新技術助力節能減排帶動鋼鐵工業產能升級-國際節能環保網-行業資訊

高爐煉鐵、鐵(tie)水(shui)火(huo)紅(hong)，除(chu)了(le)鋼(gang)鐵(tie)，在(zai)此(ci)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)副(fu)產(chan)物(wu)高(gao)爐(lu)渣(zha)也(ye)是(shi)寶(bao)，蘊(yun)含(han)著(zhe)大(da)量(liang)高(gao)溫(wen)餘(yu)熱(re)資(zi)源(yuan)。如(ru)何(he)能(neng)夠(gou)在(zai)不(bu)消(xiao)耗(hao)水(shui)和(he)保(bao)證(zheng)高(gao)品(pin)質(zhi)渣(zha)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)回(hui)收(shou)餘(yu)熱(re)，曾(zeng)經(jing)是(shi)世(shi)界(jie)難(nan)題(ti)。
近日，記者從科技部高技術研究發展中心獲悉，在國家重點研發計劃專項成果中，由重慶大學牽頭承擔的“液態熔渣高效熱回收與資源化利用技術”項(xiang)目(mu)，成(cheng)功(gong)實(shi)現(xian)了(le)用(yong)離(li)心(xin)粒(li)化(hua)法(fa)高(gao)效(xiao)回(hui)收(shou)熔(rong)融(rong)高(gao)爐(lu)渣(zha)餘(yu)熱(re)的(de)全(quan)工(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)，該(gai)技(ji)術(shu)出(chu)渣(zha)品(pin)質(zhi)高(gao)，餘(yu)熱(re)回(hui)收(shou)率(lv)高(gao)且(qie)無(wu)需(xu)用(yong)水(shui)，可(ke)謂(wei)一(yi)舉(ju)三(san)得(de)，這(zhe)在(zai)世(shi)界(jie)上(shang)屬(shu)於(yu)首(shou)次(ci)。該(gai)技(ji)術(shu)能(neng)夠(gou)為(wei)我(wo)國(guo)鋼(gang)鐵(tie)行(xing)業(ye)每(mei)年(nian)節(jie)能(neng)1400萬噸標煤，減排二氧化碳3640萬噸。
世界首創讓技術設想變為現實
1月15日(ri)，在(zai)重(zhong)慶(qing)大(da)學(xue)能(neng)源(yuan)與(yu)動(dong)力(li)工(gong)程(cheng)學(xue)院(yuan)，項(xiang)目(mu)負(fu)責(ze)人(ren)朱(zhu)恂(xun)教(jiao)授(shou)正(zheng)帶(dai)領(ling)學(xue)生(sheng)在(zai)實(shi)驗(yan)室(shi)裏(li)檢(jian)查(zha)最(zui)新(xin)粒(li)化(hua)出(chu)的(de)高(gao)爐(lu)渣(zha)。隻(zhi)見(jian)一(yi)顆(ke)顆(ke)高(gao)爐(lu)渣(zha)顆(ke)粒(li)細(xi)小(xiao)，黑(hei)中(zhong)發(fa)亮(liang)，好(hao)似(si)一(yi)顆(ke)顆(ke)小(xiao)玻(bo)璃(li)珠(zhu)。
“這就是離心粒化後的高爐渣，玻璃體含量高的渣可以作為水泥摻混料用於生產矽酸鹽水泥、混凝土，很有經濟價值。”朱恂介紹，高爐渣除了可以做水泥原料，還蘊含豐富的餘熱資源。高爐渣作為副產品，每生產1噸生鐵將產生0.3噸高爐渣，且高爐渣出渣溫度高達1500℃，以我國2019年8.1億噸生鐵產量計算，高爐渣所蘊含的餘熱資源相當於1400萬噸標準煤，約占鋼鐵廠所產生餘熱量的30%。
不bu過guo，目mu前qian對dui高gao爐lu渣zha主zhu要yao通tong過guo水shui淬cui急ji冷leng處chu理li，這zhe一yi技ji術shu雖sui然ran能neng得de到dao高gao品pin質zhi的de渣zha，但dan卻que浪lang費fei了le大da量liang餘yu熱re和he水shui資zi源yuan，還hai會hui產chan生sheng環huan境jing汙wu染ran氣qi體ti。如ru何he能neng夠gou兩liang全quan其qi美mei?各國的研究人員一直在探索高爐渣幹式處理技術。
學界先後提出的高爐渣幹式處理技術有風淬法、滾筒法、機械攪拌法、離心粒化法等。不過風淬法、滾筒法和機械攪拌法本身能耗高，而且後兩個方法出渣品質、餘熱回收率也低。
