煉鐵高爐在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高爐沖渣水排放了大量的熱量，如能利用這些廢熱可有效降低鋼鐵企業(yè)能耗。本文闡述了當(dāng)前沖渣水余熱利用方式及現(xiàn)狀，對(duì)鋼鐵廠進(jìn)行高爐沖渣水余熱利用系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了分析。
西鋼煉鐵廠挖掘余熱余能的回收潛能，降低產(chǎn)品成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)效益，成為新形勢(shì)下達(dá)到降本增效的重要工作之一。高爐沖渣水作為一種低溫廢熱源，具有溫度穩(wěn)定、流量大的特點(diǎn)，若能將其有效地回收利用這部分廢熱，將有效提高企業(yè)的能源利用水平和經(jīng)營效益。
1 浴池用水
西鋼采用高爐沖渣水作為浴池用水的熱源，該工藝的特點(diǎn)如下:
(1) 余熱易回收。高爐沖渣水水溫高達(dá)85 ℃，浴池用水溫度一般為40 ℃，采用換熱器可以很容易回收高爐沖渣水余熱，使水溫達(dá)到浴池用水溫度。
(2) 熱水輸送方便。由于采暖管道已鋪設(shè)至廠區(qū)及廠外住宅區(qū)，所以熱水輸送管道路由的選擇及工程測(cè)量均可省略。另外熱水輸送量不是很大，熱水輸送管道可直接架設(shè)在采暖回水管道上，從而節(jié)省大量的鋼材消耗。
(3) 換熱器安裝方便。渣水分離系統(tǒng)設(shè)有22 m × 3 m × 12 m 的熱水井，換熱器安裝在熱水井中，可不受形狀和數(shù)量的限制。同時(shí)，自制的換熱器重量輕、價(jià)格低，在換熱面積相同的情況下，自制換熱器的重量?jī)H為標(biāo)準(zhǔn)換熱器重量的1 /6，價(jià)格僅為標(biāo)準(zhǔn)換熱器價(jià)格的1 /7。
(4) 換熱效率高。渣水分離系統(tǒng)具有充足的給水水源，能使給水在不加壓的情況下通過換熱器進(jìn)入蓄水池，從而很經(jīng)濟(jì)地完成換熱功能。其中，換熱器結(jié)構(gòu)采用U 型排管形式。
煉鐵廠泵房及熱水輸送管道布置如圖1 所示，給排水系統(tǒng)如圖2 所示。
當(dāng)需要熱水時(shí)，打開給水閥，給水壓力由管網(wǎng)自身提供，流速為1 m/s，通過安裝在熱水井中的換熱器加熱后從蓄水池下部進(jìn)入蓄水池。給水水溫可根據(jù)給水量大小將調(diào)節(jié)給水閥的閥門開度進(jìn)行控制。進(jìn)入蓄水池的熱水通過2 臺(tái)18. 5 kW 的熱水泵輸送至用戶。當(dāng)用戶暫時(shí)不需要供水時(shí)，首先將蓄水池蓄滿水，然后關(guān)閉給水閥，打開排水閥。此時(shí)，蓄水池上部進(jìn)水管和下部回水管就將換熱器和蓄水池構(gòu)成了閉循環(huán)回路，蓄水池中的水溫就會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而升高。
