呂建恩

（陜西龍門鋼鐵有限責任公司） 

摘要：鋼鐵行業生產過程中會產生大量的廢氣余熱，其中包括燒結煙氣、燒結冷卻熱風、沖渣水余熱等，將廢氣廢水變廢為寶，發揮余熱利用的效益，已經成為國內冶金行業領域內的重要課題。

本文以龍鋼公司煉鐵高爐渣處理沖渣水余熱供暖利用為研究課題，取得了滿意效果。為充分利用高爐余熱資源，尤其是低品位熱源，不僅達到節能降耗的目的，降低噸鋼生產成本，同時也為鋼鐵公司帶來多方面的效益，滿足城市供暖的需要，提高企業自發電率， 并有利于環境保護提供了有益的思路。

關鍵詞：高爐 渣處理 沖渣水 余熱利用                            

1  引言

鋼鐵行業生產過程中會產生大量的廢氣余熱，其中包括燒結煙氣、燒結冷卻熱風、沖渣水余熱等，將廢氣、廢水變廢為寶，發揮余熱利用的效益，已經成為國內冶金行業領域內的重要課題。

陜西龍門鋼鐵集團有大量余熱可以開發利用，其中包括沖渣水、蒸汽余熱、燒結主抽煙氣余熱、燒結環冷熱風余熱、煉鐵轉爐廢氣余熱、煉鋼熱悶渣余熱、軋鋼加熱爐廢氣余熱、電廠煙氣余熱、發電廠低真空余熱等。上述大量余熱若充分利用，能為企業降耗增效創造效益，同時可滿足國家對鋼鐵企業節能環保的要求，是一項利國利民的舉措。

因此，陜西龍門鋼鐵有限責任公司與韓城市大自然熱力有限公司聯合開發沖渣水余熱供暖項目，開創了陜西省余熱供暖的先河，在不斷的探索和創新中，已連續開發七年，在渣水余熱供暖方面，總結了大量的經驗和教訓。

本項目利用龍鋼廠區內尚未完全利用的余熱資源，通過熱量置換后用于冬季供暖。余熱資源的充分利用，尤其是低品位熱源的利用，不僅達到節能降耗的目的，降低噸鋼生產成本，同時也可以為鋼鐵公司帶來多方面的效益，滿足城市供暖的需要，提高企業自發電率， 并有利于環境保護。
    本項目為綜合性項目，余熱來源、性質、質量多種多樣，熱量提取設備也是多種多
樣。 龍鋼現有的余熱資源涵蓋了煉鐵、燒結、發電等多個工序，其中包括廢水余熱、煙氣余熱、蒸汽余熱等多種熱源。利用余熱供暖可取代燃煤鍋爐供暖，把原來生產工藝需要冷卻和處理掉的廢熱變廢為寶，極大地解決了燃煤排放的問題，又保證了供暖，減少了碳的排放，減輕大氣污染，社會和經濟效益顯著，這是一個非常典型和優秀的環保節能清潔能源供暖項目。

2  高爐渣水處理工藝及其余熱利用現狀

2.1沖渣工藝流程

高爐沖渣有多種方式，國內主要有平流法、底濾法、圖拉法和印巴法(INBA)幾種。其中，底濾法是這幾種沖渣方式中，水質最好，其次是平流法，最惡劣的就是INBA法。而目前冶金行業，大型高爐的沖渣方式主要是INBA法。

龍鋼公司煉鐵高爐水渣脫離工藝采用了INBA法，這是由盧森堡PW公司首創的將渣水混合物經轉鼓脫水后由皮帶運出的處理方法。其基本工藝流程為高爐爐渣經熔渣溝進入粒化塔，被粒化管道噴出的帶壓高速水流快速淬冷和粒化，形成顆粒狀水渣，粒化產生的渣水混合物，從粒化塔經大方管流進旋轉脫水轉鼓進行渣水分離，水渣由通過轉鼓中心的皮帶運輸至堆渣場裝車外運。水和細渣則透過濾網進入下部沉淀池，細渣沉淀后經抽渣泵再打到粒化塔內經大方管進入轉鼓再次參與分離，而水則通過熱水槽溢流進入熱水池，經再由粒化泵送至沖制箱繼續沖渣，循環使用。

2.2沖渣水質特點

高爐沖渣時，大量水急劇熄滅熔渣時，首先使沖渣水的溫度急劇上升，甚至可以達到接近100℃其次是受到熔渣的影響，使水的組成發生很大變化。典型高爐沖渣水廢水組成隨煉鐵原料、燃料成分以及供水中的化學成分不同而異。飽和水時水渣的堆密度為1.20-1.22t/m3，烘干后的堆密度為1.16-1.20t/m3，隨著沖渣水的不斷使用，濃縮倍數會越來越高，其中影響設備選型的關鍵參數CL-1的含量最高能夠達到1000毫克每升以上。

