高爐渣是什么 高爐渣顯熱回收方法有哪些

　　鋼鐵企業(yè)余熱資源主要集中在煉焦、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼和熱軋工序，表現(xiàn)為產(chǎn)品余熱、煙(煤)氣余熱、廢渣顯熱及冷卻水顯熱等。鋼鐵企業(yè)各類余熱資源中，產(chǎn)品及煙(煤)氣顯熱占余熱資源總量較多，余熱品質(zhì)包含各個(gè)溫度等級。目前已開發(fā)并應(yīng)用的技術(shù)有干熄焦技術(shù)、燒結(jié)余熱回收技術(shù)、轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收技術(shù)、連鑄坯熱送熱裝技術(shù)等等，取得明顯效果和效益。冷卻水顯熱雖然也占一定比例，但屬低溫余熱資源，回收經(jīng)濟(jì)效果較差，余熱回收率僅2%左右。爐渣顯熱能級高，屬高品位余熱資源，約占全部高溫余熱資源的35%，其中高爐渣占28%，回收價(jià)值很大。但是由于回收技術(shù)上的困難，目前渣顯熱回收率極低，只有部分高爐渣沖渣水余熱得以利用，高爐渣顯熱是少數(shù)還未被開發(fā)利用的重要余熱資源。

　　高爐渣的出爐溫度在1400～1550℃之間。每噸渣含(1260～1880)×103kJ的顯熱，相當(dāng)于60kg標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值。高爐渣的排出率與礦石品位有關(guān)，近年來我國大中型鋼鐵企業(yè)采用較高品位鐵礦石原料，高爐渣鐵比已降至300kg/t附近。由此，一座1000m3的高爐，按年產(chǎn)量90萬t生鐵、渣鐵比為300kg/t計(jì)算，每年排渣量27萬t，爐渣放散熱量折合標(biāo)煤1.62萬t。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國已經(jīng)投產(chǎn)和在建的1000m3級以上的大型高爐約有169座，估算綜合生鐵產(chǎn)能在3.2億t左右，因此每年我國大型高爐產(chǎn)渣量接近1億t，攜帶熱量折合標(biāo)煤600萬t。而實(shí)際生鐵產(chǎn)量和渣鐵比都高于計(jì)算值，因而高爐渣顯熱能量更為巨大。盡管并非可以全部回收高爐渣的熱能，但若能部分回收利用，其節(jié)能效益也是顯著的，非常具有市場開發(fā)潛力。

　　高爐熔渣是在高爐煉鐵過程中，由礦石中的脈石、燃料中的灰分和溶劑(一般是石灰石)中的非揮發(fā)組分形成的固體廢物。主要含有鈣、硅、鋁、鎂、鐵的氧化物和少量硫化物。是高爐生產(chǎn)的主要副產(chǎn)品，主要成分為CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2等，含有大量的高品質(zhì)熱焓，具有很高的回收價(jià)值。

　　高爐渣顯熱進(jìn)行回收，需要解決兩個(gè)主要問題：一是對高爐熔渣進(jìn)行粒化，二是熱量的回收。水淬粒化不能回收顯熱，干式粒化處理后可以進(jìn)行顯熱回收。熔渣顯熱回收技術(shù)主要有物理熱回收技術(shù)和化學(xué)熱回收技術(shù)兩類。

　　各種物理熱回收方法，都需要借助于一定的載能體(空氣等)來回收熔渣的顯熱，綜合熱回收效率不高。化學(xué)法回收熔渣顯熱不僅可以省去眾多余熱回收設(shè)備，且由于能量形式轉(zhuǎn)換次數(shù)少，回收率高，受到廣泛關(guān)注。日本科研人員在這方面做了大量工作，主要有以下形式：

　　1、甲烷循環(huán)反應(yīng)

　　流程為：

　　1)利用高速噴出的甲烷(CH4)和水蒸氣(H2O)混合氣體對液渣進(jìn)行冷卻粒化，二者進(jìn)行強(qiáng)烈的熱交換。液渣受到風(fēng)力的破碎和強(qiáng)制的冷卻作用，其溫度迅速下降并粒化為細(xì)小顆粒。

　　2)CH4和H2O的混合氣體在高爐渣顯熱的作用下，發(fā)生吸熱反應(yīng)生成H2和CO,將高爐渣的熱量轉(zhuǎn)移出來;

　　3)生成的氣體進(jìn)入下一反應(yīng)器，在一定條件下，H2和CO反應(yīng)生成甲烷和水蒸氣，放出熱量。高溫甲烷和水蒸氣經(jīng)熱交換器冷卻，重新返回循環(huán)使用。

　　2、甲烷-水蒸氣重整制氫

　　流程：

　　1) 用轉(zhuǎn)杯粒化技術(shù)對熔渣進(jìn)行粒化，采用CH4和H2O氣體作為冷卻介質(zhì)。

　　2) 氣體吸收化學(xué)顯熱，在催化劑作用下，生成H2和CO氣體。

　　3、沼氣-二氧化碳重整制氫

　　反應(yīng)為CH4+CO2=2CO+2H2。消耗能量247kJ/mol，來源于熔渣顯熱。研究表明：渣粒不僅起到提供熱量的作用，且是一種很好的催化劑，能促進(jìn)甲烷的分解;隨著反應(yīng)溫度的升高，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，最高達(dá)96%左右，且生成更多的氫氣。

　　4、利用爐渣顯熱制煤氣

　　高爐熔渣在處理過程需要急速冷卻;而煤的氣化需要不斷加熱、升溫，因此可以將兩者結(jié)合起來，目前，我國學(xué)者正在進(jìn)行這方面的研究。

　　5、高溫熔渣直接制備材料

　　利用高溫熔渣直接制備高附加值材料，對熔渣進(jìn)行調(diào)質(zhì)，直接熱成型為礦棉、微晶玻璃等高附加值材料。這樣做間接回收了熔渣顯熱，避免了傳統(tǒng)水淬工藝帶來的問題，簡約了熔渣資源化的流程。然而，熱成型后的產(chǎn)品仍蘊(yùn)含較高的顯熱，仍被浪費(fèi)。與上述幾種方法相比，熱量回收的不夠徹底。

　　綜上，高爐渣是一種很好的二次資源，水淬法不可以回收顯熱，而化學(xué)法則可最大程度回收利用這類特殊資源。多種化學(xué)法中，甲烷PCA和重整最為受人關(guān)注，即回收了熔渣顯熱、減少了污染物排放，同時(shí)生產(chǎn)的氣體可以直接用于高爐煉鐵生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，是高爐熔渣顯熱回收的最好方式。