高爐沖渣余熱回收的試驗研究與利用分析

王鐵民

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山063200）

高爐沖渣余熱回收的試驗研究與利用分析

王鐵民

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山063200）

概述了目前高爐沖渣水余熱利用的現狀和存在的問題。根據高爐沖渣水余熱的特點，進行了詳細的能源診斷和理論分析計算，并進行了小規模的試驗研究。通過理論計算和試驗研究的對比，驗證了高爐沖渣余熱回收的可行性，獲得了第一手的試驗數據，為后期高爐沖渣余熱回收和低品質蒸汽的回收奠定了基礎。

高爐沖渣；余熱利用；能源診斷；試驗研究

1 引言

近幾年國家倡導循環經濟和可持續發展的方針、政策，大力提倡節能減排，鼓勵和促進節能減排技術研發和應用的同時，對企業節能指標提出了更高的要求[1]。高爐沖渣水作為一種低溫廢熱源，具有溫度穩定，流量大的特點，如何讓其發揮余熱利用的效益，也逐漸成為一個研究課題[1]。

2 試驗背景

高爐沖渣水用于冷卻煉鐵過程中產生的紅渣，并對其進行冷淬生產高爐渣顆粒。冷卻過程中，高爐沖渣水吸收大量紅渣顯熱，但其溫級較低，且水質很差，回收利用極其困難。在充分調研的基礎上，通過創新工作思路，首鋼京唐從理論上提出兩種回收方式[2]。一是結合海水淡化裝置對蒸汽品級要求低的特點進行長遠規劃。二是采用間壁式換熱設備將蒸汽放散塔蒸汽進行回收利用，熱水供入附近3#換熱站作為冬季供暖。為了驗證沖渣蒸汽熱量回收的可行性及和沖渣水換熱器的結構形式是否能夠滿足今后沖渣水取熱（降溫）的要求，同時解決當前高爐區域蒸汽外冒影響環境的現象，特進行了小規模的試驗研究，為今后高爐沖渣余熱和低品質蒸汽的利用奠定了基礎。

3 試驗過程

3.1 高爐沖渣水的腐蝕性及沖刷試驗

高爐沖渣水水質差，對材質的要求則極高，而其溫度低，又決定了必須采用高效換熱器[3]。試驗初期，就其材質的選取，特進行了高爐沖渣水的腐蝕性及沖刷試驗。分別對高爐沖渣水和蒸汽進行取樣，并做了化驗分析。化驗結果見表1和表2。

通過化驗結果看出，高爐沖渣蒸汽的品質稍微好些，而高爐沖渣水的品質較差，為了如實獲得高爐沖渣水的腐蝕性及沖刷情況，我們提前選擇了幾種材質：不銹鋼（光管）、鋅黃銅、鐵白銅、紫銅、不銹鋼（螺紋）、不銹鋼（翅片）等進行了浸泡試驗，分別置于直流渠和吸水井內兩個試驗點，如圖1所示。

表1 高爐沖渣水水質分析表

表2 高爐沖渣蒸汽品質分析表

在直流渠內流速很高，用于做沖刷實驗，在吸水井內水流動緩慢，用于浸泡做腐蝕性實驗。經過為期三個月的試驗周期，通過水質對不同材質的腐蝕和結垢情況來看，需采用不銹鋼材質。

圖1 管材的腐蝕、結垢試驗位置圖

3.2 高爐沖渣水及沖渣蒸汽測溫試驗

將高爐沖渣的整個過程分為四個波段來對高爐沖渣水及沖渣蒸汽進行測溫試驗，通過在線溫度監測儀得到其測溫曲線如圖2和圖3所示。

圖2 高爐沖渣水測溫曲線

高爐沖渣水測溫曲線是在未開冷卻塔的工況下測量的，水溫曲線大致可分四個波段：第一波段開沖渣泵未排渣時，由于沖渣水循環帶來的冷卻效應水溫從80℃降至70℃，周期約35 min；第二波段開始排渣，水溫隨渣量增加由70℃持續上升至90℃，周期約140 min，穩定在90℃的時間約90～100 min；第三波段排渣結束到停沖渣泵，溫度從90℃降至80℃左右，周期約為20 min；第四波段為停沖渣泵到下次啟動沖渣泵，溫度基本維持在80℃以上，周期約30 min。總的排渣周期約235 min，平均排渣周期約3.5 h。

