淺析高爐沖渣水余熱采暖的應用

摘 要： 本文綜述了國內沖渣水余熱采暖利用現狀，并通過案例對直接換熱和間接換熱兩種方式進行比較研究，間接換熱的形式重復利用沖渣水優勢更加明顯，具有更好的推廣價值。

關鍵詞：高爐；沖渣水；集中供暖；余熱

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.054

1 概 述

1.1 高爐沖渣水余熱利用大有可為

近年來，隨著冶金行業節能降耗、資源綜合利用和建設資源節約、環境友好型企業水平不斷提高，加強能源優化利用、發展循環經濟、余熱余能利用已成為各鋼鐵企業發展的趨勢，以往被忽視的高爐沖渣水的余熱利用已在部分企業得以開發。

高爐爐渣溫度高達1400 ～1500℃攝氏度，熱量大，屬高品質的余熱資源。高爐渣處理方式多為水淬處理，與高溫爐渣進行熱交換的沖渣水，水溫為60～80℃，濁度的質量濃度為50～80mg/L，經過渣水分離設施的濾池過濾后，濁度的質量濃度能凈化到4～7mg/L，出水水溫為50～70℃。高爐爐渣帶走的熱量約占高爐總熱耗的16%左右。生產1t生鐵要產生 0.3～0.6 t 爐渣，每噸爐渣約含有（ 1.26～1.88） × 106 kJ的顯熱， 相當于0.04～0.06 t標準煤的能量[1]。以2010年為例，中國高爐渣排量高達2億t計算，每年造成約1000萬t標準煤的熱量浪費[2]。

1.2 我國目前高爐沖渣水余熱利用的現狀

沖渣水的利用方式主要有3種：一是供暖、供熱水，二是海水淡化（受地理條件限制），三是低溫余熱發電技術，余熱發電無疑是一個最有價值的研發方向，但由于其技術要求相對較高、投資回收期較長，目前還處于研究開發階段。利用沖渣水進行換熱，然后向浴室、食堂、游泳池供應熱水，或給居民樓供暖，這些方式技術相對成熟，目前被部分鋼廠采納，并帶來了較好的經濟效益。目前建成的沖渣水余熱利用工程以采暖方式為主，利用沖渣水的余熱采暖主要可通過兩種途徑來實現：其一，經凈化后的高爐沖渣水進入采暖系統各用戶的末端采暖設備直接換熱；其二，經凈化后的高爐沖渣水通過高效換熱器與采暖熱水間接換熱。

自上個世紀80年代以來，一些鋼廠對此課題進行了跟蹤。鞍鋼使用較早，高爐沖渣余熱水為鞍鋼和鞍山市鐵西區用戶供暖已達二十多年，原有余熱水量約3000m3/h。鞍鋼新1#高爐的投產后，增加余熱水量平均2300～2500m3/h。1999年，宣鋼投用了1260m3高爐沖渣水余熱采暖Ⅰ期工程[3]。濟鋼3200m3高爐沖渣水余熱已在2009年開發利用于廠區生產供暖。到目前為止，首鋼、萊鋼、邯鋼、安鋼、青鋼等北方鋼廠都已成功實施了高爐沖渣水余熱利用采暖工程。

我國尚有大量高爐沖渣熱水沒有得到有效利用，造成了余熱余能的巨大浪費，而且沖渣水溫過高大量水蒸氣逸出，浪費了寶貴的水資源，還造成了環境的二次污染，加劇了周圍設施腐蝕程度。

2 案例分析

2.1 直接式換熱系統

以河北某鋼鐵廠為例，介紹高爐沖渣水余熱利用直接采暖系統的基本形式和組成。

2.1.1 系統組成

目前運行的直接式換熱系統，沖渣水多采用平流沉淀與高效自清洗過濾器相結合的工藝。在沖渣水退水管道上安裝鋼絲隔離網，水流經后部由水渣/鵝卵石和鋼絲網匹配的過濾層沉淀池，過濾后絕大多數雜質留著了沉淀池，后再滲入清水池，再由水泵加壓后送到采暖用戶，水泵出口安裝高精度自清洗過濾器，清除細小的懸浮物。

2.1.2 設計參數

以河北某鋼廠為例，此鋼廠用于沖渣水采暖的為1座3200m3高爐，經凈化后的高爐沖渣水直接送到新區煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋、燒結、焦化、自備電廠和辦公、公輔區域，最遠處來回約7km。總采暖水量一般為1500m3/h，最大為2000m3/h。

