高聰春 周慶華 徐忠民 李曉葵
（昆明鋼鐵控股有限公司 云南 昆明）
摘要：本文介紹了昆鋼公司鋼渣余熱資源分布情況和鋼渣處理工藝現(xiàn)狀以及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有主要鋼渣余熱利用技術(shù)方案。為持續(xù)推進(jìn)公司節(jié)能減排工作做好技術(shù)儲(chǔ)備，結(jié)合云南綠色發(fā)展的要求，探討鋼渣余熱的利用方式，降低資源能源消耗，減少溫室氣體排放。
關(guān)鍵詞：鋼渣；余熱；利用；探討
0 引言
2019年昆鋼公司四個(gè)鋼鐵生產(chǎn)單元共產(chǎn)鋼773.4萬(wàn)噸，其中安寧本部210.8萬(wàn)噸、草鋪新區(qū)259.1萬(wàn)噸、玉鋼132.5萬(wàn)噸、紅鋼171萬(wàn)噸。鋼渣產(chǎn)生量共112.03萬(wàn)噸，其中安寧本部33.81萬(wàn)噸、草鋪新區(qū)29.53萬(wàn)噸、玉鋼20.15萬(wàn)噸（提釩煉鋼工藝實(shí)施后產(chǎn)生釩渣1.25萬(wàn)噸）、紅鋼27.28萬(wàn)噸。
按熔融鋼渣的比熱容1.2kJ/(kg·℃),可回收鋼渣顯熱1.2GJ/t，相當(dāng)于41kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量。因此，昆鋼公司四個(gè)生產(chǎn)單元可回收利用的鋼渣余熱資源共相當(dāng)于4.59萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中安寧本部1.38萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤、草鋪新區(qū)1.21萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤、玉鋼0.88萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤、紅鋼1.12萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。從調(diào)查統(tǒng)計(jì)看，若充分利用鋼渣余熱資源對(duì)公司整體節(jié)能效果較顯著，且對(duì)以二氧化碳為主的溫室氣體減排貢獻(xiàn)較大，按節(jié)約一噸標(biāo)準(zhǔn)煤可減排2.6噸二氧化碳計(jì)算，若充分回收鋼渣余熱昆鋼公司可減排二氧化碳11.93萬(wàn)噸，對(duì)促進(jìn)公司綠色發(fā)展有積極的支撐效果。
1 鋼渣余熱利用的主要技術(shù)方案
1.1 鋼渣余熱在鋼鐵生產(chǎn)中內(nèi)循環(huán)利用
熱管是一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，熱效率約70%。它通過(guò)在全封閉真空管殼內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來(lái)傳遞熱量，具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性。悶渣過(guò)程中利用高效熱管技術(shù)，采取氣-水或氣-氣熱管換熱設(shè)備，可將悶渣過(guò)程中的低溫水蒸氣余熱通過(guò)熱交換集中到熱水或熱空風(fēng)等清潔熱源中，可以用于廠區(qū)供暖，也可以用于煤粉制備過(guò)程的干燥。熱管示意圖如圖1所示。
圖1 熱管示意圖
1.2 鋼渣余熱外循環(huán)利用
鋼渣余熱的外循環(huán)利用是將鋼渣中的余熱回收后用于其他工藝的熱利用過(guò)程，實(shí)現(xiàn)余熱的資源化和最大化利用，降低鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的能源消耗。
