高文濤

（新興鑄管股份有限公司動(dòng)控部， 河北 定州 056300）

引言

隨著人們對(duì)能源不斷的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用，能源已成為促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的非常重要的因素之一。我國(guó)是能源大國(guó)，能源資源的占比位居世界第二，但人均的能源儲(chǔ)量還不到世界平均水平的1/2，因此總體來(lái)說(shuō)目前我國(guó)人均的能源占有量還是處于一個(gè)比較落后的狀態(tài)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有比較大的差距，在能源的利用率方面我國(guó)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)國(guó)家[1]。為了縮小以上差距，我國(guó)現(xiàn)階段的主要任務(wù)是要節(jié)約能源并最大程度地提升能源的利用率。

1 浴池用水

1.1 工藝的可行性

第一，高爐沖渣水的水溫一般在70℃左右，而浴池用水的水溫一般在41℃左右，因此使用換熱器就能夠非常容易地將高爐沖渣的水溫轉(zhuǎn)化為浴池用水的水溫。第二，由于冬季采暖的有關(guān)管道一般已經(jīng)鋪設(shè)到廠區(qū)和居民區(qū)，因此熱水輸送的管道路徑的選擇和工程測(cè)量這些步驟都可以省略，熱水輸送這個(gè)過(guò)程非常方便。因?yàn)闊崴妮斔土坎淮?，且熱水管道也能夠直接架到采暖的回水管道上，這樣就可以很大程度上減少對(duì)鋼材的消耗。第三，水力沖渣系統(tǒng)一般都會(huì)設(shè)有熱水井，在其內(nèi)部可以對(duì)安裝的換熱器進(jìn)行沒(méi)有數(shù)量、形狀限制的設(shè)計(jì)。第四，水力沖渣系統(tǒng)有著非常充足的水源，可以使水即使在沒(méi)有加壓的情況下也能夠經(jīng)過(guò)換熱器進(jìn)行換熱再進(jìn)入到蓄水池中，更加經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)換熱這個(gè)過(guò)程[2]。

1.2 工藝流程

浴池用水這個(gè)工藝主要是讓熱水經(jīng)過(guò)換熱器，使水流動(dòng)換熱，再對(duì)經(jīng)過(guò)加熱后的浴室用水進(jìn)行使用。換熱器的結(jié)構(gòu)采用的是U型墻的排管結(jié)構(gòu)。浴池用水這個(gè)工藝的流程如圖1所示：

圖1 浴池用水工藝流程示意圖

如果需要熱水，打開(kāi)給水的水截門(mén)1，讓水能夠通過(guò)自身的管網(wǎng)壓力以1 m/s的速度通過(guò)換熱器進(jìn)行加熱，之后從蓄水池的下部進(jìn)入到蓄水池之中。水的溫度可以通過(guò)給水量的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)入到蓄水池中的熱水主要是用兩臺(tái)熱水泵進(jìn)行輸送。如果用戶(hù)不需要供水，就可以首先在蓄水池中蓄滿(mǎn)水，將給水的水截門(mén)1關(guān)閉，之后打開(kāi)蓄水池的水截門(mén)2。這個(gè)時(shí)候蓄水池中上、下兩個(gè)進(jìn)水管就可以和換熱器以及蓄水池構(gòu)成閉路，從而自然、循環(huán)地進(jìn)行加熱，而蓄水池中的水溫會(huì)由于時(shí)間的增加越來(lái)越高，因此用戶(hù)需要用水時(shí)就能夠得到較平時(shí)更大的供熱量。

2 余熱發(fā)電

2.1 工藝的可行性

第一，高爐沖渣水的水溫相對(duì)來(lái)說(shuō)比較穩(wěn)定，整個(gè)工藝的運(yùn)行也比較容易。第二，高爐沖渣水的水量非常大，對(duì)應(yīng)的熱容量非常大，而能夠回收的能量也非常大。第三，一般來(lái)說(shuō)，在鋼鐵企業(yè)中整個(gè)高爐沖渣水的輸送和存儲(chǔ)系統(tǒng)比較完整，且對(duì)比蒸汽發(fā)電其投資要更小。

