转炉钢渣处理中能源利用的探索与研究

转炉钢渣；能源利用；探索
Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｂｏｕｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｕｓｅ ｏｆ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ＢＯＦ Ｓｌａｇ
Ｓｕ Ｘｉｎｇ
（Ｓｌａｇ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ａｎｓｈａｎ
Ｗｅｎ
Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ，Ａｎｓｈａｎ １１４０２１，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，ｃｈｉｎａ）
２钢渣能源利用的可行性
２．１热闷工艺
热闷法是近些年兴起的一种先进的钢渣预处理工艺，它利用熔融钢渣余热使水汽化，从而达到快速膨胀 自解的过程，热闷后钢渣中游离氧化钙和游离氧化镁状态发生根本变化，使游离氧化钙和游离氧化镁由有害 物质变成有用物质，变害为利的同时使钢渣应用的稳定性得到保证。热闷工艺的原理是利用钢渣余热使水 迅速汽化，产生饱和蒸汽，饱和蒸汽与钢渣中氧化钙和氧化镁以及游离态氧化钙和氧化镁迅速发生反应，在 这个过程中产生化学应力、相变应力和热应力，在这些力的作用下，钢渣发生迅速自膨现象。 主要反应方程式：
渣显热成为需要攻克的一个难题。
钢渣能源利用的战略意义
１．１环保效益分析
作为全世界共同面对的问题，温室效应严重威胁着人类的生存，二氧化碳的过度排放是产生温室效应的 罪魁祸首，低碳经济在世界发展中成为共同关注的话题，２００９年联合国在哥本哈根召开世界气候大会，来自 １９２个国家首脑和环境部长讨论如何应对气候变化和温室气体，节能减排在能源发展中具有重大的战略意 义，２００９年国内钢产量约为５．６亿吨，要产生约１０亿吨二氧化碳，全球约４％一５％的二氧化碳来自钢铁 业，减少传统燃料式能源利用新型环保能源将成为未来钢铁业能源发展的方向，工业锅炉每燃烧一吨煤就产 生二氧化碳２．７吨，如果将熔融钢渣回收的余热代替燃煤所产生的热量，就会减少燃煤所产生的二氧化碳， 同时也减少炼钢过程中二氧化碳的产生，２００９年鞍钢排放钢渣约３００万吨，如果将其热能利用代替燃煤，就
渐丧失流动性ＩＳ］。 ４．２热闷显热回收的技术可行性
图３
由于钢渣导热性差，粘度随温度降低急剧升高，钢渣冷却成坨后中心热量 不易回收，导致显热回收效率低，液压推拉杆法采用均匀分布的多个水冷系统 与熔渣内外部充分接触的方式，从而有效的吸收钢渣不易被吸收的中心热量， 克服熔渣粘度大、导热性差的缺点，充分回收钢渣释放的热量，显热回收率高， 并且克服传统热闷法热能和水资源大量浪费的缺点。
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４
热闷显热回收的问题和技术可行性
４．１热闷显热回收的问题 硅酸盐类炉渣有如下特点：①导热系数低，１４００～１５００。Ｃ的液相阶段约为 ０．１ｔ０．３ ｗ／（ｍ・Ｋ）；②粘度随温度降低急剧升高。虽然熔渣热焓大，但是由
于其导热率低，换热慢，换热介质难以选择，钢渣中的热含量随着渣的温度变化 波动很大见图４，其中液态阶段温度为１４００。Ｃ～１６００。Ｃ，当温度进一步下降，逐
Ａｂｓｔｒａｃｔ
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能减少约１３万吨标准煤所产生的３５万吨二氧化碳的排放，全国排放的钢渣热量就能减少燃煤所带来大约 １０００万吨的二氧化碳的排放，熔融钢渣能源的合理利用再发展低碳经济的同时，也减少对不可再生资源的 肆意开采，环保意义重大。
１．２节能效益分析
