武建國①¹ 程繼軍¹ 楊靖² 李金輝³

( 1: 冶金工業(yè)規(guī)劃研究院北京100711; 2: 河北省首鋼遷安鋼鐵有限責(zé)任公司河北遷安064404;

3: 北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司北京100029)

摘要：介紹了高爐沖渣水的特點(diǎn)和目前高爐沖渣水余熱利用的主要方式，分析了不同類型的高爐沖渣水余熱利用方式的優(yōu)缺點(diǎn)，投資回收期對(duì)比。最后通過鋼鐵廠高爐沖渣水余熱利用案例，分析了投資、效益等，為鋼鐵企業(yè)利用高爐沖渣水余熱提供參考意見。

關(guān)鍵詞：高爐沖渣水；余熱；利用；效益

1 背景

“十二五”期間，鋼鐵工業(yè)節(jié)能工作圍繞加快淘汰落后產(chǎn)能，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提升技術(shù)水平; 提高能源利用效率，加大“兩高、一低”的節(jié)能技術(shù)改造，進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力。“十三五”規(guī)劃提出了“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的發(fā)展理念，要綠色發(fā)展就必須堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策，強(qiáng)化約束性指標(biāo)管理，實(shí)行能源和水資源消耗、建設(shè)用地等總量和強(qiáng)度雙控行動(dòng)，全面節(jié)約和高效利用資源。

“十二五”期間，鋼鐵企業(yè)不斷嘗試回收利用高爐沖渣水的余熱等低品質(zhì)的余熱。鞍鋼、安鋼、天鐵集團(tuán)、東北特鋼等企業(yè)采用沖渣水余熱進(jìn)行冬季供暖; 宣鋼采用沖渣水余熱冬季供暖，夏季為周邊浴室供熱; 唐山不銹鋼采用沖渣水余熱為除鹽站生產(chǎn)水源進(jìn)行預(yù)熱，提高RO 產(chǎn)水率; 天津大學(xué)提出了利用高爐沖渣水雙工質(zhì)發(fā)電技術(shù)。經(jīng)過各單位嘗試，有些單位運(yùn)行良好，取得了一定經(jīng)濟(jì)效益; 有些單位因取暖設(shè)備堵塞，影響供暖; 有些單位因發(fā)電效率低下，發(fā)電成本較高而沒有實(shí)施，那么究竟什么樣的沖渣水余熱利用方式適用于鋼鐵企業(yè)，本文進(jìn)行一下簡單的探討。

2 高爐沖渣水特點(diǎn)

2． 1 水量大，余熱利用潛力大

高爐水沖渣工藝是冶煉過程中的末端工藝，高爐煉鐵后產(chǎn)生的大量高溫爐渣通過水沖渣方式進(jìn)行冷卻，這一過程中能夠產(chǎn)生大量溫度在70℃～ 85℃的熱水。據(jù)有關(guān)資料，在煉鐵工序中，沖制1t 水渣大約消耗新水1t ～ 1． 2t，循環(huán)用水量約為5t ～ 10t 左右。按照我國生鐵產(chǎn)量約7 億t，按350kg 渣比計(jì)算，如果沖渣全部用新水，僅用于沖渣的新水消耗就超過2． 5 億t，占鋼鐵工業(yè)新水消耗的8%。由沖渣水帶走的高爐渣的物理熱量占煉鐵能耗的8%左右，帶走熱量超過28kgce /t 鐵。

2． 2 腐蝕性傾向性大

高爐沖渣水中含有磷酸根、氯根等離子，對(duì)普通材質(zhì)的碳鋼具有腐蝕作用。近年來，隨著環(huán)保壓力的不斷增大，鋼鐵企業(yè)為了減少廢水排放量，將高含鹽廢水用于高爐沖渣，導(dǎo)致系統(tǒng)中的含鹽量不斷提升，特別是氯離子的不斷升高，易對(duì)高爐沖渣水系統(tǒng)設(shè)備造成腐蝕，影響運(yùn)行。見圖1。

2． 3 換熱設(shè)備易堵塞

高爐沖渣水中存在CaO，SiO₂、MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等物質(zhì)，含有大量顆粒纖維，隨著系統(tǒng)循環(huán)運(yùn)行，易結(jié)垢物質(zhì)不斷的累積，附著在管道壁、設(shè)備表面，造成管道及換熱裝置的污堵，影響沖高爐渣水系統(tǒng)運(yùn)行。見圖2。