市政污泥處理是城市可持續(xù)發(fā)展中面臨的重要課題。當(dāng)前污泥處理處置技術(shù)主要由濃縮、消化、脫水、發(fā)酵、干化、焚燒、填埋等環(huán)節(jié)組成。其中，污泥處理過(guò)程中干化工序不僅可以降低污泥體積便于處理，同時(shí)還可以將污泥再次資源化利用，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。但污泥干燥過(guò)程中需要大量150～200℃的熱量。直接采用其他能源供熱加熱時(shí)能源消耗量巨大，污泥處理過(guò)程中經(jīng)濟(jì)性較差。而鋼渣處理工藝中的低溫水蒸氣溫度在110～130℃范圍內(nèi)，可以利用升溫型熱泵技術(shù)，產(chǎn)生150～180℃熱空氣，用于污泥的直接干燥。不僅解決了低溫余熱的利用問(wèn)題，也同時(shí)為污泥干燥工藝的干燥風(fēng)提供了直接熱源。
升溫型吸收式熱泵是一種能夠回收中低溫廢熱，從而獲得高溫有用熱能的裝置。其自身不需要輸入高溫的有用能，卻可實(shí)現(xiàn)低溫位向高溫位的轉(zhuǎn)化，如圖2所示。
圖2 升溫型熱泵工作示意圖
1.3 鋼渣余熱發(fā)電
有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)也稱(chēng)ORC，主要是利用有機(jī)工質(zhì)低沸點(diǎn)的特性代替水蒸氣作為循環(huán)工質(zhì)推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。主要工作原理是將悶渣過(guò)程中產(chǎn)生的不連續(xù)低壓含塵蒸汽引入換熱器與用于加熱朗肯循環(huán)中有機(jī)工質(zhì)的水或其他中間工質(zhì)換熱，再由水或其他中間工質(zhì)加熱朗肯循環(huán)中的低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)，使有機(jī)工質(zhì)吸熱后蒸發(fā)為有壓氣態(tài)推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，如圖3所示。
圖3 鋼渣余熱發(fā)電示意圖
ORC發(fā)電技術(shù)主要由以下四個(gè)環(huán)節(jié)組成：①水或其他中間工質(zhì)通過(guò)換熱器與液態(tài)有機(jī)工質(zhì)換熱后在蒸發(fā)器生成有壓氣態(tài)；②氣態(tài)有壓工質(zhì)推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電；③做功發(fā)電后的有壓氣態(tài)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入冷凝器冷凝成液態(tài)；④冷凝后的液態(tài)有機(jī)工質(zhì)再泵送至預(yù)熱器，組成一個(gè)封閉循環(huán)系統(tǒng)。其中，鋼渣余熱發(fā)電的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)悶渣蒸汽的潔凈和連續(xù)，以保證發(fā)電機(jī)組的連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，從而達(dá)到可靠、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)鋼渣余熱回收。
2 昆鋼公司鋼渣粒化處理工藝技術(shù)現(xiàn)狀
2.1 安寧本部鋼渣粒化處理工藝
安寧本部煉鋼廠鋼渣以三座50噸頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的鋼渣為主，采用熱潑和鋼渣磁選工藝：高溫轉(zhuǎn)爐液渣倒入渣罐后運(yùn)輸至露天渣池?zé)釢姶蛩禍叵趸幚恚溆噼T余渣混合在一起集中進(jìn)行分揀大塊金屬?gòu)U鋼后，經(jīng)過(guò)鋼磨磁選，產(chǎn)生部分磁選鋼粒金屬回收再利用，剩余部分為鋼尾渣。
2.2 草鋪新區(qū)鋼渣粒化處理工藝
