高爐沖渣水余熱回收的利用技術分析

高文濤

（新興鑄管股份有限公司動控部， 河北 定州 056300）

引言

隨著人們對能源不斷的開發、應用，能源已成為促進社會經濟發展的非常重要的因素之一。我國是能源大國，能源資源的占比位居世界第二，但人均的能源儲量還不到世界平均水平的1/2，因此總體來說目前我國人均的能源占有量還是處于一個比較落后的狀態，與發達國家相比還有比較大的差距，在能源的利用率方面我國也遠遠不如發達國家[1]。為了縮小以上差距，我國現階段的主要任務是要節約能源并最大程度地提升能源的利用率。

1 浴池用水

1.1 工藝的可行性

第一，高爐沖渣水的水溫一般在70℃左右，而浴池用水的水溫一般在41℃左右，因此使用換熱器就能夠非常容易地將高爐沖渣的水溫轉化為浴池用水的水溫。第二，由于冬季采暖的有關管道一般已經鋪設到廠區和居民區，因此熱水輸送的管道路徑的選擇和工程測量這些步驟都可以省略，熱水輸送這個過程非常方便。因為熱水的輸送量不大，且熱水管道也能夠直接架到采暖的回水管道上，這樣就可以很大程度上減少對鋼材的消耗。第三，水力沖渣系統一般都會設有熱水井，在其內部可以對安裝的換熱器進行沒有數量、形狀限制的設計。第四，水力沖渣系統有著非常充足的水源，可以使水即使在沒有加壓的情況下也能夠經過換熱器進行換熱再進入到蓄水池中，更加經濟地實現換熱這個過程[2]。

1.2 工藝流程

浴池用水這個工藝主要是讓熱水經過換熱器，使水流動換熱，再對經過加熱后的浴室用水進行使用。換熱器的結構采用的是U型墻的排管結構。浴池用水這個工藝的流程如圖1所示：

圖1 浴池用水工藝流程示意圖

如果需要熱水，打開給水的水截門1，讓水能夠通過自身的管網壓力以1 m/s的速度通過換熱器進行加熱，之后從蓄水池的下部進入到蓄水池之中。水的溫度可以通過給水量的大小進行調節，進入到蓄水池中的熱水主要是用兩臺熱水泵進行輸送。如果用戶不需要供水，就可以首先在蓄水池中蓄滿水，將給水的水截門1關閉，之后打開蓄水池的水截門2。這個時候蓄水池中上、下兩個進水管就可以和換熱器以及蓄水池構成閉路，從而自然、循環地進行加熱，而蓄水池中的水溫會由于時間的增加越來越高，因此用戶需要用水時就能夠得到較平時更大的供熱量。

2 余熱發電

2.1 工藝的可行性

第一，高爐沖渣水的水溫相對來說比較穩定，整個工藝的運行也比較容易。第二，高爐沖渣水的水量非常大，對應的熱容量非常大，而能夠回收的能量也非常大。第三，一般來說，在鋼鐵企業中整個高爐沖渣水的輸送和存儲系統比較完整，且對比蒸汽發電其投資要更小。

2.2 工藝流程

天津大學針對高爐沖渣水的余熱發電技術進行了研究，并針對高爐沖渣水具有的流量大、溫度低的特點，提出一種利用高爐沖渣水的余熱進行發電的方案。這個方案的系統循環工質選擇的是R600，且使用的是雙循環的流程設計。整個方案的基本原理是將鋼鐵廠中排出的85℃左右的高爐沖渣水經過沉淀、除雜等預處理之后使其進入到經過特殊設計的換熱器，并在這個換熱器中使熱量傳遞給系統循環工質，至此高爐沖渣水的溫度將降低到50℃左右，再將其送到高爐備用，在這個過程中對余熱進行了一定的回收。系統循環工質在經過換熱器后會吸收熱量從而形成80℃左右的過熱蒸汽，之后過熱蒸汽會進入氣輪機中進行膨脹做功，從而可以使發電機轉動，并對外輸出電能。

做功之后的系統循環工質會變成低壓的過熱蒸汽，其在進入到冷凝器之后會放出熱量，從而形成低壓、低溫的液體工質，之后再由工質泵將其送入到熱交換器再次進行吸熱，變成過熱的蒸氣推動氣輪機膨脹做功。在這個循環的過程中，熱水當中的熱量會被不斷提取，進而生成更加高品位的電能。

3 采暖用水

3.1 工藝的可行性

高爐沖渣水經過渣池的沉淀作用之后依然會有許多爐渣雜質，沒有辦法滿足采暖水質的相關要求，因此需要對沖渣水經過過濾處理后才能使其進入到采暖系統。采暖的循環水泵需要使用熱水泵，一個使用一個備用，在采暖的吸水池中水溫一般可以達到70℃以上，當室外的溫度升高時其內水的溫度也會升高，因此采暖的供水溫度一般取值在70～80℃之間，供回水之間的溫差為10℃，如果采暖期時室外的溫度比較低，那么就需要在采暖的吸水池補充適量的蒸汽從而使供水的溫度提高。

3.2 工藝流程

高爐沖渣的成分主要有氧化鈣、二氧化硅、氧化鎂、三氧化二鋁以及氧化鐵，其整體的pH值比7要大，顯堿性。沖渣水中的高爐沖渣雜質主要以懸浮物或者是固體顆粒這樣的形式存在，而換熱采暖過程中水是主要的介質，如果不及時、有效地處理水中的雜質，日積月累這些雜質就會堵塞采暖系統中的散熱器、閥門以及管道部分。綜合以上所述，考慮水質的處理是非常必要的。

在高爐沖渣水進入到沉淀池之后，會流經由鋼絲網、鵝卵石以及水渣通過按級匹配組成的過濾層，再滲入到清水池中，通過這樣一個過程將高爐沖渣水中的大部分雜質清除。當高爐沖渣水進入到清水池之后，使用型號為ISR200-150-400的2臺型泵將其送入到供暖管道之中。這個時候雖然高爐沖渣水從表面上來看已經變澄清，但實際上水中依然含有非常多微小的懸浮物。為此在將高爐沖渣水送入到采暖的主管道之前，需要首先將其送入2臺自動的清洗過濾器，有效地對高爐沖渣水中含有的微小的懸浮物進行清除，從而確保管路的暢通度以及采暖用水的清潔度。

通過對以上的3種高爐沖渣余熱回收的技術進行比較，我們認為采暖用水這一技術是最為優越的，其具有投資少、見效快且設備簡單等優點，這是另外兩種方式沒辦法比擬的。使用余熱發電這一技術可以非常有效地對余熱資源進行回收，使我國目前用水、用電形勢比較緊張的情況得到改善。綜合來看，我們需要從多方面、多渠道對高爐沖渣水的余熱回收技術進行研究以及創新，使高爐沖渣水的余熱可以得到更加有效的利用。