1、新型高溫爐渣余熱回收技術研究分析及對策建議2012年7月，國務院正式發布“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃，在重點發展方向和主要任務中明確提出“積極開發和推廣用能系統優化技術，促進能源的梯次利用和高效利用”，確定了“中低品位余熱余壓回收利用技術”作為高效節能產業發展的重大行動之一。為了貫徹落實國家節約能源，保護環境的政策，建設資源節約型社會和環境友好型社會，實現可持續發展的戰略目標，六院自籌資金積極開展冶煉爐渣余熱回收利用技術研究。目前我國主要采用水淬工藝處理高溫爐渣。水沖渣之后產生大量蒸汽，同時生成污染性酸性氣體。蒸汽直接排入大氣無法進行熱量回收，酸性氣體造成大氣的污染。由于沖渣后的水溫度

2、較低，是一種很難高效利用的低品位熱源，使用熱泵等技術進行利用效率低、污染大且很難在短期內回收投資。冶煉爐渣顯熱為高品位余熱資源，有很高的回收價值,隨著國際競爭的日益加劇和能源的持續緊缺， 冶金行業面臨著多項維系可持續發展戰略的問題，其中如何高效地回收冶煉爐渣顯熱是其中的重要問題之一，因此有必要轉變思路采用環保高效的余熱利用工藝進行余熱回收。六院十一所成功開發出一種新型高溫爐渣余熱回收技術一一離心空氣粒化結合兩級流化床余熱回收工藝，該工藝能夠高效環保地進行爐渣的余熱回收，代表了國際上最為先進的高溫爐渣余熱吸收工藝。一、國內外相關研究開展情況高溫爐渣余熱回收的工藝主要有濕法工藝和干法工藝兩種。 濕

3、法工藝是指用水或水與空氣的混合物使熔融渣冷卻，然后再運輸的方案，一般也稱為水淬工藝。干法工藝即依靠高壓空氣或其他方法實現熔融金屬冷卻、粒化的工藝。濕法處理工藝是將高爐渣作為一種材料來加以利用，并沒有對其余熱量進行充分的利用。從節能和環保的角度來看，濕法工藝都無法避免處理渣耗水量大的問題。干式粒化工藝是在不消耗新水的情況下，利用高爐渣與傳熱介質直接或間接接觸進行的高爐渣粒化和顯熱回收的工藝，幾乎沒有有害氣體排出，是一種環境友好的新式處理工藝。（一）國外研究狀況20世紀70年代，國外就已開始研究干式粒化爐渣的方法。前蘇聯、英國、瑞典、德國、日本、澳大利亞等國都開展過高溫爐渣（包括高爐渣、鋼渣等）干

4、式粒化技術的研究。日本鋼管公司（NKK開發的轉爐鋼渣風淬粒化工藝和雙內冷卻轉筒粒化工藝因為處理能力不高、 運行不穩定、 粒度不均勻等缺點不適合在現場大規模連續處理高爐渣。英國克凡納金屬公司（KvaernerMetals）提出轉杯離心粒化氣流化床熱能回收技術，該法因為熱量回收效率高，粒化后渣質量較好，粒度均勻，強度較高，粒徑小于2mr#優勢具有較好的發展前景。 該法曾經于20世紀80年代初期在英國鋼鐵公司年產1萬噸的高爐上進行了為期數年的工業試驗，未實現大范圍的工業化應用。澳大利亞也對該法的粒化和傳熱過程進行過一些數值計算和實驗研究工作。對高爐渣中顯熱的回收目前在國際上仍然處于工業試驗性階段，還

5、沒有任何一種干式處理工藝實現了工業應用，但已有的各類技術研究積累了很多相關的理論知識和實踐經驗。（二）國內研究狀況目前，國內冶金企業對于高溫爐渣全部采用水淬工藝進行處理。高爐渣水淬工藝亦即水渣處理工藝，就是將熔融狀態的高爐渣置于水中急速冷卻，限制其結晶，并使其在熱應力作用下發生粒化。水淬后得到沙粒狀的粒化渣，絕大部分為非品態，是優良的水泥原料。在國內水淬渣處理系統中，水渣比在（815）:1,高爐渣帶走的熱量約占高爐總能耗的16溢右，經過各種水淬處理工藝回收的僅為爐渣總熱量的10%其余熱量變為水蒸氣放入大氣， 造成資源的極大浪費。 國內在干式粒化技術的研究剛剛起步，鳳淬法因為在渣粒和空氣之間完成

6、的直接換熱方式，熱回收效率較高是其重要優勢，但對爐渣流動性要求較高，處理率有限制。離心粒化法不僅可以回收大量的熱能，改善高爐操作，給企業帶來可觀的經濟效益，而且在環保方面的潛力價值是不容低估的，是高爐渣處理利用的發展趨勢。在國內，東北大學、青島理工大學、鋼鐵研究院對離心粒化法進行了理論和實驗研究工作，但是實驗所用爐渣流量較小，與生產實際中熔渣流量差距較大，而且未對粒化后渣粒的熱量回收工作進行研究。（三）水淬工藝的缺陷1.爐渣余熱沒有回收。用水淬法對1400c的高爐渣進行降溫，會產生大量低壓蒸汽以及熱水（約80C）,除了極少數企業將熱水能量回收用于冬季供暖外，其余能量白白浪費掉了。2.大量的新水

