高炉冲渣水余热利用现状分析

高炉冲渣水余热利用现状分析

朱斌帅，陈飞飞

(杭州华电双良节能技术有限公司，浙江杭州310030)

摘要：为促进钢铁厂高炉冲渣水余热的回收利用，本文在调研的基础上，对目前该领域主要技术的研究和应用情况进行了阐述与分析，例举了部分典型工程的建设与运行情况，总结了当下已建成系统中普遍存在的主要问题和改进发展方向，为日后同类工程的规划建设提供借鉴。

关键词：冲渣水；余热利用；采暖；现状；主要问题

中图分类号：TK11`+5

文献标识码：A

文章编号：1002-6339 (2015) 05-0425-03

Abstract：In order to promote energy efficiency of iron and steel plants, the investigation about recovery of waste heat of blast furnace slag-washing water has been carried out. Research and application situation of this field, as well as construction and running situation of some typical projects, is expounded in the paper. Major problems of existing projects are summarized on basis of the survey, and the development trends are also discussed. It provides the reference for the planning and construction of further similar projects.

收稿日期2014-12-24修订稿日期2015-07-14

作者简介：朱斌帅(1985~)，男，硕士，工程师，主要从事供热节能技术研究与应用工作。

Development Status of Waste Heat Utilization of Slag-washing Water of Blast Furnace

ZHU Bin-shuai, CHEN Fei-fei

(Hangzhou Huadian Shuangliang Eco-energy Technology Co.,Ltd., Hangzhou310030, China)

Key words：slag-washing water; waster heat utilization; heating; present state; major problems

0概述

钢铁厂生产工艺中产生冲渣水携带有大量的中低温废热，国内早在上世纪就已经开始尝试高炉冲渣水余热的有效利用，初期主要采用直供冲渣水的方式进行冬季采暖，但是由于水质较差，热交换器极易发生腐蚀与堵塞，使得余热利用经济效益不明显[1]。近年来在国家节能政策的引导下，高炉冲渣水余热利用技术有了长足的发展。

1主流技术研究与应用情况

目前建成的冲渣水余热利用工程以采暖方式为主，采用的技术方法主要有改进型直供采暖和间接换热采暖，国内外学者在余热发电方面进行了大量的研究并取得了可喜的进展。

1.1　余热采暖

加强过滤是缓解换热系统堵塞最直接的方法，改进型直供采暖技术主要运用了数道精过滤工艺，使得渣水水质得到明显改善[2]。但物理过滤法一般只能除去渣水中的颗粒物质和棉絮类物质，仍不能降低渣水中的盐分析出而造成的换热管网堵塞风险。

要遏抑渣水中盐分的析出，则应尽可能提高渣水的利用温度，采用间接换热采暖形式很好地解决这个问题。间接换热采暖即采用二级热网，冲渣水只在厂内一级热网中循环，通过供热首站将热量传递给二级热网而供至热用户，二级热网中采用水质较好的中水[3]。该形式系统基本消除了用户侧换热设备堵塞的问题，只需对供热首站进行定期维护即可，大大降低了维护成本。

通过对换热器中冲渣水流道的优化设计，控制渣水在换热器中的流场布置，如加强扰动、消除沉积死角等，针对冲渣水热余热利用设计的换热器防堵性能和换热效率可获得大幅提升[1,4]，堵塞问题可基本得到解决，间接换热采暖技术已逐渐成为国内高炉冲渣水余热采暖的主要方式。

1.2　余热发电

余热发电技术在工业领域已有较多应用，如转炉蒸汽发电、水泥窑余热发电等，但高炉冲渣水的品位比上述余热都要低得多，用于发电难度较大。此类技术目前仍处于前期研究阶段，尚未见工业应用[5]，主要包括有机朗肯循环发电技术和温差发电技术。

有机朗肯循环发电主要利用了有机工质的低沸点特性，通过热交换器将冲渣水的热量用于加热有机工质使其蒸发成高压气体，并推动汽轮机做功[6-7]。国内外学者对此进行了大量的研究，并研制了部分样机，目前该技术面临的主要难点包括有机循环工质的调配、发电效率较低、成本过高等[8]。

温差发电是基于热电效应开发的能源利用方式，主要原理是将两类材料一端连接在一起，另一端开路并分别放置在高、低温环境中，此时高温端的空穴和电子浓度高于低温端，浓度梯度导致了低温开路端的电势差[9-10]。这种靠温差便能发电的装置在转换能源过程中没有机械运动部件，具有寿命长、适用范围广等优点，但也存在热电转化效率低、成本过高等问题，需要进一步的研究发展。

2部分典型工程建设与运行情况

2.1　河北某钢厂项目

该厂于2013年开始进行了2×450 m3高炉冲渣水余热利用，使用的冲渣水总流量为700 t/h，制热量为20 MW，热交换器渣水入口设计温度为70℃，二级热网设计出口水温为60℃。经现场考察，了解情况如下：

