高爐渣水余熱回收與生產(chǎn)應(yīng)用方案

趙瑞學(xué)，傅國水，嚴(yán)鳳濤

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250101）

節(jié)能減排

高爐渣水余熱回收與生產(chǎn)應(yīng)用方案

趙瑞學(xué)，傅國水，嚴(yán)鳳濤

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250101）

為解決渣水溫度高導(dǎo)致的渣漿泵汽蝕問題，設(shè)計了用渣水余熱加熱鍋爐供水的方案，實(shí)現(xiàn)了渣水余熱回收，解決了實(shí)際生產(chǎn)中渣水溫度高導(dǎo)致水泵汽蝕等問題，達(dá)到節(jié)能降耗和提高汽輪機(jī)發(fā)電量的目的。

渣水；余熱利用；換熱；高爐；熱量

1 前言

山鋼股份萊蕪分公司1#750 m3高爐、4#1 080 m3高爐共用1個渣池，年產(chǎn)渣量約98萬t，夏季高爐正常生產(chǎn)時，渣池平均水溫101.5℃，其熱量沒有回收利用，因沖渣水溫接近沸點(diǎn)，導(dǎo)致渣漿泵汽蝕嚴(yán)重，對水泵的運(yùn)行和效率影響很大，同時蒸氨廢水很難補(bǔ)入沖渣系統(tǒng)，只能依靠低溫新水補(bǔ)入，因此，亟待解決沖渣水水溫高的問題。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可以通過回收渣水余熱，降低沖渣水溫度，保證沖渣系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2 方案分析與設(shè)計

2.1 方案介紹

根據(jù)近幾年高爐渣水余熱利用的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，水沖渣余熱利用系統(tǒng)采用物理過濾方式的過濾器過濾沖渣水，為了避開水質(zhì)處理的問題通過間接換熱的方式較為普遍。兩級換熱系統(tǒng)見圖1。

圖1 兩級換熱系統(tǒng)

2.2 工藝流程

4#高爐有3臺900 m3/h沖渣泵，2用1備，沖渣流量1 800 m3/h，現(xiàn)因水泵汽蝕，實(shí)際流量約1 300 m3/h左右。將原沖渣水泵改造為2臺1 100 m3/h變頻取水循環(huán)泵，與高爐渣水泵互為備用。改造后的循環(huán)泵先進(jìn)入換熱器換熱降溫，然后去高爐進(jìn)行沖渣，達(dá)到將渣水換熱回收余熱目的，連接工藝見圖2。

圖2 水泵連接工藝

利用現(xiàn)有高爐沖渣水循環(huán)泵直接將渣水送入新建換熱站系統(tǒng)，采暖水回水進(jìn)入換熱器冷源側(cè)；經(jīng)換熱器逆流換熱后，水沖渣溫度降低并回至水沖渣池，循環(huán)水溫度升高后送至板式換熱器，經(jīng)再次換熱后將冷凝水提溫，送至鍋爐除氧器，由于水沖渣中氯離子和硫化氫、沙狀顆粒物濃度較高，換熱器必須采用耐磨、耐氯離子腐蝕、晶間腐蝕以及應(yīng)力腐蝕、導(dǎo)熱性能好的特殊合金不銹鋼材料。

3 方案理論計算與分析

3.1 沖渣能量平衡分析

1#、4#高爐沖渣方式主要以直接水沖渣法和部分圖拉法沖渣。爐渣在水淬過程中，產(chǎn)生大量的蒸汽，浪費(fèi)了大量的工業(yè)水。根據(jù)渣水比1∶8～1∶10，每噸渣新水消耗量為0.8～1.2 t，液態(tài)爐渣比熱容為1.344 kJ/（kg·℃），因此1 t爐渣的總焓熱約1.6～1.8 GJ［1］，這些熱能一部分被沖渣水帶走，另一部分產(chǎn)生蒸汽排放掉，但是由于渣水溫度高，幾乎沸點(diǎn)，導(dǎo)致其90%以上的熱量是靠渣水氣化潛熱散失掉。

3.2 理論計算主要參數(shù)

1#、4#高爐熱散失主要為渣水氣化潛熱散失，但通過余熱回收，降低沖渣水溫后，使沖渣過程達(dá)到常規(guī)沖渣循環(huán)模式；通過控制沖渣水量和余熱回收負(fù)荷，可以使沖渣水溫降至95℃以下。

1）爐渣參數(shù)：煉鐵爐排出爐渣溫度Tpz=1 485℃；冷渣溫度Tlz=95℃；爐渣比熱Cz=1.344 kJ/kg。

2）沖渣水各部分參數(shù)：補(bǔ)廢水溫度50℃；渣水溫（冷卻）Tlw=78℃；78℃時水的焓Hlw=327.6 kJ；排水溫度（撈渣池）Thw=95℃；水渣比8∶1。