西鋼浴池用水工程于2005 年7 月開始運(yùn)行。運(yùn)行結(jié)果表明，當(dāng)打開給水閥調(diào)節(jié)給水流量使換熱器出口溫度達(dá)到50 ℃時(shí)，進(jìn)入蓄水池的給水流量可達(dá)40 m3 /h，說明換熱器換熱能力達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，單位時(shí)間產(chǎn)生的熱水量可滿足浴池全天用水。目前，西鋼下屬各廠的浴池均設(shè)有容積給30 m3的水箱，因此該浴池用水系統(tǒng)可提前為各浴池順序送水，完全能夠滿足多個(gè)浴池用水。另外，熱水通過輸送管道到達(dá)浴池的溫度一般比換熱器出口溫度僅低1 ℃ ～ 2 ℃，水溫完全能夠滿足浴池用水溫度要求。該工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益顯著，并有明顯的社會(huì)效益和環(huán)境效益。
2 冬季取暖
高爐沖渣水在渣池中沉淀后仍含有很多爐渣雜質(zhì)，不能滿足采暖系統(tǒng)水質(zhì)要求，所以高爐沖渣水必須過濾才能進(jìn)入采暖系統(tǒng)。采暖循環(huán)水泵應(yīng)采用熱水泵，1 用1 備。對(duì)于流量較大的采暖系統(tǒng)，可增設(shè)l 臺(tái)流量為設(shè)計(jì)流量70% 的熱水泵，在室外采暖計(jì)算溫度較高時(shí)使用，使采暖系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)分階段調(diào)節(jié)。采暖蓄水池水溫通?？蛇_(dá)70 ℃以上，當(dāng)室外溫度升高時(shí)，水溫也會(huì)隨之升高，所以采暖系統(tǒng)供水溫度可達(dá)70 ℃ ～ 80 ℃，供水和回水溫差為10 ℃。當(dāng)采暖期室外溫度較低時(shí)，可向采暖蓄水池補(bǔ)充蒸汽，以提高供水溫度。
高爐沖渣水冬季平均水溫為53 ℃，即使在最寒冷的夜晚仍能保持在49 ℃。高爐爐渣主要成分為CaO、SiO2、MgO、Al2O3及水量的FeO，PH 值大于7，略顯堿性。爐渣雜質(zhì)在高爐沖渣水中以固體顆粒或懸浮物的形式存在，而水是采暖系統(tǒng)的主要介質(zhì)，水中雜質(zhì)若未有效清除，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其將導(dǎo)致采暖系統(tǒng)中的管道、閥門和散熱器發(fā)生大面積淤積和堵塞。因此，需對(duì)高爐沖渣水進(jìn)行處理，水質(zhì)合格后方可用于采暖系統(tǒng)。
由于高爐沖渣水的流量遠(yuǎn)大于采暖系統(tǒng)的實(shí)際流量，為此，在主沖渣溝的一側(cè)設(shè)置了一道閘門，對(duì)高爐沖渣水進(jìn)行分流，使分流后的高爐沖渣水流量與采暖系統(tǒng)的實(shí)際流量基本相同，利用高爐沖渣水中的較大固體顆粒，在渣池與沖渣溝間設(shè)置了一道網(wǎng)孔口徑為10 mm × 10 mm 的隔離網(wǎng)，高爐沖渣水經(jīng)過2 級(jí)初級(jí)過濾進(jìn)入沉淀溝后，被虹吸管導(dǎo)入4 個(gè)面積為30 m2 的沉淀池中。經(jīng)過初級(jí)過濾的高爐沖渣水進(jìn)入沉淀池后，通過由水渣、鵝卵石和鋼絲網(wǎng)按絲匹配的過濾層滲入清水池，此過程可有效清除高爐沖渣水中絕大部分雜質(zhì)。高爐沖渣水進(jìn)入清水池后，由2 臺(tái)ISR200- 150 - 400 型熱水泵送入供暖主管道。此時(shí)，高爐沖渣水雖然已變清，但其中仍含有部分微小懸浮物。因此，在將高爐沖渣水送入采暖主管道前，首先將其送入2 臺(tái)GIQ1000 - 16 型自清洗過濾器。自清洗過濾器中濾網(wǎng)的網(wǎng)孔口徑為0. 1 mm× 0. 1 mm，可有效清除高爐沖渣水中的微小懸浮物。從而保證采暖用水清潔及管道暢通。
