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Análisis sobre las perspectivas de recuperación sensible del calor a partir de escorias de altos hornos
Varias tecnologías de recuperación de energía y calor residual desarrolladas en los últimos años se han aplicado en empresas siderúrgicas y han logrado resultados notables. . Sin embargo, como uno de los recursos de calor residual de alta calidad, el calor sensible de escoria de alto horno no tiene una tecnología de recuperación madura y se desperdicia una gran cantidad de energía térmica sensible de escoria de alto horno. Nuestro país produce cada año cientos de millones de toneladas de escoria de alto horno y su calor sensible equivale a más de 7 millones de toneladas de carbón estándar. Los recursos de calor residual son bastante abundantes. Si se puede reciclar eficazmente, será de gran importancia para la conservación de energía y el desarrollo sostenible de las empresas siderúrgicas de mi país.
1 El estado de los recursos de calor sensible de la escoria de alto horno
Los recursos de calor residual de las empresas siderúrgicas se concentran principalmente en los procesos de coquización, sinterización, fabricación de hierro, fabricación de acero y laminación en caliente. , que se manifiestan como calor residual del producto y calor residual de los gases de combustión, calor residual residual y calor sensible del agua de refrigeración. Según las estadísticas pertinentes, en la Tabla 1 se muestran diversas formas de recursos de calor residual.
Tabla 1 Estado de los recursos de calor residual en las empresas siderúrgicas
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Tipo
Calidad del calor residual
Proporción total
Forma de existencia
Estado de la solicitud
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Broca (carbón)
Medio-bajo
43
Gases de combustión de coquería, gas de carbón, combustión de sinterización gas,
Utilización parcial
Calor sensible del gas
Gas de combustión de estufa caliente, gas convertidor, gas de alto horno
Calor sensible del producto
Secundaria y secundaria
Treinta por ciento
Sinterizado/pellets, coque, palanquilla, etc.
Aprovechamiento parcial
Escoria calor sensible
Alta
10
Escoria de alto horno, escoria siderúrgica, etc. .
p>
Rara vez utilizado
El calor sensible del agua de refrigeración
Bajo
17
Agua de refrigeración de alto horno, etc.
p>
Rara vez se utiliza
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Nota: El calor sensible del hierro fundido no se incluye en las estadísticas de calor residual.
Entre los diversos recursos de calor residual en las empresas siderúrgicas, el calor sensible de los productos y el gas de humo (carbón) representa una gran proporción del total de los recursos de calor residual. La calidad del calor residual incluye varias temperaturas. niveles. Las tecnologías que se han desarrollado y aplicado hasta ahora incluyen tecnología de enfriamiento de coque seco, tecnología de recuperación de calor residual de sinterización, tecnología de recuperación de calor residual de gases de combustión del convertidor, tecnología de entrega en caliente de palanquilla de colada continua y tecnología de carga en caliente, etc. Se han logrado efectos y beneficios obvios. Aunque el calor sensible del agua de refrigeración también representa una cierta proporción, es un recurso de calor residual de baja temperatura y el efecto económico de la recuperación es pobre. La tasa de recuperación de calor residual es solo de aproximadamente 2. La escoria tiene un alto nivel de calor sensible y es un recurso de calor residual de alta calidad. Representa aproximadamente el 35% de todos los recursos de calor residual de alta temperatura, de los cuales la escoria de alto horno representa el 28% (ver Figura 1), y tiene un gran nivel de calor sensible. valor de recuperación. Sin embargo, debido a la dificultad de la tecnología de recuperación, la tasa actual de recuperación del calor sensible de la escoria es extremadamente baja y solo se puede utilizar una parte del calor residual del agua de lavado de escoria de alto horno. los pocos recursos importantes de calor residual que aún no se han desarrollado ni utilizado.
La temperatura de extracción de la escoria de alto horno está entre 1400 ~ 1550 ℃. Cada tonelada de escoria contiene (1260 ~ 1880) × 103 kj de calor sensible, lo que equivale al poder calorífico de 60 kg de carbón estándar. La tasa de descarga de escoria de alto horno está relacionada con la ley del mineral. En los últimos años, las empresas siderúrgicas grandes y medianas de mi país han utilizado materias primas de mineral de hierro de alta calidad y la relación escoria-hierro del alto horno se ha reducido a aproximadamente 300 kg/t. Por lo tanto, un alto horno de 1000 m3. Produce 900.000 toneladas de hierro al año y la relación escoria/hierro es de 300 kg/t. La descarga anual de escoria es de 270.000 toneladas y el calor liberado por la escoria equivale al 1,60%. Según estadísticas incompletas, hay alrededor de 169. Grandes altos hornos de 169 m3 o más que se han puesto en funcionamiento o en construcción en mi país, y se espera que la capacidad integral de producción de arrabio sea de aproximadamente 320 millones de toneladas. Por lo tanto, los grandes altos hornos de mi país La producción anual de escoria está cerca. a mil millones de toneladas, y el calor que transporta equivale a 6 millones de toneladas de carbón estándar. La producción real de arrabio y la relación escoria-hierro son mayores que los valores calculados, por lo que la energía térmica sensible de la escoria de alto horno es mayor.
