劉晨
1 概述
高爐冶煉平均噸鐵產(chǎn)生0.35高爐渣，高爐渣出爐溫度1500°C，目前高爐渣大多采用水沖渣工藝處理，高溫熔渣的余熱被浪費，通過沖渣循環(huán)水回收余熱供暖熱回收率低，沖渣產(chǎn)生的水蒸汽直排，余熱、水資源全部都浪費，還產(chǎn)生大氣污染。水渣做水泥、微粉利用，利用價值低。為此，我們提出噴霧干法粒化改造方案。
液體噴霧干燥技術(shù)領(lǐng)域具有悠久的歷史和廣泛的業(yè)績，在制藥、食品、化工等很多行業(yè)都有成熟技術(shù)和案例。在不銹鋼、硬質(zhì)合金、工業(yè)純鐵、鋁、銅等高溫金屬液噴霧干燥生產(chǎn)粉末方面，有著豐富的經(jīng)驗，可以把金屬液直接?；?3微米的超細粉。在高溫熔熔渣干法?；矫妫覀冞M行了多個項目的干法?；囼炑芯浚脑旆桨傅闹饕攸c：
旁路方案，現(xiàn)有水渣、干渣系統(tǒng)保留，改造施工和維修不影響生產(chǎn)
采用高壓水粒化，成品渣粒度大小可以選擇
通過高溫蒸汽和高溫粒渣回收余熱
2 問題分析
國內(nèi)外高溫熔渣處理一直多采用水沖渣處理，噸渣循環(huán)噴水~10噸、蒸發(fā)為蒸汽消耗1噸左右，存在一些無解的難題：
1) 余熱大部分浪費，回收余熱供暖效率低、易結(jié)垢
2) 水沖渣產(chǎn)生大量水蒸汽，難收集，冬季白煙重，是大氣霧霾污染的一大來源之一，在北方設(shè)備表面結(jié)冰還有安全隱患
3) 粒化渣需要脫水，脫水后含水率仍在30%，磨粉時需要消耗煤氣烘干
4) ?；６?mm左右，噸渣磨粉需要耗電~35kwh/t
5) ?；鼜脑負瞥雎短於逊?，很難實現(xiàn)崗位清潔生產(chǎn)
采用熱潑干渣，處理設(shè)施占地多，爐渣無法利用、或利用價值低，余熱同樣浪費。國內(nèi)有用戶在嘗試高爐渣轉(zhuǎn)杯干法粒化和其它干法?；椒ǎ€沒有取得成功。
我們的方案采用高壓水噴霧干燥干法粒化技術(shù)，以求兼顧爐渣?；?、余熱回收和增加高爐渣利用價值等多重要求。高壓水干法?；呀?jīng)在2500m3高爐渣上做過探索性試驗，?；己谩?/p>
3 改造方案
這里以某用戶三座1080高爐為例，介紹噴霧干燥干法?；脑旆桨?。
1、） 現(xiàn)有高爐渣相關(guān)參數(shù)
l 高爐容積：3座1080m3高爐
主體設(shè)備：渣溝、水沖、渣池、渣場、外運
處理渣量：~150萬噸/年、平均出渣量74.4噸/時、日出渣次數(shù)：18爐/天
出渣時間：~50分鐘/爐
外運渣含水量：~30%
外排渣方式：鏟車、汽車外運
水渣用途：外供做水泥、礦渣微粉原料
2）工藝簡介
高爐渣出渣溝、水沖渣及后步渣處理、渣池、外運設(shè)備設(shè)施完整保留備用，保護性拆除水沖渣?；?，延長渣溝到?；g，新建干法?；g首選位置，布置在事故備用干渣坑上部。
干法?；霸O(shè)置高溫熔渣儲槽，底部沉淀分離鐵水、重金屬，側(cè)面設(shè)置高溫熔渣出口，高溫渣出高爐首先進入儲渣槽，然后流入?；g，采用少量高壓水噴霧干燥?；?，粒化用水全部變?yōu)楦邷卣羝?，通過換熱器回收余熱，回收余熱后的蒸汽噴淋冷凝后循環(huán)使用近零外排。高溫粒化渣通過循環(huán)氣冷卻，通過濕式撈渣機輸送至渣倉外運不落地，實現(xiàn)現(xiàn)場清潔。?；梢曰赜酶鞣N廢水，他把是難處理高成本，比如焦化廢水、濃鹽水、污泥、醫(yī)療廢水等，通過高溫處理為干凈水后外供利用。
