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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 calor y energía residual desarrolladas en los últimos años se han aplicado en el hierro y empresas siderúrgicas y han logrado resultados notables. Sin embargo, actualmente no existe una tecnología de recuperación madura para el calor sensible de la escoria de alto horno, uno de los recursos de calor residual de alta calidad, y se desperdicia una gran cantidad de energía térmica sensible de la escoria de alto horno. La producción anual de escoria de alto horno de mi país es de cientos de millones de toneladas, lo que transporta calor sensible equivalente a más de 7 millones de toneladas de carbón estándar. Los recursos de calor residual son bastante abundantes. Si se puede reciclar y utilizar de manera efectiva, será de gran valor. gran importancia para el ahorro de energía, la reducción del consumo 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, acero y laminación en caliente, que están representados por el calor residual del producto, el calor residual del gas bituminoso (carbón), el calor residual residual y el calor sensible del agua de refrigeración, etc. Según las estadísticas de datos relevantes, el estado de diversas formas de recursos de calor residual se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1 Estado de los recursos de calor residual en las empresas siderúrgicas
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Categoría
Calidad del calor residual
Proporción total
Forma de existencia
Solicitud actual
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Humo (carbón)
Medio, bajo
43%
Gases de combustión de coquería, gas de carbón, sinterización Gas de combustión,
Utilización parcial
Calor sensible del gas
Gas de combustión de estufa caliente, gas de convertidor, gas de alto horno
Calor sensible del producto
Alta, media
30%
Sinterizado/pellets, coque, palanquilla de acero, etc.
Aprovechamiento parcial
Escoria calor sensible
Alto
10%
Escoria de alto horno, escoria siderúrgica, etc.
Usa poco frecuente
Calor sensible del agua de refrigeración
Bajo
17%
Agua de refrigeración de alto horno, etc.
Rara vez utilizado
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Nota: Las estadísticas de calor residual no incluyen el calor sensible del hierro fundido
Entre los diversos recursos de calor residual en las empresas siderúrgicas, el calor sensible de los productos y el gas de humo (carbón) representa la mayoría del los recursos totales de calor residual y la calidad del calor residual incluyen varios niveles de temperatura. 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 y carga en caliente de palanquilla de colada continua, etc., y han logrado resultados 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 de recuperación económica es pobre. La tasa de recuperación de calor residual es solo de aproximadamente el 2%. La escoria tiene un alto nivel de energía calorífica 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). gran valor de recuperación. Sin embargo, debido a las dificultades en la tecnología de recuperación, la tasa actual de recuperación de 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. El calor sensible de escoria de alto horno es uno de los pocos importantes. Recursos de calor residual que aún no se han desarrollado ni utilizado.
La temperatura de descarga de la escoria de alto horno está entre 1400 y 1550 ℃. Cada tonelada de escoria contiene (1260~1880)×103kJ 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 adoptado materias primas de mineral de hierro de mayor calidad y la proporción de hierro en la escoria de alto horno se ha reducido a alrededor. 300kg/t. Por lo tanto, un alto horno de 1.000 m3 tiene una producción anual de 900.000 toneladas de arrabio y una relación escoria-hierro de 300 kg/t. El volumen anual de descarga de escoria es de 270.000 toneladas y el calor disipado por la escoria equivale a 16.200. toneladas de carbón estándar. Según estadísticas incompletas, en mi país se han puesto en funcionamiento o en construcción unos 169 altos hornos grandes de 1.000 m3 o más. La capacidad total de producción de arrabio se estima en unos 320 millones de toneladas, por lo que la producción anual de escoria. de los grandes altos hornos de mi país se acerca a los 100 millones de toneladas y el calor transportado equivale al estándar de 6 millones de toneladas. La producción real de arrabio y la relación escoria-hierro son superiores a los valores calculados, por lo que la energía térmica sensible de la escoria de alto horno es aún mayor. Aunque no se puede recuperar toda la energía térmica de la escoria de alto horno, si se puede recuperar y utilizar parcialmente, los beneficios de ahorro de energía serán significativos 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 producir escoria acuosa, que se utiliza para el cemento. materias primas, etc. Los métodos de tratamiento de agua más utilizados incluyen el método Inba, el método Tula, el método Lhasa, etc., pero no existe una función de recuperación de energía térmica de la escoria y básicamente se pierde todo el calor de la escoria. La recuperación y utilización del calor residual de la escoria de alto horno doméstico se limita al calor residual del agua de lavado de escoria para calefacción. Iron and Steel y otras empresas han utilizado el calor residual del agua de eliminación de escorias para solucionar parte de la calefacción de fábricas o de 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 del 10%. Además, está limitada por el tiempo y la región. sin instalaciones de calefacción, esta parte de la energía sólo puede desperdiciarse, por lo que su promoción y aplicación están restringidas. Aunque la cuestión de la recuperación sensible de calor de la escoria de alto horno ha recibido atención y algunas empresas siderúrgicas, universidades e institutos de investigación están realizando investigaciones, la mayor parte de ellas se basan en diseños teóricos y experimentos básicos. Actualmente no hay informes sobre la aplicación industrial. de equipos físicos y aún no se ha formado una tecnología madura.