Aunque la energía térmica de la escoria de alto horno no se puede recuperar por completo, si se puede recuperar parcialmente, sus beneficios de ahorro de energía también son importantes y tiene un gran potencial de desarrollo de mercado.
2 Estado actual de la utilización del calor sensible de la escoria de alto horno
Más del 90% de la escoria de alto horno en mi país utiliza el método de enfriamiento con agua para extraer escoria de agua para materias primas de cemento, etc. . Los métodos de tratamiento de agua más utilizados incluyen el método Inba, el método Tulafa y el método Lhasa, pero no existe una función de recuperación de calor de la escoria y el calor de la escoria básicamente se pierde. El reciclaje y la utilización del calor residual de escoria de alto horno en mi país se limita al calentamiento del agua de lavado de escoria. Shougang, Jinan Iron and Steel, Xuangang Iron and Steel, Anshan Iron and Steel, Benxi Iron and Steel, Laiwu Iron and Steel, Anshan Iron and Steel y otras empresas informaron que el calor residual del agua de lavado de escoria se utiliza para proporcionar calefacción parcial en la fábrica o agua caliente para baños. Sin embargo, esta utilización sólo representa una pequeña parte del calor sensible total de la escoria de alto horno, y la tasa de recuperación de calor residual es baja, sólo alrededor de 10. Debido a limitaciones de tiempo y geográficas, esta parte de la energía sólo se puede desperdiciar en verano y en las zonas del sur donde no hay instalaciones de calefacción, por lo que la promoción y aplicación son limitadas. Aunque la cuestión de la recuperación sensible de calor de la escoria de alto horno siempre ha atraído la atención y algunas empresas siderúrgicas, universidades e institutos de investigación científica también están realizando investigaciones, la mayoría de ellas se centran en el diseño teórico y los experimentos básicos. En la actualidad, no hay informes sobre la aplicación industrial de equipos físicos y no se ha formado ninguna tecnología madura.
La Nippon Steel Corporation de Japón comenzó a desarrollar tecnología de recuperación de calor residual de escoria a principios de la década de 1980, ha realizado pruebas y aplicaciones en grandes fábricas y ha logrado grandes avances, pero la tecnología relacionada aún está inmadura. Otros países como el Reino Unido y los Estados Unidos también están desarrollando y probando tecnología de recuperación del calor residual de la escoria.
3 Estado de desarrollo de la tecnología de recuperación de calor sensible de escoria de alto horno
Los métodos de recuperación de energía térmica de escoria que se están desarrollando actualmente se pueden resumir en dos categorías: método de intercambio de calor medio y método de reacción química.
El método de intercambio de calor medio utiliza escoria de alto horno para intercambiar calor con el medio mediante contacto o radiación, y luego utiliza la energía del medio de alta temperatura para generar electricidad o para otros fines. Las tecnologías que se desarrollaron anteriormente y lograron ciertos resultados incluyen principalmente el método de tambor de enfriamiento interno de Japón, el método de granulación de rotor, el método de enfriamiento de aire y el método de disco centrífugo británico, como se muestra en la Tabla 2. Los métodos anteriores pueden recuperar del 40 al 60% del calor sensible de la escoria de alto horno mediante pequeñas pruebas o pruebas industriales, pero la tecnología es inmadura, algunas tienen baja eficiencia, algunas afectan el rendimiento de la escoria y reducen el valor agregado, y algunas requieren grandes inversiones en equipos. , no se puede promocionar.
Tabla 2
Una revisión de la tecnología de recuperación de calor sensible de escoria de alto horno
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Método
Descripción técnica
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Método de enfriamiento por rodillo
La escoria líquida se enfría mediante la superficie del tambor para formar una película de escoria, y el medio en el tambor se absorbe. Después de calentarse,
(Japón)
se convierte en vapor, que se enfría a través de un intercambiador de calor y se recicla para recuperar el calor. .
Esta cantidad se utiliza para generar electricidad a partir de la turbina de vapor. En la década de 1980 se desarrolló y llevó a cabo la industria.
Las pruebas muestran que la tasa de vitrificación de la escoria terminada es 95 y la tasa de recuperación de calor sensible de la escoria es baja.
Menos de 40.
Método de granulación por corredor
La escoria cae sobre la superficie del rodillo giratorio, se expulsa, se granula y luego se introduce.
