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鋼鐵企業在生產過程中會產生大量的余熱余能,國家統計數據顯示,中國鋼鐵工業總能耗占工業總能耗的23%,占全國總能耗的16.3%。鋼鐵企業中,可回收的余熱資源十分豐富,占總能源的1/3左右。鋼鐵企業高溫余熱的回收容易受到重視,在目前的節能降耗技術改造中大部分已得到回收利用,如高爐煤氣的余壓和潛熱、熱風爐煙氣顯熱等,大部分鋼廠都已經通過預熱空氣和煤氣的方式回收熱風爐煙氣顯熱。但低溫低品位余熱卻往往被忽視,如高爐沖渣水的余熱,大多被浪費掉。高爐冶煉過程中產生約1300℃的熱態紅渣,每千克紅渣蘊含959.85kJ/kg熱量。若高爐渣鐵比為1:4,則日產5000t鐵的高爐會產生 1250t紅渣,攜帶熱量相當于41t標煤。這些熱量大部分被帶入高爐沖渣水中,如何實現高爐沖渣水的余熱利用,是一個具有重大意義的節能課題。
目前國內大部分鋼鐵廠都是采用水淬渣工藝,其工藝流程為:在主鐵溝與鐵水分離后的熔渣在渣溝末端被沖制箱噴出的高速水流水淬粒化,粒化后的渣水混合物經脫水過濾后送至水渣堆場,脫出的水進入熱水池,產生了大量溫度70℃~85℃左右的沖渣熱水,為了保證沖渣水的循環利用效果,需要將這部分沖渣熱水在沉淀過濾后引入空冷塔,降溫到60℃以下通過粒化泵站再次送至沖制點循環沖渣,或進行自然降溫后繼續循環沖渣,這一過程中大量的熱量被白白浪費,既造成了能源的浪費,又對環境造成了熱污染。
一、高爐沖渣水余熱資源主要特點
1.沖渣水流量大
高爐沖渣水低溫余熱的一個顯著特點是:熱源溫度較低,但其流量非常大。某鋼廠1250m³級高爐,其循環沖渣熱水設計量約1350m3/h,沖渣水熱負荷約20MW,另一鋼廠2500m³級高爐,循環沖渣熱水設計量約2000m3/h,沖渣水熱負荷約40MW。高爐沖渣循環水水量巨大,余熱利用潛力很大。
2.沖渣水流量和溫度不穩定
沖渣水的流量和溫度是波動的,它隨著高爐出渣的周期而變化。在一個沖渣周期內,熔渣量在一定范圍內波動,總體趨勢是隨著沖制時間逐漸增大,沖渣前期渣量小、沖渣末期的渣量大,這對沖渣水的流量和沖渣水溫度有著明顯的影響。單個沖渣周期內,開始時沖渣水流量稍大,后期沖渣水流量有所減小各個工況的沖渣水流量差異較大。在一個沖渣周期內,沖渣水溫及熱水池水溫基本隨沖渣時間而逐漸增加,剛開始出渣時,渣水池溫度偏低,隨著出渣時間的加長,渣水溫度逐步升高,到出渣結束鐵口封堵前,渣水溫度達到最高值。各個工況的沖渣水溫及熱水池水溫也存在一定的差異,沖渣水溫在后期基本在65~70℃左右,而熱水池水溫在后期基本在75℃-80℃之間變化。沖渣水流量和溫度的波動,影響其余熱資源的有效利用。
3.具有很強的腐蝕性
