泰鋼高爐沖渣乏汽回收供暖及消白技術應用

鄭 偉，亓慶臺，竇 倩

（山東泰山鋼鐵集團有限公司 設計院，山東 濟南271100）

1 前 言

高爐沖渣過程中，產生的1 400～1 500 ℃的熔渣經過水淬快速冷卻，產生大量溫度在90～120 ℃范圍的沖渣蒸汽，沖渣蒸汽中含有渣棉、粉塵顆粒、酸性成分等雜質，以及一些有毒有害氣體，這部分白煙造成了能源浪費，又對環境造成了污染。為消除高爐沖渣水產生的白煙廢氣，泰鋼集團于2018年9月引入沖渣乏汽回收供暖技術，消除了大氣污染，取得了良好的經濟效益與社會效益。

2 消白原理及優勢

高爐沖渣乏汽為視線可見的“白煙”，除含有水蒸汽外，主要還含有大量的超微粉與微液滴呈現霧狀。該技術基于稀土催化吸附機理的捕捉超微粉和超微液滴消霧霾消白技術，目前已經成功應用電廠脫硫煙氣清潔排放、煉鋼轉爐一次除塵消白等領域。該技術改變傳統降溫＋升溫的消白的技術路線，革新采用催化吸附技術，采用先消除煙氣中的微液滴，再降溫＋升溫的新法消白工藝；在同樣的工況下，消除白煙的效果明顯高于傳統單純降溫＋升溫的技術路線。該技術更深遠的意義是吸附煙氣微液滴的同時能夠捕捉煙氣中絕大部分的微粉和可溶性鹽，除塵效果遠遠高于目前超低排放顆粒物標準，能夠從源頭大大減輕微粉的排放，治理國內霧霾天氣。該技術可以應用到冶金、石化、水泥等各種煙氣處理領域，幫助生產企業實現“無煙排放、清潔生產、綠色工廠”的環保目標。

越來越多的研究和數據顯示，彌漫在空氣中的微粉和超微粉顆粒是造成中國霧霾天氣的主要原因。微粉和超微粉主要來自兩個方面：1）濕法煙氣處理排放的霧滴攜帶；2）干法煙氣處理末級布袋除塵器排放的＜1 μm 的微粉和超微粉（布袋除塵器最高的過濾精度不超過1 μm）。

消滅空氣中彌漫的微粉和超微粉是從源頭上攻克霧霾的關鍵，如何捕捉微粉和超微粉是目前環境治理的難題。稀土催化吸附技術的出現為解決這一難題提供了可能，該技術能夠吸附白煙中的微液滴和微液滴中含有的超微粉和納米粉顆粒，從而捕捉絕大部分煙氣粉塵顆粒［1］。其主要技術路線首先是催化吸附白煙中的微液滴，使微液滴相互吸附變成大液滴，大液滴一部分降落，其余的經過高效除霧器進行二次除霧，在此過程中同時完成捕捉含在煙氣中的微粉顆粒，能達到60%～70%的消白效果；然后降溫，降溫可以加強消除白煙和捕捉微粉的效果，能達到15%～30%的消白效果；最后升溫。如此，煙氣中的粉塵含量能夠從20 mg/m3降低到0.4 mg/m3。

3 概況與基本參數

本項目利用泰鋼集團2座1 780 m3高爐沖渣乏汽余熱進行回收綜合利用，建設供熱首站1座用于冬季供暖，并具備夏季用于制冷的接口條件，同時具有消白功能。1#、2#高爐沖渣乏汽，現場沖渣乏汽可回收的平均溫度為95 ℃，回收熱源詳見表1。

表1 沖渣乏汽回收熱源

高爐沖渣乏汽余熱資源回收供熱負荷見表2。

表2 沖渣乏汽余熱資源回收供熱負荷

根據CJJ 34—2010《城鎮供熱管網設計規范》、DB13（J）185—2015《居住建筑節能設計標準》、GB 50189—2005《公共建筑節能設計標準》，采暖熱指標按50 W/m2計算，該余熱熱源可滿足32萬m2的供暖需求。

