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高炉熔渣是高炉生产的主要副产品,主要成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2等,含有大量的高品质热焓,具有很高的回收价值。
高炉渣显热进行回收,需要解决两个主要问题:一是对高炉熔渣进行粒化,二是热量的回收。水淬粒化不能回收显热,干式粒化处理后可以进行显热回收。熔渣显热回收技术主要有物理热回收技术和化学热回收技术两类。
各种物理热回收方法,都需要借助于一定的载能体(空气等)来回收熔渣的显热,综合热回收效率不高。化学法回收熔渣显热不仅可以省去众多余热回收设备,且由于能量形式转换次数少,回收率高,受到广泛关注。日本科研人员在这方面做了大量工作,主要有以下形式:
1、甲烷循环反应
流程为:
1)利用高速喷出的甲烷(CH4)和水蒸气(H2O)混合气体对液渣进行冷却粒化,二者进行强烈的热交换。液渣受到风力的破碎和强制的冷却作用,其温度迅速下降并粒化为细小颗粒。
2)CH4和H2O的混合气体在高炉渣显热的作用下,发生吸热反应生成H2和CO,将高炉渣的热量转移出来;
3)生成的气体进入下一反应器,在一定条件下,H2和CO反应生成甲烷和水蒸气,放出热量。高温甲烷和水蒸气经热交换器冷却,重新返回循环使用。
2、甲烷-水蒸气重整制氢
流程:
1) 用转杯粒化技术对熔渣进行粒化,采用CH4和H2O气体作为冷却介质。
2) 气体吸收化学显热,在催化剂作用下,生成H2和CO气体。
3、沼气-二氧化碳重整制氢
反应为CH4+CO2=2CO+2H2。消耗能量247kJ/mol,来源于熔渣显热。研究表明:渣粒不仅起到提供热量的作用,且是一种很好的催化剂,能促进甲烷的分解;随着反应温度的升高,甲烷的转化率增大,最高达96%左右,且生成更多的氢气。
4、利用炉渣显热制煤气
高炉熔渣在处理过程需要急速冷却;而煤的气化需要不断加热、升温,因此可以将两者结合起来,目前,我国学者正在进行这方面的研究。
5、高温熔渣直接制备材料
利用高温熔渣直接制备高附加值材料,对熔渣进行调质,直接热成型为矿棉、微晶玻璃等高附加值材料。这样做间接回收了熔渣显热,避免了传统水淬工艺带来的问题,简约了熔渣资源化的流程。然而,热成型后的产品仍蕴含较高的显热,仍被浪费。与上述几种方法相比,热量回收的不够彻底。
综上,高炉渣是一种很好的二次资源,水淬法不可以回收显热,而化学法则可最大程度回收利用这类特殊资源。多种化学法中,甲烷PCA和重整最为受人关注,即回收了熔渣显热、减少了污染物排放,同时生产的气体可以直接用于高炉炼铁生产,实现循环经济,是高炉熔渣显热回收的最好方式。