“離心粒化法是業界公認最有前景的處理方法。”朱(zhu)恂(xun)介(jie)紹(shao)，離(li)心(xin)粒(li)化(hua)法(fa)的(de)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)是(shi)利(li)用(yong)高(gao)速(su)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)粒(li)化(hua)器(qi)，使(shi)得(de)液(ye)態(tai)熔(rong)渣(zha)在(zai)離(li)心(xin)力(li)作(zuo)用(yong)下(xia)被(bei)粒(li)化(hua)成(cheng)小(xiao)液(ye)滴(di)，並(bing)與(yu)空(kong)氣(qi)或(huo)水(shui)進(jin)行(xing)直(zhi)接(jie)或(huo)間(jian)接(jie)的(de)高(gao)效(xiao)換(huan)熱(re)。該(gai)技(ji)術(shu)理(li)論(lun)上(shang)可(ke)獲(huo)得(de)小(xiao)粒(li)徑(jing)渣(zha)粒(li)且(qie)玻(bo)璃(li)體(ti)含(han)量(liang)高(gao)，熔(rong)渣(zha)的(de)餘(yu)熱(re)回(hui)收(shou)率(lv)在(zai)90%以上。此外，相比水淬渣，離心粒化法還可以節約幹燥水渣的能量消耗，節能更顯著。
不過該技術實現工業化應用確是最難的，目前世界上還沒有其他國家實現。
朱恂決定啃一啃這塊“硬骨頭”。2012年，在國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)的支持下，朱恂率團隊開始研究高溫熔渣餘熱回收的能質傳輸機理。隨後在國家重點研發計劃項目的支持下，聯合北京科技大學、東北大學、重慶賽迪熱工環保工程技術有限公司等開始將這項技術從理論向應用實踐轉移。
“在一次次艱難探索和不斷試錯過程中，我們逐漸攻克了各種核心技術難題，成功實現了離心粒化法餘熱回收技術。”團隊核心成員王宏教授表示，這是世界上首次實現，是在該領域零到一的突破。
攻克難點高爐渣冷卻不再用水
從團隊開始這項研究起，朱恂所帶的博士生都會成為“渣主席”。
“我是第四任‘渣主席’。”zaiduboshishenglvyiwenxiaozheshuo，xuexiaoshiyanshilishitamentezhideshiyanlu，tamenmaibianlequanguogedigangtiechangdegaoluzhazuoshiyan，meikaiyicishiyanfeiyongdouyiwanweidanwei，tafuzemeicishiyande
總體安排，也被團隊成員們稱呼為“渣主席”。
呂義文從碩士研究生時就進入團隊，他主要負責研究高爐渣粒化液滴的換熱過程。“打個簡單的比喻，就是要研究高爐渣如何快速冷卻並凝固成顆粒均勻細小的顆粒，不結團不成塊。”呂義文說，讓1500℃的液態高爐渣變為一顆顆小“珠子”，還要能把其中的熱進行回收，這個操作聽起來就像是不可能完成的任務。
zhuxunshuo，tamenshejileyigezhuanbeilixinlihuaqi，zhegezhuangzhijiuxiangyigetixingdebeizi，dangyetairongzhaconggaoluzhongpaichubingjinrulihuacangshi，huibeigaosuxuanzhuandezhuanbeijiezhu，suihourongzhahuipuzhan、拉伸、破po裂lie成cheng小xiao液ye滴di並bing飛fei出chu去qu，撞zhuang擊ji在zai四si周zhou的de水shui冷leng壁bi上shang，在zai這zhe個ge過guo程cheng中zhong液ye滴di會hui和he空kong氣qi及ji水shui冷leng壁bi進jin行xing換huan熱re冷leng卻que凝ning固gu，冷leng卻que的de顆ke粒li再zai進jin入ru後hou續xu的de移yi動dong床chuang進jin行xing高gao效xiao換huan熱re並bing最zui終zhong排pai出chu，排pai出chu的de冷leng顆ke粒li則ze具ju有you較jiao高gao的de附fu加jia利li用yong價jia值zhi。
什麼材質的轉杯才能長時間接住溫度高達1500℃的熔渣?離心粒化的機理是什麼?在什麼運行工況下才能獲得最小的粒化液滴?熔渣液滴飛出去後撞壁如何保證不粘在水冷壁上?如何保證顆粒快速凝固?能否順利的向下滑落排出?這一個個問題都是項目團隊要解決的難題。
