高炉渣余热利用技术的现状及发展趋势 余热发电

高炉渣余热利用技术的现状及发展趋势摘要：本文系统的分析了高炉渣湿法与干法处理工艺及其余热利用的国内外现状,简述了底滤法(OCP)、因巴法(INBA)、拉萨法(RASA)、图拉法(TYNA)等典型的水淬法工艺，总结了水淬渣方式存在的诸多弊端，对风淬法、双内冷却转筒粒化法、Merotec 熔渣粒化流化法、机械粒化法、连铸连轧法、化学法等干法处理技术的研究进展和发展现状进行了总结。

最后得出结论: 离心粒化等干式余热回收技术在利用高炉渣的高品质热源时,不会造成水资源的浪费, 不会产生硫化氢、二氧化硫等有害气体,在克服水渣法固有缺点的同时，还可以得到玻璃化程度高的高附加值成品渣，是今后高炉渣余热回收工艺的发展趋势。

关键词：高炉渣；余热利用；水淬；干式粒化1 前言中国目前是全球最大的钢铁生产国。

中国钢铁产量已连续16年保持世界第一，并且遥遥领先于其他国家。

同时伴随我国高炉冶炼生产排出的含丰富热能的高炉渣数量也是巨大的，从节能与环保以及提高钢铁厂的经济效益的角度来看，对高炉渣的热量进行回收和高炉渣的资源化利用是十分必要的。

炉渣的出炉温度一般在1400～1550℃之间。

每吨渣含（1260～1880）×103kJ的显热，相当于60kg标准煤的热值[1]。

每生产1吨生铁要副产0.3吨高炉渣，每生产1吨钢要副产0.13吨钢渣[2]，以目前我国的钢铁产量6.83亿吨进行计算，可产生2.9亿吨以上的高炉渣和转炉渣，其显热量相当于1740万吨标准煤，尽管并非可以全部回收高炉渣的热能，但若能部分回收利用，其节能效益也是显著的，非常具有市场开发潜力。

就目前应用大量应用水淬技术情况来看，这部分高温热源显然是被浪费了，该高温热源就温度品质来说，完全符合高品位能源的要求，如果能回收这部分热量得以重新利用，就可以为社会和企业带来可观的经济、社会和环保效益。

开展余热余能的回收利用不仅是钢铁企业节约能源降低成本，提高竞争力的重要手段，而且也符合国家钢铁工业的政策要求。

在我国的钢铁工业“十二五”发展规划中明确指出要大力发展清洁生产和循环经济，积极研发和推广使用节能减排和低碳技术，加强废弃物的资源化综合利用[2]。

在节能减排方面提出以下几个重要指标，单位工业增加值能耗和二氧化碳排放分别下降18%，重点统计钢铁企业平均吨钢综合能耗低于580千克标准煤，吨钢耗新水量低于4.0立方米，吨钢二氧化硫排放下降39%，吨钢化学需氧量下降7%，固体废弃物综合利用率97%以上。

在钢铁工业的节能减排技术方面重点提到了高炉渣、钢渣等显热回收利用技术、冶金渣综合利用技术和余热余压综合利用技术等。

2 高炉渣处理现状目前我国常见的处理高炉渣的方法有干渣坑冷却法和水冲渣法。

干渣坑冷却法将熔融的高炉渣倒入干渣坑空冷，凝固后水冷。

此法污染地下水源，降温时放出大量水蒸气，同时释放大量的H2S和SO2气体，腐蚀建筑、破坏设备和恶化工作环境，一般只在事故处理时使用该法。

我国90%的高炉渣都采用水冲渣法处理，得到的水渣用于生产水泥、渣砖、矿渣微粉和隔热填料。

高炉渣水淬方式很多，主要处理工艺有：底滤法(OCP)、因巴法(INBA)、拉萨法(RASA)、图拉法(TYNA)等。

尽管冲渣工艺在不断的发展，但其技术的核心还是对高炉熔渣进行喷水水淬，冷却、粒化成水渣，然后进行水渣分离，冲渣的水经过沉淀过滤后再循环使用。

2.1底滤法底滤法是在冲制箱内用多孔喷头喷射的高压水对高炉渣进行水淬粒化，然后进入沉渣池（图1）。

沉渣池中的水渣由抓斗抓出堆放在干渣场继续脱水，沉渣池内的水及悬浮物由分配渠流入过滤池。

过滤后的冲渣水经集水管由泵加压送入冷却塔冷却后重复使用。

底滤法的滤池的总深度较低；机械设备少，施工、操作、维修都较方便；循环水质好，水渣质量好；冲渣系统用水可实现100％循环使用，没有外排污水，有利于环保。

其缺点是占地面积大，系统投资也较大[3]。

1—高炉; 2—抓斗吊车; 3—冲渣器;4—水溢流;5—贮料斗;6—粒化器;7—冲洗空气入口;8—水出口图1底滤法水渣处理工艺示意图2.2拉萨法拉萨法为英国RASA公司与日本钢管公司共同开发的炉渣处理工艺,1967 年首次在日本福山钢铁厂1号高炉(2004m3 )上使用（图2）。

