热渣能量的利用

热渣能量的利用

炽热的高炉渣是一种尚未得到充分利用的能源。干法渣粒化技术将改变这种情况。

在1,500°C下排出的高炉渣携带着多达1.7 GJ/吨的能量⸺足够一辆电动汽车行驶数月。目前,这些宝贵的能源大部分都被白白浪费。普锐特冶金技术正在开发一种能够有效回收这种能源的干法粒化和空气冷却技术。建在奥地利林茨奥钢联钢铁公司的试验设备正在朝着工业成熟化的目标迅速迈进。


全世界的高炉每年产生大约4亿吨出炉温度在1,500°C左右的炉渣。它们通常采用水渣设备进行冷却和处理,水的用量很大⸺处理1吨渣可能消耗8吨多的水。到目前为止,还没有工业规模的方法能够回收这些渣携带的热能(大约1.7 GJ/吨)。事实上,对水渣工艺中使用的水进行冷却和处理反而需要额外输入许多能源。

 

开始干法研究

早在2011年,普锐特冶金技术就和多家合作伙伴一起开始执行一个研发项目,包括奥地利钢铁企业奥钢联钢铁公司、FEhS建筑材料研究所(德国)和莱奥本矿业大学(奥地利)在内。项目的目的是开发一种利用空气冷却液态渣并尽可能多地回收其中所含热能的干法粒化技术,并且得到高质量的熔渣砂。

最初建造了一套实验设备,证明了这一设想的可行性。最近,该项目取得了又一个重要成果,在奥地利林茨奥钢联钢铁公司投产了一套半工业性试验设备。它以间歇模式运行,对一座高炉排出的炉渣进行处理,使技术人员能够优化工艺,采集数据,获取经验。获得的结果令人鼓舞。

利用空气回收热能

设备的基本原理很简单:液态渣从高炉出铁口经过渣沟和一根带有耐材衬的竖管到达粒化设备,进入粒化器后流到一个旋转杯中央,被后者向外甩出并发生雾化。颗粒度在0.5 – 3 mm之间的液滴撞击到倾斜的水冷壁上,被弹回后落到下面的流态化渣床上。冷却主要在这里完成:大量空气从底部通入,从上方排出,并由两台并行布置的旋风除尘器净化。空气离开粒化器的目标温度为560°C。最终产品通过传送带从粒化器底部出料。

主要挑战

在目前阶段,项目的重点是优化核心工艺⸺液态渣在旋转杯上的雾化。该设备安装了多台成像装置,用以对粒化工艺进行监测、控制和分析。这些装置能够帮助优化旋转速度和动态调节渣流量和温度等参数,以保证工艺条件和产品质量的稳定性。工艺中的另一个挑战是,需要以多快的速度冷却渣粒,才能使最终的熔渣砂获得合适的性能。


奥钢联钢铁公司干法渣粒化试验设备工艺示意图

 


最大限度提高玻璃体含量

玻璃体含量是熔渣砂质量的一个重要指标,它必须大于95%,才能让这种材料成为水泥生产的一种合格的添加剂。它直接影响着水泥的潜在水硬性,以及混凝土的强度。玻璃体含量也是空气冷却干法渣粒化的主要挑战:渣粒必须极快地冷却才能达到这一要求。传统的湿法粒化工艺使用了水,很容易达到这个指标,而使用空气冷却时则难度较大。

试验设备产出的粒化渣的分析结果表明,玻璃体含量大约在94 – 97%之间,与传统湿法粒化渣的含量范围相当,完全满足水泥行业对质量的高要求。大量胶结试验已经确认了这一点。

迈出下一步

按照目前的设计,奥钢联钢铁公司的试验设备每分钟最多能够处理从一个出铁口排出的2吨炉渣。下一步的计划是将渣的流量增加到每小时60吨,全面监测设备的磨损情况和粘结行为。同时,还将进行提高废气温度的试验。

当项目进入下一个阶段后,将建造一套升级设备,以便能够处理从高炉的多个出铁口排出的所有炉渣,并将热空气送入下游的废热回收设备,开始进行能量回收。

未来前景

在目前正在运行的高炉中,即使只有一半从湿法改为干法渣粒化,对其产出的所有炉渣进行干法处理,回收和节约的能源就足以供超过350万个家庭全年使用。再举一个例子:目前几乎全部被浪费掉的炉渣所含能量足以驱动650万辆电动汽车(行驶平均里程)。按照欧洲的排放强度计算,这相当于每年减少800万吨二氧化碳排放。

另外,生产企业将得到大量干燥、玻璃体含量高和使用方便的优质熟料添加剂。考虑到对减少碳足印的出色效果,这种材料会有很好的销路。

我们相信,干法渣粒化技术如果推广开来,将使钢铁行业朝向绿色生产迈出一大步。


Debug: 5

为绿色炼铁开发创新技术

Thomas Fenzl是普锐特冶金技术的一位工艺技术员,多年从事干法渣粒化的研究工作。

从炉渣中回收能量看起来是显而易见的事情。为什么没有早些尝试?

Fenzl:对干法渣粒化技术的研究实际上几十年前就已经开始了,但没有重点考虑能量回收的问题。随着能源价格不断上涨和对效率的要求越来越高,钢铁行业开始寻找机会把生产工艺中浪费的能源加以回收利用。在这方面,高炉渣有非常大的潜力。

干法渣粒化工艺最大的难点是哪个部分?

Fenzl:是雾化炉渣的旋转杯。这个部件高速旋转,必须耐受温度高达1,400°C的液态渣的冲击。旋转杯上会发生许多我们不希望的流体动力学作用。我们正在测试不同的设计,希望找到一种能够提高炉渣处理能力和产品质量,并且经久耐用的方案。

你认为这项技术在今后10年内得到推广的机会有多大?

Fenzl:我们很高兴能够把这项技术推向一个新水平。我们的目标是,帮助业界合作伙伴从2019年开始运行一套包括了能量回收的工业规模的系统。我预计,从这以后,这项技术将会迅速普及。

了解更多

Read the full article

 

阅读全文

Fleischanderl, A.; Fenzl, T.; Neuhold R.(2018):干法渣粒化⸺高炉渣粒化的未来方向:AISTech 2018论文集

meta.ls/dryslag