武建國①¹ 程繼軍¹ 楊靖² 李金輝³

( 1: 冶金工業規劃研究院北京100711; 2: 河北省首鋼遷安鋼鐵有限責任公司河北遷安064404;

3: 北京中冶設備研究設計總院有限公司北京100029)

摘要：介紹了高爐沖渣水的特點和目前高爐沖渣水余熱利用的主要方式，分析了不同類型的高爐沖渣水余熱利用方式的優缺點，投資回收期對比。最后通過鋼鐵廠高爐沖渣水余熱利用案例，分析了投資、效益等，為鋼鐵企業利用高爐沖渣水余熱提供參考意見。

關鍵詞：高爐沖渣水；余熱；利用；效益

1 背景

“十二五”期間，鋼鐵工業節能工作圍繞加快淘汰落后產能，優化產業結構，提升技術水平; 提高能源利用效率，加大“兩高、一低”的節能技術改造，進一步挖掘節能潛力。“十三五”規劃提出了“創新、協調、綠色、開放、共享”的發展理念，要綠色發展就必須堅持節約資源和保護環境的基本國策，強化約束性指標管理，實行能源和水資源消耗、建設用地等總量和強度雙控行動，全面節約和高效利用資源。

“十二五”期間，鋼鐵企業不斷嘗試回收利用高爐沖渣水的余熱等低品質的余熱。鞍鋼、安鋼、天鐵集團、東北特鋼等企業采用沖渣水余熱進行冬季供暖; 宣鋼采用沖渣水余熱冬季供暖，夏季為周邊浴室供熱; 唐山不銹鋼采用沖渣水余熱為除鹽站生產水源進行預熱，提高RO 產水率; 天津大學提出了利用高爐沖渣水雙工質發電技術。經過各單位嘗試，有些單位運行良好，取得了一定經濟效益; 有些單位因取暖設備堵塞，影響供暖; 有些單位因發電效率低下，發電成本較高而沒有實施，那么究竟什么樣的沖渣水余熱利用方式適用于鋼鐵企業，本文進行一下簡單的探討。

2 高爐沖渣水特點

2． 1 水量大，余熱利用潛力大

高爐水沖渣工藝是冶煉過程中的末端工藝，高爐煉鐵后產生的大量高溫爐渣通過水沖渣方式進行冷卻，這一過程中能夠產生大量溫度在70℃～ 85℃的熱水。據有關資料，在煉鐵工序中，沖制1t 水渣大約消耗新水1t ～ 1． 2t，循環用水量約為5t ～ 10t 左右。按照我國生鐵產量約7 億t，按350kg 渣比計算，如果沖渣全部用新水，僅用于沖渣的新水消耗就超過2． 5 億t，占鋼鐵工業新水消耗的8%。由沖渣水帶走的高爐渣的物理熱量占煉鐵能耗的8%左右，帶走熱量超過28kgce /t 鐵。

2． 2 腐蝕性傾向性大

高爐沖渣水中含有磷酸根、氯根等離子，對普通材質的碳鋼具有腐蝕作用。近年來，隨著環保壓力的不斷增大，鋼鐵企業為了減少廢水排放量，將高含鹽廢水用于高爐沖渣，導致系統中的含鹽量不斷提升，特別是氯離子的不斷升高，易對高爐沖渣水系統設備造成腐蝕，影響運行。見圖1。

2． 3 換熱設備易堵塞

高爐沖渣水中存在CaO，SiO₂、MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等物質，含有大量顆粒纖維，隨著系統循環運行，易結垢物質不斷的累積，附著在管道壁、設備表面，造成管道及換熱裝置的污堵，影響沖高爐渣水系統運行。見圖2。

3 高爐沖渣水余熱主要利用方式

目前，國內各鋼鐵企業都在不斷嘗試高爐沖渣水余熱利用，主要有以下幾類利用方式，利用沖渣水余熱供熱、利用沖渣水余熱供暖或作為浴池用水熱源、利用沖渣水余熱發電、利用沖渣水余熱作為海水淡化熱源。

3． 1 利用高爐沖渣水余熱供熱

利用稀土材料相變蓄熱，當循環水來水高于蓄熱材料凝固點時，蓄熱材料吸熱由固態慢慢熔化，逐漸變為液態，從而蓄熱。相變放熱過程: 當采暖水回水或生活用水流經蓄熱裝置且溫度低于蓄熱材料凝固點時，蓄熱材料放熱，并逐漸由液態變為固態。通過稀土材料相變進行蓄熱、汽車輸送、供熱。工藝見圖3。

3． 2 利用高爐沖渣水余熱供暖或浴池供熱或為

鍋爐補充水源預熱( 以利用高爐沖渣水余熱供暖介紹)利用間接熱交換方式提取高爐沖渣水余熱。高爐沖渣水通過沖渣水泵輸送至換熱站，然后經沖渣水過濾器將沖渣水中的固體顆粒和懸浮物過濾，再通過換熱器與采暖水換熱后，回到沖渣池中，采暖熱水供生活區、辦公區采暖。工藝見圖4。