拉萨法的工艺流程为：高炉熔渣由渣沟流入冲制箱，与压力水相遇进行水淬。

水淬后的渣浆在粗粒分离槽内浓缩，浓缩后的渣浆由渣浆泵送至脱水槽脱水；浮在分离槽水面的微粒渣由溢流口流入中间槽，由中间槽泵送到沉淀池，经沉淀后，用排泥泵送回脱水槽，同粗粒分离器送去的渣水混合物一起进行脱水，脱水后水渣由卡车外运[4]。

1—水渣槽;2—喷水口;3—搅拌槽;4—输渣泵;5—循环槽搅拌泵;6—搅拌槽搅拌泵;7—冷却塔;8—循环水槽;9—沉降槽;10—冲渣给水泵;11—冷却泵;12—分配器;13—脱水槽;14—汽车;15—排泥泵图2 拉萨法水渣处理工艺示意图该法炉渣处理量大、水渣质量较好，技术上有一定进步。

但该法因工艺复杂、设备较多、电耗高及维修费用大等缺点，在新建大型高炉上已不再采用。

2.3 图拉法图拉法粒化渣工艺是俄罗斯图拉厂所创，其工艺思想是通过机械力将熔渣粒化并喷水冷却产生水渣（图3）。

该法与其他水淬法不同，在渣沟下面增加了粒化轮，炉渣落至高速旋转的粒化轮上，被机械破碎、粒化，粒化后的炉渣颗粒在空中被水冷却、水淬，产生的气体通过烟囱排出[5]。

该法最显著特点是彻底解决了传统水淬渣易爆炸的问题。

熔渣处理在封闭状态下进行，循环水量少，动力能耗低，成品渣质量好[6]。

1—熔渣沟; 2—粒化器;3—排气筒;4—脱水器;5—热水池;6—胶带机;7—成品槽图3 图拉法水渣处理系统示意图2.4 因巴法因巴法水渣处理系统是二十世纪八十年代初由比利时西德玛(SDIMAR)公司与卢森堡保尔-乌斯(APUL-WURTH)公司共同开发的一项渣处理技术，1981年在西德玛公司投入运行[7]。

因巴法分为热因巴、冷因巴和环保型因巴三种类型(见表1)[3]。

典型因巴法炉渣处理系统见图4 所示。

表1 因巴法炉渣处理工艺类型因巴法流程为：高炉熔渣由熔渣沟流入冲制箱，经冲制箱的压力水冲成水渣进入水渣沟，然后经滚筒过滤器脱水排出。

该法布置紧凑，可实现整个流程机械化、自动化，水渣质量好；冲渣水闭路循环，泵和管路的磨损小；无爆炸危险，渣中含铁量高达20％时，该系统还能安全地进行炉渣的粒化；彻底解决烟尘、蒸汽对环境的污染，达到零排放的目标。

1—冲制箱; 2—水渣沟; 3—水渣槽; 4—分配器; 5—转鼓过滤器; 6—缓冲槽;7—集水槽; 8—热水池; 9—冷却塔; 10—冷水池; 11—胶带机; 12—成品槽图4 因巴法水渣处理系统示意图表2为上述几种典型高炉渣处理湿法工艺的主要技术指标，就目前来看，图拉法安全性能最高(渣中带铁达40%时，仍能正常工作)；而投资费用最大的环保型因巴法在技术上最为成熟，实际应用的高炉亦较多[3]。

但水冲渣法无法从根本上改变粒化渣耗水的工艺特点，炉渣物理热基本全部散失，冲渣过程中S02、H2S等污染物的排放不但影响作业环境而且对空气造成污染。

水淬渣方式存在以下诸多弊端：1) 浪费了高炉渣所含有的高品质余热资源。

1350℃～1450℃的液态高炉渣由出渣口排出，靠高压水将其破碎并冷却，在如此高的温度下，大部分的液态水迅速气化成水蒸气排放到大气中，浪费了该部分水蒸气含有的大量热量, 以目前我国年产生2.9亿吨高炉渣和转炉渣计算，其显热量相当于1740万吨标准煤。