La Nippon Steel Corporation de Japón ha estado desarrollando tecnología de recuperación de calor residual de escoria desde principios de la década de 1980, ha realizado aplicaciones de prueba en fábrica a gran escala y ha logrado grandes avances, pero la tecnología relacionada aún no está madura. Otros países, como el Reino Unido y los Estados Unidos, también están desarrollando tecnología de recuperación y utilización del calor residual para escorias experimentales.
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 existentes en desarrollo 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 contactar o irradiar calor con el medio, y luego utiliza la energía del medio de alta temperatura para generar electricidad u otros usos. Las tecnologías que se desarrollaron anteriormente y que han logrado ciertos resultados incluyen el método de tambor de enfriamiento interno de Japón, el método de granulación de rotor, el método de enfriamiento con aire y el método de disco centrífugo británico, etc., consulte la Tabla 2. Los diversos métodos anteriores pueden recuperar entre el 40 % y el 60 % del calor sensible de la escoria de alto horno después de pruebas a pequeña escala o pruebas industriales. Sin embargo, la tecnología aún no está madura, algunas tienen baja eficiencia y otras afectan el rendimiento de la escoria. reducir el valor agregado, y algunas inversiones en equipos son grandes, etc., etc., no lograron promover.
Tabla 2
Resumen de varias tecnologías de recuperación de calor sensible de escoria de alto horno
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Métodos
Descripción técnica
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Método de enfriamiento del tambor
La escoria líquida se enfría formando una película de escoria a través de la superficie. del tambor y el medio en el tambor. Después de absorber calor
(Japón)
se convierte en vapor, que se enfría mediante un intercambiador de calor y luego se recicla el calor.
se recupera y se utiliza para la generación de energía con turbinas de vapor.
pruebas industriales desarrolladas y realizadas en la década de 1980, la tasa de vitrificación de la escoria terminada es del 95% y la tasa de recuperación de calor sensible de la escoria es baja,
menos del 40%. .
Método de granulación por corredor
La escoria fundida cae a la superficie del rodillo giratorio y se expulsa y se granula, luego se envía a
(Japón)
El lecho fluidizado de medio sólido intercambia completamente calor con el aire y el medio y se enfría.
El aire de intercambio de calor se convierte en aire caliente a alta temperatura y se envía a la caldera de calor residual para recuperar calor.
Desarrollada en la década de 1970, la recuperación de calor experimental es aproximadamente el 60% del calor sensible de la escoria fundida.
La escoria terminada se puede utilizar como agregado de hormigón.
Método de enfriamiento por aire
La escoria fundida se granula y se enfría mediante soplado de aire a alta velocidad, y las partículas de escoria luego pasan a través del flujo secundario
(Japón )
El intercambiador de calor de lecho químico se enfría a baja temperatura y se descarga, y el aire de alta temperatura extraído del túnel de viento y la torre de enfriamiento se convierte en vapor o electricidad para su utilización.