高爐沖渣水渣的主要成分是硅酸鈣和硅酸鋁，從水處理-過濾的角度來說分為4種，其中，沉渣和浮渣都很容易除掉，但是懸渣和渣棉除去非常困難，這也是困擾高爐沖渣水有效利用的一個難題。

2.3沖渣水常規處理應用

多年來，沖渣水的余廢熱一直得到冶金行業內的重視，也有很多種利用的實際案例，渣水處理方式主要包括直接處理法和簡單過濾換熱法。

2.3.1直接處理法

將沖渣水處理之后直接供暖。中間費用比較高，而且過程復雜，供水水質不好，采暖管道容易堵塞和腐蝕。使用不到一個采暖季就會出現問題，在系統未端流速和溫度降低，失去了沖刷的作用，懸浮物極易沉積，造成管道堵塞，影響未端采暖效果。另外由于沖渣水的總溶解固溶物太高，水平衡狀很容易被打破，溶解度低的物質易析出而形成松散水垢，造成未端管道堵塞。

2.3.2簡單過濾換熱法

將沖渣水簡單過濾后進入換熱器換熱，將換熱后的干凈的水供暖。這種方法的優點是供出的水是干凈的水，采暖管道短期內不會堵塞。缺點是僅適合底濾法的高爐沖渣系統，對圖拉法、印巴法除渣的高爐沖渣水不適用，極易發生熱源短的換熱器堵塞。另外由于底濾法高爐沖渣水溫度本來就低(最高70℃)，換熱后溫度很難達到55度以上，換熱溫差大于10℃以上，采暖管網及用戶內的暖氣片都需要加大容量才能保證冬季的采暖溫度，如果是改造工程，熱網本身改造投資非常大。

3專用余熱回收綜合利用系統

目前為止，以上兩種方法已經不再適合高效節能環保的應用，本項目就是在充分了解高爐沖渣工藝流程基礎上，同時針對INBA法和平流法的渣質進行詳盡分析，提出了一套行之有效的高爐沖渣水及沖渣蒸汽余熱回收高效循環系統。

4  沖渣水余熱利用項目建設的必要性

4.1 符合國家產業政策

《中華人民共和國循環經濟促進法》 “第三十二條企業應當采用先進或者適用的回收技術、工藝和設備對生產過程中產生的余熱、余壓等進行綜合利用。 ”
   《中國節能技術政策大綱》“2.4……余能余熱回收利用原則是“梯級利用，高質高用”。
優先把高品位余能余熱用于做功或發電，低溫余熱用于空調、采暖或生活用熱。 ”
    該項目符合國家產業政策，是在國家《節能技術政策大綱》、《循環經濟促進法》中明確提出要鼓勵發展的項目類別。

4.2 增加企業效益，保護環境

從實現能源梯級利用的高效性和經濟性角度分析，高爐沖渣水供暖不需要消耗一次
能源，是最為有效的余熱利用途徑。該技術不產生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其它有害氣體，具有充分利用高溫廢水及熱風、變廢為寶、凈化環境的多重意義。余熱回收減少了采暖對蒸汽的需求量，從而解放了大量的供暖鍋爐，減少因供暖鍋爐運行對生態環境帶來的CO2、 SO2、 NOX、粉塵之類的大氣污染物，并解放了大量的生產力。

5  沖渣水余熱利用項目的技術要點

隨著高爐沖渣水余熱回收技術的不斷進步，高爐沖渣水中的余熱已經能夠穩定可靠
的回收。根據目前實際案例表明，沖渣水換熱機組在解決了沖渣水的過濾、換熱及耐磨阻垢等技術難題以后，高爐沖渣水余熱回收技術已經基本成熟。

5.1 提高過濾效率

過去沖渣水利用上不采用過濾機組或是過濾機組的過濾效率不高，造成過濾機組和換熱機組非常容易堵塞，導致無法正常供暖。此外，由于沖渣水不過濾或過濾效率不高，會導致換熱機組表面的磨損加劇，縮短使用壽命。目前采用高效過濾機組，不會因過濾問題堵塞，過濾效率的提高以及系統的合理設計，也解決了換熱機組的磨損問題。

5.2 提高換熱效率

目前使用的高效板式換熱器，換熱后的沖渣水溫度比管殼式換熱器低 10℃以上，減少沖渣蒸汽帶走的熱量，提熱能力比管殼式換熱器或污水型高 10%~15%。板式換熱器是目前公知的換熱效率最高并且體積最小的換熱器，而污水型換熱器由于體積龐大，換熱器自身散熱多，換熱效率較低。

