呂建恩

（陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司） 

摘要：鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的廢氣余熱，其中包括燒結(jié)煙氣、燒結(jié)冷卻熱風(fēng)、沖渣水余熱等，將廢氣廢水變廢為寶，發(fā)揮余熱利用的效益，已經(jīng)成為國內(nèi)冶金行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的重要課題。

本文以龍鋼公司煉鐵高爐渣處理沖渣水余熱供暖利用為研究課題，取得了滿意效果。為充分利用高爐余熱資源，尤其是低品位熱源，不僅達(dá)到節(jié)能降耗的目的，降低噸鋼生產(chǎn)成本，同時也為鋼鐵公司帶來多方面的效益，滿足城市供暖的需要，提高企業(yè)自發(fā)電率， 并有利于環(huán)境保護提供了有益的思路。

關(guān)鍵詞：高爐 渣處理 沖渣水 余熱利用                            

1  引言

鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的廢氣余熱，其中包括燒結(jié)煙氣、燒結(jié)冷卻熱風(fēng)、沖渣水余熱等，將廢氣、廢水變廢為寶，發(fā)揮余熱利用的效益，已經(jīng)成為國內(nèi)冶金行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的重要課題。

陜西龍門鋼鐵集團有大量余熱可以開發(fā)利用，其中包括沖渣水、蒸汽余熱、燒結(jié)主抽煙氣余熱、燒結(jié)環(huán)冷熱風(fēng)余熱、煉鐵轉(zhuǎn)爐廢氣余熱、煉鋼熱悶渣余熱、軋鋼加熱爐廢氣余熱、電廠煙氣余熱、發(fā)電廠低真空余熱等。上述大量余熱若充分利用，能為企業(yè)降耗增效創(chuàng)造效益，同時可滿足國家對鋼鐵企業(yè)節(jié)能環(huán)保的要求，是一項利國利民的舉措。

因此，陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司與韓城市大自然熱力有限公司聯(lián)合開發(fā)沖渣水余熱供暖項目，開創(chuàng)了陜西省余熱供暖的先河，在不斷的探索和創(chuàng)新中，已連續(xù)開發(fā)七年，在渣水余熱供暖方面，總結(jié)了大量的經(jīng)驗和教訓(xùn)。

本項目利用龍鋼廠區(qū)內(nèi)尚未完全利用的余熱資源，通過熱量置換后用于冬季供暖。余熱資源的充分利用，尤其是低品位熱源的利用，不僅達(dá)到節(jié)能降耗的目的，降低噸鋼生產(chǎn)成本，同時也可以為鋼鐵公司帶來多方面的效益，滿足城市供暖的需要，提高企業(yè)自發(fā)電率， 并有利于環(huán)境保護。
    本項目為綜合性項目，余熱來源、性質(zhì)、質(zhì)量多種多樣，熱量提取設(shè)備也是多種多
樣。 龍鋼現(xiàn)有的余熱資源涵蓋了煉鐵、燒結(jié)、發(fā)電等多個工序，其中包括廢水余熱、煙氣余熱、蒸汽余熱等多種熱源。利用余熱供暖可取代燃煤鍋爐供暖，把原來生產(chǎn)工藝需要冷卻和處理掉的廢熱變廢為寶，極大地解決了燃煤排放的問題，又保證了供暖，減少了碳的排放，減輕大氣污染，社會和經(jīng)濟效益顯著，這是一個非常典型和優(yōu)秀的環(huán)保節(jié)能清潔能源供暖項目。

2  高爐渣水處理工藝及其余熱利用現(xiàn)狀

2.1沖渣工藝流程

高爐沖渣有多種方式，國內(nèi)主要有平流法、底濾法、圖拉法和印巴法(INBA)幾種。其中，底濾法是這幾種沖渣方式中，水質(zhì)最好，其次是平流法，最惡劣的就是INBA法。而目前冶金行業(yè)，大型高爐的沖渣方式主要是INBA法。

