高炉冲渣水余热回收技术

高炉冲渣水余热回收技术

通过对高炉冲渣水余热回收利用的几种方式的对比，分析了传统换热设备在余热回收项目中的优缺点，并提出真空相变换热技术在冲渣水余热回收中的优势，其较好地解决了传统冲渣水换热器设备堵塞、耗损、腐蚀、结晶等一系列问题。真空相变换热器有效地利用了此项技术，在钢厂高炉冲渣水余热回收利用中值得推广利用，具有广阔的应用前景，可以实现较好的经济效益和环保及社会效益。

标签：换热器；真空相变；高炉冲渣水；余热回收

1 概述

高温熔渣作为高炉炼铁的附属产物，其经过水淬工艺处理后将产生70～90℃的高温冲渣水，这些具有大量余热的冲渣水具有成分复杂、悬浮物多的特点，尤其是其中含有矿棉类纤维等成分，极易造成沉积钩挂、堵塞，同时其渣粒也会造成管道的严重磨损。长期以来，人们采用直接或间接的换热器来利用冲渣水的余热，都达不到理想的换热及运行效果。高炉冲渣水若直接作为采暖热水，会在采暖管道及散热器中产生淤积、堵塞；若间接换热，则同样会在传统的换热器中发生堵塞、腐蚀、结晶、磨损等问题，无法长周期有效使用。综上，如何全面、有效地利用高炉冲渣水便成了一个亟待解决的现实问题。

2 真空相变换热技术简介

由于水的沸点会随着压力的变化而相应地变化，所以，通过降低水所在周围环境的压力大小，从而使水在低压环境下沸腾，进而转化为水蒸气，这些水蒸气便可以被我们充分利用与循环水进行相变换热，从而达到了余热回收的目的。

2.1 高炉冲渣水的水质分析

高炉冲渣水的余热回收具有其鲜明的特点，有必要对其水质进行简单地分析。高炉渣的主要成分为CaO、SiO2、AL2O3等物质，冲渣水是高炉渣在1400℃左右的熔融状态下水淬形成的，故在其水淬过程中会将高炉渣的一些成分溶解在水中，再加上冲渣水作为冷却高炉渣的重复利用循环水，不断往复地冲渣过程中冲渣水也不断地被浓缩，从而使高炉渣中可以溶于水的物质达到了一个饱和的状态。

笔者从某钢厂冲渣水提供的水质报告得到以下数据。

根据表1中的数据显示，钢厂高炉冲渣水中含有大量的可溶于水的易结晶物质，而要利用这些高炉冲渣水就必然要使其与低温的冷水进行强制冷凝换热，高温状态下的冲渣水经过换热冷凝，温度降低的同时溶解在高炉渣中的以上成分就会呈现过饱和的状态，从而以晶体的形式析出并附着在换热壁表面上，造成换热

器传热系数的降低，甚至造成严重的堵塞。分析表中的数据可以看出，该钢厂冲渣水中含有较高浓度的氯化物及硫酸盐类物质，而我们提取其余热的换热器和输送冲渣水的金属管道分别为不锈钢和碳钢材质，这无疑增加了对换热器和冲渣水输送管道金属壁面的化学腐蚀。

2.2 冲渣水传统换热设备的现状及缺陷

在具体冲渣水余熱回收项目论证过程中，通过水质分析及钢厂类似项目的实测调研分析，传统换热设备主要有以下几种类型：（1）板式；（2）螺旋板式；（3）壳管式；（4）污水专用换热器。以上四种换热设备在使用过程中都出现了不同程度的污染、堵塞，甚至严重的腐蚀现象。

除此之外，一些项目中提出了使用纤维过滤器等净化措施来降低堵塞以及腐蚀的危害，但是造成堵塞的原因是由于溶于冲渣水中的物质冷却后过饱和结晶析出，而非固体、悬浮物等可见的固体污染物质，所以，效果不是很理想。

另外，新型的污水专用换热器受到市场的关注，其具有一定的抗堵优势，尤其是在城市污水余热回收项目中的应用，它可以有效地阻截城市污水中的固体污染物质，从而保证了污水热源的水质。但是还是同样的问题，在高炉冲渣水余热回收项目应用过程中，无法有效地解决冲渣水过饱和而结晶、腐蚀的问题。

综上分析可以看出，传统的余热回收装置具有不可改良的弊端，在余热回收的过程中，必须改变冲渣水与换热器、管道等金属壁面的接触方式，才能清洁、高效地利用冲渣水这一水质复杂的热源。

2.3 真空相变换热器的原理及优势

主要针对高炉冲渣水冷凝换热易结晶和腐蚀金属壁面的特点，真空相变换热器应运而生，利用水在负压环境下沸点降低的特性，在换热器内部人为地抽成一个负压的环境，使得冲渣水在负压容器（也称真空容器）内沸点降低，从而实现无需加热，使部分冲渣水闪蒸、汽化，以清洁的水蒸气携带大量的汽化潜热与纯净的冷水进行换热，从而实现清洁、高效地提取冲渣水热能的目的。

3 项目应用

笔者对某钢厂4、5号高炉冲渣水余热利用项目进行了实地调研，通过实地测试得出4、5号高炉的冲渣水可资用的余热量为57.1MW，考虑到供热量的保证率，故将余热量以50MW设计，若按传统的采暖建筑热指标估计，则冬季可以大约满足100万平米的建筑进行区域供暖。

在某钢厂的4、5号高炉余热利用项目中，设计共选取了10台单台制热能力为5MW的JTZH-5.0-500-0.1/0.1-0.1的真空相变换热机组，既可以单独运行，也可以并联运行，10台设备考虑互为备用。

经过实地调研，10台制热机组共占地450m2，冲渣水的最大设计用量约为240m3/h，冲渣水的温降约为18℃，制出65℃循环水的流量约为215m3/h。整个真空相变换热系统的耗电量约为400kW，其中，单台设备的输入功率约为37.5kW，单台设备的耗电量包括：冲渣水的排水泵30kW、真空泵7.5kW、冷凝水排水泵2kW。如表2所示。

4 运行效果总结

本真空相变换热系统投产于2014年11月中旬到2016年1月份已经安全运行约两年有余，整体的供暖效果良好。经过实地调研分析，真空相变换热系统的换热量以及传热温差等关键参数均达到了设计的要求。值得指出的是，在冲渣水侧并未检测到明显的结晶、结垢及腐蚀等恶劣换热现象，在完全满足100万平方米的供暖指标的前提下，连续两个采暖期内无需清理维护，达到了较高的水质水平。

在耗电量和供热量方面，经过实际测量计算，笔者随机选取了2016年元月15日8：50分开始，进行了一次为期72小时的数据统计分析，本系统10台真空相变换热机组在72小时内累计输出热量达到4903.5GJ；累计耗电量：217506kW·h（包含采暖系统的各类水泵、照明灯日常用电量，优于原来的换热系统的设计要求，实现了经济、高效的换热效果。

5 结束语

笔者通过对高炉冲渣水余热潜力和水质的分析，得出了高炉冲渣水是一种具有大量潜热可资利用的热源，但是水质的复杂性却很难高效地将其中的热量转换出来供采暖等项目使用。而使用真空相变换热技术来改变原有的换热系统，可以有效地避开冲渣水冷凝易结晶的问题，可以实现较为高效的余热利用。