鋼廠沖渣水余熱回收的研究應用

胡士國　萬象明

摘要：本文通過對高爐沖渣水余熱回收采暖和制冷的綜合利用分析，為沖渣水的余熱利用提供技術保障，特別針對高爐沖渣水的INBA法和平流法沖渣方式下，水質較差情況下的余熱回收，避免了高爐沖渣水因水質差造成在余熱利用過程中的堵塞、結垢和腐蝕問題

關鍵詞：高爐沖渣水;真空相變;采暖;余熱

隨著能源與環境問題的日益突出，鋼鐵廢熱的余熱利用已經成為鋼鐵企業的發展方向。高爐熔融爐渣的溫度高達1400 0C -1500 0C.其熱量大，屬于高品質的余熱資源。我國高爐渣的處理工藝主要采用水淬處理，大量高溫爐渣通過沖渣水進行冷卻，產生大量溫度為70℃ -95℃的熱水。（高爐沖渣水水溫表見表1）通常，為了保證沖渣水的循環利用，需要將這部分沖渣水沉淀過濾后引入空冷塔，降溫到50℃以下再次循環沖渣，或自然降溫后繼續循環沖渣。這個過程損失了大量的熱量，既造成了能源的浪費，又對環境造成了污染。

目前國內采用最多的高爐渣處理方法是“OCP”法，為了降低高爐沖渣水的溫度以使其循環利用、減少排放，處理系統中需要配備沖渣水一空氣冷卻塔、鼓風機等設備，大量沖渣水需要在冷卻塔中由空氣降溫，既沒有回收其余熱，又多消耗了動力，同時仍然有較大量的水排放，浪費了能源，污染了環境，還需要對沖渣水的循環過程不斷補充新鮮水。

高爐沖渣水是高爐爐渣在利用水淬渣過程中產生的，反復使用沖渣水溶解部分硅酸鹽，同時溶進多種無機鹽和氧化物，形成了飽和的無機鹽水溶液。高爐水渣含有Coo、Si02、Mao、Al203以及少量的Fe203，pH值大于7，顯弱堿性。水渣雜質在沖渣水中以同體顆粒或懸浮物的形式存在，日積月累，雜質將會使采暖系統中的管道、閥門、散熱器發生大面積掀積、堵塞，所以高爐沖渣水作為采暖熱源不適于直接使用。廢熱的利用必須解決好堵塞、污染以及嚴重腐蝕問題。這也是沖渣水熱能一直以來沒有得到有效開發的主要制約因素。

本文提出的高爐沖渣水的余熱回收方案解決了上述處理方法的這些弊端，不僅節能減排，減少了煉鐵工藝過程中的水資源消耗，而且還可獲得高品位的熱能，同時將有助于改善煉鐵高爐周圍的環境狀況，減少工業水的熱污染，減輕工廠區熱島效應。

高爐沖渣水的方式目前主要有平流法、底濾法、圖拉法和INBA法。其中底濾法是這幾種沖渣方式中，水質最好，平流法次之，最惡劣的就是INBA法。目前冶金行業中主要的沖渣方式就是INBA法。

高爐沖渣時，高爐內1400-1500℃高溫爐渣，經渣口流出，在進渣溝進入沖渣槽時，用大量的水急劇熄滅熔渣，首先使沖渣水的溫度急劇上升，甚至高達100℃。廢水的組成成分隨鋼鐵的原料、燃料成分以及供水中的化學成分不同而異。隨著沖渣水的循環利用，濃縮倍數越來越高，其中 Cl-濃度高達4000mg/L。另外，沖渣水的主要成份是硅酸鈣和硅酸鋁，水中的沉渣和浮渣極容易除去，但是渣棉非常難除去，這也是困擾沖渣水有效利用的一個難題。

沖渣水的常規處理應用主要是簡單過濾直接換熱的方法。高爐沖渣水簡單換熱后進行換熱器換熱，換熱后的水供暖。缺點是僅適用于底濾法高爐沖渣水系統，對INBA法和圖拉法不適用，極易發生換熱器的堵塞。另外底濾法的沖渣水的溫度本來就低，換熱后的溫度低于60℃，換熱溫差大于IO℃。

為了解決上述問題，最簡單有效的方法就是徹底杜絕沖渣水與換熱壁面直接接觸，利用真空相變原理，使溫度很高的沖渣水發生閃蒸，溶解于水中離子和鹽類仍留存于廢水中，以清潔的水蒸汽與換熱器換熱，實現了高效換熱。冷凝水回用既節省的水耗，又回收了余熱。

真空相變技術主要針對的是高爐沖渣水冷凝換熱易結晶和腐蝕換熱設備的特點而研究。利用水的沸點在負壓下較低的特點，在換熱器內部抽成真空，形成負壓環境，沖渣水在負壓條件下，沸點降低，沖渣水閃蒸并氣化，水蒸氣攜帶有大量的汽化潛熱與冷水進行換熱，從而達到高效提取沖渣水熱能的目的。

余熱的用途冬季可以用于采暖，換熱后一次網的水溫供回水溫度65/85℃，滿足供熱需求。夏季由于沖渣水的水溫更高，換熱后水的溫度高達90℃，可以用于制冷機熱源。

隨著制冷技術在鋼鐵企業的廣泛應用，沖渣水區域制冷技術可以回收大量的余熱，可以滿足鋼鐵企業自身冷量的需求，同時還可以將像輸送熱量一樣輸送冷量為周邊地區供冷。

綜上所述，目前，國內鋼鐵企業高爐沖渣水余熱回收應用案例比較少，且大都局限于冬季采暖！在其他季節！該部分熱量還沒有合適的用途。但需要根據各鋼鐵企業實際情況來系統全面地考慮設計，且上述技術要求高投資回收期長，但隨著科技的不斷發展和節能技術的不斷研究，應該可以解決現有技術存在的問題，提高余熱利用效率和經濟性能，達到節能減排和降低鋼鐵企業成本的目的。

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