炼钢高炉冲渣水余热

高炉冲渣水
主要用于制作建筑材料也可用来制造渣棉、铸石和膨球等。

高炉冲渣水作为一种低温废热源，具有温度稳定、流量大的特点，如何让冲渣水发挥余热利用的效益，也逐渐成为一个研究课题。

目前我国高炉炉渣处理工艺主要是水淬渣工艺方式。

高炉内1400度-1500度的高温炉渣，经渣口流出，在经渣沟进入冲渣流槽时，以一定的水量、水压及流槽坡度，使水与熔渣流成一定的交角，冲击淬化成合格的水渣。

在炼铁工序中，冲渣消耗的新水占新水总耗的50%以上。

冲制1吨水渣大约消耗新水11.2 吨，循环用水量约为10吨左右。

按照我国钢铁生产产量5亿吨，按350千克渣比计算，仅用于冲渣的新水消耗就超过1．5亿吨，占钢铁工业新水消耗的4%。

由冲渣水带走的高炉渣的物理热量占炼铁能耗的8%左右，大约相当于21千克，标煤（按350千克/吨铁计算）。

循环水池的水温范围60-85度，属于工业低温废热源，如果不加以利用，这部分能量就会被浪费。

目前对于高炉冲渣水的余热利用，主要还是直接利用显热提供冬季采暖，这种利用方式技术简单、改造成本很低，但存在一些问题：（1）冲渣水水量大，蕴含的热量很大，而一般厂区办公楼的采暖负荷较小，不能够将冲渣水的余热能力完全发挥出来；（2）采暖只适用于北方的城市冬季使用，夏季不需要，而南方城市一年四季都不需要采暖，因此这种方式存在局限性；（3）冲渣水含有大量的杂质，进入管网后易造成堵塞，且供热管网系统庞大，清洗难度很高。

因此，研究高炉冲渣水余热利用的新技术，最大程度是回收高炉冲渣水的余热。

冲渣水余热利用
高炉冲渣水排出时温度大约85℃，将热量传递给工质，温度降到50℃左右，再送到高炉供冲渣之用，从而回收了一定量的余热。

工质在换热器内吸收热量后变成80。

C的过热蒸气，然后进入气轮机膨胀做功，带动发电机转动，对外输出电能。

做功后的工质变成低压过热蒸气，低压过热蒸气进入冷凝器放出热量，变成低温低压的液体工质，然后由工质泵送到热交换器中吸热，再次变成过热蒸气去推动气轮机做功。

如此连续循环，将热水中的热量源源不断的提取出来，生成高品位的电能。

目前常用在低温发电系统中的工质有：低沸点有机物（如：氯乙烷、正戊烷、异戊烷等）、氟利昂工质（如：R134a、R123、R142b、R600等）。

冲渣水利用双工质发电的经济性估算。

以2000m3的高炉为例，各项基本参数均按常规考虑，采用双工质发电技术将其冲渣水的余热回收发电。

采用双循环工质进行发电，其发电效率在3%左右，且系统复杂，可以考虑采用温差发电技术。

目前最普通、最便宜的温差发电模块，其发电效率可达到4%左右，而且温差发电模块的发电效率随着纳米技术的应用以及使用温度的提高存逐步增加。

冲渣水发电技术
目前在其他行业（如水泥行业余热回收、地热发电项目）中，已经有双工质发电技术的成熟应用，系统工作温度都在100℃以上。

而高炉冲渣水属于较低温的余热源，其利用温度只有70℃．80℃。

今后发展方向主要在：①寻找适合冲渣水
温度的工作介质：在该工作温度区间内要求具有较大的焓降；不燃、不爆、环保、无毒、廉价、来源丰富、进排气压力适中；②改善现有技术，使之适合用于冲渣水的特殊条件。

高炉冲渣水余热回收利用
一、高炉冲渣水余热利用背景
钢铁厂在高炉炼铁工艺中，产生的炉渣温度大约为1000℃。

目前，大多数炼铁企业的处理方法是：将此炉渣在冲渣箱内由冲渣泵提供的高速水流急冷冲成水渣并粒化，以供生产水泥之用。

这一过程中能够产生大量温度在80~95℃的热水。

通常，为了保证冲渣水的循环利用效果，需要将这部分冲渣水在沉淀过滤后引入空冷塔，降温到50℃以下再次循环冲渣。

这样就使得很大一部分热量在空冷塔中流失，既造成了能源的浪费，又对环境造成了热污染。

目前，高炉冲渣水余热回收利用技术主要应用于余热发电、冬季采暖和浴池用水。

二、高炉冲渣水余热利用解决方案
2．1余热发电
基本原理为：炼铁厂高炉冲渣水排出时温度为80～95℃，经沉淀清除杂质预处理后进人特殊设计的蒸发换热器和预热换热器，将高炉冲渣水热量传递给换热介质，温度降至约5O℃，再送回高炉冲渣，从而回收一定量的余热。