3． 3 利用高爐沖渣水余熱發電

利用高爐沖渣水余熱加熱介質，通過介質做功發電。高爐沖渣水經過沉淀去除雜質預處理后進入換熱器，在此將熱量傳遞給工質( 液氨、Ｒ134、Ｒ600) ，當溫度降到40℃ ～ 50℃，再送到高爐供沖渣使用，從而回收了一定量的余熱。工質在換熱器內吸收熱量后閃蒸變成80℃的過熱蒸汽，然后進入汽輪機膨脹做功，帶動發電機轉動，對外輸出電能。工藝見圖5。

3． 4 利用高爐沖渣水余熱作為海水淡化熱源

煉鐵高爐沖渣水經沉淀過濾后，進入換熱器內與循環除鹽水進行換熱，被冷卻下來的沖渣水流入凝結水池，進行循環沖渣使用; 除鹽水在換熱器內與高爐沖渣水換熱后，形成高溫熱水，通過管道進入閃蒸罐進行噴淋，高溫熱水在蒸發壓力下閃蒸沸騰，一部分熱水汽化成為蒸發壓力下的飽和蒸汽，另一部分熱水溫度降低到蒸汽溫度以下，繼續回換熱器中被加熱。飽和蒸汽送往低溫多效海水淡化進行蒸發制水。工藝見圖6。

4 高爐沖渣水余熱利用方式分析

目前，國內對沖渣水余熱的回收方式主要有:利用沖渣水余熱供熱、利用沖渣水余熱供暖或作為浴池用水熱源、鍋爐補水預熱熱源、利用沖渣水余熱發電、把沖渣水余熱作為海水淡化熱源等四種主要的利用方式。筆者在技術、設備維護、地域局限方面進行了簡要的比較。具體見表1。

4． 1 定性分析

1) 利用稀土材料相變蓄能供熱的方式。因為通過汽車輸送的方式進行供熱，在輸送過程中的存在熱損失，以及汽車燃油消耗等運輸成本因素影響，供熱范圍受到限制，只能在一定半徑內供熱。

2) 利用高爐沖渣水余熱進行供暖或者為浴池供熱、或為鍋爐補充水源預熱。這種余熱利用的方式與傳統的換熱站供暖方式類似，主要考慮影響因素為高爐沖渣水供水管道和換熱設備的腐蝕結垢問題，以及大量的纖維顆粒形成的堵塞問題。因南方地區冬季不采暖，此方式存在一定的地域局限性，但是作為浴池用水熱源，或者預熱鍋爐補充水，沒有地域局限性。

3) 利用高爐沖渣水余熱進行發電。該高爐沖渣水的余熱利用方式，主要考慮影響因素做功介質安全性存在隱患、設備維護復雜、設備發電成本高。目前國內還在試驗運行階段，根據相關試驗數據，低溫余熱發電效率為4% ～ 5%。

4) 將高爐沖渣水應用于海水淡化。該高爐沖渣水余熱利用方式，與第二種利用方式相似，在受到利用高爐沖渣水余熱供暖或浴池供熱、或為鍋爐補充水源預熱影響因素的基礎上，還存在一定的地域局限性，需要有海水淡化裝置的鋼鐵企業。就目前國內鋼鐵企業的布局而言，可推廣利用的企業不多。

4． 2 定量分析

針對利用高爐沖渣水余熱取暖和發電兩種利用方式，昆明有色冶金設計研究院曾進行過計算比較，條件為沖渣水量2650m3 /h，沖渣后水溫為85℃，平均每天沖渣12h。具體數據見表2。

通過比較，筆者認為利用高爐沖渣水余熱供暖的方式屬于較為合理的利用方式，具有一定的推廣意義。但需要注意的要點是，高爐沖渣水換熱設備需要具有良好的緩蝕阻垢，防堵塞作用，此方面國內一些節能公司已經有了成熟技術。

4． 3 高爐沖渣水余熱用于供暖實例

某鋼鐵企業采用兩座高爐沖渣水余熱進行供暖，代原有燃煤鍋爐，為生活區和廠區冬季供暖。經測算，2650m³ 高爐沖渣水可回收利用熱量32． 8MW，4000m³ 高爐沖渣水可利用熱量51． 5MW，合計可回收利用熱量為84． 3MW，可供暖建筑面積96 萬m2。工程總投資約7300 萬元。項目實施后的經濟效益見表3。

此外，企業利用高爐沖渣水余熱替代原有燃煤鍋爐，為生活區和廠區冬季供暖，扣除自身耗能，可實現節能19125t 標準煤/年。經估算，項目實施后可減少CO₂的排放量約4． 8 萬t /a，減少SO₂的排放量290t /a，具有良好的社會環境效益。

5 結論

通過對幾種高爐沖渣水余熱利用方式的比較，以及對鋼鐵企業應用情況的經濟分析，筆者認為: 高爐沖渣水余熱用于冬季供暖的利用方式和其他季節為浴池供熱或者鍋爐補充水源預熱相結合的方式，技術上可行、經濟效益可觀、具有良好的節能減排效果，在北方鋼鐵企業具有較高的推廣價值。在南方地區的鋼鐵企業，高爐沖渣水余熱利用的方式尚需進一步研發，鋼鐵企業低溫余熱全方位利用是今后的一個探索方向。

參考文獻

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