淺析高爐沖渣水余熱在焦化制冷中的應用

張福春 紀曉亮 李德權

摘 要：鋼鐵行業的煉鐵高爐在生產過程中產生的高爐沖渣水排放了大量熱量，合理地回收利用這些余熱可有效降低鋼鐵企業能耗。針對高爐沖渣水余熱回收研究現狀，闡述了一種高爐沖渣水余熱回收利用技術方案。通過對該技術方案的分析和經濟效益測算得出，該方案解決了沖渣水余熱回收供暖的地域局限和設備閑置周期長等問題，具有良好的經濟效益，對實現高爐沖渣水余熱回收利用以及推進鋼鐵行業節能減排具有良好的借鑒意義。

關鍵詞：溴化鋰吸收式機組;沖渣水余熱;回收利用;工業節能;焦化制冷

0? 引言

鋼鐵工業是高能耗產業，近年來國內能源形勢日益緊張，這就要求鋼鐵行業加快從粗放型向集約型增長方式轉變的步伐。鋼鐵廠在生產過程中產生的大量70～90 ℃的高爐沖渣水，一般采用池面露天降溫或者冷卻塔降溫方式，這使沖渣水所蘊含的大量熱量散失到環境中，從而造成了熱污染和能源浪費。目前，部分鋼鐵企業實施的一些沖渣水余熱回收改造工程，多為冬季供暖使用，存在供暖地域局限和設備閑置周期長等問題，實際使用效果并不理想。因此，本文以某鋼鐵集團焦化廠項目為例，探究高爐沖渣水余熱回收利用技術方案在焦化制冷中的應用。

1? 高爐沖渣水余熱回收研究現狀

國內很早就開展了沖渣水的余熱回收研究，其技術方案主要分為兩種：一種是通過回收余熱進行供暖，直接利用沖渣水顯熱換熱，這是目前應用最廣泛的技術方案。另一種是利用余熱進行發電，但目前的發電機技術尚不成熟，仍存在設備成本高、發電效率低、系統回收周期長、電力無法上網等諸多難題，該方案距離大規模應用仍需要很長一段時間。

沖渣水余熱回收供暖原理如圖1所示，沖渣水泵2從沖渣水池上層抽出沖渣水，沖渣水在沖渣水換熱器中與供暖水通過熱交換器（一般為管殼式或板式換熱器）進行換熱，放熱后的沖渣水重新回到沖渣水池，被冷卻后再通過沖渣水泵1回到高爐上水口。當沖渣水波動較大時，熱負荷輸出不穩定，系統則需要增加蓄熱罐等儲熱設備。這種直接利用沖渣水顯熱換熱的模式多應用于以冬季供暖為主、洗浴用衛生熱水等為輔的場景，在某種程度上實現了能源的回收利用，具有系統簡單、投資少、維修成本低等優點。但這種余熱利用模式最主要的問題在于除了供暖季節使用外，余熱資源浪費現象嚴重，易造成設備的長期閑置，從而延長項目投資回收期。

2? 高爐沖渣水余熱回收利用技術方案

為了解決上述問題，本文結合某鋼鐵集團項目實際情況，提出了以下方案：煉鐵高爐產生的沖渣水，冬季可用于市政供暖（視地區是否有供暖需求而定），夏季可與生產工藝用冷結合，沖渣水余熱驅動吸收式換熱系統制冷，為焦化廠鼓冷工藝服務，達到充分利用余熱、降低蒸汽消耗、延長設備使用周期及減少設備閑置時長的目的。

高爐沖渣水余熱回收利用思路如圖2所示。

3? 應用案例分析

3.1? ?項目背景

某鋼鐵集團的沖渣水余熱利用冬季供暖設計工況如表1所示。

某鋼鐵集團內焦化廠焦爐年產焦量近260萬t，鼓冷工藝初冷器下段總制冷負荷在34 000 kW左右，焦化廠內鼓冷工藝段配備11臺蒸汽型溴化鋰吸收式機組，主要在夏季時間段開啟，目前機組已經進入老化期。焦化廠蒸汽量不足，導致蒸汽型溴化鋰吸收式機組制冷效果衰減嚴重，影響了后續煤凈化工藝生產效果。

鼓冷工藝初冷器下段配備的蒸汽型制冷機組參數如表2所示。

3.2? ?技術方案內容

經過現場勘查等一系列技術調研，筆者分析認為：（1）高爐沖渣水池距離焦化廠鼓冷工藝段直線距離小于1 km，地理位置相距較近，適合熱源的傳輸。（2）高爐沖渣水屬于高品質的余熱資源，使用時要注意結垢和雜質過濾問題。（3）高爐沖渣水余熱利用型機組替換蒸汽型溴化鋰機組用于鼓冷工藝制冷，形成一種利用高爐沖渣水余熱為鼓冷工藝初冷器下段制冷的能源轉化系統，該系統結合冬季供熱系統，可使整套沖渣水余熱利用系統形成夏季制冷、冬季采暖的全年運行模式。

高爐沖渣水余熱應用于焦化制冷技術方案如圖3所示。

沖渣水余熱利用夏季制冷設計工況如表3所示。

3.3? ?應用效果

溴化鋰吸收式換熱系統通過利用沖渣水余熱，制冷量可達34 890 kW，基本滿足焦化廠鼓冷工藝的制冷負荷需求。設備更新后的制冷效果大幅提升，解決了制冷衰減問題。熱源更改為沖渣水余熱，緩解了焦化廠蒸汽供給不足的局面。

3.4? ?經濟效益分析

該技術方案通過替換焦化廠原有6臺蒸汽機組，回收高爐沖渣水余熱用于焦化制冷，已基本滿足焦化廠鼓冷工藝的制冷負荷需求。不考慮其他因素，每年僅夏季節省蒸汽資源費用就非常可觀。該項目的蒸汽費用價格按照集團內蒸汽結算價格80元/t計算，節能效果如表4所示。

該套系統改造工程造價在1 500萬元左右，系統運行每年僅夏季就可節省蒸汽費用近885萬元，不考慮其他因素，系統回收期在2年以內。若考慮制冷效果提升后為焦化廠后續的鼓冷工藝提供了更好的冷卻效果，促進煤凈化工段生產經濟效益大幅提升，整個系統的投資回收期會更短。

對于其他尤其是東部沿海和南方地區的焦化廠而言，蒸汽的結算價格在140～200元/t，若以該價格計算，整個項目的投資回收期會縮短至1年左右，這對企業來說無疑是優質的節能項目。

4? 結語

綜上所述，本文研究結論如下：

（1）回收高爐沖渣水余熱用于焦化制冷是一種回收利用沖渣水余熱的新思路，解決了目前沖渣水余熱回收存在的供暖地域局限、設備閑置周期長、經濟效益差等問題。

（2）工業余熱回收應當考慮熱源品質、生產工藝、地理位置等多方面因素，因地制宜地提出針對性的解決方案。

（3）這種回收高爐沖渣水余熱用于焦化制冷的項目具有良好的節能和經濟效益，在鋼鐵行業有著較好的應用前景。

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收稿日期：2020-10-09

作者簡介：張富春（1987—），男，遼寧大連人，工程師，研究方向：基于吸收式換熱的余熱利用技術。