钢渣余热助力秸秆气化冷却：高效回收显热

一、钢渣显热

钢渣出渣温度1450-1650℃，熔融钢渣比热容约为1.2kJ/(kg·℃），按照热量回收前后熔渣温度分别为1400/400℃计算每吨钢渣可回收显热约1.2GJ，大约相当于41kg标准煤完全燃烧产生的热量，可减少碳排放约106.6kg。

我国每年产生的钢渣量在1亿吨以上，若能将这部分钢渣显热有效回收，不论是经济效益还是减排效益都十分显著。

回收的热量可用于北方冬季取暖、热水洗浴、全周期发电或其他需要用到热源的地方。

二、回收技术路线

1、根据回收过程是否有化学变化，分为物理法余热回收、化学法余热回收。其中物理法余热回收过程主要通过余热使换热介质产生相变实现热量传递回收余热；化学法余热回收主要通过余热使换热介质发生化学变化促进化学反应的发生间接实现余热的回收利用。

利用熔渣余热进行甲烷重整反应、煤的热解气化、废弃物热解气化等制备可燃气。上述方法均是利用高温渣不同温度区段的热量来实现，如1200-1600℃区间有利于甲烷蒸汽重整反应、700-1000℃有利于甲烷二氧化碳重整反应，600-900℃有利于城市固体废弃物热解汽化、200-500℃有利于生物质秸秆热解气化等。化学法余热回收目前处于理论研究阶段，应用案例较少。

2、根据钢渣处理过程是否打水分为湿法余热回收和干法余热回收。其中湿法余热回收过程会通过给钢渣打水降温产生水蒸气带走部分热量造成热量损失；其中干法余热回收全程钢渣与水没有接触，主要通过空气带走钢渣热量实现余热回收。

三、应用案例

1、国外案例

1）日本NKK和Mitsubishi公司在1977年联合研制了转炉钢渣风淬法余热回收工艺装备，热回收率约40-45%，并于1981年在福山制铁建成世界上第一套转炉钢渣风淬法余热回收装置。

该回收工艺简单、钢渣粒化彻底、但对钢渣流动性要求高不能处理粘度较高或温度较低的固态钢渣、生产噪声大。

2）乌克兰德涅泊彼得罗夫斯克冶金学院在1986年基于连铸-连轧原理开发研制了熔渣连铸后再进行碎渣并利用余热锅炉回收熔渣热能的熔渣粒化显热回收技术，热回收率约66.5%。

3）俄罗斯乌拉尔钢铁研究院为查布罗什钢铁厂开发的风淬粒化流化床式熔融钢渣余热回收装置热回收率可达70%以上。

4）英国钢铁公司Teesside实验室与Nottinghan大学联合研制的转杯-连铸式流化床熔渣显热回收装置热回收率约60%。

5）英国Pickering在1985年提出离心粒化钢铁渣的想法，采用转杯粒化器（RCA）粒化钢铁渣并对高温液滴进行多阶段余热回收，理论换热效率约59%。该工艺制备的钢渣粒径小系统能耗低、操作简单、但是对钢渣流动性要求高。

2、国内案例

1）山东莱芜某钢铁企业（湿法/物理）

2011年10月该企业将格栅式换热器直接浸泡在热闷池的渣水中利用闷渣水热量进行换热加热生活用水，加热后的生活用水通过循环泵供洗浴用，每年节约标准煤约535t，创造经济效益约73万元。

2）河北沧州某钢铁企业（湿法/物理）

有压热闷处理工艺可产生温度120℃、压力0.2-0.4MPa不连续饱和蒸汽，但是蒸汽压力低、含尘、碱度高、不连续、利用难度大，直接外排会造成能源的巨大浪费，钢渣余热发电工艺研究的技术关键是实现热闷蒸汽的洁净化和连续化。

2015年12月该企业建成辊压破碎-有压热闷产线配套ORC(Organic Rankine Cycle）有机朗肯循环发电技术，该技术利用有机工质沸点低的特点代替水蒸气作为循环工质进行发电，是低品质热源发电的首选设备，可实现钢渣热闷蒸汽发电。

