前言

轉(zhuǎn)爐鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，轉(zhuǎn)爐鋼渣的產(chǎn)生釋放大量的熱能。大部分鋼渣處理方法都是將熱態(tài)鋼渣進行冷卻后進行破碎-篩分-磁選加工，提取金屬后再加以利用。而熔融鋼渣從1600℃冷卻到常溫，鋼渣中含有豐富熱能都被浪費，在冷卻過程中浪費大量的水，通過自然冷卻的方法處理鋼渣則需要大量的占地并造成對周圍環(huán)境的污染。如能利用熔渣中的顯熱不但能減少污染，且節(jié)約資源巨大，如何利用鋼渣顯熱成為需要攻克的一個難題。

1 鋼渣能源利用的戰(zhàn)略意義

1.1 環(huán)保效益分析

作為全世界共同面對的問題，溫室效應(yīng)嚴重威脅著人類的生存，二氧化碳的過度排放是產(chǎn)生溫室效應(yīng)的罪魁禍首，低碳經(jīng)濟在世界發(fā)展中成為共同關(guān)注的話題，2009年聯(lián)合國在哥本哈根召開世界氣候大會，來自192個國家首腦和環(huán)境部長討論如何應(yīng)對氣候變化和溫室氣體，節(jié)能減排在能源發(fā)展中具有重大的戰(zhàn)略意義，2009年國內(nèi)鋼產(chǎn)量約為5.6億噸，要產(chǎn)生約10億噸二氧化碳，全球約4﹪-5﹪的二氧化碳來自鋼鐵業(yè)，減少傳統(tǒng)燃料式能源利用新型環(huán)保能源將成為未來鋼鐵業(yè)能源發(fā)展的方向，工業(yè)鍋爐每燃燒一噸煤就產(chǎn)生二氧化碳2.7噸,如果將熔融鋼渣回收的余熱代替燃煤所產(chǎn)生的熱量，就會減少燃煤所產(chǎn)生的二氧化碳，同時也減少煉鋼過程中二氧化碳的產(chǎn)生， 2009年鞍鋼排放鋼渣約300萬噸，如果將其熱能利用代替燃煤，就能減少約13萬噸標準煤所產(chǎn)生的35萬噸二氧化碳的排放，全國排放的鋼渣熱量就能減少燃煤所帶來大約1000萬噸的二氧化碳的排放，熔融鋼渣能源的合理利用再發(fā)展低碳經(jīng)濟的同時，也減少對不可再生資源的肆意開采，環(huán)保意義重大。

1.2 節(jié)能效益分析

國家大力提倡循環(huán)經(jīng)濟，建資源節(jié)約型、清潔型企業(yè)，熔渣熱能是典型的清潔節(jié)約型能源。據(jù)測算，2008年鋼鐵企業(yè)電力總消耗為2153億千瓦時，其中鋼廠自發(fā)電比例約占總用電量的28﹪，外購電量約占72﹪，即1550億千瓦時，隨著電價的不斷升高，鋼鐵業(yè)的電力成本不斷加大，積極利用二次能源發(fā)電，擴大自發(fā)電量成為節(jié)約能源和降低成本的最有效措施。如果將2009年全國鋼渣熱能100﹪回收用于發(fā)電，可發(fā)電440億千瓦時，接近全國年發(fā)電總量的1/70，相當于3個葛洲壩水電站發(fā)電量，相當于22個中等火力發(fā)電站的發(fā)電量，既減少鋼鐵企業(yè)外購電量，又節(jié)約能源，同時大大降低企業(yè)成本。熔渣余熱除用于發(fā)電外，還可以用于余熱鍋爐的供熱、供水、供氣等領(lǐng)域，真正實現(xiàn)清潔能源的循環(huán)利用。

1.3 經(jīng)濟效益分析

煉鋼產(chǎn)生的熔融態(tài)鋼渣在1600℃ 左右，含有大量熱能。據(jù)實驗測得，每千克鋼渣含有熱量2000KJ（1600℃）。如全部回收，09年鞍鋼產(chǎn)生的300萬噸鋼渣所蘊含的總熱量超過6×1012KJ。單從降低煤耗一點即可為企業(yè)每年節(jié)省上億元。而全國每年產(chǎn)生約8千萬噸的鋼渣，其熱量值達1. 6×1014KJ，相當于節(jié)省約350萬噸標準煤，省煤效益超到28億元，如熱量全部回收用于發(fā)電，經(jīng)濟效益超過200多億元。

鋼渣能源利用的戰(zhàn)略意義主要體現(xiàn)在既節(jié)能減排，減少了能源的浪費，且在環(huán)境保護等方面有著重大綜合效益，高品質(zhì)、高效的回收轉(zhuǎn)爐熔渣顯熱也將成為鋼鐵企業(yè)降低綜合能耗的重要手段，給企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟效益的同時，實現(xiàn)低碳經(jīng)濟。

2 鋼渣能源利用的可行性

2.1 熱悶工藝

熱悶法是近些年興起的一種先進的鋼渣預(yù)處理工藝，它利用熔融鋼渣余熱使水汽化，從而達到快速膨脹自解的過程，熱悶后鋼渣中f-CaO和f-MgO狀態(tài)發(fā)生根本變化，使f-CaO和f-MgO由有害物質(zhì)變成有用物質(zhì)，變害為利的同時使鋼渣應(yīng)用的穩(wěn)定性得到保證。熱悶工藝的原理是利用鋼渣余熱使水迅速汽化，產(chǎn)生飽和蒸汽，飽和蒸汽與鋼渣中CaO、MgO以及游離態(tài)CaO、MgO迅速發(fā)生反應(yīng)，在這個過程中產(chǎn)生化學應(yīng)力、相變應(yīng)力和熱應(yīng)力，在這些力的作用下，鋼渣發(fā)生迅速自膨現(xiàn)象。