新區(qū)煉鋼廠鋼渣以?xún)勺?20噸頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的高溫液渣鋼渣為主，采用熱悶渣處理工藝：鋼渣熱悶工藝就是將液態(tài)鋼渣倒入熱悶渣池內(nèi)，噴水使鋼渣表面固化，然后蓋上蓋子間斷噴水，在鋼渣余熱的作用下冷卻水由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝撛杏坞x氧化鈣（f-CaO）和氧化鎂（f-MgO）與水蒸汽發(fā)生消解反應(yīng)后體積膨脹而粉化，直到鋼渣溫度降到65℃左右時(shí)熱悶結(jié)束，熱悶周期設(shè)計(jì)為24小時(shí)，目前基本在38小時(shí)左右，經(jīng)過(guò)熱悶降溫粉化處理后處理后的鋼渣性能穩(wěn)定，渣和鋼自然分離，經(jīng)挖掘機(jī)出渣后輸送至篩分、磁選、提純加工線處理，最終分離得到一次磁選渣鋼、提純?cè)摗⑻峒冧摿！⒋胚x粉四種磁選鋼粒金屬內(nèi)部回收再利用，剩余部分為鋼尾渣。
2.3 玉鋼鋼渣粒化處理工藝
玉鋼煉鋼廠鋼渣采用也是采用熱潑工藝。玉鋼公司鋼渣拉運(yùn)至磁選廠，分選出含鐵較高的大塊渣鋼（塊度100mm～800mm）直接供煉鋼廠使用，另外分選出小塊鐵（塊度20～100mm）、碎鐵（塊度小于20mm）、磁選返礦或3#料（塊鐵、碎鐵直接供煉鋼廠或煉鐵廠使用、磁選返礦作為加工磁選精粉的原料，3#料直接供燒結(jié)廠配料或作為加工磁選精粉的原料）及TFe＜20%、MFe＜3%的尾渣。
2.4 紅鋼鋼渣粒化處理工藝
紅鋼煉鋼廠鋼渣處理采用熱潑工藝，鋼渣經(jīng)磁選廠磁選加工成合格物料后返回轉(zhuǎn)爐煉鋼使用。
3 國(guó)內(nèi)外已運(yùn)用余熱的鋼渣粒處理方法
日本NKK分別采用風(fēng)淬高壓鼓風(fēng)以及內(nèi)冷滾筒機(jī)械破碎粒化鋼渣，而日本Mitsubishishi則使用風(fēng)淬高壓鼓風(fēng)粒化鋼渣。烏克蘭德聶伯披得羅夫斯克冶金學(xué)院使用連鑄連軋機(jī)械破碎粒化鋼渣，俄羅斯烏拉爾應(yīng)用風(fēng)淬高壓鼓風(fēng)粒化鋼渣。中國(guó)寶鋼應(yīng)用粒化輪機(jī)械沖擊粒化鋼渣，本鋼則采用熱悶粉化粒化鋼渣。
4 鋼渣粒化處理工藝對(duì)余熱回收的影響
從國(guó)內(nèi)外已運(yùn)用鋼渣余熱的案例分析研究，結(jié)合昆鋼公司現(xiàn)有的鋼渣粒化處理工藝調(diào)查看，安寧本部、玉鋼、紅鋼均采用熱潑工藝處理，僅草鋪新區(qū)采用熱悶工藝處理，欲實(shí)現(xiàn)昆鋼的鋼渣余熱的回收利用，安寧本部、玉鋼、紅鋼三個(gè)生產(chǎn)單元的基礎(chǔ)條件相對(duì)較差，需從鋼渣粒化處理工藝方面做較大的技改，草鋪新區(qū)相對(duì)好一些，且考慮安寧本部環(huán)保搬遷轉(zhuǎn)型升級(jí)等綜合因素，還需做更廣泛細(xì)致的經(jīng)濟(jì)性、可靠性研究和技術(shù)積累。
5 結(jié)束語(yǔ)
鋼渣余熱回收利用僅是鋼鐵聯(lián)合生產(chǎn)企業(yè)持續(xù)推進(jìn)節(jié)能減排環(huán)節(jié)中的一部分，鋼渣余熱資源的集聚、潔凈化和持續(xù)性是實(shí)現(xiàn)余熱回收的瓶頸，換熱器的性能是決定余熱回收的關(guān)鍵設(shè)備，采用的鋼渣粒化處理技術(shù)更是決定余熱回收的效果、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。進(jìn)行節(jié)能、低碳、綠色發(fā)展是企業(yè)、國(guó)家乃至社會(huì)當(dāng)今以及將來(lái)面臨的重要課題之一，每個(gè)具體鋼鐵企業(yè)需根據(jù)自身的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)結(jié)合工藝、裝備、技術(shù)、人才等研究運(yùn)用合理、可靠、經(jīng)濟(jì)的工藝技術(shù)方案推進(jìn)節(jié)能降耗工作，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益的兼顧平衡目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
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