Desarrollado en la década de 1980, después de pruebas semiindustriales y pruebas de producción a gran escala, la tasa de recuperación térmica es inferior al 50% y la tasa de vitrificación es superior al 95%. Sin embargo, el equipamiento de diseño es enorme y el consumo de energía del ventilador es alto.
Método de plato giratorio centrífugo
El residuo líquido cae en un vaso y plato giratorios de alta velocidad y es impulsado por fuerza centrífuga (o adicional).
(Reino Unido)
Se granula bajo la acción de un flujo de aire de alta velocidad) y la energía térmica de la escoria se recupera a través de la pared enfriada por agua y el lecho de flujo de múltiples etapas
.
Desarrollados en la década de 1980, experimentos a pequeña escala han demostrado que la fase vítrea es superior al 95% y se predice que
la tasa de recuperación de calor sensible industrial alcanzará el 60%. .
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Reacción química El método es el uso de La energía térmica sensible de la escoria de alto horno promueve reacciones químicas para reciclar el calor residual de la escoria de alto horno. Hay estudios en el extranjero que utilizan el calor de alta temperatura de la escoria para hacer que el gas CH4 y H2O reaccionen para generar H2 y CO. El gas de producción reacciona en el siguiente reactor para generar gas CH4 y H2O, liberando calor y puede usarse para generación de energía o estufas de aire caliente después del tratamiento. Además, también hay informes sobre investigaciones experimentales sobre la producción de hidrógeno a partir de biogás utilizando calor sensible: CH4+CO2→2H2+2CO. En la actualidad, este tipo de método se encuentra todavía en la etapa de investigación y exploración teórica y está lejos de su aplicación práctica.
4 Discusión sobre el desarrollo de tecnología de recuperación de calor sensible de escoria de alto horno
Para reciclar el calor sensible de escoria de alto horno, pueden existir muchos diseños, pero es necesario realizarlos. la promoción de esta tecnología en la producción industrial, para su aplicación, se deben cumplir varios requisitos previos: (1) Mientras se recupera el calor sensible, el rendimiento de la escoria de alto horno no puede degradarse y aún así cumplir con los requisitos del uso principal; es simple y requiere menos inversión (3) Reciclaje y utilización del calor sensible de la escoria de alto horno Mayor eficiencia.
El objetivo principal de la recuperación de calor sensible de la escoria de alto horno es reutilizar la energía secundaria sobre la base de la producción existente. Por lo tanto, el desarrollo tecnológico no debería afectar el rendimiento y el valor añadido de la escoria. Como se mencionó anteriormente, más del 90% de la escoria de alto horno de mi país se transforma en escoria enfriada con agua, que se vende a las plantas de cemento como materia prima. Aproximadamente el 70% del cemento producido en todo el país se mezcla con diferentes proporciones de escoria granulada de alto horno. . Aunque la escoria de alto horno también se puede utilizar para fabricar productos como lana de escoria y cerámica de vidrio, con alto valor agregado, el mercado para enfriar la escoria de alto horno como materia prima del cemento es más amplio y su uso es grande. Por lo tanto, debemos centrarnos principalmente en el proceso de producción de escoria de alto horno utilizada como materia prima de cemento y llevar a cabo investigaciones sobre la tecnología de recuperación del calor sensible de la escoria, que puede lograr la reutilización de la energía térmica de la escoria de alto horno y mejorar las propiedades. de escorias de alto horno tratadas cumplen con los requisitos de las materias primas del cemento.