龍鋼公司煉鐵高爐水渣脫離工藝采用了INBA法，這是由盧森堡PW公司首創(chuàng)的將渣水混合物經(jīng)轉(zhuǎn)鼓脫水后由皮帶運出的處理方法。其基本工藝流程為高爐爐渣經(jīng)熔渣溝進入?；?，被?；艿绹姵龅膸焊咚偎骺焖俅憷浜土；?，形成顆粒狀水渣，?；a(chǎn)生的渣水混合物，從?；?jīng)大方管流進旋轉(zhuǎn)脫水轉(zhuǎn)鼓進行渣水分離，水渣由通過轉(zhuǎn)鼓中心的皮帶運輸至堆渣場裝車外運。水和細(xì)渣則透過濾網(wǎng)進入下部沉淀池，細(xì)渣沉淀后經(jīng)抽渣泵再打到粒化塔內(nèi)經(jīng)大方管進入轉(zhuǎn)鼓再次參與分離，而水則通過熱水槽溢流進入熱水池，經(jīng)再由粒化泵送至沖制箱繼續(xù)沖渣，循環(huán)使用。

2.2沖渣水質(zhì)特點

高爐沖渣時，大量水急劇熄滅熔渣時，首先使沖渣水的溫度急劇上升，甚至可以達(dá)到接近100℃其次是受到熔渣的影響，使水的組成發(fā)生很大變化。典型高爐沖渣水廢水組成隨煉鐵原料、燃料成分以及供水中的化學(xué)成分不同而異。飽和水時水渣的堆密度為1.20-1.22t/m3，烘干后的堆密度為1.16-1.20t/m3，隨著沖渣水的不斷使用，濃縮倍數(shù)會越來越高，其中影響設(shè)備選型的關(guān)鍵參數(shù)CL-1的含量最高能夠達(dá)到1000毫克每升以上。

高爐沖渣水渣的主要成分是硅酸鈣和硅酸鋁，從水處理-過濾的角度來說分為4種，其中，沉渣和浮渣都很容易除掉，但是懸渣和渣棉除去非常困難，這也是困擾高爐沖渣水有效利用的一個難題。

2.3沖渣水常規(guī)處理應(yīng)用

多年來，沖渣水的余廢熱一直得到冶金行業(yè)內(nèi)的重視，也有很多種利用的實際案例，渣水處理方式主要包括直接處理法和簡單過濾換熱法。

2.3.1直接處理法

將沖渣水處理之后直接供暖。中間費用比較高，而且過程復(fù)雜，供水水質(zhì)不好，采暖管道容易堵塞和腐蝕。使用不到一個采暖季就會出現(xiàn)問題，在系統(tǒng)未端流速和溫度降低，失去了沖刷的作用，懸浮物極易沉積，造成管道堵塞，影響未端采暖效果。另外由于沖渣水的總?cè)芙夤倘芪锾?，水平衡狀很容易被打破，溶解度低的物質(zhì)易析出而形成松散水垢，造成未端管道堵塞。

2.3.2簡單過濾換熱法

將沖渣水簡單過濾后進入換熱器換熱，將換熱后的干凈的水供暖。這種方法的優(yōu)點是供出的水是干凈的水，采暖管道短期內(nèi)不會堵塞。缺點是僅適合底濾法的高爐沖渣系統(tǒng)，對圖拉法、印巴法除渣的高爐沖渣水不適用，極易發(fā)生熱源短的換熱器堵塞。另外由于底濾法高爐沖渣水溫度本來就低(最高70℃)，換熱后溫度很難達(dá)到55度以上，換熱溫差大于10℃以上，采暖管網(wǎng)及用戶內(nèi)的暖氣片都需要加大容量才能保證冬季的采暖溫度，如果是改造工程，熱網(wǎng)本身改造投資非常大。

3專用余熱回收綜合利用系統(tǒng)

目前為止，以上兩種方法已經(jīng)不再適合高效節(jié)能環(huán)保的應(yīng)用，本項目就是在充分了解高爐沖渣工藝流程基礎(chǔ)上，同時針對INBA法和平流法的渣質(zhì)進行詳盡分析，提出了一套行之有效的高爐沖渣水及沖渣蒸汽余熱回收高效循環(huán)系統(tǒng)。