圖3 高爐沖渣蒸汽測溫曲線

通過高爐沖渣蒸汽的測溫曲線看出，蒸汽冷凝塔內部蒸汽溫度基本分四個波段：第一波段是開沖渣泵未出渣時，沖渣水自身的熱量所產生的閃蒸汽溫度約為60℃，該周期約35 min；第二波段是開沖渣泵并且開始排渣時，隨著渣量的增加，沖渣產生的閃蒸汽溫度也隨之從60℃持續上升至約100℃，該周期約145 min，其中在100℃左右維持20 min左右時間；第三波段是排渣結束仍開沖渣泵時，蒸汽溫度自100℃急劇下降至70℃，周期約15 min；第四波段是停沖渣泵后，蒸汽溫度由70℃降至室外溫度26℃，周期約35 min。沖渣周期總時間約為230 min，排渣平均周期約為3.5 h。

3.3 高爐沖渣水及沖渣蒸汽熱量理論計算

高爐爐渣的熱量Qz=31680×104(kJ/h)

沖渣補充水的熱量QBs=365.8×104(kJ/h)

高爐爐渣帶走的熱量QZP=1313.5×104(kJ/h)

渣池水面蒸發熱量QS=3250.9×104(kJ/h)

渣池壁等的散熱量QB=2.75×104(kJ/h)

出渣期間沖渣循環水升溫的蓄熱量Qr:

Qr=9 405.0×104(kJ/h)

渣水熱平衡方程式：Qz+QBs=QL+QZP+QS+QB+Qr

設冷凝塔閃蒸汽帶走的熱量為QL(kJ/h)，將上述數據帶入渣水熱平衡方程式，根據熱平衡得出QL=17 823.7×104(kJ/h)。扣除閃蒸汽輸送過程中的熱損失，閃蒸汽可利用熱量約為10693.0×104(kJ/h)。

通過上述計算結果可知，QL/Qz=0.56，即高爐渣中56%的熱量是可以通過回收閃蒸汽的方式利用。兩套渣處理系統交替使用，由于出渣時間的長短不同，冷凝塔內蒸汽溫度和水池內沖渣水的溫度在不出渣時會短時降溫，其溫度波動按大于15℃考慮。

3.4 高爐沖渣水及沖渣蒸汽熱量回收試驗

為驗證沖渣水及沖渣蒸汽的換熱效果，同時將沖渣水及沖渣蒸汽回收的熱量合理利用，降低試驗費用，我們將回收的熱量直供距離高爐最近的3#換熱站用于冬季集中供暖。其余熱回收裝置系統圖如圖4所示。試驗前該換熱站熱源采用熱電抽汽，試驗期間用余熱回收熱量送入該換熱站代替試驗前的蒸汽，這樣既能將沖渣水換熱后的熱水熱量消耗掉，確保系統連續穩定運行，又能節省廠區的蒸汽用量，帶來一定經濟效益和社會效益。

4 試驗結論

（1）采用高爐沖渣水余熱資源，供換熱站采暖使用后，經過一個采暖期的試驗，采暖效果良好，有效解決了職工冬季采暖問題和高爐沖渣余熱的回收利用。

（2）本試驗投資約1000萬元，年運行費用約50萬元，替代電廠抽汽后，節省抽汽約5.6萬t，同時回收閃蒸汽冷凝水減少沖渣水補水。得到蒸汽冷凝水10萬t，年產生經濟效益456.34萬元。

（3）利用高爐沖渣水余熱資源進行供熱具有很大的優勢，在減少鋼鐵企業能源消耗和水資源消耗的同時，減少溫室氣體二氧化碳的排放量，有助于改善鋼鐵企業周圍的環境狀況。因此，回收高爐沖渣余熱不僅具有巨大的經濟效益，而且具有巨大的社會效益。

圖4 余熱回收裝置并入換熱站系統圖

[1]王建軍，蔡九菊，陳春霞，等.中國鋼鐵企業工業余熱余能調研報告[J].工業加熱,2007,36(2):1.

[2]賈希存，陳素君.高爐沖渣余熱回收的可行性分析[J].山東冶金, 2010,32(2):17.

[3]張匯川,白衛國.高爐水渣池余熱熱泵供暖裝置:中國, 200720190032.8[p],2008-10-01.

Experimental Investigation of Waste Heat Recovery of Blast Furnace Slag Water and Utilization

WANG Tie-min

(Shougang Jingtang Iron&Steel United Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063200,China)

The current situation and problems in waste heat utilization of blast furnace slag water are overviewed.In terms of the characteristics of waste heat of the blast furnace slag water,a detailed determination and theoretical analysis and calculation of energy has been made.The small scale tests have been conducted.The comparison of the theoretical calculation and test results indicates that the waste heat recovery of the slag water is feasible.The first-hand test data lay the foundation for the waste heat recovery of the slag water and recovery of low quality steam in later stage.

blast furnace slag;utilization of waste heat;energy determination;experimental investigation

TK115

B

1006-6764（2013）07-0043-04

2013-03-06

王鐵民（1971-），男，漢族，河北唐山人，本科，畢業于河北工業大學熱能與動力工程專業，現任首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司熱能系統主任工程師、從事熱能動力專業技術管理。