高爐渣粒化及熱量回收工藝
時(shí)間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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1 概述
高爐煉鐵過程中產(chǎn)生大量的爐渣，這些爐渣在冶煉過程中帶有大量顯熱，根據(jù)《煉鐵學(xué)》爐渣焓熱1797kJ/㎏，以焓熱代顯熱，按渣比460kg/t，標(biāo)準(zhǔn)煤按29260 kJ/㎏計(jì)算，則每煉一噸生鐵產(chǎn)生的爐渣帶走的顯熱相當(dāng)于28.26㎏標(biāo)準(zhǔn)煤。
目前我國渣處理的主要方法有：拉薩法（RASA)、因巴法（INBA）、輪法、明特法、沉淀池法。
上述渣處理方法存在的問題：一是耗水高，渣水比一般在1：8～10左右，噸渣新水消耗一般在0.8～1.2t左右；二是環(huán)境污染，爐渣在沖制過程中會(huì)產(chǎn)生H2S氣體，污染環(huán)境，腐蝕基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備；三是能耗較高，沖制水渣一般需要水壓達(dá)到0.3MPa，沖渣水量也很大，需要配備大功率的水泵和電機(jī)；四是熱量回收利用困難。由于沖渣產(chǎn)生的熱水和蒸汽中含有大量的腐蝕性物質(zhì)和雜質(zhì)，使熱量回收付出代價(jià)過高，且效率低下。
針對目前渣處理方法存在的問題進(jìn)行分析，高爐渣粒化及熱量回收需要解決的問題可歸納為以下六點(diǎn)：（1）處理后獲得的爐渣應(yīng)具有良好的商品性。現(xiàn)在沖制的水渣大部分用于水泥生產(chǎn)，因此要求處理后獲得的爐渣符合水泥生產(chǎn)的要求，即玻璃化率≥95%，水渣含水率≤15%，水渣細(xì)粒度率≥85%（水渣0～4mm顆粒占85%以上）；(2)熱媒純凈，不用或少用凈化設(shè)備；(3)設(shè)備簡單，易于維護(hù)；(4)爐渣處理能耗小；(5)熱能回收盡可能多；(6)減少或避免環(huán)境污染。
2 滾筒法渣處理工藝
開發(fā)的滾筒法爐渣處理工藝已獲得國家實(shí)用新型發(fā)明專利。
2.1 滾筒法渣處理工藝簡介
該工藝由爐渣粒化滾筒、反射屏、熱管換熱器、粒化渣排放控制裝置、粒化渣輸送皮帶、供水系統(tǒng)（必要時(shí)應(yīng)有粒化滾筒循環(huán)水冷卻系統(tǒng)）、電控系統(tǒng)構(gòu)成。方案要求渣處理系統(tǒng)布置在高爐附近。
系統(tǒng)工作過程如下：高爐渣處理系統(tǒng)先啟動(dòng)粒化滾筒，滾筒內(nèi)通冷卻水，換熱器內(nèi)水位達(dá)到要求，換熱器處于工作狀態(tài)，關(guān)閉粒化渣排放控制裝置，啟動(dòng)粒化渣輸送皮帶。高爐熔渣經(jīng)渣溝流下落到高速旋轉(zhuǎn)的粒化滾筒上，高溫爐渣被高速旋轉(zhuǎn)的滾筒冷卻，并且由于滾筒高速旋轉(zhuǎn)，爐渣形成顆粒，加速爐渣的冷卻，冷卻的顆粒爐渣在離心力的作用下被甩向布置在換熱器內(nèi)的反射屏表面，落入換熱器內(nèi)，落入換熱器內(nèi)的粒化渣通過熱管與水進(jìn)行熱量交換，控制換熱時(shí)間和換熱器內(nèi)粒化渣存留量，使粒化渣溫度降低到耐熱皮帶可以承受的程度，打開粒化渣排放口，粒化渣排放到輸送皮帶上，輸送到粒化渣堆場由汽車運(yùn)走。在高爐出渣階段，粒化渣排放口處于打開狀態(tài)，其開度通過換熱器內(nèi)粒化渣料位反饋的信息進(jìn)行控制，保證換熱器內(nèi)粒化渣的存留量在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)，以確保換熱效果。換熱器內(nèi)的水可根據(jù)需要被加熱成熱水或蒸汽，通過熱水或蒸汽排放口外排，用于采暖或發(fā)電。
