浅析高炉冲渣水余热采暖的应用

摘 要： 本文综述了国内冲渣水余热采暖利用现状，并通过案例对直接换热和间接换热两种方式进行比较研究，间接换热的形式重复利用冲渣水优势更加明显，具有更好的推广价值。

关键词：高炉；冲渣水；集中供暖；余热

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.054

1 概 述

1.1 高炉冲渣水余热利用大有可为

近年来，随着冶金行业节能降耗、资源综合利用和建设资源节约、环境友好型企业水平不断提高，加强能源优化利用、发展循环经济、余热余能利用已成为各钢铁企业发展的趋势，以往被忽视的高炉冲渣水的余热利用已在部分企业得以开发。

高炉炉渣温度高达1400 ～1500℃摄氏度，热量大，属高品质的余热资源。高炉渣处理方式多为水淬处理，与高温炉渣进行热交换的冲渣水，水温为60～80℃，浊度的质量浓度为50～80mg/L，经过渣水分离设施的滤池过滤后，浊度的质量浓度能净化到4～7mg/L，出水水温为50～70℃。高炉炉渣带走的热量约占高炉总热耗的16%左右。生产1t生铁要产生 0.3～0.6 t 炉渣，每吨炉渣约含有（ 1.26～1.88） × 106 kJ的显热， 相当于0.04～0.06 t标准煤的能量[1]。以2010年为例，中国高炉渣排量高达2亿t计算，每年造成约1000万t标准煤的热量浪费[2]。

1.2 我国目前高炉冲渣水余热利用的现状

冲渣水的利用方式主要有3种：一是供暖、供热水，二是海水淡化（受地理条件限制），三是低温余热发电技术，余热发电无疑是一个最有价值的研发方向，但由于其技术要求相对较高、投资回收期较长，目前还处于研究开发阶段。利用冲渣水进行换热，然后向浴室、食堂、游泳池供应热水，或给居民楼供暖，这些方式技术相对成熟，目前被部分钢厂采纳，并带来了较好的经济效益。目前建成的冲渣水余热利用工程以采暖方式为主，利用冲渣水的余热采暖主要可通过两种途径来实现：其一，经净化后的高炉冲渣水进入采暖系统各用户的末端采暖设备直接换热；其二，经净化后的高炉冲渣水通过高效换热器与采暖热水间接换热。

自上个世纪80年代以来，一些钢厂对此课题进行了跟踪。鞍钢使用较早，高炉冲渣余热水为鞍钢和鞍山市铁西区用户供暖已达二十多年，原有余热水量约3000m3/h。鞍钢新1#高炉的投产后，增加余热水量平均2300～2500m3/h。1999年，宣钢投用了1260m3高炉冲渣水余热采暖Ⅰ期工程[3]。济钢3200m3高炉冲渣水余热已在2009年开发利用于厂区生产供暖。到目前为止，首钢、莱钢、邯鋼、安钢、青钢等北方钢厂都已成功实施了高炉冲渣水余热利用采暖工程。

我国尚有大量高炉冲渣热水没有得到有效利用，造成了余热余能的巨大浪费，而且冲渣水温过高大量水蒸气逸出，浪费了宝贵的水资源，还造成了环境的二次污染，加剧了周围设施腐蚀程度。

2 案例分析

2.1 直接式换热系统

以河北某钢铁厂为例，介绍高炉冲渣水余热利用直接采暖系统的基本形式和组成。

2.1.1 系统组成

目前运行的直接式换热系统，冲渣水多采用平流沉淀与高效自清洗过滤器相结合的工艺。在冲渣水退水管道上安装钢丝隔离网，水流经后部由水渣/鹅卵石和钢丝网匹配的过滤层沉淀池，过滤后绝大多数杂质留着了沉淀池，后再渗入清水池，再由水泵加压后送到采暖用户，水泵出口安装高精度自清洗过滤器，清除细小的悬浮物。

2.1.2 设计参数

以河北某钢厂为例，此钢厂用于冲渣水采暖的为1座3200m3高炉，经净化后的高炉冲渣水直接送到新区炼铁、炼钢、热轧、冷轧、烧结、焦化、自备电厂和办公、公辅区域，最远处来回约7km。总采暖水量一般为1500m3/h，最大为2000m3/h。