5.3設備選型與場地利用

以往沖渣水取熱通常采用污水型換熱器、管殼式換熱器或寬流道換熱器，該機型體
積龐大、占地面積大、土建投資大。采用板式換熱器，可以很好的解決了上述問題，布置靈活，維護方便，占地面積小，土建成本減少1倍以上。

6  實施案例

大自然熱力利用龍鋼煉鐵4#爐沖渣水余熱，為韓城市龍門鎮區居民集中供暖，采用（西安鼎華）換熱機組，回收利用4＃高爐沖渣水（1000㎡/h）余熱。

6.1工藝流程概要

本系統是基于沖渣水高效節能過濾設備，沖渣水高效換熱設備，沖渣蒸汽回收設備、智能自動控制設備和儀表采集監控設備為一體的沖渣水余熱回收高效循環系統。主要由高效過濾系統、高效換熱系統、水循環系統、溫度控制系統和壓力控制系統組成。如下圖：

6.2.高爐沖渣水余熱利用項目流程分解及技術參數

余熱回收系統主要包括沖渣水池取水系統，管道設計系統，根據用戶需要設計的高爐沖渣水專用過濾機組(圖中設計4套)，高爐沖渣水專用換熱器(圖中設計4套)，補水系統，采暖水循環系統。

(1)沖渣水循環系統工藝流程為:沖渣水循環泵抽取沖渣水沉淀池沖渣水→經過沖渣水專用過濾機組(一、二級精密過濾器)過濾→至板式換熱器快速、高效換熱→沖渣水沉淀池。提取的沖渣水在經過過濾機組時，其自帶的反沖洗功能全程進行反沖洗以保證過濾性能，同時，在PLC控制下，按照所需流量流經換熱器，自動調節系統的熱負荷，避免出現的過冷、過熱，最大程度地節省能耗。

(2)采暖水循環系統工藝流程為:采暖水經過專用板式換熱器與沖渣循環水換熱→輸送到采暖供水干管→采暖用戶→采暖回水干管→采暖水過濾器→經過采暖水循環泵加壓→輸送至板式換熱器與沖渣循環水換熱。采暖水為閉式循環系統，采用軟化水，避免管道及散熱片結垢;在采暖循環泵前設置定壓補水系統，采用變頻補水泵自動補水。

(3)考慮采暖季節高爐檢修取熱問題，在換熱站設置汽水換熱器，采用蒸汽補熱保證供暖，凝結水回收至補水箱循環利用。

設計沖渣水換熱站主要技術參數如下表所示：

7  實施效果

大自然熱力利用龍鋼公司煉鐵廠4#爐沖渣水余熱，為韓城市龍門鎮區居民集中供暖，采用（西安鼎華）換熱機組，回收利用4＃高爐沖渣水（1000㎡/h）余熱。渣水溫度70-95℃，回收換熱后平均65℃以上，目前供熱面積約20萬㎡，用戶末端室內溫度20℃以上，供熱質量穩定，用戶滿意度極高。

該項目自投運后連續運行4個月，供熱穩定、連續，取得了較好的供熱效果。采暖季結束后，對核心設備—渣水板式換熱器進行了拆檢，內部通道表面清潔光滑、無污物堵塞情況。

該項目完全符合國家的清潔能源供暖政策，同時是廢熱利用的節能項目，更符合“碳達峰，碳中和”的要求，每年可節約的能效消耗換算為標準煤6245.41噸，減少CO₂排放17583.80噸。

8  結論

實踐應用證明，高爐沖渣水及沖渣蒸汽余熱資源充足、品位較高，采用成熟可靠的專有技術不僅可以全面提高能源利用效率、提高供熱質量、縮減供暖成本，而且可以取代燃煤鍋爐、減少碳排放、減輕大氣污染、社會和經濟效益顯著，是一個非常典型和優秀的環保節能應用。

龍鋼公司煉鐵高爐渣處理沖渣水余熱供暖利用取得了滿意效果。充分利用高爐余熱資源，尤其是低品位熱源，不僅達到節能降耗的目的，降低噸鋼生產成本，同時也為鋼鐵公司帶來多方面的效益，滿足城市供暖的需要，提高企業自發電率，并有利于環境保護。為高爐渣處理沖渣水余熱利用的應用提供了有益的思路借鑒和技術經驗。

參考文獻

[1]  《余熱利用》、云南科技出版社、郭森奎 何屏、1998-06

[2]  《移動式余熱利用技術研究》、冶金工業出版社、郭少朋、2015-01

[3]  《冶金工業節能與余熱利用技術指南》、冶金工業出版社王紹文 2010-03

[4]  《渣處理工藝技術規程》、龍鋼公司煉鐵廠、內部資料、2012年8月