1、收稿日期：作者简介：张延平（），博士 教授级高工；钢渣热闷余热回收技术与供暖（发电）应用张延平 赵红军 王 东 苗 念（.中冶建筑研究总院有限公司，.河南济源钢铁（集团）有限公司）摘 要 基于钢渣辊压破碎有压热闷处理工艺，采用汽水相变储热和防腐换热技术，开发一套钢渣热闷区余热回收装备，形成“热闷蒸汽相变储热热网采暖（余热发电）”的技术路线。该技术实现了非连续含尘蒸汽的回收和热源稳定输出，并在济源钢铁公司建成钢渣热闷余热供暖示范工程。经过一个供暖季的试运行，采暖供回水温度完全可以满足冬季采暖和厂区洗浴的需求，为钢铁低碳发展提供了技术支撑。关键词 钢渣 热闷 储热 供暖文献标识码：文章编号：（）（
2、）（.，.（），），“（）”，年中国粗钢产量达到.亿，而炼钢主要副产品熔融钢渣量约.亿，其高温显热约.，相当于 。目前国内外的钢渣处理方式，都是先将高温熔渣进行冷却，然后再加工提取其中的金属，并对渣进行资源化利用。而钢渣显热白白浪费，回收利用问题一直没有得到有效地解决，主要是钢渣的余热回收技术还不成熟。如何在现有工艺基础上，实现钢渣余热的回收利用，提高钢铁企业的能效指标，是低碳发展的必然要求和有效路径。钢渣处理与余热回收现状钢渣余热回收与钢渣处理工艺有关，目前钢渣处理工艺技术包括热泼法、风淬法、滚筒法和热闷法等。其中，热泼法无法进行余热回收，而风淬法、滚筒法和热闷法可通过增设余热回收设备进行热
3、回收，其热回收效果和热回收率差异甚大。风淬法是用高速空气射流熔融钢渣，使之粒化并快速换热，气固换热后钢渣凝固，空气吸收热量升温。高温空气和初步降温后的渣粒进入余.冶 金 能 源 热锅炉，实现余热回收的目的。该工艺技术流程简单高效，但是对钢渣的流动性要求高；同时射流空气对钢渣中的铁元素有较强的氧化性，不利于后期回收钢渣中的金属铁。上世纪七十年代，日本 和 公司研制了该工艺装备，并实现工业中试试验，但之后并无工业化推广应用。俄罗斯乌拉尔钢铁研究院也曾开发了带有热能回收的风淬钢渣处理工艺，产出热水、蒸汽以及热空气。滚筒法是宝钢在引进国外技术的基础上，消化吸收并改造后推广的。液态钢渣倾倒入旋转滚筒内，
4、滚筒按照一定速率旋转，滚筒内放置大量钢球随滚筒旋转，钢渣处理时滚筒内部对钢渣喷水降温，滚筒内钢球与急冷后的钢渣相互挤压、碰撞，使得钢渣破碎成颗粒。滚筒法同样对钢渣的流动性有很高的要求，处理后的渣粒提取金属较为困难。热回收以冷却水为传热介质，经沉淀和处理后循环使用，钢渣余热回收率在以上。热闷法分为池式热闷和有压热闷，池式热闷是在地面以下挖热闷池，加盖后打水降温，蒸汽无压力回收困难；有压热闷是将钢渣辊压破碎后，转运至密封的热闷罐中，打水进行钢渣粉化处理。有压热闷解决了钢渣处理周期长和 残留问题，同时热闷蒸汽焓值显著提高，余热回收的价值凸显。但是有压热闷产生的蒸汽具有周期性和波动性，同时蒸汽含尘易造
5、成换热装置结垢，难以直接利用。年，中冶建筑研究总院曾进行钢渣热闷余热发电的中试试验，初步实现吨渣发电量约.。钢渣的处理方法直接影响着热能回收技术的应用和热能回收率。风淬法和滚筒法对钢渣的流动性要求高。风淬法使用空气高速射流，对风量、风压均有较高要求，对金属回收率有一定影响。滚筒法对钢渣的处理率低，处理后的渣粒不均匀，设备复杂。可见，现阶段的钢渣处理工艺，无论是干法或是湿法均无法兼顾钢渣处理率、金属回收率及热回收率等指标。钢渣热闷蒸汽的余热回收技术钢渣热闷蒸汽具有间断性、腐蚀性的特点，而且压力和流量的波动大，对后续的余热利用影响较大。针对该特点，结合相变储热和防腐换热技术，开发了一套特殊的储热换
6、热装置，将热闷蒸汽余热转换为高温洁净热水输出，用于冬季供暖或 机组发电。.钢渣热闷与热闷蒸汽特征钢渣热闷工艺是，辊压破碎后约 的钢渣进入有压热闷罐，在密闭的环境下间断式打水冷却，完成钢渣粉化、渣钢分离等过程，生产过程中产生大量低压饱和蒸汽。有压热闷过程可分为三个阶段：升压阶段、稳压阶段和降温阶段。在不同阶段钢渣打水制度不同，水遇到热的钢渣后迅速汽化产生水蒸气，压力可达.以上；当蒸汽达到饱和并达到设定的恒压值时，罐顶的排气阀自动打开，排走多余的水蒸气并使罐内压力保持恒定。钢渣入罐和喷水降温的过程中，钢渣温度不断降低，蒸汽量和蒸汽温度波动大。同时，热闷罐内水和钢渣直接接触换热产生热闷蒸汽，因此热闷