4  沖渣水余熱利用項目建設(shè)的必要性

4.1 符合國家產(chǎn)業(yè)政策

《中華人民共和國循環(huán)經(jīng)濟促進法》 “第三十二條企業(yè)應(yīng)當(dāng)采用先進或者適用的回收技術(shù)、工藝和設(shè)備對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱、余壓等進行綜合利用。 ”
   《中國節(jié)能技術(shù)政策大綱》“2.4……余能余熱回收利用原則是“梯級利用，高質(zhì)高用”。
優(yōu)先把高品位余能余熱用于做功或發(fā)電，低溫余熱用于空調(diào)、采暖或生活用熱。 ”
    該項目符合國家產(chǎn)業(yè)政策，是在國家《節(jié)能技術(shù)政策大綱》、《循環(huán)經(jīng)濟促進法》中明確提出要鼓勵發(fā)展的項目類別。

4.2 增加企業(yè)效益，保護環(huán)境

從實現(xiàn)能源梯級利用的高效性和經(jīng)濟性角度分析，高爐沖渣水供暖不需要消耗一次
能源，是最為有效的余熱利用途徑。該技術(shù)不產(chǎn)生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其它有害氣體，具有充分利用高溫廢水及熱風(fēng)、變廢為寶、凈化環(huán)境的多重意義。余熱回收減少了采暖對蒸汽的需求量，從而解放了大量的供暖鍋爐，減少因供暖鍋爐運行對生態(tài)環(huán)境帶來的CO2、 SO2、 NOX、粉塵之類的大氣污染物，并解放了大量的生產(chǎn)力。

5  沖渣水余熱利用項目的技術(shù)要點

隨著高爐沖渣水余熱回收技術(shù)的不斷進步，高爐沖渣水中的余熱已經(jīng)能夠穩(wěn)定可靠
的回收。根據(jù)目前實際案例表明，沖渣水換熱機組在解決了沖渣水的過濾、換熱及耐磨阻垢等技術(shù)難題以后，高爐沖渣水余熱回收技術(shù)已經(jīng)基本成熟。

5.1 提高過濾效率

過去沖渣水利用上不采用過濾機組或是過濾機組的過濾效率不高，造成過濾機組和換熱機組非常容易堵塞，導(dǎo)致無法正常供暖。此外，由于沖渣水不過濾或過濾效率不高，會導(dǎo)致?lián)Q熱機組表面的磨損加劇，縮短使用壽命。目前采用高效過濾機組，不會因過濾問題堵塞，過濾效率的提高以及系統(tǒng)的合理設(shè)計，也解決了換熱機組的磨損問題。

5.2 提高換熱效率

目前使用的高效板式換熱器，換熱后的沖渣水溫度比管殼式換熱器低 10℃以上，減少沖渣蒸汽帶走的熱量，提熱能力比管殼式換熱器或污水型高 10%~15%。板式換熱器是目前公知的換熱效率最高并且體積最小的換熱器，而污水型換熱器由于體積龐大，換熱器自身散熱多，換熱效率較低。

5.3設(shè)備選型與場地利用

以往沖渣水取熱通常采用污水型換熱器、管殼式換熱器或?qū)捔鞯罁Q熱器，該機型體
積龐大、占地面積大、土建投資大。采用板式換熱器，可以很好的解決了上述問題，布置靈活，維護方便，占地面積小，土建成本減少1倍以上。

6  實施案例

大自然熱力利用龍鋼煉鐵4#爐沖渣水余熱，為韓城市龍門鎮(zhèn)區(qū)居民集中供暖，采用（西安鼎華）換熱機組，回收利用4＃高爐沖渣水（1000㎡/h）余熱。

6.1工藝流程概要

本系統(tǒng)是基于沖渣水高效節(jié)能過濾設(shè)備，沖渣水高效換熱設(shè)備，沖渣蒸汽回收設(shè)備、智能自動控制設(shè)備和儀表采集監(jiān)控設(shè)備為一體的沖渣水余熱回收高效循環(huán)系統(tǒng)。主要由高效過濾系統(tǒng)、高效換熱系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和壓力控制系統(tǒng)組成。如下圖：

6.2.高爐沖渣水余熱利用項目流程分解及技術(shù)參數(shù)

余熱回收系統(tǒng)主要包括沖渣水池取水系統(tǒng)，管道設(shè)計系統(tǒng)，根據(jù)用戶需要設(shè)計的高爐沖渣水專用過濾機組(圖中設(shè)計4套)，高爐沖渣水專用換熱器(圖中設(shè)計4套)，補水系統(tǒng)，采暖水循環(huán)系統(tǒng)。

