武建国①¹ 程继军¹ 杨靖² 李金辉³

( 1: 冶金工业规划研究院北京100711; 2: 河北省首钢迁安钢铁有限责任公司河北迁安064404;

3: 北京中冶设备研究设计总院有限公司北京100029)

摘要：介绍了高炉冲渣水的特点和目前高炉冲渣水余热利用的主要方式，分析了不同类型的高炉冲渣水余热利用方式的优缺点，投资回收期对比。最后通过钢铁厂高炉冲渣水余热利用案例，分析了投资、效益等，为钢铁企业利用高炉冲渣水余热提供参考意见。

关键词：高炉冲渣水；余热；利用；效益

1 背景

“十二五”期间，钢铁工业节能工作围绕加快淘汰落后产能，优化产业结构，提升技术水平; 提高能源利用效率，加大“两高、一低”的节能技术改造，进一步挖掘节能潜力。“十三五”规划提出了“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，要绿色发展就必须坚持节约资源和保护环境的基本国策，强化约束性指标管理，实行能源和水资源消耗、建设用地等总量和强度双控行动，全面节约和高效利用资源。

“十二五”期间，钢铁企业不断尝试回收利用高炉冲渣水的余热等低品质的余热。鞍钢、安钢、天铁集团、东北特钢等企业采用冲渣水余热进行冬季供暖; 宣钢采用冲渣水余热冬季供暖，夏季为周边浴室供热; 唐山不锈钢采用冲渣水余热为除盐站生产水源进行预热，提高RO 产水率; 天津大学提出了利用高炉冲渣水双工质发电技术。经过各单位尝试，有些单位运行良好，取得了一定经济效益; 有些单位因取暖设备堵塞，影响供暖; 有些单位因发电效率低下，发电成本较高而没有实施，那么究竟什么样的冲渣水余热利用方式适用于钢铁企业，本文进行一下简单的探讨。

2 高炉冲渣水特点

2． 1 水量大，余热利用潜力大

高炉水冲渣工艺是冶炼过程中的末端工艺，高炉炼铁后产生的大量高温炉渣通过水冲渣方式进行冷却，这一过程中能够产生大量温度在70℃～ 85℃的热水。据有关资料，在炼铁工序中，冲制1t 水渣大约消耗新水1t ～ 1． 2t，循环用水量约为5t ～ 10t 左右。按照我国生铁产量约7 亿t，按350kg 渣比计算，如果冲渣全部用新水，仅用于冲渣的新水消耗就超过2． 5 亿t，占钢铁工业新水消耗的8%。由冲渣水带走的高炉渣的物理热量占炼铁能耗的8%左右，带走热量超过28kgce /t 铁。

2． 2 腐蚀性倾向性大

高炉冲渣水中含有磷酸根、氯根等离子，对普通材质的碳钢具有腐蚀作用。近年来，随着环保压力的不断增大，钢铁企业为了减少废水排放量，将高含盐废水用于高炉冲渣，导致系统中的含盐量不断提升，特别是氯离子的不断升高，易对高炉冲渣水系统设备造成腐蚀，影响运行。见图1。

2． 3 换热设备易堵塞

高炉冲渣水中存在CaO，SiO₂、MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃等物质，含有大量颗粒纤维，随着系统循环运行，易结垢物质不断的累积，附着在管道壁、设备表面，造成管道及换热装置的污堵，影响冲高炉渣水系统运行。见图2。

3 高炉冲渣水余热主要利用方式

目前，国内各钢铁企业都在不断尝试高炉冲渣水余热利用，主要有以下几类利用方式，利用冲渣水余热供热、利用冲渣水余热供暖或作为浴池用水热源、利用冲渣水余热发电、利用冲渣水余热作为海水淡化热源。

3． 1 利用高炉冲渣水余热供热

利用稀土材料相变蓄热，当循环水来水高于蓄热材料凝固点时，蓄热材料吸热由固态慢慢熔化，逐渐变为液态，从而蓄热。相变放热过程: 当采暖水回水或生活用水流经蓄热装置且温度低于蓄热材料凝固点时，蓄热材料放热，并逐渐由液态变为固态。通过稀土材料相变进行蓄热、汽车输送、供热。工艺见图3。

