液態渣顯熱回收

冶金液態渣綜合利用技術主要包括三個方面，一是液態渣資源化預處理，二是液態渣顯熱回收，三是液態渣處理的環境保護。液態渣顯熱回收技術及設備是設計綜合利用自動化生產線的核心課題。

基本介紹

• 中文名：液態渣顯熱回收
• 套用方向：冶金行業
• 高爐渣熱焓：1700MJ/t
• 主要成分：鈣、矽、鋁、鎂、鐵、錳、磷等

概述

液態渣是冶金行業火法冶金過程中所產生的廢棄物，呈高溫、液態的工業廢渣。火法冶金過程的液態渣主要有三種，即煉鐵產生的高爐渣，煉鋼產生的鋼渣，生產鐵合金產生的合金渣及冶煉有色金屬產生的其它冶金渣。液由於生產工藝不同，冶煉產生的液態渣的溫度也不同。煉鐵、煉鋼的液態渣溫度為1450—1700度，冶煉鐵合金的液態渣溫度範圍為1400—1800度，而冶煉有色金屬的液態渣溫度範圍多數為1400-1800度。火法冶金的液態渣，屬於高品位的餘熱資源，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範圍較大，均超過1000MJ/t渣。

液態渣性質

由於原料的品種、成分以及冶金產品品種、冶煉工藝的不同，液態渣的物理和化學性質也不同。液態渣主要成分由鈣、矽、鋁、鎂、鐵、錳、磷等化學元素及氧化物組成，含量在80%以上。各種液態渣氧化物含量相差較大。 鹼度液態渣中的氧化鈣、氧化鎂與二氧化矽之比。活性與穩定性雖然各種液態渣的化學成分相同，但由於冶煉和液態渣處理工藝條件不同，液態渣的礦物組成也有很大不同，礦物組成決定了材料的性質和用途。 液態渣在緩冷時，形成晶體相，特別是游離氧化鈣、氧化鎂，與水化合易產生體積膨脹。只有當基本消解後，體積才會趨於穩定。 液態渣在急冷即俗稱的淬冷時，形成非晶相或玻璃相。矽酸三鈣、矽酸二鈣等為活性礦物，屬於水硬膠凝材料的重要組成成分。 耐磨性液態渣的耐磨程度與其礦物組成和結構有關。放熱性在液態渣冷卻發生不同相變時，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，一要回收液態渣餘熱，二要便於液態渣的再利用，三要不造成環境污染，四要達到短距離生產。液態渣顯熱回收技術所獲得的產品是熱風、濕蒸汽和建築材料原料等。按照液態渣顯熱回收技術主要工藝特點分類如下。 液態渣作為回爐原料在符合冶煉工藝條件下，當液態渣含金屬成分和冶煉外加劑成分較高時，液態渣返回生產，直接作為生產原料使用。液態渣作為熱兌原料在液態渣基本不含金屬成分時，可根據渣成分，通過加人調整其成分原料，直接生產產品，作為建築材料等的原料。 液態渣作為其它工藝熱源利用循環空氣回收爐渣顯熱，通過餘熱鍋爐以蒸汽的形式回收顯熱，稱為風淬法；將高溫液態渣注人容器內，在容器周圍用水循環冷卻，以蒸汽形式回收液態渣顯熱，稱為環形床法；國內液態渣的餘熱利用主要是水沖渣工藝，沖渣水淨化，以採暖的方式回收熱量。

技術現狀

國內外已經高度重視對液態渣顯熱回收技術的開發，目前已開發出多種液態渣顯熱回收工藝。根據有關資料介紹，以下顯熱回收技術相對比較成熟，具有一定的實用性。 利用高爐液態渣顯熱生產渣棉技術，該技術具有以下基本特點：(1)高爐液態渣顯熱回收率高達70%以上；(2)對比沖天爐工藝，生產粒狀棉具有可觀的經濟效益；(3)有利於生態環境的改善。 俄羅斯採用滾筒法進行鋼渣的顯熱回收開發。鋼渣通過渣罐進入滾筒內，生成的蒸汽混合氣體溫度為90-170度，可直接用於生活設施或將其加熱至600度用於發電，經測試，熱利用係數可達到50%。 上海寶鋼引進俄羅斯滾筒法處理液態鋼渣技術，並進行了改進，開發出了滾筒法處理液態鋼渣技術。該技術屬於目前最先進的液態鋼渣的處理工藝。滾筒法處理鋼渣具有以下優點：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；處理後的鋼渣穩定性好，可直接回收利用，有效改善了液態渣處理過程中對環境的污染；技術流程短，可節省大量投資。 該項目形成的工藝技術和設備有廣泛的推廣套用價值，目前已在宣鋼得到套用。

