真空相变换热技术在凌钢高炉冲渣水余热回收中的应用

张艳珍

(凌源钢铁集团有限责任公司，辽宁 凌源 122500)

0 引言

随着钢铁行业利润空间逐渐收窄，钢铁企业不断挖掘内部余热余能，降低生产成本，提高经济效益[1-3]。高炉冲渣水作为一种低温热源，温度一般在55～85℃，具有流量大，热量多的特点，近几年，在钢铁行业得到广泛回收利用，成为钢铁行业节能降耗、降低生产成本的一项主要措施[4-5]。

目前，高炉冲渣水余热的回收利用主要是：利用冲渣水采暖或加热洗浴用水；冲渣水余热发电；用于海水淡化等[6-8]。高炉冲渣水进行采暖主要采用间接换热利用技术，包括三种利用方式，一种是高炉冲渣水经过高效过滤器过滤后，进入传统的板式换热器进行换热，换热后的二次水供系统采暖；第二种是余热回收系统无过滤器，高炉冲渣水直接进入宽流道板式换热器进行换热；另外一种是真空相变换热技术，高炉冲渣水先进入蒸发器负压闪蒸为洁净蒸汽，再进入板式换热器进行换热[9-11]。本文主要介绍真空相变换热技术在凌钢高炉冲渣水余热回收上的应用,为同行业起到一定的借鉴作用。

1 目前高炉冲渣水余热回收利用存在的问题

高炉渣是高炉冶炼中炉温达到1 400～1 600 ℃时，炉料熔融，矿石中的脉石、焦炭中的灰分、助溶剂和其他不能进入生铁中的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主浮在铁水上面的熔渣。高炉渣主要成分为CaO、SiO2、Al2O3、氯离子、硫酸根离子及渣棉等，在冲渣过程中遇水形成硅酸盐、碳酸盐等难溶于水的物质。在冲渣水余热回收过程中，这些难溶于水的盐类，会以沉积物的形式与渣棉类物质沉积在设备表面形成非常坚硬的污垢，并与渣水中的氯离子、硫酸根离子一起造成金属壁面垢下腐蚀，使渣水换热设备堵塞和腐蚀，造成换热效率降低，清理频次高，严重的一周一清理，清理难度大，既减少热量回收，又给工人带来较大的工作强度。因此在高炉冲渣水余热回收利用时，选择既能高效回收余热又能减少堵塞回收利用技术非常关键。

凌钢应用了某公司研发的直热机，在两座450 m3高炉和两座1 000 m3高炉分别建设一套渣水余热回收利用系统。

2 真空相变技术-直热机工作原理

真空相变技术是利用水的沸点会随着环境压力的降低而降低的特性，使50 ℃以上的工业废水发生闪蒸汽化，产生负压蒸汽携带汽化潜热输送至冷凝器内向低温介质进行冷凝放热，实现废水余热的回收。直热机是某公司利用真空相变换热技术研发的新产品，直热机设有多级闪蒸层，冲渣水从直热机上端喷入，在不同的闪蒸层进行闪蒸汽化形成水蒸气，水蒸气通过负压抽出后在换热器内与采暖水进行换热。工艺流程如图1。

图1 工艺流程图

3 真空相变技术解决的问题

冲渣水无需进行过滤及二次加热，热能的提取和释放分别在不同设施内进行，避免冲渣水与换热面直接接触，避免了废水中不溶性盐类在换热设施上的沉淀，解决了结垢堵塞、腐蚀、清理难度大、效率降低的问题。

4 直热机在凌钢的应用情况

凌钢1、2号高炉炉容为450 m3，两座高炉共用一个冲渣池，渣池长50 m，宽8 m，深2 m；1号高炉采用普通的水冲渣方式，渣和水混合在一起进入渣池，水渣通过天车抓出后进入水渣置场；2号高炉采用嘉恒法冲渣方式，水渣通过脱水后经过运输皮带运至水渣置场，1号高炉冲渣水循环量400 m3/h，2号高炉冲渣水循环量500 m3/h，两座高炉冲渣水温度在55～80 ℃；冲渣水通过自然冷却后，循环进行冲渣。2015年对1、2号高炉冲渣水应用了真空相变技术-直热机，合建了一套余热回收利用设施。1、2号高炉渣参数如下表1。

表1 1、2号高炉渣参数

建设两台5级5 MW型号为JTZH-5.0-500-0.1/0.1-01直热机及配套设施。工艺简图如图2和主要设计参数如表2所示。

图2 工艺简图

表2 主要设计参数

3、4号高炉炉容为1 000 m3，单独建有冲渣池，其中3号炉渣池长41 m，宽7 m，深6.5 m，4号渣池长38 m，宽8.5 m，深6.5 m。冲渣方式是嘉恒法，水中含渣量较高，渣水非常浑浊，渣水温度在60～80 ℃；2014年采用一种壳管换热方式，进行渣水余热回收，2016年对其进行改造，应用某公司生产的直热机。改造设计高炉渣参数如表3。

表3 3、4号高炉渣参数

建设两台3级10 MW直热机及配套设施。工艺简图如图3和主要设计参数如表4所示。

图3 工艺简图

表4 主要设计参数

5 运行效果

5.1 3、4号高炉冲渣水余热回收改造前情况

3、4号高炉于2014年合建一套渣水余热回收装置，采用壳管换热方式，主要供东家属区采暖，东家属区采暖面积30万m2，采用老式散热片，需要热负荷45～50 W左右。随着运行时间增长，换热器堵塞严重，堵塞物坚硬，腐蚀严重，换热效率大幅度降低，回收热量逐年减少，需大量补充蒸汽，才能达到热负荷要求；且换热器清理频繁，每10天左右一次，一次需要2～3天，清理难度大，工人劳动强度大。尤其是2015～2016年度采暖期，余热回收量明显降低，具体回收情况见表5。

表5 余热回收量

5.2 3、4号高炉冲渣水余热回收改造后情况

2016年应用直热机技术对其进行改造，改造后热量回收情况：在渣水温度达到70 ℃以上时，回收热量在19～20 MW，达到设计要求。由于高炉冲渣的间歇性，渣水温度在60～80 ℃，平均回收热量在14～15 MW，采暖水供水温度55～58 ℃。回收的热量完全满足30万m2住宅面积采暖，不需要其它热源补热。

改造后，一个采暖季期间进行一次清理，清理时间约0.5～1天。

5.3 1、2号高炉冲渣水余热回收运行情况

1、2号高炉应用真空相变技术—直热机后，在渣水温度达到70 ℃以上时，回收热量在9～10 MW；由于高炉冲渣的间歇性，渣水温度在55～80 ℃波动，平均回收热量在6～7 MW，采暖水供水温度55～58 ℃。回收的热量用于厂区采暖。

5.4 节能减排效益

四座高炉冲渣水余热回收年21.8万GJ,可替代燃煤锅炉供暖，可节约动力煤1.75万t，节约标准煤7 106 t，减少CO2排放18 478 t。

6 结论

(1)直热机闪蒸层的大孔洞设计，使含渣废水中的大块渣、渣棉等在隔板层不易积存结垢，避免堵塞和腐蚀问题，大大延长了检修周期，降低工人的劳动强度。

(2)此技术可适用高炉各种冲渣方式的余热水热量回收，对冲渣水浊度、钙镁离子含量等无要求，适用性广。

(3)换热效率高、检修周期长，回收热量多，可替代燃煤供暖，实现节能减排。

(4)可为同行业在进行冲渣水余热回收技术选择时起到一定的借鉴作用。