一次鐵出完后滾筒冷卻水逐漸關(guān)閉，換熱器仍保持工作狀態(tài)，換熱器內(nèi)料位處于下限時(shí)粒化渣排放口自動(dòng)關(guān)閉，輸送皮帶無料時(shí)停輸送皮帶。再次出渣時(shí)，只要打開滾筒冷卻水，啟動(dòng)輸渣皮帶即可進(jìn)入工作狀態(tài)。
2.2 采用滾筒法處理爐渣的優(yōu)點(diǎn)
（1）采用該工藝處理爐渣，冷卻過程中爐渣不與水直接接觸，解決了爐渣遇水生成H2S氣體，污染環(huán)境，腐蝕基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備的問題。
（2）換熱介質(zhì)不會(huì)受到污染，不需要增加設(shè)備進(jìn)行凈化即可進(jìn)行熱能回收能利用。
（3）爐渣粒化過程中由于不需要冷卻水與爐渣直接接觸，避免了水的無效蒸發(fā)損耗，有效降低了冷卻水的消耗量，如果做的更好，可以將冷卻滾筒的冷卻水直接供給換熱器，提高熱能利用率。
（4）由于取消了高壓水沖渣環(huán)節(jié)，因此不需要大功率的電機(jī)和水泵以及脫水設(shè)備，渣處理能耗可以大幅度降低。
（5）粒化渣中含水量幾乎為零，在用于水泥制造時(shí)只需要將粒化渣磨成符合要求的細(xì)度即可，省略了烘干環(huán)節(jié)，降低了水泥生產(chǎn)的能耗。
（6）場地布置靈活，無需建設(shè)大的沉淀池或晾水池，因此占地面積小，粒化渣堆場根據(jù)場地情況可設(shè)置在高爐附近，采用天車裝車外運(yùn)，也可以用鏟車運(yùn)到離高爐較遠(yuǎn)的場地堆放。
（7）不需安裝沖渣溝，節(jié)約設(shè)備投資和備件消耗。
（8）渣處理系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)商品價(jià)值低的干渣，只需要在原有設(shè)備附近再安裝一個(gè)粒化滾筒，爐渣從專用通道流到粒化滾筒直接粒化并自然冷卻后運(yùn)走即可，不必使用破碎設(shè)備破碎凝結(jié)成大塊的干渣，降低了干渣處理難度。
3 可行性分析
滾筒法爐渣處理工藝能否成功的關(guān)鍵在于：在爐渣與滾筒接觸和爐渣脫離滾筒飛出的短暫瞬間是否能夠達(dá)到凝固狀態(tài)，并且保證不再粘結(jié)，使粒化渣能夠順利通過熱管與水進(jìn)行熱交換，解決了這一問題就能夠保證滾筒法爐渣處理工藝的成功。爐渣的凝固速度決定于爐渣溫度降低的速度，而爐渣降溫的速度決定于單位質(zhì)量爐渣的熱交換面積和爐渣與換熱介質(zhì)的溫差。只要單位質(zhì)量爐渣的熱交換面積和爐渣與換熱介質(zhì)的溫差足夠大，就能夠使液態(tài)爐渣在短時(shí)間內(nèi)凝固。在滾筒法渣處理工藝中，只要調(diào)整滾筒轉(zhuǎn)速使形成的顆粒大小合適，那么單位質(zhì)量爐渣的熱交換面積就會(huì)變得非常大，同時(shí)對滾筒進(jìn)行冷卻，使?jié)L筒表面的溫度處于較低水平，那么液態(tài)爐渣就能夠與滾筒進(jìn)行充分的熱交換而達(dá)到凝固狀態(tài)。因此滾筒法爐渣處理工藝是可行的。目前已進(jìn)行小型試驗(yàn)，滾筒直徑210mm，轉(zhuǎn)速2870r/min，線速度31.54m/min，滾筒表面較為粗糙。用鐵勺盛液態(tài)爐渣澆到滾筒表面，液態(tài)爐渣被甩出10m開外，控制較小渣流時(shí)，可獲得直徑在2-4mm的固體渣粒（在地面看到）；渣粒在飛行過程中為紅色，說明飛離滾筒時(shí)并沒有凝固。由于使用鐵勺盛渣，在澆渣前期渣溫較足，獲得的渣粒基本為圓形；澆渣后期，渣溫下降，帶出較多渣絲，且粒度不均，有的直徑可達(dá)8mm左右。
4 結(jié)語
開發(fā)的滾筒法爐渣處理工藝是一種新的工藝嘗試，在沒有進(jìn)行工業(yè)實(shí)際驗(yàn)證以前，只能是從理論和小型試驗(yàn)上進(jìn)行推測和論證，在實(shí)際應(yīng)用過程中還會(huì)有很多需要解決的現(xiàn)實(shí)問題，但是這一工藝方法的提出為渣處理工藝的進(jìn)步又提供了一種思路。