顯熱回收裝置使用非軟化水非軟化水2.5t/h2.5t/h其它用途其它用途電電300700kw300700kw中試裝置主要動力設(shè)備中試裝置主要動力設(shè)備設(shè)備設(shè)備規(guī)格規(guī)格數(shù)量數(shù)量用途用途螺桿空氣螺桿空氣壓縮機壓縮機螺桿式，排氣量螺桿式，排氣量34m3/h34m3/h，排氣壓，排氣壓力力0.8MPa0.8MPa，185kw185kw，風(fēng)冷，風(fēng)冷2 2產(chǎn)生壓縮空氣產(chǎn)生壓縮空氣柱塞泵柱塞泵流量流量3t/h3t/h，壓力，壓力30MPa30MPa，30kw30kw2 2產(chǎn)生高壓水射流產(chǎn)生高壓水射流給水泵給水泵給水壓力給水壓力3MPa3MPa，流量，流量15m3/h15m3/