(Japón)
El lecho fluidizado de medio sólido intercambia completamente calor con el aire y el medio y se enfría.
El aire intercambiado por calor se convierte en aire caliente a alta temperatura y se envía a la caldera de calor residual para recuperar calor.
Desarrollado en la década de 1970, el calor recuperado en la prueba es aproximadamente el 60% del calor sensible de la escoria.
La escoria terminada se puede utilizar como árido de hormigón.
Método de enfriamiento con aire
La escoria fundida se granula y se enfría mediante un chorro de aire a alta velocidad, y las partículas de escoria pasan por un flujo secundario.
(Japón)
El intercambiador de calor de lecho fluidizado se enfría a baja temperatura y se descarga, y se introduce en el túnel de viento y la torre de enfriamiento.
El aire a alta temperatura se convierte en vapor o energía eléctrica para su uso.
Desarrollado en la década de 1980, después de pruebas semiindustriales y pruebas de producción a gran escala, la tasa de recuperación térmica es inferior a 50 y la tasa de transición vítrea es superior a 95. Sin embargo, el diseño del equipo es enorme y los ventiladores consumen mucha energía.
Método de plato giratorio centrífugo
La escoria líquida cae sobre la copa y el plato giratorios de alta velocidad y se ve afectada por la fuerza centrífuga (o fuerza adicional)
(Reino Unido )
Flujo de aire de alta velocidad), a través de la pared enfriada por agua y flujo de múltiples etapas.
El lecho fluidizado recupera la energía térmica de la escoria.
Desarrollado en los años 1980, la fase vítrea obtenida en pequeñas pruebas es superior a 95, como se predijo.
La tasa de recuperación de calor sensible industrial alcanza el 60%.
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El método de reacción química utiliza alto El calor sensible de la escoria puede promover reacciones químicas, recuperando así el calor residual de la escoria de alto horno. Se han realizado estudios en el extranjero que utilizan el calor de la escoria a alta temperatura para promover la reacción de CH4 y H2O para generar H2 y CO. El gas generado reacciona en el siguiente reactor para generar CH4 y H2O, liberando calor, y puede usarse para generación de energía o estufas de aire caliente después del tratamiento. Además, también se informaron estudios experimentales sobre la producción de hidrógeno a partir de biogás utilizando calor sensible: CH4 CO2 → 2H2 2CO. En la actualidad, este método se encuentra todavía en la etapa de investigación y exploración teórica, y aún está lejos de su aplicación práctica.
Discusión sobre el desarrollo de tecnología de recuperación de calor sensible a partir de escoria de alto horno
Existen muchos diseños para recuperar calor sensible a partir de escoria de alto horno, pero es necesario realizar la promoción y aplicación de esta tecnología. en la producción industrial, se deben cumplir varios requisitos previos: (1) Al mismo tiempo, el rendimiento de la escoria de alto horno no se puede reducir y aún cumple con los requisitos principales (2) El sistema de recuperación es simple y requiere baja inversión (3); ) La eficiencia sensible de recuperación de calor de la escoria de alto horno es alta.
El principal objetivo de la recuperación de calor sensible a partir de escorias de alto horno es reutilizar energía secundaria a partir de la producción existente, por lo que el desarrollo tecnológico no debería afectar a la disponibilidad y valor añadido de la escoria. Como se mencionó anteriormente, más del 90% de la escoria de alto horno en mi país se transforma en escoria de enfriamiento con agua y se vende como materia prima a las plantas de cemento. Alrededor del 70% del cemento producido en China se mezcla con proporciones variables de escoria de agua de alto horno. Aunque la escoria de alto horno también se puede utilizar para fabricar productos de alto valor añadido, como lana de escoria y vidrio cristalizado, el mercado de escoria de alto horno endurecida como materia prima para el cemento es más amplio y su consumo es grande. Por lo tanto, la tecnología de recuperación de calor sensible de escoria de alto horno debe estudiarse principalmente para el proceso de producción de escoria de alto horno como materia prima de cemento, es decir, la energía térmica de la escoria de alto horno se puede reutilizar y las propiedades de la escoria de alto horno tratada. Cumplir con los requisitos de las materias primas del cemento.
