刘晨

1  概述

高炉冶炼平均吨铁产生0.35高炉渣，高炉渣出炉温度1500°C，目前高炉渣大多采用水冲渣工艺处理，高温熔渣的余热被浪费，通过冲渣循环水回收余热供暖热回收率低，冲渣产生的水蒸汽直排，余热、水资源全部都浪费，还产生大气污染。水渣做水泥、微粉利用，利用价值低。为此，我们提出喷雾干法粒化改造方案。

液体喷雾干燥技术领域具有悠久的历史和广泛的业绩，在制药、食品、化工等很多行业都有成熟技术和案例。在不锈钢、硬质合金、工业纯铁、铝、铜等高温金属液喷雾干燥生产粉末方面，有着丰富的经验，可以把金属液直接粒化成13微米的超细粉。在高温熔熔渣干法粒化方面，我们进行了多个项目的干法粒化试验研究，改造方案的主要特点：

旁路方案，现有水渣、干渣系统保留，改造施工和维修不影响生产

采用高压水粒化，成品渣粒度大小可以选择

通过高温蒸汽和高温粒渣回收余热

2  问题分析

国内外高温熔渣处理一直多采用水冲渣处理，吨渣循环喷水~10吨、蒸发为蒸汽消耗1吨左右，存在一些无解的难题：

1) 余热大部分浪费，回收余热供暖效率低、易结垢

2) 水冲渣产生大量水蒸汽，难收集，冬季白烟重，是大气雾霾污染的一大来源之一，在北方设备表面结冰还有安全隐患

3) 粒化渣需要脱水，脱水后含水率仍在30%，磨粉时需要消耗煤气烘干

4)  粒化渣粒度3mm左右，吨渣磨粉需要耗电~35kwh/t

5) 粒化渣从渣池捞出露天堆放，很难实现岗位清洁生产

采用热泼干渣，处理设施占地多，炉渣无法利用、或利用价值低，余热同样浪费。国内有用户在尝试高炉渣转杯干法粒化和其它干法粒化方法，还没有取得成功。

我们的方案采用高压水喷雾干燥干法粒化技术，以求兼顾炉渣粒化、余热回收和增加高炉渣利用价值等多重要求。高压水干法粒化已经在2500m³高炉渣上做过探索性试验，粒化良好。

3  改造方案

    这里以某用户三座1080高炉为例，介绍喷雾干燥干法粒化改造方案。

1、） 现有高炉渣相关参数

l 高炉容积：3座1080m³高炉

主体设备：渣沟、水冲、渣池、渣场、外运

处理渣量：~150万吨/年、平均出渣量74.4吨/时、日出渣次数：18炉/天

出渣时间：~50分钟/炉

外运渣含水量：~30%

外排渣方式：铲车、汽车外运

水渣用途：外供做水泥、矿渣微粉原料

2）工艺简介

高炉渣出渣沟、水冲渣及后步渣处理、渣池、外运设备设施完整保留备用，保护性拆除水冲渣粒化箱，延长渣沟到粒化间，新建干法粒化间首选位置，布置在事故备用干渣坑上部。  

干法粒化前设置高温熔渣储槽，底部沉淀分离铁水、重金属，侧面设置高温熔渣出口，高温渣出高炉首先进入储渣槽，然后流入粒化间，采用少量高压水喷雾干燥粒化，粒化用水全部变为高温蒸汽，通过换热器回收余热，回收余热后的蒸汽喷淋冷凝后循环使用近零外排。高温粒化渣通过循环气冷却，通过湿式捞渣机输送至渣仓外运不落地，实现现场清洁。粒化可以回用各种废水，他把是难处理高成本，比如焦化废水、浓盐水、污泥、医疗废水等，通过高温处理为干净水后外供利用。

图1 高炉渣干法粒化工艺流程

图2 高温渣喷雾干燥干法粒化水循环系统

干法粒化主要改造项目内容描述如下：

1) 出铁沟加活动盖保温：为了减少热损失、改善车间环境，并提高余热回收量，整个渣沟均须增加轻质活动盖保温罩

2) 蓄渣槽：新增大容量的高温熔渣蓄渣槽，主要目的：主要是分离高炉渣中残留的铁水和重金属，确保高温渣流动性，按照利用要求调整成分、协同处理污泥等其它危废、固废

3) 高压粒化箱：液渣通过高压水喷雾干燥干法粒化为要求的粒度，满足做为玻璃、陶瓷、陶粒生产原料要求

4) 蒸汽收集、余热回收、净化系统：~650°C的常压、过热、含尘蒸汽，首先依次粗除尘、换热回收、多功能冷凝冷凝降温，循环用于高温粒渣的冷却，高温蒸汽与粒化渣冷却蒸汽一同处理。换热采用风冷、或/和水冷回收