国家大力提倡循环经济，建资源节约型、清洁型企业，熔渣热能是典型的清洁节约型能源。据测算，２００８ 年钢铁企业电力总消耗为２１５３亿千瓦时，其中钢厂自发电比例约占总用电量的２８％，外购电量约占７２％， 即１５５０亿千瓦时，随着电价的不断升高，钢铁业的电力成本不断加大，积极利用二次能源发电，扩大自发电 量成为节约能源和降低成本的最有效措施。如果将２００９年全国钢渣热能１００％回收用于发电，可发电４４０ 亿千瓦时，接近全国年发电总量的１／７０，相当于３个葛洲坝水电站发电量，相当于２２个中等火力发电站的 发电量，既减少钢铁企业外购电量，又节约能源，同时大大降低企业成本。熔渣余热除用于发电外，还可以用 于余热锅炉的供热、供水、供气等领域，真正实现清洁能源的循环利用心］。
５
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结论
热闷法显热回收采用水冷壁与熔渣内外部充分接触的热能回收方式，利用
图４钢渣热含量随 温度变化曲线
水冷璧和蒸汽回收装置回收余热水和热蒸汽，从根本上解决传统显热回收中热能回收率低的弊端，其回收率 预计可达８０％，从经济效益上看，按２００９年鞍钢的钢渣排放量３００万吨计算，热量回收值可超过４．８×１０１２ ＫＪ，回收的热量相当于１４亿千瓦时的电量，发电创造的经济效益可达６亿元，由此可见，熔融钢渣热能回收
转炉钢渣处理中能源利用的探索与研究
苏兴文
（鞍钢集团矿渣开发公司，辽宁鞍山１１４０２１）
摘
要熔融转炉钢渣含有大量热能，如何有效的回收是钢铁企业面Ｉ临的重大课题。本文通过对熔渣热能利用战
略意义的探讨，介绍热闷工艺和闪蒸发电技术，提出利用液压推拉杆热闷法回收熔融钢渣中显热的构想，并阐述转
炉熔渣在热能回收过程中存在的问题和技术的可行性，从社会效益、经济效益和环保效益等角度说明转炉钢渣能 源利用的重要性。 关键词
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是非常必要的。
参考文献
［１］王晓娣，邢宏伟，张玉柱．钢渣处理方法及热能回收技术口］．河北理工大学学报（自然科学版），２００９：１—３． ［２］冯向鹏，廖洪强，余广炜，唐卫军，时朝昆。巴特尔．熔融钢渣显热回收技术现状与展望ＦＪ］．企业节能减排与资源综合利
用，２００５：４３７—４３８．
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１．３经济效益分析
炼钢产生的熔融态钢渣在１６００℃左右，含有大量热能。据实验测得，每千克钢渣含有热量２０００ＫＪ （１６００℃）。如全部回收，０９年鞍钢产生的３００万吨钢渣所蕴含的总热量超过６×１０１２ＫＪ。单从降低煤耗一 点即可为企业每年节省上亿元。而全国每年产生约８千万吨的钢渣，其热量值达１．６×１０１４ＫＪ，相当于节省 约３５０万吨标准煤，省煤效益超到２８亿元，如热量全部回收用于发电，经济效益超过２００多亿元。 钢渣能源利用的战略意义主要体现在既节能减排，减少了能源的浪费，且在环境保护等方面有着重大综 合效益，高品质、高效的回收转炉熔渣显热也将成为钢铁企业降低综合能耗的重要手段，给企业带来巨大经 济效益的同时，实现低碳经济。
ｕｓｅ
ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ．
转炉钢渣是炼钢过程中产生的副产品，转炉钢渣的产生释放大量的热能。大部分钢渣处理方法都是将 热态钢渣进行冷却后进行破碎一筛分一磁选加工，提取金属后再加以利用‘１｜。而熔融钢渣从１６００。Ｃ冷却到 常温，钢渣中含有丰富热能都被浪费，在冷却过程中浪费大量的水，通过自然冷却的方法处理钢渣则需要大 量的占地并造成对周围环境的污染。如能利用熔渣中的显热不但能减少污染，且节约资源巨大，如何利用钢
径。
３热闷法显热回收构想
热闷显热回收总体上可以分为两个过程，第一个过程是以余热水的方式回收，另一个回收过程是对蒸汽 的回收。回收显热除用于发电外，还可用于工业余热锅炉和民用的供暖、供热等‘“。
热闷法显热回收工艺流程图见图１。
圈１
圈２