圖1 高爐渣干法?；に嚵鞒?/p>
圖2 高溫渣噴霧干燥干法粒化水循環(huán)系統(tǒng)
干法?；饕脑祉椖績?nèi)容描述如下：
1) 出鐵溝加活動蓋保溫：為了減少熱損失、改善車間環(huán)境，并提高余熱回收量，整個渣溝均須增加輕質(zhì)活動蓋保溫罩
2) 蓄渣槽：新增大容量的高溫熔渣蓄渣槽，主要目的：主要是分離高爐渣中殘留的鐵水和重金屬，確保高溫渣流動性，按照利用要求調(diào)整成分、協(xié)同處理污泥等其它危廢、固廢
3) 高壓?；洌阂涸ㄟ^高壓水噴霧干燥干法?；癁橐蟮牧６龋瑵M足做為玻璃、陶瓷、陶粒生產(chǎn)原料要求
4) 蒸汽收集、余熱回收、凈化系統(tǒng)：~650°C的常壓、過熱、含塵蒸汽，首先依次粗除塵、換熱回收、多功能冷凝冷凝降溫，循環(huán)用于高溫粒渣的冷卻，高溫蒸汽與?；鋮s蒸汽一同處理。換熱采用風冷、或/和水冷回收
5) 出渣：?；醚h(huán)回風冷卻到50°C以下，輸送到渣倉儲存、外運
4 主要設(shè)備
須改造和新增主要設(shè)備簡單描述如下：
1） 蓄渣槽
改造內(nèi)容：新增
功能：熔化分離回收金屬成分，儲渣解決連續(xù)處理，調(diào)整成分利于利用
儲渣量：~200噸，確保連續(xù)?；?/p>
加熱方式：純氧燃燒，或等離子
高溫熔渣溫度：1500°C以上
金屬成分分離方式：鉻、鎳、銅、鉛、鐵等重金屬底部溢流，鋅等輕金屬通過煙氣收集
成分調(diào)整目的：分離金屬成分后，依次按照微晶玻璃、玻璃、陶瓷、保溫棉、陶粒、水泥、微粉等用戶要求，熔煉調(diào)整高爐渣成分
2）高壓?；?/p>
功能：干法?；墼?/p>
平均處理量：~75t/h
?；笳羝麥囟龋簙650 ºC
?；鼫囟龋簙650 ºC
水質(zhì)要求：可以處理焦化廢水、濃鹽水、污泥
水泵供水能力： t/h
供水壓力： MPa
3、）蒸汽處理系統(tǒng)
功能：回收余熱、凈化、循環(huán)利用低溫蒸汽
蒸汽量： 7萬Nm3/h
換熱器：風冷、或水冷
凈化方式：干法顆粒層粗除塵+噴淋洗滌精除塵
尾汽處理：循環(huán)用于?；鋮s
4、）出渣設(shè)備
功能：輸出、冷卻高溫?；?/p>
設(shè)備類型：撈渣機
處理渣量：每臺~100t/h
出渣溫度：50 ºC以下
5、）發(fā)電設(shè)備
功能：余熱發(fā)電
設(shè)備類型：汽輪機、發(fā)電機
估算噸渣發(fā)電量：100kwh/t以上
發(fā)電用途：自用為主，富裕上網(wǎng)
5 性能指標：
1) 噸渣產(chǎn)品銷售價：150元/噸以上
2) 噸渣余熱發(fā)電：100kwh/t以上
3) 噸渣處理廢水：~1t/t
4) 二氧化碳排放量減少量：
5) 減少大氣污染：每年減少150萬噸水/18億立方米含污染物水蒸汽排放
6 預期效益
實施本項目的主要預期效益估算如下：
1) 高爐渣利用價值：高爐渣用做玻璃、陶瓷原料，單價1000--1500元/噸，直接制陶粒銷售，市場價150-300元/噸，統(tǒng)一按150元/噸、每年150萬噸，每年可實現(xiàn)收入2.25億元
