張福春 紀(jì)曉亮 李德權(quán)

摘 要：鋼鐵行業(yè)的煉鐵高爐在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高爐沖渣水排放了大量熱量，合理地回收利用這些余熱可有效降低鋼鐵企業(yè)能耗。針對高爐沖渣水余熱回收研究現(xiàn)狀，闡述了一種高爐沖渣水余熱回收利用技術(shù)方案。通過對該技術(shù)方案的分析和經(jīng)濟(jì)效益測算得出，該方案解決了沖渣水余熱回收供暖的地域局限和設(shè)備閑置周期長等問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，對實(shí)現(xiàn)高爐沖渣水余熱回收利用以及推進(jìn)鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排具有良好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：溴化鋰吸收式機(jī)組;沖渣水余熱;回收利用;工業(yè)節(jié)能;焦化制冷

0? 引言

鋼鐵工業(yè)是高能耗產(chǎn)業(yè)，近年來國內(nèi)能源形勢日益緊張，這就要求鋼鐵行業(yè)加快從粗放型向集約型增長方式轉(zhuǎn)變的步伐。鋼鐵廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量70～90 ℃的高爐沖渣水，一般采用池面露天降溫或者冷卻塔降溫方式，這使沖渣水所蘊(yùn)含的大量熱量散失到環(huán)境中，從而造成了熱污染和能源浪費(fèi)。目前，部分鋼鐵企業(yè)實(shí)施的一些沖渣水余熱回收改造工程，多為冬季供暖使用，存在供暖地域局限和設(shè)備閑置周期長等問題，實(shí)際使用效果并不理想。因此，本文以某鋼鐵集團(tuán)焦化廠項(xiàng)目為例，探究高爐沖渣水余熱回收利用技術(shù)方案在焦化制冷中的應(yīng)用。

1? 高爐沖渣水余熱回收研究現(xiàn)狀

國內(nèi)很早就開展了沖渣水的余熱回收研究，其技術(shù)方案主要分為兩種：一種是通過回收余熱進(jìn)行供暖，直接利用沖渣水顯熱換熱，這是目前應(yīng)用最廣泛的技術(shù)方案。另一種是利用余熱進(jìn)行發(fā)電，但目前的發(fā)電機(jī)技術(shù)尚不成熟，仍存在設(shè)備成本高、發(fā)電效率低、系統(tǒng)回收周期長、電力無法上網(wǎng)等諸多難題，該方案距離大規(guī)模應(yīng)用仍需要很長一段時間。

沖渣水余熱回收供暖原理如圖1所示，沖渣水泵2從沖渣水池上層抽出沖渣水，沖渣水在沖渣水換熱器中與供暖水通過熱交換器（一般為管殼式或板式換熱器）進(jìn)行換熱，放熱后的沖渣水重新回到?jīng)_渣水池，被冷卻后再通過沖渣水泵1回到高爐上水口。當(dāng)沖渣水波動較大時，熱負(fù)荷輸出不穩(wěn)定，系統(tǒng)則需要增加蓄熱罐等儲熱設(shè)備。這種直接利用沖渣水顯熱換熱的模式多應(yīng)用于以冬季供暖為主、洗浴用衛(wèi)生熱水等為輔的場景，在某種程度上實(shí)現(xiàn)了能源的回收利用，具有系統(tǒng)簡單、投資少、維修成本低等優(yōu)點(diǎn)。但這種余熱利用模式最主要的問題在于除了供暖季節(jié)使用外，余熱資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，易造成設(shè)備的長期閑置，從而延長項(xiàng)目投資回收期。

2? 高爐沖渣水余熱回收利用技術(shù)方案

為了解決上述問題，本文結(jié)合某鋼鐵集團(tuán)項(xiàng)目實(shí)際情況，提出了以下方案：煉鐵高爐產(chǎn)生的沖渣水，冬季可用于市政供暖（視地區(qū)是否有供暖需求而定），夏季可與生產(chǎn)工藝用冷結(jié)合，沖渣水余熱驅(qū)動吸收式換熱系統(tǒng)制冷，為焦化廠鼓冷工藝服務(wù)，達(dá)到充分利用余熱、降低蒸汽消耗、延長設(shè)備使用周期及減少設(shè)備閑置時長的目的。

高爐沖渣水余熱回收利用思路如圖2所示。

3? 應(yīng)用案例分析

3.1? ?項(xiàng)目背景

某鋼鐵集團(tuán)的沖渣水余熱利用冬季供暖設(shè)計(jì)工況如表1所示。

某鋼鐵集團(tuán)內(nèi)焦化廠焦?fàn)t年產(chǎn)焦量近260萬t，鼓冷工藝初冷器下段總制冷負(fù)荷在34 000 kW左右，焦化廠內(nèi)鼓冷工藝段配備11臺蒸汽型溴化鋰吸收式機(jī)組，主要在夏季時間段開啟，目前機(jī)組已經(jīng)進(jìn)入老化期。焦化廠蒸汽量不足，導(dǎo)致蒸汽型溴化鋰吸收式機(jī)組制冷效果衰減嚴(yán)重，影響了后續(xù)煤凈化工藝生產(chǎn)效果。