7、蒸汽含尘，且冷凝水呈碱性腐蚀金属设备，冷凝水管道或者金属换热器会出现结垢甚至堵塞现象。部分企业热闷蒸汽直接排放，对环境有一定的影响。.热闷蒸汽的储热换热技术为了高效回收周期性、非稳态的热闷蒸汽，满足用户在全生产周期内的连续稳定供热需求，该热闷蒸汽换热装置带有储热功能，即热闷蒸汽产出量为零的情况下，仍可稳定输出热水，保证后续供暖用户用水需求。另外，为解决含尘碱性蒸汽的腐蚀和结垢问题，开发了非金属材质的换热器，实现洁净热水与储热热水的间接换热，沉浸式安装满足防腐阻垢的要求。整个供暖工艺的核心设备为储热换热塔，由相变换热区和防垢换热区两部分组成。相变换热区即喷淋层，热闷蒸汽进入后与喷淋水充分接触换热
8、并产生相变，转化为水温在 左右的高温热水。这一过程中，参与反应的热闷蒸汽约占总蒸汽量 以上，蒸汽总的沿程阻力小于。换热区可实现换热和储热功能，设置有专用防腐阻垢换热管束，用于加热供暖管网闭式循环的二次水，水温达到 ，保证钢渣热闷蒸汽应收尽收。热闷蒸汽冷凝后通过底部排污口返回沉淀池，处理后送回钢渣处理区域，可以冶 金 能 源 .节约新水的消耗量，实现钢渣热闷区水的循环利用。该装置将汽水相变、储热、换热集成于一体，并实现全自动化控制，无人工值守，占地面积小。钢渣热闷余热供暖的应用 年济源钢铁公司钢渣处理生产线建成投产，为满足厂区建筑供暖和职工洗浴需求，同期建设了钢渣热闷余热供暖项目，包括储热换热装
9、置和配套的小型换热站。钢渣处理厂区的供暖区域包含厂房、办公楼、车间、控制室以及职工浴室等，连续供暖面积约为 ，洗浴热水为间断用水。该项目于 年 月建成并投入试运行，经一个完整采暖季，各项指标满足要求，整体运行稳定。年 月环境温度较低的某日，供暖系统的运行记录如表 所示。由表可知，热闷蒸汽流量波动较大，这是由于钢渣的来料受转炉出钢节奏和运输等影响，而钢渣热闷蒸汽参数取决于渣温和热闷罐打水制度；供暖水温度并未随着热表 不同时刻热闷蒸汽流量和二次水供回水温度时刻热闷蒸汽流量（）二次水供水温度 二次水回水温度：.：.：.：.：.：.：.：.：.：.：.：.：.：.：.：.：.：.：.：.：.：.：.：
10、.闷蒸汽流量波动而大幅变化，基本稳定在 ，实现了不稳定热闷蒸汽相变储热的功能。根据测算，该项目平均余热回收量 ，热回收率约。按照供热负荷 计，该项目满负荷运行可满足.万 居民的供暖需求。在非供暖季，配套建设热水驱动型 发电机组，发电效率在 ，小时发电量约为 。预计全年节能量 ，二氧化碳减排量 。结语（）随着钢铁行业低碳转型发展，余热利用特别是难以回收的钢渣余热利用日渐重要。钢渣热闷蒸汽冬季供暖和非供暖季发电，既解决了低品质余热浪费问题又节省了供暖能源消耗，是钢铁企业与城市共同发展的有效途径。（）钢渣热闷蒸汽余热约占熔融钢渣显热的 左右，并且能源利用率较低，亟待开发新的钢渣处理技术，结合高品质的
11、钢渣热回收工艺，实现钢渣显热的全回收。参考文献 吴桐，张延平，彭犇，等.转炉钢渣余热发电技术研究 环境工程，（）：.张俊，严定鎏，齐渊洪，等.钢铁冶炼渣的处理利用难点分析 钢铁，（）：.杜传明，于耀辉，袁磊，等.钢渣中磷分离及回收的研 究 现 状 和 发 展 趋 势 钢 铁，（）：.陈莹.高温钢渣余热回收系统的数值模拟研究 济南：山东大学.王会刚，吴龙，彭犇，等.中外钢渣一次处理技术特点及进展 科学技术与工程，（）：.张宇，张健，张天有，等.钢渣处理与余热回收技术的分析 中国冶金，（）：.吴文斌.钢铁熔融渣余热利用技术发展现状与展望 企业科技与发展，（）：.吴龙，郝以党，岳昌盛，等.钢渣资源化利用技术现况和探讨 工业安全与 环 保，（）：.赵 艳编辑.冶 金 能 源