風淬處理液態渣工藝風淬處理液態渣工藝，東方環境申請了風淬處理液態渣工藝專利，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：高爐液態渣顯熱回收率高達70%以上；液態渣處理後為乾渣；封閉式處理，沒有環境污染。 俄羅斯烏拉爾鋼鐵研究院研製了一套附有熱能回收的風淬鋼渣處理工藝。在液態鋼渣傾倒過程中，渣與空氣流接觸產生輻射熱，通過專用設定收集轉換為熱水、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成功了低溫蓄熱材料液態渣顯熱轉換技術，通過低溫蓄熱材料將液態渣顯熱轉換為熱水用於供暖和空調。

採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，日本開發了溫水陳化、蒸汽陳化和蒸汽加壓陳化法，同時實現液態渣顯熱回收。在顯熱回收技術方面，我國先後引進日本、俄羅斯、德國、美國等國家的不同工藝及裝備，已經使用或正在開發之中。目前在傳統處理工藝的基礎上，出現了許多新穎的工藝方法。對於冶金渣的綜合利用，利用量最大的是建築材料領域，而液態渣的淬冷是建築材料高附加值的首道工藝。多年來，經過各方面的努力，液態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，進一步開發新一代的液態渣顯熱回收技術。如對熱潑法、箱潑法、風水淬法和水淬法等方法進行改進。 英國克凡納公司研製了轉碟法的乾渣處理技術，高溫氣流溫度達到400—600~C，根據資料報導，仍在試驗完善中。近年來，東方環境根據1986年德聶伯彼得洛夫斯克冶金學院開發的爐渣乾式粒化方案，結合我國國情並參照有色金屬連鑄連軋的資料，對其工藝進行了改造，開發出一種乾式急冷爐渣回收系統。

技術前景

隨著全球能源的日趨緊張，各國對液態渣的顯熱回收技術開展了大量科學研究。由於回收液態渣顯熱在技術、經濟、實用等方面存在諸多難題，至今國內外尚未發現具備大規模推廣、完善的液態渣顯熱回收技術。 提高液態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，是液態渣顯熱回收技術開發的方向。按照我國2006年冶金企業液態渣產生量12000萬噸計算，無論使用哪種液態渣顯熱回收技術，均可以建設日產1000噸的“液態渣收熱生產線”400條。 目前，水沖渣工藝取暖餘熱回收率很低。在夏季和無取暖設備的地區，這部分能量只能浪費。在已有和正在開發的回收技術中，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，對於金屬回收率低的液態渣，只有提高氣體回收溫度，才能降低設備造價。降低乾渣含水率降低乾渣含水率降低乾渣含水率降低乾渣含水率，根據液態渣的物理和化學性質，液態渣高附加值的主要利用方向是作為建築材料、冶金爐料、農業肥料的原料，因此，要求液態渣處理後含水率要低。

按照含水率的定義，顯熱回收技術分為濕法顯熱回收技術、半乾法顯熱回收技術、乾法顯熱回收技術。濕法顯熱回收技術是液態渣直接與水接觸的水淬工藝；半乾法顯熱回收技術是空氣與水同時冷卻渣的顯熱回收工藝，其產生的熱風濕度較大；乾法顯熱回收技術是空氣冷卻渣的顯熱回收工藝，產生的熱風濕度可以滿足建築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，進行液態渣顯熱回收，同時要兼顧副產品適合市場需求，以提高經濟效益規模。 顯熱回收技術要以適合冶煉工藝為前提，從自動化生產線的角度設計工藝，使核心技術與設備通用化、標準化、系列化。綜上所述，冶金行業產生的工業廢渣，在其資源化的基礎上，進行液態狀態下顯熱回收，符合國家節能減排的要求。同時，通過進一步的顯熱回收技術研究，可以加速冶金行業工藝流程的技術進行。