3 高爐沖渣水余熱主要利用方式

目前，國內(nèi)各鋼鐵企業(yè)都在不斷嘗試高爐沖渣水余熱利用，主要有以下幾類利用方式，利用沖渣水余熱供熱、利用沖渣水余熱供暖或作為浴池用水熱源、利用沖渣水余熱發(fā)電、利用沖渣水余熱作為海水淡化熱源。

3． 1 利用高爐沖渣水余熱供熱

利用稀土材料相變蓄熱，當(dāng)循環(huán)水來水高于蓄熱材料凝固點(diǎn)時(shí)，蓄熱材料吸熱由固態(tài)慢慢熔化，逐漸變?yōu)橐簯B(tài)，從而蓄熱。相變放熱過程: 當(dāng)采暖水回水或生活用水流經(jīng)蓄熱裝置且溫度低于蓄熱材料凝固點(diǎn)時(shí)，蓄熱材料放熱，并逐漸由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)。通過稀土材料相變進(jìn)行蓄熱、汽車輸送、供熱。工藝見圖3。

3． 2 利用高爐沖渣水余熱供暖或浴池供熱或?yàn)?/span>

鍋爐補(bǔ)充水源預(yù)熱( 以利用高爐沖渣水余熱供暖介紹)利用間接熱交換方式提取高爐沖渣水余熱。高爐沖渣水通過沖渣水泵輸送至換熱站，然后經(jīng)沖渣水過濾器將沖渣水中的固體顆粒和懸浮物過濾，再通過換熱器與采暖水換熱后，回到?jīng)_渣池中，采暖熱水供生活區(qū)、辦公區(qū)采暖。工藝見圖4。

3． 3 利用高爐沖渣水余熱發(fā)電

利用高爐沖渣水余熱加熱介質(zhì)，通過介質(zhì)做功發(fā)電。高爐沖渣水經(jīng)過沉淀去除雜質(zhì)預(yù)處理后進(jìn)入換熱器，在此將熱量傳遞給工質(zhì)( 液氨、Ｒ134、Ｒ600) ，當(dāng)溫度降到40℃ ～ 50℃，再送到高爐供沖渣使用，從而回收了一定量的余熱。工質(zhì)在換熱器內(nèi)吸收熱量后閃蒸變成80℃的過熱蒸汽，然后進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外輸出電能。工藝見圖5。

3． 4 利用高爐沖渣水余熱作為海水淡化熱源

煉鐵高爐沖渣水經(jīng)沉淀過濾后，進(jìn)入換熱器內(nèi)與循環(huán)除鹽水進(jìn)行換熱，被冷卻下來的沖渣水流入凝結(jié)水池，進(jìn)行循環(huán)沖渣使用; 除鹽水在換熱器內(nèi)與高爐沖渣水換熱后，形成高溫?zé)崴?，通過管道進(jìn)入閃蒸罐進(jìn)行噴淋，高溫?zé)崴谡舭l(fā)壓力下閃蒸沸騰，一部分熱水汽化成為蒸發(fā)壓力下的飽和蒸汽，另一部分熱水溫度降低到蒸汽溫度以下，繼續(xù)回?fù)Q熱器中被加熱。飽和蒸汽送往低溫多效海水淡化進(jìn)行蒸發(fā)制水。工藝見圖6。

4 高爐沖渣水余熱利用方式分析

目前，國內(nèi)對(duì)沖渣水余熱的回收方式主要有:利用沖渣水余熱供熱、利用沖渣水余熱供暖或作為浴池用水熱源、鍋爐補(bǔ)水預(yù)熱熱源、利用沖渣水余熱發(fā)電、把沖渣水余熱作為海水淡化熱源等四種主要的利用方式。筆者在技術(shù)、設(shè)備維護(hù)、地域局限方面進(jìn)行了簡要的比較。具體見表1。

4． 1 定性分析

1) 利用稀土材料相變蓄能供熱的方式。因?yàn)橥ㄟ^汽車輸送的方式進(jìn)行供熱，在輸送過程中的存在熱損失，以及汽車燃油消耗等運(yùn)輸成本因素影響，供熱范圍受到限制，只能在一定半徑內(nèi)供熱。

