工程技术

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高炉渣射流式干法制粒及余热回收利用研发项目

2019-09-26

1、高炉渣粒化及余热回收技术研究背景

高炉熔渣是钢铁厂内高品质余热资源,含热量高,而且每年高炉渣的产量巨大。目前全世界高炉炼铁几乎大部使用熔渣水淬工艺,该工艺方案无法充分回收高炉渣中的高温热能,并且造成了水资源的浪费,同时也会造成对环境的污染。因此20世纪70年代后期开始,干法粒化高炉熔渣技术得到世界各国钢铁厂商和相关研究机构的广泛关注和大力开发。其中,利用高速旋转的转盘将置入其中的高炉渣离散成渣的方法成为主流,所述方法称为离心粒化法。所述方法是通过离心力的作用使高炉熔渣从转盘边缘被抛离出去,从而将高炉熔渣机械粒化。20世纪90年代后期开始,所述方法在国内钢铁厂商和相关研究科研院所机构实验室都做了大量试验,有些还做了中试试验,但都没能向工业生产推广在实验室阶段。冶金行业能源消耗巨大,仅2017年,中国钢铁行业液态熔渣产生量高达3亿吨,每吨熔渣含有显热相当于60kg标准煤。对于高品质余热资源的液态熔渣显热,目前还没有成熟回收技术,大量显热能量白白耗散,节能减排潜力十分巨大。

干法射流粒化是采用压缩空气+高压雾化水喷吹破碎熔融渣液形成渣粒。同时采用鼓泡流化床和逆流回转窑对渣粒余热进行回收,干法射流破碎粒化渣粒玻璃化率高,商用价值高,余热回收率高。

2、高炉渣粒化及余热回收研究的工艺设计

2.1高炉渣有关性能参数

高炉渣来源:高炉炼铁,是一个把固态氧化物在高温下还原成液态铁水的过程,从冶炼铁高炉高炉排出废渣:

高炉渣一般温度:1450℃~1550℃

高炉渣密度:2.2~2.3g/cm³

高炉渣与铁的比例关系:一般炉渣含量330Kg/吨.铁

高炉渣热焓:1650Mj/吨.渣

高炉渣比热容:Cp=1.1kj/kg.k

2.2高炉渣干法射流式粒化及余热回收工艺流程

2.1.1高炉炉渣干法射流式粒化及余热回收各支系统流程

物料系统:

熔融渣粒化(1500℃)(颗粒直径不大于3mm,玻璃体含量大于95%)→鼓泡式流化床渣粒(1400℃)→逆流回转换热器(800℃)→输送机(200℃)→堆料场(待售)

烟气系统:

鼓泡流化床热烟气(600℃)→过热器→蒸发器→省煤器→布袋除尘器→排烟风机(100℃)

逆流回转换热器烟气 (600℃)→旋风除尘→过热器→蒸发器→省煤器→布袋除尘器→排烟风机(100℃)

余热回收系统:

鼓泡流化床壁水汽化饱和蒸汽→汽包1#(+余热锅炉汽包2#)

余热锅炉循环水→省煤器→蒸发器→过热器→分气缸→过热蒸汽(待售)