El punto caliente actual en el desarrollo de la tecnología de recuperación de calor sensible de escoria de alto horno es la recuperación en seco, que ahorra más agua y es más respetuosa con el medio ambiente que el método existente de enfriamiento de escoria con agua, y está en línea con el desarrollo. concepto. Sin embargo, los problemas de las grandes inversiones en equipos y la baja eficiencia general se han convertido en obstáculos en su aplicación industrial, lo que requiere nuevos avances tecnológicos, como el método de enfriamiento con aire probado en Japón. Además, algunas tecnologías de recuperación seca solo se centran en la eficiencia de recuperación del calor sensible e ignoran el impacto en el rendimiento de la escoria de alto horno, lo que dificulta que la escoria procesada cumpla con los requisitos de las materias primas del cemento, como la granulación con ruedas y No son aptos para la promoción industrial. El proceso de enfriamiento con agua de escoria de alto horno es una tecnología madura y ha sido ampliamente utilizada en nuestro país. Si se modifica parcialmente el equipo de proceso de escoria de enfriamiento con agua existente y se agrega equipo de recuperación de energía térmica para lograr un cierto grado de recuperación de energía térmica, se puede reducir el costo de inversión y será más fácil promoverlo e implementarlo en las empresas siderúrgicas. El nuevo método INBA para el tratamiento de escorias de agua se basa en el método INBA original y agrega un sistema de equipo de condensación, que puede recuperar una gran cantidad de vapor generado durante el lavado de escorias y reducir la contaminación ambiental. Tomando esto como lección, la recuperación de calor también se puede lograr aún más.
Aunque el calor sensible de la escoria de alto horno es alto, su conductividad térmica es baja, la transferencia de calor es lenta y la descarga de escoria es discontinua, lo que dificulta la recuperación efectiva de su energía térmica. Al diseñar, primero debemos considerar garantizar la estabilidad de la fuente de calor para que la energía pueda convertirse de manera continua y estable en producción, además, seleccionar un medio de intercambio de calor apropiado para mejorar la eficiencia del intercambio de calor. Actualmente, para el intercambio de calor se utilizan principalmente agua, aire y escoria. También se pueden considerar como medios otros gases inertes o líquidos orgánicos, o se puede utilizar una combinación de varios medios. Después de eso, también debemos considerar el uso racional de la energía térmica recuperada, intentar igualar el nivel de energía y utilizarla de manera eficiente. La utilización sensible del calor de la escoria de alto horno debe utilizarse directamente primero, como el precalentamiento de aire y gas, el secado del material, la producción de vapor y agua caliente, etc., durante el proceso de producción. Además, se utiliza para la recuperación de energía, como la generación de energía. La parte de la energía térmica que se recupera a una temperatura más baja también se puede utilizar para calefacción y refrigeración.
La tecnología de recuperación de calor sensible de escoria de alto horno de mi país aún no ha entrado en la etapa de industrialización, por lo que el diseño y fabricación de equipos de recuperación a gran escala también es uno de los principales contenidos del desarrollo.
La estructura y el tamaño del mecanismo de recuperación de calor sensible de escoria de alto horno no solo deben cumplir con los requisitos del proceso, sino que también deben tener cierta resistencia a altas temperaturas, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión, operación segura y estable y fácil mantenimiento. Por lo tanto, los equipos de recuperación de calor sensible a la escoria de alto horno deben diseñarse y desarrollarse en función de la producción real para lograr la estandarización y la serialización.
El desarrollo y promoción de la tecnología de recuperación de calor sensible de escoria de alto horno se puede implementar paso a paso. Por ejemplo, basándose en la situación de producción real de los altos hornos existentes, uno consiste en desarrollar un sistema de recuperación relativamente simple para recuperar una cierta proporción (30 ~ 40) de energía térmica y complementarla cuando el alto horno se revisa o amplía después de tener éxito; uso y beneficios, basados en esta tecnología y con experiencia, se pueden actualizar los equipos técnicos o se pueden desarrollar nuevos métodos de recuperación para llevar la eficiencia de recuperación de energía térmica a un nivel más alto (60 ~ 70), que se puede aplicar a nuevos altos hornos y progresivamente mejorado y plenamente promocionado en las empresas siderúrgicas.
5 Conclusión
En resumen, la escoria de alto horno de mi país tiene una alta calidad de calor sensible y ricos recursos, y su reciclaje tiene perspectivas de desarrollo muy amplias. El desarrollo de tecnología de recuperación y utilización de calor sensible a escoria de alto horno debe basarse en la aplicación de escoria, hacer que el rendimiento cumpla con los requisitos de las materias primas del cemento, simplificar el equipo tanto como sea posible, reducir la inversión y lograr una cierta recuperación de calor y tasa de utilización combinada con la situación real, en el proceso existente de escoria de agua, desarrollar la función de recuperación de calor sensible, mejorar gradualmente el equipo del proceso de recuperación, mejorar la eficiencia y desarrollar aún más una recuperación de calor sensible de escoria de alto horno más eficiente y respetuosa con el medio ambiente; tecnologías como la tecnología de recuperación en seco. La recuperación y reutilización del calor sensible de la escoria de alto horno implica muchos aspectos como la tecnología, el equipamiento y la producción. Se recomienda que los institutos de investigación científica, las unidades de diseño y las empresas cooperen en el desarrollo y realicen aplicaciones industriales lo antes posible.