原标题:我校科研团队攻克离心造粒技术，回收高炉渣可以“一次得到三样东西”

来源:重庆大学

昨天，《科技日报》发表了一篇报道

“回收高炉渣，离心造粒技术可以一举实现三个目标”

关心我们学校领导什么

国家重点R&D计划专项

“液态渣高效热回收及资源化利用技术”

大家一起看看细节吧！

高炉炼铁，铁水红，钢除外

这个过程的副产品高炉矿渣也是一笔财富

它含有大量高温余热资源

如何在不消耗水的情况下保证高质量的炉渣

在此基础上回收废热曾经是一个世界性的问题

最近，在国家重点R&D计划的专项成果中，由重庆大学牵头的“液态炉渣高效热回收及资源化利用技术”项目成功实现了离心造粒高效回收熔融高炉渣余热的全过程。该技术渣质高，余热回收率高，不需要水，可谓一箭三雕，世界首创。该技术每年可节能1400万吨标准煤，减少二氧化碳3640万吨。

世界上第一个实现技术思想的人

在重庆大学能源与动力工程学院，项目负责人朱瑶教授正在实验室带领学生检查最新的粒化高炉矿渣。高炉矿渣颗粒细小，呈黑色有光泽。朱瑶介绍，这是离心造粒后的高炉渣。玻璃质含量高的矿渣可作为水泥掺合料生产硅酸盐水泥和混凝土，具有很大的经济价值。高炉渣不仅可以用作水泥原料，而且含有丰富的余热资源。作为副产品，每生产1吨生铁将产生0.3吨高炉渣，高炉渣的结渣温度高达1500℃。以2019年我国8.1亿吨生铁产量为基础，高炉矿渣中所含的余热资源相当于1400万吨标准煤，约占钢铁厂产生的余热的30%。

然而，目前高炉矿渣主要采用水淬法处理。虽然这种技术可以获得高质量的炉渣，但它浪费了大量的余热和水资源，也产生了环境污染气体。怎样才能两全其美？世界各国的研究人员一直在探索高炉渣的干法处理技术。

学术界提出的高炉渣干法处理技术包括空气淬冷法、滚筒法、机械搅拌法、离心造粒法等。但空气淬法、滚筒法和机械搅拌法能耗高，后两种方法的渣质和余热回收率也低。

\”离心造粒被认为是工业中最有前途的处理方法.\”朱瑶介绍，离心造粒法的基本原理是利用高速旋转造粒机，在离心力的作用下，将液态炉渣造粒成小液滴，并直接或间接与空气体或水进行热交换。理论上，该技术可以获得粒径小、玻璃体含量高的炉渣颗粒，炉渣余热回收率在90%以上。此外，与水淬渣相比，离心造粒法还可以节约干燥水渣的能耗，这一点更为显著。但是实现这项技术的工业应用是最困难的，世界上其他国家都没有实现。

2012年，在国家重点基础研究发展计划(973计划)的资助下，朱瑶带领团队对高温炉渣余热回收的能量和传质机理进行了研究。随后，在国家重点R&D项目的支持下，北京科技大学、东北大学和重庆CCID热工技术有限公司开始将这项技术从理论转移到应用实践。

团队核心成员王宏教授介绍，在反复艰难探索、不断摸索的过程中，逐步克服各种核心技术难题，成功实现了离心造粒余热回收技术。这是世界上第一次，也是这个领域从零到一的突破。

克服困难不再用水冷却高炉矿渣

博士生陆从硕士生开始就一直在该团队工作。他主要负责研究高炉渣粒化液滴的传热过程，即如何将高炉渣快速冷却凝固成均匀细小的颗粒而不结块。吕说，把1500℃的液态高炉渣变成小“珠子”，并回收其中的热量，听起来是一项不可能的任务。

朱瑶说，他们设计了一种旋转杯离心造粒机。这个装置就像一个梯形的杯子。液态炉渣从高炉中排出，进入造粒仓时，会被高速旋转的转杯接住，然后炉渣会扩散、拉伸、破碎成小液滴飞出，撞击周围的水冷壁。在这个过程中，液滴将被气体和水冷却。

什么样的转子可以长时间捕捉温度高达1500℃的炉渣？离心造粒的机理是什么？如何保证颗粒快速凝固？…..这些问题都是项目组需要解决的难题。全队有二三十人。班主任带领学生，分工负责。每个人都围绕自己的方向进行研究。

研究小组发现，随着熔渣流量的增加，转杯离心力作用下熔渣分裂有三种模式:滴落、丝状和膜状。“一般认为滴状或丝状更有利于获得小颗粒，但我们的研究发现，其实薄膜也可以获得理想的小颗粒，最有利于工业应用。”朱瑶表示，这涉及到渣流量和转子转速的调控，稍有不匹配就不会成功。在解决如何高效粒化炉渣的问题时，粒化液滴碰壁不粘是个难题。经过反复研究，吕提出了水冷壁和倾斜布风板的复合换热结构，加强了颗粒的换热，很好地解决了颗粒粘附问题。

经过无数次试验，该团队终于解决了一个又一个问题，分别提出了基于流化床和移动床的高温炉渣离心造粒余热回收系统。实验研究表明，粒化高炉矿渣平均粒径小于2 mm，系统余热回收率可达70%以上，矿渣颗粒玻璃含量高于92%，具有良好的工业应用和推广前景。

节能减排推动钢铁产业产能升级

在重庆江津，重庆CCID热工技术有限公司工厂建成了液态渣离心造粒及余热高效回收中试平台..该平台验证了离心造粒技术方案、造粒单元和余热回收单元的结构设计及全流程运行，实现了炉渣造粒和余热高效回收，达到了预期效果，平均造粒能力为144吨/天，最大造粒能力为288吨/天。

该技术预计可从1吨炉渣中回收300公斤蒸汽(1.3兆帕，350℃)，节水1000公斤。可回收能源相当于35公斤标准煤，硫排放量可减少5克。可以解决目前高炉水淬法蒸汽含硫量在5000 mg/m3左右，运行能耗小于8 kWh的问题。据朱瑶介绍，如果这项技术在一个1000万吨的钢厂使用，每年的经济效益将在1.3亿元左右。节约标准煤15万吨，节水240万吨，减少硫化物排放15吨，二氧化碳排放112万吨。按照我国现有生铁产能，每年将节约煤炭1400万吨，节水约2.4亿吨，减少二氧化碳3640万吨，二氧化硫37万吨，氮氧化物23万吨，粉尘2852万吨，将有效推动我国钢铁工业升级换代和节能减排。

朱瑶介绍说，除了钢铁行业，这项技术还可以在铜、镍、铅等有色金属行业推广。目前，他们正在积极与相关企业联系，希望尽快将这项技术应用于相关行业。

记者还了解到，朱瑶的动力工程和工程热物理教师团队承担了一批R&D节能减排重点项目。2018年，该团队入选全国高校首批黄大年式优秀教师。朱瑶和他的团队从1993年毕业以来，已经日复一日地处理各种工业废气、废水和废渣长达27年。

资料来源:《科技日报》

编辑:重庆大学党委宣传部