“整個團隊有二三十人。”王宏說，主要負責的老師帶領各自學生，各有分工，大家都圍繞自己的方向開展研究。
團隊研究發現隨著熔渣流量增大，熔渣在轉杯離心力作用下，存在三種分裂模式：滴狀、絲狀和膜狀。“一般認為滴狀或絲狀更利於獲得小顆粒，但是我們研究卻發現，其實膜狀也能獲得理想的小顆粒，並最有利於實現工業化應用。”朱zhu恂xun說shuo，這zhe就jiu涉she及ji對dui熔rong渣zha流liu量liang和he轉zhuan杯bei轉zhuan速su的de調tiao節jie與yu控kong製zhi，一yi點dian點dian不bu匹pi配pei就jiu不bu能neng成cheng功gong。當dang熔rong渣zha如ru何he高gao效xiao粒li化hua的de問wen題ti解jie決jue後hou，粒li化hua液ye滴di撞zhuang壁bi而er不bu粘zhan壁bi又you是shi一yi項xiang難nan題ti，呂lv義yi文wen反fan複fu研yan究jiu後hou，提ti出chu一yi種zhong水shui冷leng壁bi加jia傾qing斜xie布bu風feng板ban的de複fu合he式shi換huan熱re結jie構gou，強qiang化hua了le顆ke粒li換huan熱re的de同tong時shi又you很hen好hao地di解jie決jue了le顆ke粒li黏nian結jie這zhe一yi問wen題ti。
經(jing)過(guo)無(wu)數(shu)次(ci)的(de)實(shi)驗(yan)，團(tuan)隊(dui)最(zui)終(zhong)攻(gong)克(ke)了(le)一(yi)個(ge)個(ge)難(nan)題(ti)，還(hai)分(fen)別(bie)提(ti)出(chu)了(le)基(ji)於(yu)流(liu)化(hua)床(chuang)和(he)移(yi)動(dong)床(chuang)的(de)高(gao)溫(wen)熔(rong)渣(zha)離(li)心(xin)粒(li)化(hua)餘(yu)熱(re)回(hui)收(shou)係(xi)統(tong)，實(shi)驗(yan)研(yan)究(jiu)表(biao)明(ming)，粒(li)化(hua)高(gao)爐(lu)渣(zha)平(ping)均(jun)顆(ke)粒(li)直(zhi)徑(jing)小(xiao)於(yu)2毫米，係統餘熱回收率均可達到70%以上，渣粒玻璃體含量高於92%，具有很好的工業化應用和推廣前景。
節能減排帶動鋼鐵工業產能升級
zaizhongqingjiangjin，xiangmuyizaizhongqingsaidiregonghuanbaogongchengjishuyouxiangongsidegongchangneijianqileyetairongzhalixinlihuajiyuregaoxiaohuishouzhongshishiyanpingtai。gaipingtaiyanzhenglelixinlihuajishufangan，yanzhenglelihuadanyuan、餘熱回收單元結構設計及全工藝流程運行，實現了熔渣粒化和餘熱高效回收，達到了預期效果，平均粒化能力144噸/天，最大粒化能力288噸/天。
據測算，使用該技術1噸渣可回收蒸汽(1.3MPa, 350℃)300公斤左右，可節水1000公斤，可回收能源折合35公斤標煤，可減少硫排放5克，可解決目前高爐水淬法水蒸氣中硫含量約5000 毫克每立方米的問題，運行能耗小於8千瓦時。朱恂介紹，如果按照1000萬噸規模鋼鐵廠測算，采用該技術，年經濟收益約1.3億元。節能15萬噸標準煤，節水240萬噸，減少硫化物排放15噸，減少二氧化碳排放112萬噸。如果按照全國現有生鐵產能，將實現每年節能1400萬噸煤，節水約2.4億噸，減排二氧化碳3640萬噸，減排二氧化硫37萬噸，減排氮氧化物23萬噸，減排粉塵2852萬噸，將有力促進我國鋼鐵產業升級和節能減排。
“除了鋼鐵行業，該技術也可在銅鎳鉛等有色金屬行業進行推廣。”朱恂說，目前，他們正在積極和相關企業對接，希望能早一點把該技術在相關行業中應用。“這是一項顛覆性技術，前期投入較大，有難度，但我有信心!”
朱恂所在的動力工程及工程熱物理教師團隊，承擔了多項我國節能減排重點研發計劃項目，2018年，該團隊入選首批全國高校黃大年式優秀教師團隊。朱恂從1993年畢業留校任教至今，27年來，她和團隊日複一日與各種工業廢氣、廢水、廢渣打交道。朱恂說：“我們都有一個碧水藍天夢，都有著共同的理念和興趣，所以我們能聚在一起，而且敢打敢拚、特別能攻關!”

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