5) 出渣：粒化渣用循环回风冷却到50°C以下，输送到渣仓储存、外运

4  主要设备

须改造和新增主要设备简单描述如下：

1） 蓄渣槽

改造内容：新增

功能：熔化分离回收金属成分，储渣解决连续处理，调整成分利于利用

储渣量：~200吨，确保连续粒化

加热方式：纯氧燃烧，或等离子

高温熔渣温度：1500°C以上

金属成分分离方式：铬、镍、铜、铅、铁等重金属底部溢流，锌等轻金属通过烟气收集

成分调整目的：分离金属成分后，依次按照微晶玻璃、玻璃、陶瓷、保温棉、陶粒、水泥、微粉等用户要求，熔炼调整高炉渣成分

2）高压粒化箱

功能：干法粒化熔渣

平均处理量：~75t/h

粒化后蒸汽温度：~650 ºC

粒化渣温度：~650 ºC

水质要求：可以处理焦化废水、浓盐水、污泥

水泵供水能力：  t/h

供水压力：   MPa

3、）蒸汽处理系统

功能：回收余热、净化、循环利用低温蒸汽

蒸汽量： 7万Nm³/h

换热器：风冷、或水冷

净化方式：干法颗粒层粗除尘+喷淋洗涤精除尘

尾汽处理：循环用于粒化渣冷却

4、）出渣设备

功能：输出、冷却高温粒化渣

设备类型：捞渣机

处理渣量：每台~100t/h

出渣温度：50 ºC以下

5、）发电设备

功能：余热发电

设备类型：汽轮机、发电机

估算吨渣发电量：100kwh/t以上

发电用途：自用为主，富裕上网

5  性能指标：

1) 吨渣产品销售价：150元/吨以上

2) 吨渣余热发电：100kwh/t以上

3) 吨渣处理废水：~1t/t

4) 二氧化碳排放量减少量：

5) 减少大气污染：每年减少150万吨水/18亿立方米含污染物水蒸汽排放

6  预期效益

实施本项目的主要预期效益估算如下：

1) 高炉渣利用价值：高炉渣用做玻璃、陶瓷原料，单价1000--1500元/吨，直接制陶粒销售，市场价150-300元/吨，统一按150元/吨、每年150万吨，每年可实现收入2.25亿元

2) 回收余热发电：按吨渣发电100kwh/t，结算电价按0.5元/kwh，年处理150万吨高温渣发电收入100x0.5x150万吨=7500万元（下步）

3) 处理废水收入：吨渣可处理1吨废水，按照节省废水处理成本10元/吨，每年废水处理可收入1500万元

三项目合计年可增加收入超过2亿元，平均每座高炉高温渣可预期收入6000万元，收入可观。

表1  年150万吨高炉渣干法粒化改造预期效益

7  问题探讨

高炉渣处理工艺和技术，与其利用有关系，比如用于制水泥、微粉，对水解活化、玻璃相有要求，一般必须充分与水分接触，而用于做玻璃、陶瓷原料，则必须是干灰，石灰不允许见水活化，如果高温熔渣直接进玻璃窑制玻璃，则不需要粒化和余热回收。现就需要用户选择和提前研究的几个问题进行探讨。本方案分熔渣、粒化、烟气余热回收、高温渣余热回收和出渣5部分，建议分步实施，比如只改干法粒化。

1) 高炉渣的用途：需要提前进行市场调研选择用途、每种用途需求量。
       熔渣直接制玻璃：微晶玻璃、特需玻璃、光伏玻璃、幕墙玻璃等

熔渣干法制粉体玻璃、陶瓷原料

熔渣直接制陶粒：建筑混凝土骨料，填料、水处理材料、土壤改良剂

制砖、预制砌块、保温材料

仍然用于水渣、微粉

由于前述几个用途需要进行市场调研、产品开发试验研究需要时间，可以保留现在的用途，按照制水泥、微粉的要求进行预处理和制粒，采用湿式出渣设备。

2）余热的用途：余热用途涉及换热设备的选择，需要提前市场调研。

付产蒸汽：如果用于发电，宜选择回收过热蒸汽，蒸汽压力、温度尽量高，如果用于加热，选择饱和蒸汽即可

付产热水

付产热风

由于余热蒸汽发电便于计量和用途，需要重点考虑选择；提供热水也可以用于采暖、煤炭/原料解冻、除湿、预热，也可以选择。最简单易行的用途是加热热风炉、高炉煤气发电鼓风和煤气，投资少，效益可观

3） 出渣设备的选择：选择如下

选择干式捞渣设备

选择湿式捞渣设备

选择干、湿结合捞渣机

可以优先选择干、湿结合双出口出渣设备，根据后部渣用途选择出干粉、或湿渣。