冲渣水采暖直接换热系统，热水泵经两级过滤后将高炉冲渣水直接送至采暖用户直接换热。渣水净化站出口处的供水温度为62.5℃，回水温度为47.5℃；各区域采暖用户入口供水温度为60℃，回水温度为50℃，采用散热器采暖。此高炉冲渣水余热利用采暖工程于2009年初投入使用，采暖效果很好，但存在末端用户管道及散热器经常堵塞问题，一个采暖季需拆卸检修三、 四次， 给用户带来极大不便。

2.2 间接采暖系统

以山东某钢铁厂为例，介绍高炉冲渣水余热利用间接采暖系统的基本形式和组成。

2.2.1 系统组成

高炉冲渣水经滤池过滤后，用热水泵送至换热站，再经过二级、三级过滤，滤后的清水经板式换热器对二次侧采暖循环水进行加热，换热后的冲渣水回到吸水井，与旁通到吸水井的部分供水采用水泵加压送渣处理装置冲渣使用。主要设备和构筑物有：反洗风机房、滤池及阀门室、热水泵站、自清洗过滤器、砂过滤器和加药装置。

2.2.2 设计参数

山东某钢厂一期为1座1950m3的高炉，可利用冲渣水量1200m3/h，制取采暖热水量800m3/h，高炉的冲渣水经净化站多级净化后进入高效板式换热器，与采暖热水系统的回水进行水-水换热，板式换热器热侧冲渣水的进水温度65℃，换热后出水温度55℃并返回高炉冲渣水系统；板式换热器冷侧采暖水的进水温度48～50℃，换热后的出水温度63℃。换热后63℃的采暖热水通过采暖供水循环泵，从外网送至用户。考虑沿途损失，到达用户时的采暖温度为61.5℃。进入末端用户点的进水温度为60℃，回水温度为50～52℃，采用散热器采暖。

3 直接换热与间接换热系统优缺点

直接换热的优点主要是系统简单，一次性投资较低；由于是直接换热，热损耗相对小些。但不足主要在于：

（1）高炉冲渣水工艺流程和采暖热水系统不能保持各自的独立，一个系统的某个环节出现问题就会直接影响另一个系统的正常运行，一旦水系统堵塞，很难发现是在何处堵塞，不利于事故的排除和发现；

（2）冲渣水里的杂质不能全部去除，长时间在采暖热水系统里运行会堵塞末端采暖设备；

（3）冲渣水循环系统水质成分复杂、 各种有害物质含量高，氯离子含量达到约 600 mg /L 以上，并且溶解性固体、含盐量和含氧量都很高，直接用于采暖将造成整个系统的腐蚀与结垢，对采暖设备的腐蚀大；为保证采暖热水系统的运行正常，需对水质进行化验分析并不断的投药以保持水质的稳定，浪费了大量的人力和物力。

间接采暖虽然一次投资费用相对高些，热损耗相对大些，但可避免直接采暖的不足，采暖热水系统采用闭式循环，一旦高炉系统出现故障，也可启动蒸汽加热系统，保持部分供暖。闭式系统水压稳定，有利于系统长期可靠运行，也简化了管理和维护，节约了成本。

4 结语

综上所述，回收高炉渣余热可以提高能源利用效率，减少二氧化碳排放量，有助于改善钢铁企业的环境，是节能减排、变废为宝的典型应用，值得推广，但是在设计中要优先考虑间接采暖的方式，在选型方面要多考虑防止堵塞问题。另外，还可以考虑开发非采暖季节的余热利用途径，壁如用于小区内热水供应、低温余热制冷等，使高炉冲渣水大量余热得以更加高效利用。

参考文献：

[1]许丽丽.高炉渣冲渣水余热供暖监控系统研究与开发[D].青岛：青岛理工大学，2011.

[2]王海风，张春霞，齐渊洪.高炉渣处理和热能回收的现状及发展方向[J].中国冶金，2007，17（06）：53.

[3]刘红斌，杨冬云，杨卫东.宣钢利用高炉冲渣水余热采暖的实践[J].能源与环境，2010（03）：45-46.

作者简介：王涛（1985-），男，山东菏泽人，硕士，工程师，主要工作领域：暖通空调设计。