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(nèi)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(shù)，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(shù)，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(shù)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(zhì)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(zhì)。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(zhì)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(shù)非常關(guān)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(shù)-直熱機工作原理

真空相變技術(shù)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(nèi)向低溫介質(zhì)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(shù)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(nèi)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(shù)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(nèi)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(jié)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(shù)-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(shù)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(shù)—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 ℃。回收的熱量用于廠區(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(jié)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(jié)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(shù)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(shù)選擇時起到一定的借鑒作用。