3 余熱發(fā)電
基本原理為: 煉鐵廠高爐沖渣水排出時(shí)溫度為80 ℃ ～ 95 ℃，經(jīng)沉淀清除雜質(zhì)預(yù)處理后進(jìn)人特殊設(shè)計(jì)的蒸發(fā)換熱器和預(yù)熱換熱器，將高爐沖渣水熱量傳遞給換熱介質(zhì)，溫度降至約50 ℃，再送回高爐沖渣，從而回收一定量的余熱。換熱介質(zhì)在換熱器內(nèi)吸收熱量后變成80 ℃的過熱蒸氣，然后進(jìn)入氣輪機(jī)膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出電能。做功后的換熱介質(zhì)變成低壓過熱蒸氣，進(jìn)入冷凝器放出熱量，變成低溫、低壓的液體換熱介質(zhì)，然后由泵送至換熱器中吸熱，再次變成過熱蒸氣推動(dòng)氣輪機(jī)膨脹做功。如此連續(xù)循環(huán)，將高爐沖渣水中的熱量源源不斷地提取出來，轉(zhuǎn)換成電能。
冷凝器冷卻方式包括水冷式和風(fēng)冷式2 種。其中，水冷式冷凝器投資較低，投資回收期較短，但運(yùn)行過程需補(bǔ)充冷卻水; 風(fēng)冷式冷凝器凈發(fā)電量較少，但不需要冷卻水，比較適合干旱缺水地區(qū)。
4 效益分析
(1) 經(jīng)濟(jì)效益。技術(shù)在鋼鐵企業(yè)推廣可減少鋼企節(jié)能減排的壓力，增加鋼企非鋼產(chǎn)業(yè)的收入。高爐沖渣水余熱回收利用回收期短，經(jīng)濟(jì)效益顯著，為鋼廠發(fā)展非鋼產(chǎn)業(yè)提供了新的途徑。
(2) 環(huán)境效益。高爐沖渣水高效回收利用技術(shù)可大大減輕或消除霧霾產(chǎn)生。北方地區(qū)采用高爐沖渣水余熱回收，替換燃煤鍋爐采暖( 或置換燃?xì)忮仩t的煤氣用于發(fā)電) ，徹底解決了燃煤鍋爐外排廢氣、SO2等污染物的排放，減輕或從源頭上消除霧霾的發(fā)生。將高爐沖渣水余熱回收用于低溫余熱發(fā)電，其市場(chǎng)前景廣闊。
(3) 社會(huì)效益。高爐沖渣水余熱回收利用技術(shù)和創(chuàng)新管理“驅(qū)動(dòng)”鋼廠與城市綠色融合，開辟了城市與鋼鐵企業(yè)融合發(fā)展的新途徑，為城市型鋼鐵企業(yè)的融合發(fā)展提供了新模式，為加速城市型鋼廠綠色轉(zhuǎn)型、融入城市經(jīng)濟(jì)圈提供了重要支撐。
5 結(jié)語
通過在西鋼5#、6# 高爐實(shí)施高爐沖渣水余熱利用，投運(yùn)后節(jié)能效果顯著，提高了公司二次能源利用水平，又優(yōu)化了發(fā)展環(huán)境，具有較大的節(jié)能空間，在鋼鐵行業(yè)有著良好的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1]王軍根. 高爐沖渣水的余熱利用[J]. 工業(yè)用水與廢水，2008，39( 2) : 56 - 57.
[2]耿景春，李汛，朱強(qiáng). 高爐沖渣水發(fā)電項(xiàng)目可行性研究[J]. 節(jié)能技術(shù)， 2005，23( 3) : 228 - 231.
[3]孫斌，艾新華，焦虎生. 高爐沖渣水余熱加熱軟水水源改造[A]. 2011 年全國煉鐵低碳技術(shù)研討會(huì)會(huì)議論文集[C]. 2011: 85 - 87.
[4]英東寧，丁亮，任嵐. 高爐沖渣水余熱利用在杭鋼的實(shí)踐應(yīng)用[J]. 冶金動(dòng)力， 2013，( 11) : 43，44.