2) 回收余熱發(fā)電：按噸渣發(fā)電100kwh/t，結(jié)算電價按0.5元/kwh，年處理150萬噸高溫渣發(fā)電收入100x0.5x150萬噸=7500萬元（下步）
3) 處理廢水收入：噸渣可處理1噸廢水，按照節(jié)省廢水處理成本10元/噸，每年廢水處理可收入1500萬元
三項目合計年可增加收入超過2億元，平均每座高爐高溫渣可預期收入6000萬元，收入可觀。
表1 年150萬噸高爐渣干法粒化改造預期效益
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序號 |
名稱 |
單位 |
改造前 |
改造后 |
備注 |
|
1 |
高爐渣利用 |
元/t |
|
150 |
年收入22500萬元 |
|
2 |
回收余熱發(fā)電 |
kwh/t |
0 |
100 |
年收入7500萬元 |
|
3 |
處理廢水收入 |
元/噸 |
0 |
10 |
年收入1500萬元 |
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年處理150萬噸高爐渣，每年可實現(xiàn)收入2.4億元 |
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7 問題探討
高爐渣處理工藝和技術(shù)，與其利用有關(guān)系，比如用于制水泥、微粉，對水解活化、玻璃相有要求，一般必須充分與水分接觸，而用于做玻璃、陶瓷原料，則必須是干灰，石灰不允許見水活化，如果高溫熔渣直接進玻璃窯制玻璃，則不需要?；陀酂峄厥铡，F(xiàn)就需要用戶選擇和提前研究的幾個問題進行探討。本方案分熔渣、粒化、煙氣余熱回收、高溫渣余熱回收和出渣5部分，建議分步實施，比如只改干法?；?。
1) 高爐渣的用途：需要提前進行市場調(diào)研選擇用途、每種用途需求量。
熔渣直接制玻璃：微晶玻璃、特需玻璃、光伏玻璃、幕墻玻璃等
熔渣干法制粉體玻璃、陶瓷原料
熔渣直接制陶粒：建筑混凝土骨料，填料、水處理材料、土壤改良劑
制磚、預制砌塊、保溫材料
仍然用于水渣、微粉
由于前述幾個用途需要進行市場調(diào)研、產(chǎn)品開發(fā)試驗研究需要時間，可以保留現(xiàn)在的用途，按照制水泥、微粉的要求進行預處理和制粒，采用濕式出渣設(shè)備。
2）余熱的用途：余熱用途涉及換熱設(shè)備的選擇，需要提前市場調(diào)研。
付產(chǎn)蒸汽：如果用于發(fā)電，宜選擇回收過熱蒸汽，蒸汽壓力、溫度盡量高，如果用于加熱，選擇飽和蒸汽即可
付產(chǎn)熱水
付產(chǎn)熱風
由于余熱蒸汽發(fā)電便于計量和用途，需要重點考慮選擇；提供熱水也可以用于采暖、煤炭/原料解凍、除濕、預熱，也可以選擇。最簡單易行的用途是加熱熱風爐、高爐煤氣發(fā)電鼓風和煤氣，投資少，效益可觀
3） 出渣設(shè)備的選擇：選擇如下
選擇干式撈渣設(shè)備
選擇濕式撈渣設(shè)備
選擇干、濕結(jié)合撈渣機
可以優(yōu)先選擇干、濕結(jié)合雙出口出渣設(shè)備，根據(jù)后部渣用途選擇出干粉、或濕渣。