2) 浪费大量水资源。

水冲渣过程中水压大于0.2MPa，渣水之比为1:1，每吨渣需消耗新水0.8～1.2吨，循环用水量10t左右。

中国目前高炉生铁产量超过6.8亿吨，全年高炉渣产量约2亿吨，用于水淬渣的新水消耗量约2亿吨。

3) 产生SO2及H2S等有害气体，除环保型INBA法外的其他水渣系统均将冲渣过程产生的含硫蒸汽直接排入大气中，不同INBA法随蒸汽排入大气的硫化物量分别为（具体数值与高炉原料条件有关）：热水INBA法为250g/t，普通冷水INBA法为25g/t，最环保的环保型INBA法也有5g/t，按目前的炉渣产生量即使全部采用最环保的INBA法，全年将排放1450tSO2，目前的SO2的排放现状是此数值的几十倍计。

因此，利用干法将高炉渣粒化作为水泥原料，同时高效利用炉渣显热，减少对环境的污染，是高炉渣处理的发展趋势。

表2 几种高炉渣处理方法技术经济指标比较3 高炉渣干法粒化余热回收技术干式粒化工艺是在不消耗新水情况下，利用高炉渣与传热介质直接或间接接触进行高炉渣粒化和显热回收的工艺，几乎没有有害气体排出，是一种环境友好的新式处理工艺。

目前高炉渣干法处理工艺主要有：风淬法、双内冷却转筒粒化法、Merotec 熔渣粒化流化法、机械粒化法、连铸连轧法、化学法等。

20世纪70年代国外就开始研究此法，但目前尚无一种真正实现工业化。

3.1风淬法风淬法是利用高速空气将熔渣冲击破碎并回收余热的方法[8]。

日本钢管和三菱重工从1977年开始联合开发了转炉渣风碎粒化余热回收系统（图6），并于1978年在日本钢管福山厂3号炼钢厂建立了处理能力为30t/h实验厂[9]。

之后两家公司于1981年在福山厂建成了最大处理能力为80t/h的商业化工厂[10]。

整个余热回收流程包括预处理、风碎、余热回收、后处理4个处理工序。

该流程的工业试验中，总热回收率达到了81.3％。

图6日本钢管与三菱重工联合开发的转炉钢渣风碎粒化工艺流程图1982年日本新日铁、NKK、川崎、住友、神户和日新制钢6大钢铁公司开展了计划为期6年的高炉熔渣显热综合回收技术研究，目的是在回收高炉渣余热的同时，制造水泥原料等高附加值的炉渣产品。

该工艺流程图如图7所示[11]，熔渣在被风碎后通过多段流化床回收渣粒余热。

从余热回收的效果来看，回收的热空气的余热回收效率为62.6%；从渣粒的品质来看，不含渣棉的渣粒玻璃体率为96％~98%，水泥胶砂的强度测试表明，利用风碎高炉渣得到的炉渣水泥与市售的普通高炉渣水泥具有同等的强度。

在大量试验的基础上，研究者针对400Om3级，处理能力为150t/h的炉渣余热回收系统进行了经济性分析，但目前并没有该工艺商业化的报道[12]。

图7日本6大钢铁公司联合开发的高炉渣风碎粒化余热回收流程示意图风淬法在粒化过程中动力消耗很大，风碎与水淬相比冷却速度很慢，为了防止粒化渣在固结之前粘连到设备表面上，就要加大设备的尺寸[13]。

风淬法得到的粒化渣的颗粒直径分布范围较宽，不利于后续处理。

3.2旋转滚筒法熔渣粒化工艺NKK双冷却转筒粒化工艺最早由日本钢管公司(NKK)开发，其工艺流程如图8所示[11]。

温度为1500℃左右的液态高炉渣经渣槽流入位于转鼓 B1 和 B2 之间形成的渣池，转鼓连续转动，通过挡板(A)来控制熔渣的液位，熔渣随转鼓的转动被带出并在转鼓表面成膜，在转鼓内通过一种高沸点有机液体(烷基联苯)来快速冷却附着在转鼓表面的渣膜，随后冷却的玻璃相炉渣由一种脱膜工具从转鼓上剥离落入料斗，得到的成品渣温度约为900℃。