4 主要設備選用及工藝流程

4.1 主要設備配置

本項目新建供熱首站1 座，供熱首站主要設備有：2 座乏汽吸收塔，2 臺12 MW 乏汽回收專用換熱器，2 臺12 MW 蒸汽換熱器，以及配套相關熱煤循環泵、乏汽風機、采暖循環水泵、補水泵、冷凝水泵等。

乏汽吸收塔內設稀土催化吸附反映器及高效除霧器，稀土催化吸附反映器可吸附乏汽中的微液滴，高效除霧器利用降溫＋升溫的原理進一步消除乏汽中的水蒸汽，同時加熱熱媒水。乏汽回收專用換熱器端差在5 ℃范圍內，并能在增加抗氯離子腐蝕的同時，加大過流面的光滑性，減少表面結垢。采暖水供、回水溫度冬季為70/50 ℃、夏季為85/70 ℃；采暖系統補水使用高爐區域現有生活新水。供熱首站換熱機組供熱設備負荷16.4 MW，設計供熱能力為32萬m2。

4.2 供熱站工藝流程

乏汽由風機吸入乏汽吸收塔后對熱媒水進行加熱，經冷卻和吸附處理后的空氣重新進入高爐粒化塔經過煙囪排走；加熱后的熱媒水進入乏汽回收專用換熱器對采暖水進行加熱，換熱后的采暖供水經市政管網供至各用戶；用戶回水進入采暖回水除污器，經采暖循環泵供至專用換熱器重新換熱循環使用，其工藝流程見圖2。另外，乏汽吸收塔將高爐沖渣乏汽中的渣棉、微液滴、重金屬及二噁英等有害氣體吸附消除。

圖2 供熱站工藝流程

供熱首站另設置2臺12 MW汽水換熱器，可對采暖水進行加熱用于調整采暖負荷。廠區生產蒸汽進入汽水換熱器后轉化為冷凝水回至冷凝水箱，經冷凝水泵進入補水罐，后經補水泵進入采暖系統補水。冷凝水泵根據冷凝水箱液位變頻控制，補水泵根據供暖水系統壓力變頻控制，實現自動補水，達到安全可靠節能的目的。

系統設有溫度控制裝置，根據室外溫度變化來調節采暖供水溫度，調節采暖系統的熱負荷，避免室內溫度受氣候變化而出現過冷、過熱，維持溫暖、舒適的室內環境，最大程度地節省能耗。

5 實施效果

項目實施后，利用稀土催化吸附機理消白煙效果顯著，利用乏汽余熱增加城鎮供暖面積32萬m2。按照目前22元/m2采暖收費標準計算，1個采暖季可實現供熱收入約704 萬元。通過高爐沖渣乏汽的余熱綜合回收利用，把廢棄能源變廢為寶，實現工業余熱暖民，減少噸鋼成本，提高泰鋼經濟效益；同時消白功能可降低粒化塔頂的濕汽排放效果，并且減輕對高爐本體鋼制設備的腐蝕，對大幅降低鋼鐵企業大氣污染，實現生產清潔化、制造綠色化的目標具有重要意義。

隨著我國環境保護和霧霾治理的力度不斷加大，高爐沖渣乏汽回收供暖技術的應用以其投資成本低、無排放的優勢得到越來越多鋼鐵企業的重視，該技術還可應用于煉鋼轉爐一次除塵消白等多個領域。另外，除北方地區的一些鋼鐵企業可將乏汽余熱用于冬季供暖外，中國南方地區的鋼鐵企業也可將該部分余熱余能用于采暖、洗浴、生活熱水或者加熱電廠冷凝水，經濟效益比較可觀，有廣闊的應用前景。余熱回收設備選材要適應高爐沖渣惡劣的高含鹽腐蝕性水質要求，一般選擇雙相不銹鋼材質為宜。余熱回收系統不僅是一個回收熱量的過程，也是一個回收工質的過程，運行過程中要注意整個高爐沖渣水系統的水量平衡，防止沖渣水系統出現溢水現象。