(1)沖渣水循環(huán)系統(tǒng)工藝流程為:沖渣水循環(huán)泵抽取沖渣水沉淀池沖渣水→經(jīng)過沖渣水專用過濾機組(一、二級精密過濾器)過濾→至板式換熱器快速、高效換熱→沖渣水沉淀池。提取的沖渣水在經(jīng)過過濾機組時，其自帶的反沖洗功能全程進行反沖洗以保證過濾性能，同時，在PLC控制下，按照所需流量流經(jīng)換熱器，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的熱負(fù)荷，避免出現(xiàn)的過冷、過熱，最大程度地節(jié)省能耗。

(2)采暖水循環(huán)系統(tǒng)工藝流程為:采暖水經(jīng)過專用板式換熱器與沖渣循環(huán)水換熱→輸送到采暖供水干管→采暖用戶→采暖回水干管→采暖水過濾器→經(jīng)過采暖水循環(huán)泵加壓→輸送至板式換熱器與沖渣循環(huán)水換熱。采暖水為閉式循環(huán)系統(tǒng)，采用軟化水，避免管道及散熱片結(jié)垢;在采暖循環(huán)泵前設(shè)置定壓補水系統(tǒng)，采用變頻補水泵自動補水。

(3)考慮采暖季節(jié)高爐檢修取熱問題，在換熱站設(shè)置汽水換熱器，采用蒸汽補熱保證供暖，凝結(jié)水回收至補水箱循環(huán)利用。

設(shè)計沖渣水換熱站主要技術(shù)參數(shù)如下表所示：

7  實施效果

大自然熱力利用龍鋼公司煉鐵廠4#爐沖渣水余熱，為韓城市龍門鎮(zhèn)區(qū)居民集中供暖，采用（西安鼎華）換熱機組，回收利用4＃高爐沖渣水（1000㎡/h）余熱。渣水溫度70-95℃，回收換熱后平均65℃以上，目前供熱面積約20萬㎡，用戶末端室內(nèi)溫度20℃以上，供熱質(zhì)量穩(wěn)定，用戶滿意度極高。

該項目自投運后連續(xù)運行4個月，供熱穩(wěn)定、連續(xù)，取得了較好的供熱效果。采暖季結(jié)束后，對核心設(shè)備—渣水板式換熱器進行了拆檢，內(nèi)部通道表面清潔光滑、無污物堵塞情況。

該項目完全符合國家的清潔能源供暖政策，同時是廢熱利用的節(jié)能項目，更符合“碳達(dá)峰，碳中和”的要求，每年可節(jié)約的能效消耗換算為標(biāo)準(zhǔn)煤6245.41噸，減少CO₂排放17583.80噸。

8  結(jié)論

實踐應(yīng)用證明，高爐沖渣水及沖渣蒸汽余熱資源充足、品位較高，采用成熟可靠的專有技術(shù)不僅可以全面提高能源利用效率、提高供熱質(zhì)量、縮減供暖成本，而且可以取代燃煤鍋爐、減少碳排放、減輕大氣污染、社會和經(jīng)濟效益顯著，是一個非常典型和優(yōu)秀的環(huán)保節(jié)能應(yīng)用。

龍鋼公司煉鐵高爐渣處理沖渣水余熱供暖利用取得了滿意效果。充分利用高爐余熱資源，尤其是低品位熱源，不僅達(dá)到節(jié)能降耗的目的，降低噸鋼生產(chǎn)成本，同時也為鋼鐵公司帶來多方面的效益，滿足城市供暖的需要，提高企業(yè)自發(fā)電率，并有利于環(huán)境保護。為高爐渣處理沖渣水余熱利用的應(yīng)用提供了有益的思路借鑒和技術(shù)經(jīng)驗。

參考文獻

[1]  《余熱利用》、云南科技出版社、郭森奎 何屏、1998-06

[2]  《移動式余熱利用技術(shù)研究》、冶金工業(yè)出版社、郭少朋、2015-01

[3]  《冶金工業(yè)節(jié)能與余熱利用技術(shù)指南》、冶金工業(yè)出版社王紹文 2010-03

[4]  《渣處理工藝技術(shù)規(guī)程》、龍鋼公司煉鐵廠、內(nèi)部資料、2012年8月