2) 利用高爐沖渣水余熱進(jìn)行供暖或者為浴池供熱、或?yàn)殄仩t補(bǔ)充水源預(yù)熱。這種余熱利用的方式與傳統(tǒng)的換熱站供暖方式類似，主要考慮影響因素為高爐沖渣水供水管道和換熱設(shè)備的腐蝕結(jié)垢問題，以及大量的纖維顆粒形成的堵塞問題。因南方地區(qū)冬季不采暖，此方式存在一定的地域局限性，但是作為浴池用水熱源，或者預(yù)熱鍋爐補(bǔ)充水，沒有地域局限性。

3) 利用高爐沖渣水余熱進(jìn)行發(fā)電。該高爐沖渣水的余熱利用方式，主要考慮影響因素做功介質(zhì)安全性存在隱患、設(shè)備維護(hù)復(fù)雜、設(shè)備發(fā)電成本高。目前國內(nèi)還在試驗(yàn)運(yùn)行階段，根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，低溫余熱發(fā)電效率為4% ～ 5%。

4) 將高爐沖渣水應(yīng)用于海水淡化。該高爐沖渣水余熱利用方式，與第二種利用方式相似，在受到利用高爐沖渣水余熱供暖或浴池供熱、或?yàn)殄仩t補(bǔ)充水源預(yù)熱影響因素的基礎(chǔ)上，還存在一定的地域局限性，需要有海水淡化裝置的鋼鐵企業(yè)。就目前國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的布局而言，可推廣利用的企業(yè)不多。

4． 2 定量分析

針對(duì)利用高爐沖渣水余熱取暖和發(fā)電兩種利用方式，昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院曾進(jìn)行過計(jì)算比較，條件為沖渣水量2650m3 /h，沖渣后水溫為85℃，平均每天沖渣12h。具體數(shù)據(jù)見表2。

通過比較，筆者認(rèn)為利用高爐沖渣水余熱供暖的方式屬于較為合理的利用方式，具有一定的推廣意義。但需要注意的要點(diǎn)是，高爐沖渣水換熱設(shè)備需要具有良好的緩蝕阻垢，防堵塞作用，此方面國內(nèi)一些節(jié)能公司已經(jīng)有了成熟技術(shù)。

4． 3 高爐沖渣水余熱用于供暖實(shí)例

某鋼鐵企業(yè)采用兩座高爐沖渣水余熱進(jìn)行供暖，代原有燃煤鍋爐，為生活區(qū)和廠區(qū)冬季供暖。經(jīng)測算，2650m³ 高爐沖渣水可回收利用熱量32． 8MW，4000m³ 高爐沖渣水可利用熱量51． 5MW，合計(jì)可回收利用熱量為84． 3MW，可供暖建筑面積96 萬m2。工程總投資約7300 萬元。項(xiàng)目實(shí)施后的經(jīng)濟(jì)效益見表3。

此外，企業(yè)利用高爐沖渣水余熱替代原有燃煤鍋爐，為生活區(qū)和廠區(qū)冬季供暖，扣除自身耗能，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能19125t 標(biāo)準(zhǔn)煤/年。經(jīng)估算，項(xiàng)目實(shí)施后可減少CO₂的排放量約4． 8 萬t /a，減少SO₂的排放量290t /a，具有良好的社會(huì)環(huán)境效益。

5 結(jié)論

通過對(duì)幾種高爐沖渣水余熱利用方式的比較，以及對(duì)鋼鐵企業(yè)應(yīng)用情況的經(jīng)濟(jì)分析，筆者認(rèn)為: 高爐沖渣水余熱用于冬季供暖的利用方式和其他季節(jié)為浴池供熱或者鍋爐補(bǔ)充水源預(yù)熱相結(jié)合的方式，技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)效益可觀、具有良好的節(jié)能減排效果，在北方鋼鐵企業(yè)具有較高的推廣價(jià)值。在南方地區(qū)的鋼鐵企業(yè)，高爐沖渣水余熱利用的方式尚需進(jìn)一步研發(fā)，鋼鐵企業(yè)低溫余熱全方位利用是今后的一個(gè)探索方向。

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