2.2 工藝流程

天津大學(xué)針對(duì)高爐沖渣水的余熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了研究，并針對(duì)高爐沖渣水具有的流量大、溫度低的特點(diǎn)，提出一種利用高爐沖渣水的余熱進(jìn)行發(fā)電的方案。這個(gè)方案的系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)選擇的是R600，且使用的是雙循環(huán)的流程設(shè)計(jì)。整個(gè)方案的基本原理是將鋼鐵廠中排出的85℃左右的高爐沖渣水經(jīng)過(guò)沉淀、除雜等預(yù)處理之后使其進(jìn)入到經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的換熱器，并在這個(gè)換熱器中使熱量傳遞給系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)，至此高爐沖渣水的溫度將降低到50℃左右，再將其送到高爐備用，在這個(gè)過(guò)程中對(duì)余熱進(jìn)行了一定的回收。系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)在經(jīng)過(guò)換熱器后會(huì)吸收熱量從而形成80℃左右的過(guò)熱蒸汽，之后過(guò)熱蒸汽會(huì)進(jìn)入氣輪機(jī)中進(jìn)行膨脹做功，從而可以使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并對(duì)外輸出電能。

做功之后的系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)會(huì)變成低壓的過(guò)熱蒸汽，其在進(jìn)入到冷凝器之后會(huì)放出熱量，從而形成低壓、低溫的液體工質(zhì)，之后再由工質(zhì)泵將其送入到熱交換器再次進(jìn)行吸熱，變成過(guò)熱的蒸氣推動(dòng)氣輪機(jī)膨脹做功。在這個(gè)循環(huán)的過(guò)程中，熱水當(dāng)中的熱量會(huì)被不斷提取，進(jìn)而生成更加高品位的電能。

3 采暖用水

3.1 工藝的可行性

高爐沖渣水經(jīng)過(guò)渣池的沉淀作用之后依然會(huì)有許多爐渣雜質(zhì)，沒(méi)有辦法滿(mǎn)足采暖水質(zhì)的相關(guān)要求，因此需要對(duì)沖渣水經(jīng)過(guò)過(guò)濾處理后才能使其進(jìn)入到采暖系統(tǒng)。采暖的循環(huán)水泵需要使用熱水泵，一個(gè)使用一個(gè)備用，在采暖的吸水池中水溫一般可以達(dá)到70℃以上，當(dāng)室外的溫度升高時(shí)其內(nèi)水的溫度也會(huì)升高，因此采暖的供水溫度一般取值在70～80℃之間，供回水之間的溫差為10℃，如果采暖期時(shí)室外的溫度比較低，那么就需要在采暖的吸水池補(bǔ)充適量的蒸汽從而使供水的溫度提高。

3.2 工藝流程

高爐沖渣的成分主要有氧化鈣、二氧化硅、氧化鎂、三氧化二鋁以及氧化鐵，其整體的pH值比7要大，顯堿性。沖渣水中的高爐沖渣雜質(zhì)主要以懸浮物或者是固體顆粒這樣的形式存在，而換熱采暖過(guò)程中水是主要的介質(zhì)，如果不及時(shí)、有效地處理水中的雜質(zhì)，日積月累這些雜質(zhì)就會(huì)堵塞采暖系統(tǒng)中的散熱器、閥門(mén)以及管道部分。綜合以上所述，考慮水質(zhì)的處理是非常必要的。

在高爐沖渣水進(jìn)入到沉淀池之后，會(huì)流經(jīng)由鋼絲網(wǎng)、鵝卵石以及水渣通過(guò)按級(jí)匹配組成的過(guò)濾層，再滲入到清水池中，通過(guò)這樣一個(gè)過(guò)程將高爐沖渣水中的大部分雜質(zhì)清除。當(dāng)高爐沖渣水進(jìn)入到清水池之后，使用型號(hào)為ISR200-150-400的2臺(tái)型泵將其送入到供暖管道之中。這個(gè)時(shí)候雖然高爐沖渣水從表面上來(lái)看已經(jīng)變澄清，但實(shí)際上水中依然含有非常多微小的懸浮物。為此在將高爐沖渣水送入到采暖的主管道之前，需要首先將其送入2臺(tái)自動(dòng)的清洗過(guò)濾器，有效地對(duì)高爐沖渣水中含有的微小的懸浮物進(jìn)行清除，從而確保管路的暢通度以及采暖用水的清潔度。

通過(guò)對(duì)以上的3種高爐沖渣余熱回收的技術(shù)進(jìn)行比較，我們認(rèn)為采暖用水這一技術(shù)是最為優(yōu)越的，其具有投資少、見(jiàn)效快且設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，這是另外兩種方式?jīng)]辦法比擬的。使用余熱發(fā)電這一技術(shù)可以非常有效地對(duì)余熱資源進(jìn)行回收，使我國(guó)目前用水、用電形勢(shì)比較緊張的情況得到改善。綜合來(lái)看，我們需要從多方面、多渠道對(duì)高爐沖渣水的余熱回收技術(shù)進(jìn)行研究以及創(chuàng)新，使高爐沖渣水的余熱可以得到更加有效的利用。