换热介质在换热器内吸收热量后变成80℃的过热蒸气，然后进入气轮机膨胀做功，带动发电机转动，输出电能。

做功后的换热介质变成低压过热蒸气，进入冷凝器放出热量，变成低温、低压的液体换热介质，然后由泵送至换热器中吸热，再次变成过热蒸气推动气轮机膨胀做功。

如此连续循环，将高炉冲渣水中的热量源源不断地提取出来，转换成电能。

图1、高炉冲渣水余热发电工艺流程图
冷凝器冷却方式包括水冷式和风冷式2种。

其中，水冷式冷凝器投资较低，投资回收期较短，但运行过程需补充冷却水；风冷式冷凝器净发电量较少，但不需要冷却水，比较适合干旱缺水地区。

2．2螺杆膨胀机余热发电简介
螺杆膨胀机是一种专门回收各种低品位热能发电的高新技术新型发电机组，具有通用性强、热能适用广、使用维护安全便捷、节能高效等技术特点，在不影响用户正常生产的前提下实现节能减排和经济增效的投运效果。

工业热液（75℃以上）的应用范围：
热水温度150℃以上，可以直接用“螺杆膨胀动力机组＋冷凝器”回收发电热水温度70-150℃范围，可以采用“双循环螺杆膨胀动力机组＋冷凝器”回收发电
图2、螺杆发电流程图
2．3冬季采暖
高炉冲渣水在渣池中沉淀后仍含有很多炉渣杂质，不能满足采暖系统水质要求，所以高炉冲渣水必须过滤才能进入采暖系统。

采暖循环水泵应采用热水泵，1用1 备。

对于流量较大的采暖系统，可增设l台流量为设计流量70％的热水泵，
在室外采暖计算温度较高时使用，使采暖系统的温度调节实现分阶段调节。

采暖蓄水池水温通常可达70℃以上，当室外温度升高时，水温也会随之升高，所以采暖系统供水温度可达7O一8O℃，供水和回水温差为10℃。

当采暖期室外温度较低时，可向采暖蓄水池补充蒸汽，以提高供水温度。

2.4浴池用水
采用高炉冲渣水作为浴池用水的热源，该工艺的特点如下：
1)余热易回收。

高炉冲渣水水温高达85℃，浴池用水温度一般为40℃，采用换热器可以很容易回收高炉冲渣水的余热，使水温达到浴池用水温度。

2)热水输送方便。

由于采暖管道已铺设至厂区及家属区，所以热水输送管道路由的选择及工程测量均可省略。

另热水输送量不是很大，热水输送管道可直接架设在采暖回水管道上，从而节省大量的钢材消耗。

3)换热器安装方便。

渣水分离系统设有22m×3m×12m的热水井，换热器安装在热水井中，可不受形状和数量的限制。

同时，自制的换热器重量轻、价格低，在换热面积相同的情况下，自制换热器的重量仅为标准换热器重量的1／6，价
格仅为标准换热器重量的1／7。

4)换热效率高。

渣水分离系统具有充足的给水水源，能使给水在不加压的情况下通过换热器进入蓄水池，从而很经济地完成换热功能。

其中，换热器结构采用u型排管形式。

泵房及热水输送管道布置如图3所示：
给排水系统如图4所示。

三、高炉冲渣水的渣水分离技术
炉渣水淬方式分为渣池水淬和炉前水淬2种，高炉冲渣水一般指炉前水淬所产生的废水。

因为冲渣过程对循环水质要求较低，所以高炉冲渣水经渣水分离后即可循环使用，温度高一些也不会影响冲渣效果，因而，在高炉冲渣水系统中，可将空冷塔设计成只有补充水系统而无排污系统的循环系统。

高炉冲渣水渣水分离的方式主要有渣滤法、槽式脱水法(RASA拉萨法)和转鼓脱水法(INBA印巴法)3种。

3．1渣滤法
渣滤法是将炉渣和高炉冲渣水的渣水混合物引入滤池，由炉渣作为滤料，使炉渣和高炉冲渣水通过滤池时将炉渣截流在滤池内，并将高炉冲渣水过滤排出。

过滤后的高炉冲渣水中悬浮物含量很少，且在渣滤过程中可降低高炉冲渣水的暂时硬度，滤料也不必反复冲洗，故高炉冲渣水循环使用较易实现。

但滤池占地面积大，一般需几个滤池轮换作业，且难以实现自动控制，所以渣滤法只适用于小高炉的渣水分离。

3．2槽式脱水法
槽式脱水法是将高炉冲渣水用泵打入脱水槽内，槽底和槽壁均由不锈钢丝网制成，犹如滤池，但脱水面积远大于滤池，且占地面积较小。

脱水后的水渣由脱水
槽下部的阀门控制排出，装车外运；脱水槽出水夹带浮渣，将其与浮渣一并送入沉淀池，沉淀后的水渣再返回脱水槽，溢流水经冷却循环使用。

3．3转鼓脱水法
转鼓脱水法是将炉渣和高炉冲渣水的渣水混合物引至1个转动的圆筒形设备内，使炉渣和高炉冲渣水均匀分配后进人转鼓。

转鼓的外筒是由不锈钢丝编织的网格结构，所以进入转鼓的炉渣和高炉冲渣水很快得到分离。

高炉冲渣水通过炉渣和转鼓外筒从转鼓的下部流出，炉渣则随转鼓一起做圆周运动。

当炉渣被带到转鼓的上部时，依靠自重落至转鼓中心的输出皮带机上，由输出皮带机将炉渣运出，实现高炉冲渣水与炉渣的分离。

由于所有的炉渣均在转鼓内被分离，没有浮渣产生，所以不必再设置沉淀设施，显著提高了渣水分离效率。