2.1.2高炉渣粒化及余热回收研究的目标

2.1.2.1高炉渣粒化后颗粒直径不大于3mm,玻璃体含量大于95%,具备较高商品价值(销售给水泥厂);渣粒市售价格:¥/吨

2.1.2.2余热回收率大于70%,即每吨渣1155MJ/吨.渣(以过热蒸汽形式销售)过热蒸汽市售价格:¥/吨.蒸汽

高炉炉渣干法射流式粒化及余热回收工艺流程图

3、高炉渣干法射流式粒化及余热回收系统研究预期成果

(1)研究设计最佳高炉渣粒化压缩空气压力及压缩空气流量

(2)研究设计出最佳压缩空气雾化喷嘴结构形式和参数

(3)研究设计出最佳高压水雾化喷嘴结构形式和参数

(4)研究设计出结构合理,效率高的渣粒冷却鼓泡式流化床

(5)研究设计出结构合理,换热效率高的渣粒冷却逆流回转换热器

(6)研究设计出结构合理,热效率高的渣粒冷却余热烟气余热锅炉

4、高炉渣干法射流式粒化及余热回收系统研究预期专利

(1)一种适用高炉渣粒化的压缩空气雾化喷嘴

(2)一种适用高炉渣粒化水雾化快速冷却渣粒喷嘴

(3)一种适用高炉渣粒冷却鼓泡式流化床

(4)一种适用高炉渣粒冷却渣粒冷却逆流回转换热器

(5)一种适用高炉渣粒冷却余热烟气余热锅炉

(6)一种高炉渣激冷气化装置

(7)一种高炉渣显热回收装置

(8)一种高炉渣余热利用的排渣碎渣装置

(9)一种高炉渣余热利用的蒸发器

5、高炉渣干法射流式粒化及余热回收系统研究应用效果

冶金行业能源消耗巨大,仅2017年,中国钢铁行业液态熔渣产生量高达3亿吨,每吨熔渣含有显热相当于60kg标准煤。如果每吨熔渣能余热利用率达70%,则全国钢铁行业可省标煤4200000吨/年。对于高品质余热资源的液态熔渣显热,目前还没有成熟回收技术,大量显热能量白白耗散,节能减排潜力十分巨大。高炉渣粒生量高达3亿,玻璃体含量》95%,可直接销售给水泥厂做原料,产生较大直接经济效益。同时减少湿法制粒带来大量热汽化水消耗及环境污染。

6、应用前景

在国家大力提倡节能减排的时代,青山绿水,就是金山银山。高炉渣干法射流式粒化及余热回收,不仅为企业创造经济效益,同时减少环境污染,取得良好社会效益,因此,该技术应用前景广阔。

7、经济效益

以山东某大型钢厂1080m³高炉为例为例:

高炉渣干法射流式粒化及余热回收系统基本技术目标是:

1)可长期稳定运行;

2)粒化渣粒径不大于3mm;

3)粒化渣非晶态含量>95%;

4)渣含水率近似为0%,无需烘干处理;

5)排渣温度<200 ℃;

6)余热回收系统排气温度<120 ℃;

7)热回收率>70%,可产生过热蒸汽用于发电或供工业汽轮机使用;

8)处理吨渣耗电量≤5kw. h/t,包括余热回收系统能耗在内.

高炉渣干法射流式粒化及余热回收系统渣粒和余热销售额预估

(1)高炉渣产量:1000t/天(24小时/天)

(2)液态高炉渣温度:1500℃

(3)高炉渣密度:2.2~2.3g/cm³

(4)高炉渣热焓:1650Mj/吨.渣

(5)高炉渣比热容: Cp=1.1kj/kg.k

粒化后:

(1)渣粒产量(直径不大于3mm):1000t/天

(2)售价220元/吨

(3)渣粒销售额:220000元/天

(4)回收热量:94.92万Kcal/h

(5)蒸汽温度:330℃

(6)过热蒸汽压力:2.5Mpa

(7)过热蒸汽产预期量:26吨/h

(8)过热蒸汽市售额:200元/吨*26*24=124800元/天

(9)渣粒销售额+过热蒸汽市售额=220000元/天+124800元/天=344800元/天

(10)年销售额:330*344800=113784000元/年

(11)余热蒸汽销售额:124800元/天*330天/年=41184000元/年

(12)与湿法粒化节水费用:处理吨渣合计新增利润约25元/吨,合计25*1000*330=8250000元/年

运行费:

电费:404*24*330*0.8=2559744元/年

水费30m3/h*3元/m3*24*330=712800元/年

成套设备投资费用:20000000元/套

毛利润:26161456元/年(不包含渣粒售价)

8、社会效益

我国是一个淡水资源匮乏的国家,而工业企业再生产过程中需要大量的工业水资源,因此工业发展用水量与我国水资源匮乏的实际情况形成较大的矛盾。通过本研究来减少现有生产过程使用底滤法中大量使用水(每吨渣冷却水量12T/吨渣,汽化水量1吨/吨渣。),可有效的减少企业用水量(工业企业冷却水基本上占用水量的90%-95%,补充水量是循环量5%),本研究能减少企业水资源的使用,,减少水汽化对大气污染。本研究的实施不仅为社会节约大量的工业水,为社会经济的发展缓解了水资源的紧缺。将余热回收变成蒸汽用于发电或供暖,造福人类。