(1)该厂从2013年开始投用余热采暖系统，暂时没有出现严重的堵塞和腐蚀情况；

(2)供热首站额外配备了蒸汽加热装置，避免高炉冲渣水入口温度过低或者停炉时对正常采暖供热的影响；

(3)无底滤池，渣水泵从池中抽取冲渣水经过滤装置后，送入供热首站的螺旋扁管热交换器，冲渣水侧压力损失约为203 kPa；

(4)采暖初期实测二级热网水进口温度35℃，出口温度约45℃，相对设计值偏差较大；

(5)过滤器和热交换器设有自动反冲洗装置，但没有集中控制装置，相关操作需要人为就地进行。

2.2　辽宁某钢厂项目

该厂冲渣水来自两座容量分别为540 m3和450 m3的高炉，两座高炉冲渣水互为备用，采暖系统设计供热能力为20 MW，冲渣水循环流量为840 t/h左右，设计入口温度为80℃，热网循环水循环流量为180 t/h左右，二级热网设计供水温度为60℃。经现场考察，了解情况如下：

(1)该厂两座供热站于2012年建设完工，但是外部热负荷严重偏小，造成了换热站低负荷运行， 存在大马拉小车现象，大量设备闲置；

(2)换热站内有3套过滤器，设计为2用1备，但因为实际使用冲渣水流量较小，所以只有一台过滤器工作，调研时发现有一台过滤器因管道接口处漏水停用待修；

(3)换热站内配有4台热交换器，单台换热面积为150 m2，现阶段只需开启一台热交换器便能满足供热要求，并且此热交换器冲渣水流量阀门还未全开；

(4)板式热交换器设置了蒸汽旁路，但是使用蒸汽进行供暖时，须关闭冲渣水管路阀门；

(5)补水箱主要采用自来水进行补充，可为二级热网补充水量，但补水箱水源水温较低，对供暖效果会产生影响。

3调研发现的主要问题

通过对大小十余个钢铁厂冲渣水余热利用项目的实地考察，发现大多已经建成的余热采暖项目基本能满足用户需求，但是系统中还存在着诸多不足，如果在后续类似项目实施过程中能针对性地解决这些问题，可以使项目实施的更合理、更经济、更有效。

3.1　部分项目设计裕度过大，系统复杂

部分项目在系统选型设计时，未充分结合当地供暖发展规划进行需求分析，一味放大备用量和可调裕度，造成系统出力及设备的过分冗余，不但增加了项目初投资，还对现场的布置和后期维护增加了难度。因此项目开工前应结合外部条件制定有针对性的实施方案。

3.2　部分项目系统安全考虑不足

有些项目现场布置简单，系统各工作模块安全可靠性设计不足，遇上热交换器部件故障时将导致供暖终端受到巨大影响；还有项目不能充分考虑直供可能出现的回水量过低的问题，事故发生时将影响高炉生产安全。

3.3　系统设计普遍存在较大节能优化空间

由于冲渣水需要过滤，使得反冲洗手段必不可少，但部分项目未匹配温度适中的反冲洗水源；使用蒸汽供暖时没有与冲渣水换热进行串联布置，使得此种情况下冲渣水余热无法被利用；电机型号选择不合理，导致系统用电增加。

以上仅为冲渣水余热利用项目实施过程中突显的部分典型问题，冲渣水余热利用是一项系统性工程，系统布置的合理与否、参数匹配、施工质量的管控及设备调试质量等各个环节都会对项目的最终效果产生重要影响，项目实施过程中应着眼大局，注重细节。

4结论

对高炉冲渣水余热加以利用，与国家节能减排政策导向相吻合，目前工程上以采暖用途为主。经过系统和换热部件的改良，制约冲渣水余热采暖应用的堵塞问题已基本得到解决，但项目中仍普遍存在系统设计有待改进现象。另外，随着余热发电技术研究的不断深入，可为热负荷不足的冲渣水余热利用项目提供更为有效的解决方案。

参考文献

[1]王晓东,胡兰辉,等.浅析高炉冲渣水余热利用[J].节能与环保,2014(8):66-67.

[2]陈军,武国峰,等.高炉冲渣水余热利用的现状及其技术发展的初探[C].无锡:河北省冶金学会,2010年全国冶金安全环保学术交流会论文集,2010.

[3]张建国,武巧梅,等.高炉冲渣水余热在企业职工洗浴用水的应用[J].节能技术,2013,31(2):191-193.

[4]朱斌帅,陈飞飞.高炉冲渣水余热利用技术分析与思考[J].发电与空调,2014,35(2):19-21.

[5]刘文权,罗军杰,等.高炉冲渣水余热回收技术的创新与应用[C].郑州:中国金属学会,2014年全国炼铁生产技术会暨炼铁学术年会文集(下),2014.

[6]韩中合,杜燕,等.有机朗肯循环低温余热回收系统的工质选择[J].化工进展,2014,33(9):2279-2285.

[7]邓立生,黄宏宇,等.有机朗肯循环的研究进展[J].新能源进展,2014,2(3):180-189.

[8]黄晓艳,吴家正,等.中低温工业余热ORC回收装置的工质发展与应用[J].节能技术,2012,30(1):34-38,44.

[9]孟凡凯,陈林根.高炉冲渣水余热半导体热电发电模型与数值模拟[J].钢铁,2014,49(2):79-87.

[10]赵敬红,胡楠,等.高分子热电材料研究进展[J].塑料工业,2014,42(8):12-15.