張艷珍

(凌源鋼鐵集團有限責任公司，遼寧 凌源 122500)

0 引言

隨著鋼鐵行業(yè)利潤空間逐漸收窄，鋼鐵企業(yè)不斷挖掘內部余熱余能，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益[1-3]。高爐沖渣水作為一種低溫熱源，溫度一般在55～85℃，具有流量大，熱量多的特點，近幾年，在鋼鐵行業(yè)得到廣泛回收利用，成為鋼鐵行業(yè)節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本的一項主要措施[4-5]。

目前，高爐沖渣水余熱的回收利用主要是：利用沖渣水采暖或加熱洗浴用水；沖渣水余熱發(fā)電；用于海水淡化等[6-8]。高爐沖渣水進行采暖主要采用間接換熱利用技術，包括三種利用方式，一種是高爐沖渣水經(jīng)過高效過濾器過濾后，進入傳統(tǒng)的板式換熱器進行換熱，換熱后的二次水供系統(tǒng)采暖；第二種是余熱回收系統(tǒng)無過濾器，高爐沖渣水直接進入寬流道板式換熱器進行換熱；另外一種是真空相變換熱技術，高爐沖渣水先進入蒸發(fā)器負壓閃蒸為潔凈蒸汽，再進入板式換熱器進行換熱[9-11]。本文主要介紹真空相變換熱技術在凌鋼高爐沖渣水余熱回收上的應用,為同行業(yè)起到一定的借鑒作用。

1 目前高爐沖渣水余熱回收利用存在的問題

高爐渣是高爐冶煉中爐溫達到1 400～1 600 ℃時，爐料熔融，礦石中的脈石、焦炭中的灰分、助溶劑和其他不能進入生鐵中的雜質形成以硅酸鹽和鋁酸鹽為主浮在鐵水上面的熔渣。高爐渣主要成分為CaO、SiO2、Al2O3、氯離子、硫酸根離子及渣棉等，在沖渣過程中遇水形成硅酸鹽、碳酸鹽等難溶于水的物質。在沖渣水余熱回收過程中，這些難溶于水的鹽類，會以沉積物的形式與渣棉類物質沉積在設備表面形成非常堅硬的污垢，并與渣水中的氯離子、硫酸根離子一起造成金屬壁面垢下腐蝕，使渣水換熱設備堵塞和腐蝕，造成換熱效率降低，清理頻次高，嚴重的一周一清理，清理難度大，既減少熱量回收，又給工人帶來較大的工作強度。因此在高爐沖渣水余熱回收利用時，選擇既能高效回收余熱又能減少堵塞回收利用技術非常關鍵。

凌鋼應用了某公司研發(fā)的直熱機，在兩座450 m3高爐和兩座1 000 m3高爐分別建設一套渣水余熱回收利用系統(tǒng)。

2 真空相變技術-直熱機工作原理

真空相變技術是利用水的沸點會隨著環(huán)境壓力的降低而降低的特性，使50 ℃以上的工業(yè)廢水發(fā)生閃蒸汽化，產(chǎn)生負壓蒸汽攜帶汽化潛熱輸送至冷凝器內向低溫介質進行冷凝放熱，實現(xiàn)廢水余熱的回收。直熱機是某公司利用真空相變換熱技術研發(fā)的新產(chǎn)品，直熱機設有多級閃蒸層，沖渣水從直熱機上端噴入，在不同的閃蒸層進行閃蒸汽化形成水蒸氣，水蒸氣通過負壓抽出后在換熱器內與采暖水進行換熱。工藝流程如圖1。

圖1 工藝流程圖

3 真空相變技術解決的問題

沖渣水無需進行過濾及二次加熱，熱能的提取和釋放分別在不同設施內進行，避免沖渣水與換熱面直接接觸，避免了廢水中不溶性鹽類在換熱設施上的沉淀，解決了結垢堵塞、腐蝕、清理難度大、效率降低的問題。