高爐沖渣水在沖渣過程中直接接觸1300~1500度的高爐熔渣,高爐熔渣中的主要化學成分二氧化硅 Si02、三氧化二鋁A1203、氧化鈣 Ca0、氧化鎂 Mg0.氧化錳 Mn0和硫等溶解于沖渣水中,并且鋼鐵企業內部的燒結、焦化、脫等工序產生的高污染化工廢水也排入渣池中用于循環沖渣,因此,高爐沖渣水實際上是一種成分復雜的混合水溶液,某鋼廠對沖渣水樣進行檢測后發現,沖渣水基本呈弱堿性,PH值在7-9左右,沖渣水中的硫酸鹽含量基本在350mg/1左右,熱水池中氯化物含量約650~750mg/1之間。經過常年反復沖渣利用,高爐沖渣水中的硫酸根離子、氯離子、磷酸根離子等大量聚集,容易對沖渣水流經的設備和管道造成腐蝕。
4.容易堵塞換熱裝置和管道
高爐沖渣水在沖渣過程中直接接觸高爐熔渣,水中大量的Naz0、K0等堿金屬被引入,堿金屬與熔渣中的二氧化硅反應,生成硅酸鈉、鋁硅酸鈉、硅酸鉀等。隨著熱的飽和溶液逐漸降溫后,溶質以晶體的形式析出,在連續的生產過程中,掛附在換熱設備和渣水管道內壁上。同時,在沖渣的過程中會產生大量的泡沫渣、渣棉等,這些泡沫渣、渣棉也容易造成換熱系統的堵塞,影響高爐沖渣水循環系統的正常運行。
二、沖渣水余熱利用方式
高爐沖渣水具有水量大、余熱利用潛力大、熱源不穩定、腐蝕性強、易堵塞換熱設備等特點。其主要利用方式包括高爐沖渣水溴化鋰吸收式制冷、用作海水淡化熱源、高爐沖渣水余熱發電、高爐沖渣水換熱采暖等。高爐沖渣水用于溴化鋰吸收式制冷是通過將高爐沖渣水換熱后產生的熱水,送入熱水型溴化鋰吸收式制冷機組作為其熱源制取冷凍水,制取的冷凍水可用于高爐鼓風脫濕系統,也可用于夏季室內空調制冷。高爐沖渣水用于海水淡化,則是將高爐沖渣水與除鹽水在換熱器中換熱,產生的高溫除鹽水送入海水淡化單元,在閃蒸罐中閃蒸為低溫飽和蒸汽送往低溫多效海水淡化裝置制取淡水。高爐沖渣水余熱發電技術是通過高爐沖渣水與液氨特殊工質進行換熱,換熱工質汽化后驅動汽輪機做功發電。
而在鋼鐵企業中,最經濟常用的余熱利用方式還是直接利用沖渣水顯熱用于提供冬季采暖。高爐沖渣水余熱采暖技術主要包括直接換熱、間接換熱兩種方式,直接換熱采暖方式是將沖渣水直接供往終端用戶散熱片中換熱,極易堵塞和腐蝕散熱片和管道設備,現階段很少有企業采用這種方式。目前鋼鐵企業大多采用間接換熱采暖方式,沖渣水作為熱源與采暖回水在渣水換熱器中進行換熱,換熱后的采暖熱水供至用戶終端設備進行采暖,渣水系統和采暖水系統相對獨立,可有效解決采暖水管道及暖氣片等發生堵塞和腐蝕的問題。
三、沖渣水余熱回收方式
高爐沖渣水的主要利用方式是通過渣水換熱器將沖渣水的余熱提取出來加以利用,沖渣水換熱必須解決其對換熱器造成的污染、堵塞以及腐蝕這三個主要問題。目前鋼鐵企業沖渣水換熱器主要采用過濾器加板式換熱器、寬通道板式換熱器和真空相變式換熱器等幾種形式。
我公司針對沖渣水余熱回收工藝點,設計寬通道板式換熱器,采用無過濾間壁式逆流換熱原理,其流道寬度較常規板式換熱器有所加大,對污水中常見的固體懸浮物具有較好的抗堵性;同時在換熱器材質方面選用耐磨損及耐腐蝕的雙相不銹鋼,有效解決顆粒磨損及氯離子腐蝕問題。換熱器合理的板型選擇以及流量設計,可以有效減少沖渣水堵塞換熱設備的問題。
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