干法高炉渣余热回收的理论与实验研究

摘要

在高炉炼铁工艺中，高炉渣作为主要的副产品，其自身排渣温度可达1350℃-1450℃左右，含有大量的高温显热，每吨渣约含有(1.26～1.88)×106kJ的显热，相当于45-60kg标准煤，而目前采用的水冲渣工艺将这部分热量白白浪费，并造成水源的消耗和空气的污染；同时目前国内高炉送风风温一直维持在1000℃的低温水平，瓶颈主要在于我国用于热风炉的高热值煤气资源相当紧张，这就迫切需要一种新型预热方案的提出，以提高我国高炉送风温度，提供冶炼强度，降低焦比。
　　 针对这一情况，在国内外高炉渣余热利用研究的基础上，提出了基于流化床高炉渣颗粒预热高炉助燃空气的高炉渣干法余热回收技术方案。该技术路线不仅回收了高炉渣所富含的热量来加热高炉助燃空气，弥补了目前热风炉单-热源及空气预热温度不高的不足，并且避免了水冲渣中新水的消耗和空气污染问题。
　　 本文对这一方案中关键基础理论-流化状态下的高温高炉渣颗粒风冷降温过程传热传质进行理论和实验研究，解决其中的关键问题。
　　 (1)在国内外研究基础上，首次提出了基于流化床式高炉渣余热回收加热高炉助燃空气的技术路线，并对该技术路线和流化床换热器进行设计规划，该系统可以有效避免水冲渣的不足，实现高炉渣余热回收加热高炉送风，具有很高的经济和环境效益，为高炉渣资源再利用提供了新的途径。
　　 (2)根据高炉渣的特殊物理性质，对高炉渣余热回收技术方案中主要设备进行设计计算，针对高炉渣颗粒的高温特性，设计了流化床床体和旋风分离器等主要装置。
　　 (3)针对高炉渣的特殊物性，建立不同阶段高炉渣物理模型，分析流化状态下高炉渣颗粒的空间分布及颗粒-颗粒和颗粒-空气之间的相互作用力，建立稠密气固两相流的流动、传热和传质模型，采用结构优化与流场分析双向耦合方式控制计算流程的连续性，对特定流场的传热过程进行数值模拟计算。
　　 (4)在数值计算基础上搭建多功能流化床试验台，采用基于虚拟仪器技术设计实验的测控系统，在LabVIEW平台上编写实验测试控制程序，实现人机交互界面，实现该实验台的高精度、高开放性，强扩展性等特点。
　　 (5)在流化床实验台基础上进行流化床的实验研究，分别从冷态和热态两种工况来研究，对每种工况，分别从流化风速和颗粒粒径进行研究，研究各因素对流化状态和换热效率的影响，以获得最佳组合。