3）排出蒸汽參數(shù)：排氣溫度Tq=100～140℃；95℃水汽化潛熱（常壓）Hq=2 276.4 kJ/kg。

3.3 能量平衡計算

平均每產(chǎn)生1 t渣時的能量平衡計算。

每噸渣放出的熱量：

沖渣水帶走的熱量：

蒸汽帶走的熱量（水蒸汽潛熱）：

每噸渣產(chǎn)生的蒸汽量（常壓下）：

3.4 系統(tǒng)其他熱損失

1）水池表面熱損失H為：

式中：S為水池表面積，1 050 m2；Pm為水池表面溫度飽和空氣的水分壓，6.91 kPa（查焓濕圖［2］）；P為空氣中的水蒸汽分壓，4.47 kPa（取水池上方空氣溫度40℃，濕度50%，查濕空氣焓濕圖得）；Vm為日平均風(fēng)速，2 m/s；Hq為95℃水汽化潛熱（常壓）飽和蒸汽壓下的汽化潛熱，2 276.4 kJ/kg；a為熱量換算系數(shù)0.276 9 W·m2·h·℃/kJ。

2）因池壁長期傳熱而導(dǎo)致地面溫度升高，地面熱量蓄積，熱損失量很少，相比池面損失可以不計，因此管道與池壁損失暫歸為蒸汽散熱損失。

3）熱量計算分析：沖渣水帶走熱量為642 600 kJ；沖渣蒸汽帶走熱量為1 225 560 kJ；沖渣總熱散失為1 868 160 kJ；則沖渣水占總熱的損失：

642 600/1 868 160×100%=34%。

按照沖渣水實(shí)際測算經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)沖渣水占總損失40%左右，計算在范圍內(nèi)，屬于保守計算。

3.5 方案風(fēng)險性評估

1）對高爐沖渣系統(tǒng)的影響。本方案考慮到原4#爐沖渣泵房空間局限性，沒有空間裝設(shè)新的換熱水泵，只能就地改造原沖渣水泵，因此增加系統(tǒng)復(fù)雜性，對沖渣系統(tǒng)有一定風(fēng)險。可以考慮對原沖渣泵房擴(kuò)建，安裝新的循環(huán)水泵，與原沖渣系統(tǒng)隔離，但會增加基礎(chǔ)投資和運(yùn)行成本。

2）對冷凝水水質(zhì)的影響。通過本方案的兩級換熱，降低了沖渣水對冷凝水的影響，但仍然存在可能污染的風(fēng)險。當(dāng)沖渣水換熱器和水水板式換熱器同時泄漏時，可能引起污染冷凝水。這可以通過提高三次側(cè)系統(tǒng)管網(wǎng)壓力，使其高于二次側(cè)循環(huán)水壓力。另外，對二次側(cè)循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)置取樣點(diǎn)，定時對水質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)，降低運(yùn)行風(fēng)險。

4 效益分析

4.1 余熱回收量

按照三次水供回水設(shè)計71/40℃，設(shè)計溫差T= 31℃，設(shè)計流量Q=500 m3/h，余熱有效輸出負(fù)荷：

因冷凝水供除氧器，需蒸汽提溫至104℃，因此，節(jié)約的熱耗即節(jié)約蒸汽量為25.7（18/0.7）t/h。

4.2 回收后節(jié)約蒸汽發(fā)電量

節(jié)約蒸汽用于發(fā)電，產(chǎn)生的效益為：

按照年運(yùn)行330 d（35 d檢修停運(yùn)期）計算年毛利潤為1 094.2（1 381.6×330×24）萬元。

4.3 環(huán)保效益分析

按噸標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生8 t蒸汽計算。

年實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)煤的節(jié)約量：203 544/8=2.54（萬t/a）；

5 結(jié)語

通過此次改造，實(shí)現(xiàn)高爐沖渣系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，解決了渣漿泵汽蝕問題，降低水泵維修成本，節(jié)約高爐上冷卻塔的投資和運(yùn)行成本，同時實(shí)現(xiàn)了渣水余熱回收，節(jié)約了高品質(zhì)蒸汽，大大提高汽輪機(jī)的發(fā)電量。

［1］王海風(fēng)，張春霞，齊淵洪.高爐渣處理和熱能回收的現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］.中國冶金，2007（6）：55.

［2］姚榮華，張文勝.全國勘察設(shè)計注冊公用設(shè)備工程師暖通空調(diào)專業(yè)考試復(fù)習(xí)教材［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

Application Scheme of Residual Heat Recovery and Production for BF Slag Water

ZHAO Ruixue,FU Guoshui,YAN Fengtao
（Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China）

In order to solve the cavitation erosion problems of slag slurry pump induced by higher slag water temperature,technology scheme of heating boiler water supply using slag water waste heat was designed.The recycling of waste heat of water slag,the solution of the cavitation erosion problems of slag slurry pump induced by higher slag water temperature in practical production,the energy consumption and improvement of turbine generating capacity were achieved.

flushing water;utilization of waste heat;heat-exchange;blast furnace;quantity of heat

X706

B

1004-4620（2015）02-0046-02

2014-12-11

趙瑞學(xué)，男，1985年生，2008年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)冶金工程專業(yè)。現(xiàn)為濟(jì)鋼供熱公司汽鼓風(fēng)項(xiàng)目部經(jīng)理，從事鋼鐵余熱開發(fā)工作。