沖渣水采暖直接換熱系統，熱水泵經兩級過濾后將高爐沖渣水直接送至采暖用戶直接換熱。渣水凈化站出口處的供水溫度為62.5℃，回水溫度為47.5℃；各區域采暖用戶入口供水溫度為60℃，回水溫度為50℃，采用散熱器采暖。此高爐沖渣水余熱利用采暖工程于2009年初投入使用，采暖效果很好，但存在末端用戶管道及散熱器經常堵塞問題，一個采暖季需拆卸檢修三、 四次， 給用戶帶來極大不便。

2.2 間接采暖系統

以山東某鋼鐵廠為例，介紹高爐沖渣水余熱利用間接采暖系統的基本形式和組成。

2.2.1 系統組成

高爐沖渣水經濾池過濾后，用熱水泵送至換熱站，再經過二級、三級過濾，濾后的清水經板式換熱器對二次側采暖循環水進行加熱，換熱后的沖渣水回到吸水井，與旁通到吸水井的部分供水采用水泵加壓送渣處理裝置沖渣使用。主要設備和構筑物有：反洗風機房、濾池及閥門室、熱水泵站、自清洗過濾器、砂過濾器和加藥裝置。

2.2.2 設計參數

山東某鋼廠一期為1座1950m3的高爐，可利用沖渣水量1200m3/h，制取采暖熱水量800m3/h，高爐的沖渣水經凈化站多級凈化后進入高效板式換熱器，與采暖熱水系統的回水進行水-水換熱，板式換熱器熱側沖渣水的進水溫度65℃，換熱后出水溫度55℃并返回高爐沖渣水系統；板式換熱器冷側采暖水的進水溫度48～50℃，換熱后的出水溫度63℃。換熱后63℃的采暖熱水通過采暖供水循環泵，從外網送至用戶。考慮沿途損失，到達用戶時的采暖溫度為61.5℃。進入末端用戶點的進水溫度為60℃，回水溫度為50～52℃，采用散熱器采暖。

3 直接換熱與間接換熱系統優缺點

直接換熱的優點主要是系統簡單，一次性投資較低；由于是直接換熱，熱損耗相對小些。但不足主要在于：

（1）高爐沖渣水工藝流程和采暖熱水系統不能保持各自的獨立，一個系統的某個環節出現問題就會直接影響另一個系統的正常運行，一旦水系統堵塞，很難發現是在何處堵塞，不利于事故的排除和發現；

（2）沖渣水里的雜質不能全部去除，長時間在采暖熱水系統里運行會堵塞末端采暖設備；

（3）沖渣水循環系統水質成分復雜、 各種有害物質含量高，氯離子含量達到約 600 mg /L 以上，并且溶解性固體、含鹽量和含氧量都很高，直接用于采暖將造成整個系統的腐蝕與結垢，對采暖設備的腐蝕大；為保證采暖熱水系統的運行正常，需對水質進行化驗分析并不斷的投藥以保持水質的穩定，浪費了大量的人力和物力。

間接采暖雖然一次投資費用相對高些，熱損耗相對大些，但可避免直接采暖的不足，采暖熱水系統采用閉式循環，一旦高爐系統出現故障，也可啟動蒸汽加熱系統，保持部分供暖。閉式系統水壓穩定，有利于系統長期可靠運行，也簡化了管理和維護，節約了成本。

4 結語

綜上所述，回收高爐渣余熱可以提高能源利用效率，減少二氧化碳排放量，有助于改善鋼鐵企業的環境，是節能減排、變廢為寶的典型應用，值得推廣，但是在設計中要優先考慮間接采暖的方式，在選型方面要多考慮防止堵塞問題。另外，還可以考慮開發非采暖季節的余熱利用途徑，壁如用于小區內熱水供應、低溫余熱制冷等，使高爐沖渣水大量余熱得以更加高效利用。

參考文獻：

[1]許麗麗.高爐渣沖渣水余熱供暖監控系統研究與開發[D].青島：青島理工大學，2011.

[2]王海風，張春霞，齊淵洪.高爐渣處理和熱能回收的現狀及發展方向[J].中國冶金，2007，17（06）：53.

[3]劉紅斌，楊冬云，楊衛東.宣鋼利用高爐沖渣水余熱采暖的實踐[J].能源與環境，2010（03）：45-46.

作者簡介：王濤（1985-），男，山東菏澤人，碩士，工程師，主要工作領域：暖通空調設計。