7、消耗。以鋼鐵生產過程為例，煉鐵工序消耗新水占新水總耗量的1/3左右，是消耗新水最多的工序。在煉鐵工序中，沖渣消耗的新水又占到本工序新水消耗總量的50%以上，沖制1噸水渣消耗新水0.81.2噸。3.產生大氣污染。水淬過程中會產生大量的氣態硫化物SO和HS,促進酸雨的形成。即使是最環保的水渣工藝一一環保型INBA法，噸渣排放硫化物也有5g4.額外消耗大量能量。使用水淬法進行急冷得到的固態高爐渣含水量較高，粉磨時必須烘干，需要額外消耗大量能量。由于存在根本性的缺陷，水淬處理工藝只是適用于特定階段的過渡性工藝，隨著近年來國家對節能減排的重視程度不斷提高，高爐渣處理方法必然向著更為節能、環保的方向發展，

8、其中干式粒化工藝就是發展重點方向之一。二、六院高溫爐渣余熱回收技術研究的基本情況和進展2011年6月，十一所與金川集團有限公司簽訂高溫爐渣余熱回收工藝研究課題，擬通過研究開發高效的余熱回收工藝，為實現我國整個冶煉行業廢渣處理及余熱回收工業化應用奠定基礎。（一）十一所進行的工藝流程設計該余熱回收系統工藝流程為第一步采用離心粒化技術將液態的熔渣粒化成大小均勻且粒徑為3m在右的顆粒， 根據實際生產中熔渣的流量通過調整粒化裝置的關鍵參數，得到所需粒度范圍的高附加值渣粒；第二步粒化后的顆粒與來自流化床的冷空氣直接接觸進行換熱，在處理過程中顆粒與空氣接觸面積較大，熱交換較為充分，可使得熱量回收率大大提高，

9、熱空氣將爐渣釋放出的熱量帶走出口溫度可達600700C,到余熱鍋爐產出蒸汽加以利用。考慮系統的熱空氣中可能存在酸性氣，在系統運行過程中酸性氣的濃度需要進行實時測量，如果酸性氣濃度不超標則進行循環使用，當酸性氣濃度達到處理濃度時轉入酸性氣脫除裝置，保證系統運行過程中的環保性。（以沉降電爐和閃速爐為例）該項目實施分三個階段，第一階段進行爐渣基本特性研究和霧化過程研究，第二階段進行爐渣換熱過程和渣粒流態化過程研究，第三階段進行小型工業化試驗研究及產業化建設。（二）技術優勢爐渣干式粒化工藝應在運行成本和粒化渣質量兩方面的指標達到與水渣工藝相當的水平，才能具有競爭力。它必須滿足5個條件：能使爐渣粒化到需

10、要的尺寸，粒化過程中爐渣損失的能量少，粒化過程消耗的能量少，能夠有效地回收熱量，處理后的粒化渣可以有效利用。離心空氣粒化結合兩級流化床的余熱回收工藝具有單體設備簡單、布置緊湊、處理能力大、操作參數少的優點。通過改變轉杯的轉速即可調整粒化程度，可獲得尺寸小、瑞主器水番氣;用途待復）沉降電爐熱空氣余熱鍋爐濟空氣謊化床流化床去戚住氣體府賒裝胃流化床/水松壁軟優水軾化水去風機余熱回收系統原理圖球形度好、玻璃化程度高的均質高附加值成品渣。 粒化室內高溫渣粒可以采用與空氣直接接觸的方法吸熱， 根據國外研制經驗，兩級流化方法可以使高溫爐渣持有的熱量較徹底地轉化為空氣含有的熱量，即高效地將爐渣顯熱轉變成為潔凈

11、的熱能。余熱吸收后形成的高溫空氣可以作為潔凈的熱源進行多種方法的二次利用，如：高溫空氣可以通入余熱鍋爐進行換熱從而產出高壓蒸汽，蒸汽直接利用或者推動汽輪機發電；高溫空氣可以預熱進入冶煉爐的助燃空氣或者直接進入爐膛參與燃燒，節省冶煉過程燃料的消耗量并提高爐膛內溫度。在初始冷卻速度足夠大的條件下渣粒中玻璃體含量較高，同時由于離心粒化產生的渣粒直徑小且分布均勻，渣粒可以直接作為水泥生產的原料，提高產品的附加值。三、技術綜合效益分析“十二五”期間，我國的高溫爐渣產量約23.2億噸，其中蘊含顯熱1.35億噸標煤。若采用離心粒化結合兩級流化床余熱回收技術，則可以將其中60%勺熱量進行回收，并可大幅減少酸性