将熔融钢渣从渣罐倒人热闷装置中，启动闷渣池壁和液压推拉杆中水循环系统，使水注入其中并保持 动态循环，启动液压系统推动液压推拉杆（图２）向上运动，此时液压推拉杆均匀而有效的分布在闷渣池中并 充分接触熔融钢渣，推拉杆和闷渣池壁中的水循环系统充分吸收热能并将其输送出去，将回收的余热水通入 发电装置内进行发电，待闷渣池内钢渣温度达到热闷要求时，打开水雾喷淋装置进行热闷，同时打开蒸汽回 收装置进行蒸汽回收，同样将回收的蒸汽也通入发电装置，待闷渣结束后，关闭蒸汽回收装置，使液压推拉杆 向下运动至闷渣池底，停止所有水循环系统，打开热闷盖，将钢渣清出。热闷显热装置俯视图见图３。
ｔｈｅ ｓｌａｇ ｈｅａｔ ｅｎｅｒｇｙ
ｓｔቤተ መጻሕፍቲ ባይዱａｔｅｇｉｃ
ｓｅｎｓｅ
ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ。ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｈｏｔ ｓｔｕｆｆｙ ｃｒａｆｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌａｓｈ ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｐｒｏｐｏ— ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｕｓｈ。——ｐｕｌｌ ｒｏｄ ｈｏｔ ｓｔｕｆｆｙ ｍｅｔｈｏｄ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｆｕｓｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ｓｌａｇ ｉｎ
ＣａＯ＋Ｈ２ Ｏ—Ｃａ（ＯＨ）２
ＭｇＯ＋Ｈ２０—Ｍｇ（ＯＨ）２
ｆ—ＣａＯ＋Ｈ２０—Ｃａ（ＯＨ）２
ｆ—Ｍ９０＋Ｈ２０一Ｍｇ（ＯＨ）２ ２．２闪蒸发电技术
目前，电力资源紧张仍然是制约我国经济发展的一个重要因素，在加大力度新建和扩建常规电厂的同 时，充分利用余热发电也是缓解电力资源紧张有效的补充。通过回收工艺过程中的余热，产生蒸汽发电并网 或者满足自身生产的用电需要，不仅降低生产成本，优化生产流程，又能控制污染物的排放，促进环境保护。 随着余热发电逐步得到广泛的重视和应用，各种余热发电方案应运而生，可以应用于多种具有余热热源的行 业，闪蒸技术原理主要是指水的一种相变过程，即在一定压力和温度下的未饱和水，当压力下降至某温度下 的饱和压力时，就会进入饱和区而开始汽化，并且随着压力的下降，其汽化程度不断提高嘲。闪蒸余热发电 技术是在常规余热发电系统的主机以外增设闪蒸和闪蒸型除氧器，当机组正常运行带负荷后，从省煤器集箱 中抽取达到参数要求的一部分热水引入闪蒸器，热水在闪蒸器内迅速扩容降压后闪蒸分离出低压饱和蒸汽 和低压饱和热水。分离出的低压饱和蒸汽和余热锅炉的主过热蒸汽分别进入多进汽汽轮机的低压气缸和高 压气缸做功发电，而分离出的低压饱和水进入除氧器作为除氧热源进行充分利用。闪蒸系统不仅具有系统
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简单、成本低、便于操作、适合燃机电厂作为调峰机组启停迅速和变负荷运行的特点，更能够使低品位的热源 获得最大限度的发电功率，提高低温烟气的热利用率。闪蒸系统可以仅在单压余热锅炉上适当增加省煤器 受热面和低压加热器并且增设闪蒸器的前提下，比单压系统多发电百分之十左右，并且必要时能够解列，维 持单压系统正常运行。而对于能够增加相同发电量的多压锅炉来说，则需要复杂的独立的汽水系统，使锅炉 的结构及控制要求难度增加，不但大量增加了投资成本，而且增加了运行、维修的工作量。充分利用余热发 电缓解电力资源的紧张，利用回收的余热代替传统火力发电燃煤所产生的热量不但减少燃煤对环境的污染， 同时大大增加企业的经济效益。 热闷法是通过打水将热闷装置内的高温熔渣冷却的过程，闪蒸技术是利用高温蒸汽、热水带动汽轮机发 电，即热能一动能一电能的过程，将１６００℃的熔渣通过喷淋降温至２００℃以下，其本身是一种热能浪费过程， 而闪蒸发电技术恰恰能够利用熔渣降温的热能，将钢渣热闷技术和闪蒸发电技术有效结合不但能够解决热 能的浪费，也减少热闷喷淋打水过程中大量水资源的浪费，钢渣热能用于发电是钢渣显热回收的一种新途