鼓冷工藝初冷器下段配備的蒸汽型制冷機(jī)組參數(shù)如表2所示。

3.2? ?技術(shù)方案內(nèi)容

經(jīng)過現(xiàn)場勘查等一系列技術(shù)調(diào)研，筆者分析認(rèn)為：（1）高爐沖渣水池距離焦化廠鼓冷工藝段直線距離小于1 km，地理位置相距較近，適合熱源的傳輸。（2）高爐沖渣水屬于高品質(zhì)的余熱資源，使用時要注意結(jié)垢和雜質(zhì)過濾問題。（3）高爐沖渣水余熱利用型機(jī)組替換蒸汽型溴化鋰機(jī)組用于鼓冷工藝制冷，形成一種利用高爐沖渣水余熱為鼓冷工藝初冷器下段制冷的能源轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合冬季供熱系統(tǒng)，可使整套沖渣水余熱利用系統(tǒng)形成夏季制冷、冬季采暖的全年運(yùn)行模式。

高爐沖渣水余熱應(yīng)用于焦化制冷技術(shù)方案如圖3所示。

沖渣水余熱利用夏季制冷設(shè)計(jì)工況如表3所示。

3.3? ?應(yīng)用效果

溴化鋰吸收式換熱系統(tǒng)通過利用沖渣水余熱，制冷量可達(dá)34 890 kW，基本滿足焦化廠鼓冷工藝的制冷負(fù)荷需求。設(shè)備更新后的制冷效果大幅提升，解決了制冷衰減問題。熱源更改為沖渣水余熱，緩解了焦化廠蒸汽供給不足的局面。

3.4? ?經(jīng)濟(jì)效益分析

該技術(shù)方案通過替換焦化廠原有6臺蒸汽機(jī)組，回收高爐沖渣水余熱用于焦化制冷，已基本滿足焦化廠鼓冷工藝的制冷負(fù)荷需求。不考慮其他因素，每年僅夏季節(jié)省蒸汽資源費(fèi)用就非常可觀。該項(xiàng)目的蒸汽費(fèi)用價格按照集團(tuán)內(nèi)蒸汽結(jié)算價格80元/t計(jì)算，節(jié)能效果如表4所示。

該套系統(tǒng)改造工程造價在1 500萬元左右，系統(tǒng)運(yùn)行每年僅夏季就可節(jié)省蒸汽費(fèi)用近885萬元，不考慮其他因素，系統(tǒng)回收期在2年以內(nèi)。若考慮制冷效果提升后為焦化廠后續(xù)的鼓冷工藝提供了更好的冷卻效果，促進(jìn)煤凈化工段生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益大幅提升，整個系統(tǒng)的投資回收期會更短。

對于其他尤其是東部沿海和南方地區(qū)的焦化廠而言，蒸汽的結(jié)算價格在140～200元/t，若以該價格計(jì)算，整個項(xiàng)目的投資回收期會縮短至1年左右，這對企業(yè)來說無疑是優(yōu)質(zhì)的節(jié)能項(xiàng)目。

4? 結(jié)語

綜上所述，本文研究結(jié)論如下：

（1）回收高爐沖渣水余熱用于焦化制冷是一種回收利用沖渣水余熱的新思路，解決了目前沖渣水余熱回收存在的供暖地域局限、設(shè)備閑置周期長、經(jīng)濟(jì)效益差等問題。

（2）工業(yè)余熱回收應(yīng)當(dāng)考慮熱源品質(zhì)、生產(chǎn)工藝、地理位置等多方面因素，因地制宜地提出針對性的解決方案。

（3）這種回收高爐沖渣水余熱用于焦化制冷的項(xiàng)目具有良好的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益，在鋼鐵行業(yè)有著較好的應(yīng)用前景。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 田紹凱.高爐沖渣水處理及余熱采暖工程的設(shè)計(jì)[J].中國給水排水，2012，28（14）：58-60.

[2] 賈希存，陳素君.高爐沖渣余熱回收的可行性分析[J].山東冶金，2010，32（2）：17-18.

[3] 鄭玉清，吳進(jìn)發(fā)，耿惠彬.兩效溴化鋰吸收式制冷機(jī)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

[4] 戴永慶，陸震，胡仰耆，等.溴化鋰吸收式制冷空調(diào)技術(shù)實(shí)用手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

收稿日期：2020-10-09

作者簡介：張富春（1987—），男，遼寧大連人，工程師，研究方向：基于吸收式換熱的余熱利用技術(shù)。