12、氣體的排放。該技術既節約能源，又可保護環境，是資源綜合利用的典范，可為企業帶來可觀的經濟效益。如果此項關鍵技術得到突破，將為該技術的系統工程應用提供直接理論及技術支撐，最終在余熱回收領域開拓新技術，形成市場前景較好的產業化項目。離心空氣粒化結合兩級流化床余熱回收工藝如果能夠成功完成技術開發，并逐步完成工業化，未來將替代高溫爐渣水沖渣處理工藝。應用此項技術可為該企業節約大量資金和能源，以金川集團公司冶煉廠沉降電爐、閃速爐和銅冶煉爐的爐渣量進行估算，分析企業年節能和環保效益。采用離心空氣粒化工藝后在處理過程中不噴水，每年節省70萬噸的沖渣水，按每噸0.5元，每年可節省水費35萬元。基本沒有硫化物的

13、排放，對于閃速爐和頂吹爐每年可節省用于中和爐渣中的硫形成的酸水的工業堿液合計1000噸，每噸價格700元，共70萬元。若在1350150C的范圍內回收爐渣熱量，因成分不同爐渣的放熱量約為1500kJ/kg。若有60%的熱量被回收弁有效利用，則實際回收熱量0.9GJ/t,每年可以節約能量折合標煤約6萬噸（每噸標準煤為29.27GJ）。整個工藝系統主要耗能裝置包括：電機、風機和泵，根據估算可得到該部分能耗占可回收能量的份額小于10%隨著國家環保政策的日益嚴格， 若能將該項目成功開發， 推廣應用到整個鋼鐵、冶金企業行業，可對生產過程產生的高溫爐渣進行高效環保的熱量回收，能夠為企業節約大量的資金和能源

14、，效益明顯，同時符合國家所倡導的節能環保政策，根據我國目前鋼鐵和有色金屬的產量和增長率， 估算可節約的能源具體數據如下表所示。冶金行業綜合能效表20112012201320142015總和粗鋼產量（億噸）6.70007.10207.52817.97988.458637.7685生鐵產量（億噸）6.20006.82007.50208.25229.077437.8516有色金屬產量（億噸）0.33000.34980.37080.39300.41661.8602總產量（億噸）13.2314.271815.400916.625017.952677.4804爐渣產量（億噸）3.9694.28154.62

15、034.98755.385823.2441顯熱折算標煤（億噸）0.23020.24830.26800.28930.31241.3482節能60%（億噸）0.13810.14900.16080.17360.18740.8089推廣率20%（億噸）0.02760.02980.03220.03470.03750.1618據統計，2010年底， 我國粗鋼產量為6.27億噸， 占全球粗鋼總產量的44.3%,同比增長9.3%。 “十二五”期間我國鋼鐵工業的發展將由“高速粗放”型轉為“減速精細”型， 按較為樂觀的8.5億噸產量峰值計算， 年均增速只有6%較“十一五”期間降低一半左右。鋼渣是煉鋼過程中的必然副

16、產物，具排出量約為粗鋼產量的15%-20%鋼渣目前的利用率只有大約36%用作建筑材料、燒結溶劑和高爐煉鐵熔劑、鐵水預處理渣劑等，但都只是一種末端處理方法。高爐渣是冶煉生鐵時產生的廢渣,也是冶金行業產生數量最多的一種廢渣。2010年，我國生鐵產量5.9億噸，同比增長8.5%,“十二五”期間，增長率繼續保持在10溢右。按平均每噸生鐵產生0.3t渣來計算，高爐渣產量為1.77億噸。高爐渣的出爐溫度在14001500C,每噸渣含（12601880）x103kJ的顯熱，相當于60kg標準煤的熱值。由于高爐熔渣溫度高，產量很大，如果得不到合理的處理和利用，不但是對二次能源及環境會造成很大的污染。有色金屬產

17、量穩步增長，2010年，包括鋁、銅、鉛、鋅等在內的十種有色金屬工業產量達到3135萬噸，同比增長20.4%,產量消費量占世界三分之一。其中尤以鋁為典型，產能超過2100萬，增速為16.7%。氧化鋁綜合能耗為632.4千克標煤/噸，比上年下降3.7%;銅冶煉綜合能耗為360.3千克標煤/噸，比上年下降2.4%;鉛冶煉綜合能耗為453.5千克標煤/噸，比上年下降4.4%;電解鋅綜合能耗為946.6千克標煤/噸，比上年下降1.1%。四大主要有色金屬節能減排都取得顯著成效，這是有色金屬行業實現可持續發展的有力保障。 按照有色金屬行業“十二五”規劃草案， 到2015年， 十種有色金屬 （銅、鋁、鉛、鋅、銀、錫、錦、鎂、海綿鈦、汞）產量控制在4100萬噸以內，則“十二五”期間有色金屬的平均增長率為6炬右。在有色金屬“十二五”規劃中將明確主要品種產量：粗銅冶煉控制在500萬噸以內,電解銅控制在650-700萬噸之間，氧化鋁控制在410萬噸以內,電解鋁控制在200萬噸以內,鉛冶煉控制在550萬噸以內，鋅冶煉控制在670萬噸以內。按照余熱發電的功率計算，年產百萬噸渣的冶煉廠可以發電9000萬千瓦時， “十二五”我國爐渣總產量為23.2億噸， 如果全部用來余熱發電則可以產出2000億千瓦時電量。如