En la actualidad, el punto caliente en el desarrollo de la tecnología de recuperación de calor sensible de escoria de alto horno es el método de recuperación en seco. En comparación con el método de enfriamiento de escoria con agua existente, ahorra más agua y es más respetuoso con el medio ambiente. Está en línea con el concepto de desarrollo, pero la inversión en equipos es grande y completa. Problemas como la baja eficiencia se han convertido en cuellos de botella en su aplicación industrial y se esperan 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 el método de granulación de canales. , etc., lo que tampoco resulta muy conveniente para la promoción industrial. El proceso de enfriamiento de escoria con agua de alto horno es una tecnología madura y se usa ampliamente en nuestro país. Si el equipo de proceso de escoria de enfriamiento con agua existente se puede modificar parcialmente para agregar equipos de recuperación de energía térmica para lograr un cierto grado de recuperación de energía térmica, el costo puede aumentar. reducirse la inversión, es más fácil promoverlo e implementarlo en las empresas siderúrgicas. El nuevo método INBA para el tratamiento de escoria de agua agrega un sistema de equipo de condensación al método INBA original para recuperar una gran cantidad de vapor generado durante el lavado de escoria, al tiempo que reduce la contaminación ambiental. Tomando esto como lección, también es posible lograr una mayor recuperación de calor. .
Aunque el calor sensible de la escoria de alto horno es alto, su conductividad térmica es baja, el intercambio de calor es lento y la descarga de escoria es discontinua, por lo que es muy difícil recuperar y utilizar eficazmente su energía térmica. Al diseñar, primero debemos considerar garantizar la estabilidad de la fuente de calor para que la energía pueda convertirse y emitirse de manera continua y estable; en segundo lugar, debemos elegir el medio de intercambio de calor adecuado para mejorar la eficiencia del intercambio de calor. y la escoria se utilizan principalmente para el intercambio de calor, y también se pueden considerar otras inercias como medio, o se utiliza una combinación de varios medios, entonces se debe considerar la utilización racional de la energía térmica recuperada para lograr energía; igualación de niveles y utilización eficiente tanto como sea posible. La utilización sensible del calor de la escoria de alto horno se considera primero para uso directo, como precalentamiento de aire y gas en el proceso de producción, secado de materiales, producción de vapor y agua caliente, etc., y luego para recuperación de energía, como generación de energía; Parte de la energía térmica recuperada a una temperatura más baja también se puede utilizar para calefacción, refrigeración, etc.
La tecnología sensible de recuperación de calor de escoria de alto horno aún no ha entrado en la etapa de industrialización en mi país, 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 dispositivo mecánico de recuperación de calor sensible a la 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, resistencia a la corrosión, operación segura y estable y fácil mantenimiento. Por lo tanto, los equipos de recuperación de calor sensible a escoria de alto horno deben diseñarse y desarrollarse en función de la producción real para lograr la estandarización y serialización.
El desarrollo y promoción de la tecnología de recuperación de calor sensible de escoria de alto horno se puede implementar gradualmente en etapas.
Por ejemplo, basándose en la situación de producción real del alto horno existente, primero desarrolle un sistema de recuperación relativamente simple para recuperar una cierta proporción de energía térmica (30% a 40%) y agréguelo cuando el alto horno sea inspeccionado o ampliado; después de que se utilice con éxito y se logren los beneficios, este sistema se puede utilizar. Según la tecnología y la experiencia, podemos actualizar el equipo técnico o desarrollar nuevos métodos de recuperación para llevar la eficiencia de recuperación de energía térmica a un alto nivel (60 % a 70 %). , que puede aplicarse a nuevos altos hornos y mejorarse gradualmente y utilizarse 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 las perspectivas de desarrollo para su reciclaje y utilización son muy amplias. El desarrollo de tecnología de recuperación y utilización de calor sensible a escoria de alto horno debe cumplir con la premisa de satisfacer la aplicación de escoria, hacer que el rendimiento cumpla con los requisitos de las materias primas del cemento, simplificar el equipo, reducir la inversión y lograr una cierta tasa de recuperación y utilización de energía térmica. combinado con la situación real, basado 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 tecnología de recuperación de calor sensible de escoria de alto horno más eficiente y respetuosa con el medio ambiente; como la tecnología de recuperación en seco. La recuperación y reutilización del calor sensible de la escoria de alto horno implica muchos aspectos de tecnología, equipos y producción. Se recomienda desarrollarla mediante la cooperación entre institutos de investigación científica, unidades de diseño y empresas para realizar aplicaciones industriales lo antes posible.