4 直熱機在凌鋼的應用情況

凌鋼1、2號高爐爐容為450 m3，兩座高爐共用一個沖渣池，渣池長50 m，寬8 m，深2 m；1號高爐采用普通的水沖渣方式，渣和水混合在一起進入渣池，水渣通過天車抓出后進入水渣置場；2號高爐采用嘉恒法沖渣方式，水渣通過脫水后經(jīng)過運輸皮帶運至水渣置場，1號高爐沖渣水循環(huán)量400 m3/h，2號高爐沖渣水循環(huán)量500 m3/h，兩座高爐沖渣水溫度在55～80 ℃；沖渣水通過自然冷卻后，循環(huán)進行沖渣。2015年對1、2號高爐沖渣水應用了真空相變技術-直熱機，合建了一套余熱回收利用設施。1、2號高爐渣參數(shù)如下表1。

表1 1、2號高爐渣參數(shù)

建設兩臺5級5 MW型號為JTZH-5.0-500-0.1/0.1-01直熱機及配套設施。工藝簡圖如圖2和主要設計參數(shù)如表2所示。

圖2 工藝簡圖

表2 主要設計參數(shù)

3、4號高爐爐容為1 000 m3，單獨建有沖渣池，其中3號爐渣池長41 m，寬7 m，深6.5 m，4號渣池長38 m，寬8.5 m，深6.5 m。沖渣方式是嘉恒法，水中含渣量較高，渣水非常渾濁，渣水溫度在60～80 ℃；2014年采用一種殼管換熱方式，進行渣水余熱回收，2016年對其進行改造，應用某公司生產(chǎn)的直熱機。改造設計高爐渣參數(shù)如表3。

表3 3、4號高爐渣參數(shù)

建設兩臺3級10 MW直熱機及配套設施。工藝簡圖如圖3和主要設計參數(shù)如表4所示。

圖3 工藝簡圖

表4 主要設計參數(shù)

5 運行效果

5.1 3、4號高爐沖渣水余熱回收改造前情況

3、4號高爐于2014年合建一套渣水余熱回收裝置，采用殼管換熱方式，主要供東家屬區(qū)采暖，東家屬區(qū)采暖面積30萬m2，采用老式散熱片，需要熱負荷45～50 W左右。隨著運行時間增長，換熱器堵塞嚴重，堵塞物堅硬，腐蝕嚴重，換熱效率大幅度降低，回收熱量逐年減少，需大量補充蒸汽，才能達到熱負荷要求；且換熱器清理頻繁，每10天左右一次，一次需要2～3天，清理難度大，工人勞動強度大。尤其是2015～2016年度采暖期，余熱回收量明顯降低，具體回收情況見表5。

表5 余熱回收量

5.2 3、4號高爐沖渣水余熱回收改造后情況

2016年應用直熱機技術對其進行改造，改造后熱量回收情況：在渣水溫度達到70 ℃以上時，回收熱量在19～20 MW，達到設計要求。由于高爐沖渣的間歇性，渣水溫度在60～80 ℃，平均回收熱量在14～15 MW，采暖水供水溫度55～58 ℃?；厥盏臒崃客耆珴M足30萬m2住宅面積采暖，不需要其它熱源補熱。

改造后，一個采暖季期間進行一次清理，清理時間約0.5～1天。

5.3 1、2號高爐沖渣水余熱回收運行情況

1、2號高爐應用真空相變技術—直熱機后，在渣水溫度達到70 ℃以上時，回收熱量在9～10 MW；由于高爐沖渣的間歇性，渣水溫度在55～80 ℃波動，平均回收熱量在6～7 MW，采暖水供水溫度55～58 ℃?；厥盏臒崃坑糜趶S區(qū)采暖。

5.4 節(jié)能減排效益

四座高爐沖渣水余熱回收年21.8萬GJ,可替代燃煤鍋爐供暖，可節(jié)約動力煤1.75萬t，節(jié)約標準煤7 106 t，減少CO2排放18 478 t。

6 結論

(1)直熱機閃蒸層的大孔洞設計，使含渣廢水中的大塊渣、渣棉等在隔板層不易積存結垢，避免堵塞和腐蝕問題，大大延長了檢修周期，降低工人的勞動強度。

(2)此技術可適用高爐各種沖渣方式的余熱水熱量回收，對沖渣水濁度、鈣鎂離子含量等無要求，適用性廣。

(3)換熱效率高、檢修周期長，回收熱量多，可替代燃煤供暖，實現(xiàn)節(jié)能減排。

(4)可為同行業(yè)在進行沖渣水余熱回收技術選擇時起到一定的借鑒作用。