主要反應(yīng)方程式：

CaO+H2O=CaOH2

MgO+H2O=MgOH2

f-CaO+H2O=CaOH2

f-MgO+H2O=MgOH2

2.2 閃蒸發(fā)電技術(shù)

閃蒸是指水的一種相變過程，即在一定壓力和溫度下的未飽和水，當壓力下降至某溫度下的飽和壓力時，就會進入飽和區(qū)而開始汽化，并且隨著壓力的下降，其汽化程度不斷提高。閃蒸余熱發(fā)電技術(shù)是在常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)的主機以外增設(shè)閃蒸和閃蒸型除氧器，當機組正常運行帶負荷后，從省煤器集箱中抽取達到參數(shù)要求的一部分熱水引入閃蒸器，熱水在閃蒸器內(nèi)迅速擴容降壓后閃蒸分離出低壓飽和蒸汽和低壓飽和熱水。分離出的低壓飽和蒸汽和余熱鍋爐的主過熱蒸汽分別進入多進汽汽輪機的低壓氣缸和高壓氣缸做功發(fā)電，而分離出的低壓飽和水進入除氧器作為除氧熱源進行充分利用。充分利用余熱發(fā)電緩解電力資源的緊張，利用回收的余熱代替?zhèn)鹘y(tǒng)火力發(fā)電燃煤所產(chǎn)生的熱量不但減少燃煤對環(huán)境的污染，同時大大增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。

熱悶法是通過打水將熱悶裝置內(nèi)的高溫熔渣冷卻的過程，閃蒸技術(shù)是利用高溫蒸汽、熱水帶動汽輪機發(fā)電，即熱能→動能→電能的過程，將1600℃的熔渣通過噴淋降溫至200℃以下，其本身是一種熱能浪費過程，而閃蒸發(fā)電技術(shù)恰恰能夠利用熔渣降溫的熱能，將鋼渣熱悶技術(shù)和閃蒸發(fā)電技術(shù)有效結(jié)合不但能夠解決熱能的浪費，也減少熱悶噴淋打水過程中大量水資源的浪費，鋼渣熱能用于發(fā)電是鋼渣顯熱回收的一種新途徑。

3 熱悶法顯熱回收構(gòu)想

熱悶顯熱回收總體上可以分為兩個過程，第一個過程是以余熱水的方式回收，另一個回收過程是對蒸汽的回收?；厥诊@熱除用于發(fā)電外，還可用于工業(yè)余熱鍋爐和民用的供暖、供熱等。

將熔融鋼渣從渣罐倒入熱悶裝置中，啟動悶渣池壁和液壓推拉桿中水循環(huán)系統(tǒng)，使水注入其中并保持動態(tài)循環(huán)，啟動液壓系統(tǒng)推動液壓推拉桿向上運動，此時液壓推拉桿均勻而有效的分布在悶渣池中并充分接觸熔融鋼渣，推拉桿和悶渣池壁中的水循環(huán)系統(tǒng)充分吸收熱能并將其輸送出去，將回收的余熱水通入發(fā)電裝置內(nèi)進行發(fā)電，待悶渣池內(nèi)鋼渣溫度達到熱悶要求時，打開水霧噴淋裝置進行熱悶，同時打開蒸汽回收裝置進行蒸汽回收，同樣將回收的蒸汽也通入發(fā)電裝置，待悶渣結(jié)束后，關(guān)閉蒸汽回收裝置，使液壓推拉桿向下運動至悶渣池底，停止所有水循環(huán)系統(tǒng)，打開熱悶蓋，將鋼渣清出。

4 熱悶顯熱回收的問題和技術(shù)可行性

4.1 熱悶顯熱回收的問題

硅酸鹽類爐渣有如下特點：①導熱系數(shù)低，1400～1500℃的液相階段約為0.1～0.3 W／m·K；②粘度隨溫度降低急劇升高。雖然熔渣熱焓大，但是由于其導熱率低，換熱慢，換熱介質(zhì)難以選擇，鋼渣中的熱含量隨著渣的溫度變化波動很大見圖4，其中液態(tài)階段溫度為1400℃~1600℃，當溫度進一步下降，逐漸喪失流動性。

4.2 熱悶顯熱回收的技術(shù)可行性

由于鋼渣導熱性差，粘度隨溫度降低急劇升高，鋼渣冷卻成坨后中心熱量不易回收，導致顯熱回收效率低，液壓推拉桿法采用均勻分布的多個水冷系統(tǒng)與熔渣內(nèi)外部充分接觸的方式，從而有效的吸收鋼渣不易被吸收的中心熱量，克服熔渣粘度大、導熱性差的缺點，充分回收鋼渣釋放的熱量，顯熱回收率高，并且克服傳統(tǒng)熱悶法熱能和水資源大量浪費的缺點。

5.結(jié)論

熱悶法顯熱回收采用水冷壁與熔渣內(nèi)外部充分接觸的熱能回收方式，利用水冷璧和蒸汽回收裝置回收余熱水和熱蒸汽，從根本上解決傳統(tǒng)顯熱回收中熱能回收率低的弊端，其回收率預(yù)計可達80﹪，從經(jīng)濟效益上看，按2009年鞍鋼的鋼渣排放量300萬噸計算，熱量回收值可超過4.8×1012KJ，回收的熱量相當于14億千瓦時的電量，發(fā)電創(chuàng)造的經(jīng)濟效益可達6億元，由此可見，熔融鋼渣熱能回收是非常必要的。

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