系统运行后吨渣额定发电量约为2.19kwh，净发电量约为1.42kwh。

3）河南济源某钢铁企业（湿法/物理）

2021年11月该企业基于钢渣辊压破碎-有压热闷处理工艺，采用汽水相变储热和防腐换热技术形成“热闷蒸汽-相变储热-热网采暖/余热发电”的技术路线，实现了非连续含尘蒸汽的回收和热源稳定输出，并建成钢渣热闷余热供暖示范工程。

采暖供回水温度均高于84/55℃，满足采暖（3.7万平方）和厂区洗浴要求。后期配套建设的热水驱动型ORC发电机组在非供暖季可发电功率约270kw，全年发电136万kwh以上。

4）江苏连云港某钢铁企业（湿法/物理）

2020年对钢渣辊压破碎-有压热闷产线蒸汽进行稳流、除杂质后通过螺杆膨胀机进行发电。

系统投产后每小时消耗蒸汽约9t，吨渣产0.3MPa蒸汽约150-200kg，吨渣发电量约5kwh，螺杆膨胀机组功率600kw，实际发电量575kw，净发电500kw，预期5年净收益87万元。

5）山西太原某钢铁企业（干法/物理）

2023年5月建成在原有辊压破碎-有压热闷产线基础上改造的余热回收处理线，该产线采用干法钢渣余热回收技术将固态钢渣900-250℃之间显热全部转化为饱和蒸汽回收利用，产生蒸汽压力约0.8-1.6MPa。热态钢渣经过辊压破碎成60mm以下粒径，通过链板机输送至卧式回转式余热回收装置，装置旋转过程中高温钢渣与膜式水冷壁及翅片换热，钢渣在螺旋倒渣板推进下从装置排出。

运行中吨渣蒸汽产量约220-240kg，温度约170℃，压力约0.8MPa。

6）宁夏中卫某钢铁企业（干法/物理）

2023年7月投产，受限于场地原因没有倾翻车，顶部除尘罩打开后天车直接倒渣，钢渣经辊压破碎后通过振动格筛进入料仓后的链斗机，之后经过对辊破碎后进入换热器，热换后的钢渣进入斗提机进入尾渣仓。

产线设计处理能力40t/h，可产生蒸汽压力0.3-0.5MPa，流量3-8t/h，24h累计蒸汽量约90t。

7）广东湛江某钢铁企业（干法/物理）

2025年5月在原有辊压破碎-有压热闷产线基础上改造的余热回收处理线投产，预处理后的高温钢渣（小于60mm）送入滚筒换热器后，换热器轴向旋转，内部导向叶片将钢渣从一端缓慢运送到另一端，高温钢渣与换热管内逆向流动的除盐水进行热交换，产生0.6-1.2Mpa的动力蒸汽，运行过程中喷入少量自产蒸汽到换热器内与钢渣反应，促进游离氧化钙的消解。

产线设计处理能力40t/h，产生的蒸汽压力约0.6Mpa。

8）河北邯郸某钢铁企业（干法/物理）

2025年6月投产，该产线采用干法钢渣余热回收技术将固态钢渣显热回收利用，热态钢渣经过辊压破碎成60mm以下粒径，通过链板机输送至卧式回转式余热回收装置，装置旋转过程中高温钢渣与膜式水冷壁及翅片换热，钢渣在螺旋倒渣板推进下从装置排出。

9）河北唐山某钢铁企业（干法/物理）

2025年8月投产全流程干法处理及高效余热回收项目，该技术通过空气射流取热、移动床干法辊压粒化和环形篦式空冷换热等方法，实现钢渣干法冷却粒化的同时，高效回收余热资源，平均蒸汽产量约7.5t/h，吨渣蒸汽产量约300kg（1.2MPa过热蒸汽），包含移动床干法粒化取热一次处理和破碎磁选二次处理两大核心工序。