3． 2 利用高炉冲渣水余热供暖或浴池供热或为

锅炉补充水源预热( 以利用高炉冲渣水余热供暖介绍)利用间接热交换方式提取高炉冲渣水余热。高炉冲渣水通过冲渣水泵输送至换热站，然后经冲渣水过滤器将冲渣水中的固体颗粒和悬浮物过滤，再通过换热器与采暖水换热后，回到冲渣池中，采暖热水供生活区、办公区采暖。工艺见图4。

3． 3 利用高炉冲渣水余热发电

利用高炉冲渣水余热加热介质，通过介质做功发电。高炉冲渣水经过沉淀去除杂质预处理后进入换热器，在此将热量传递给工质( 液氨、Ｒ134、Ｒ600) ，当温度降到40℃ ～ 50℃，再送到高炉供冲渣使用，从而回收了一定量的余热。工质在换热器内吸收热量后闪蒸变成80℃的过热蒸汽，然后进入汽轮机膨胀做功，带动发电机转动，对外输出电能。工艺见图5。

3． 4 利用高炉冲渣水余热作为海水淡化热源

炼铁高炉冲渣水经沉淀过滤后，进入换热器内与循环除盐水进行换热，被冷却下来的冲渣水流入凝结水池，进行循环冲渣使用; 除盐水在换热器内与高炉冲渣水换热后，形成高温热水，通过管道进入闪蒸罐进行喷淋，高温热水在蒸发压力下闪蒸沸腾，一部分热水汽化成为蒸发压力下的饱和蒸汽，另一部分热水温度降低到蒸汽温度以下，继续回换热器中被加热。饱和蒸汽送往低温多效海水淡化进行蒸发制水。工艺见图6。

4 高炉冲渣水余热利用方式分析

目前，国内对冲渣水余热的回收方式主要有:利用冲渣水余热供热、利用冲渣水余热供暖或作为浴池用水热源、锅炉补水预热热源、利用冲渣水余热发电、把冲渣水余热作为海水淡化热源等四种主要的利用方式。笔者在技术、设备维护、地域局限方面进行了简要的比较。具体见表1。

4． 1 定性分析

1) 利用稀土材料相变蓄能供热的方式。因为通过汽车输送的方式进行供热，在输送过程中的存在热损失，以及汽车燃油消耗等运输成本因素影响，供热范围受到限制，只能在一定半径内供热。

2) 利用高炉冲渣水余热进行供暖或者为浴池供热、或为锅炉补充水源预热。这种余热利用的方式与传统的换热站供暖方式类似，主要考虑影响因素为高炉冲渣水供水管道和换热设备的腐蚀结垢问题，以及大量的纤维颗粒形成的堵塞问题。因南方地区冬季不采暖，此方式存在一定的地域局限性，但是作为浴池用水热源，或者预热锅炉补充水，没有地域局限性。

3) 利用高炉冲渣水余热进行发电。该高炉冲渣水的余热利用方式，主要考虑影响因素做功介质安全性存在隐患、设备维护复杂、设备发电成本高。目前国内还在试验运行阶段，根据相关试验数据，低温余热发电效率为4% ～ 5%。

4) 将高炉冲渣水应用于海水淡化。该高炉冲渣水余热利用方式，与第二种利用方式相似，在受到利用高炉冲渣水余热供暖或浴池供热、或为锅炉补充水源预热影响因素的基础上，还存在一定的地域局限性，需要有海水淡化装置的钢铁企业。就目前国内钢铁企业的布局而言，可推广利用的企业不多。

4． 2 定量分析

针对利用高炉冲渣水余热取暖和发电两种利用方式，昆明有色冶金设计研究院曾进行过计算比较，条件为冲渣水量2650m3 /h，冲渣后水温为85℃，平均每天冲渣12h。具体数据见表2。

通过比较，笔者认为利用高炉冲渣水余热供暖的方式属于较为合理的利用方式，具有一定的推广意义。但需要注意的要点是，高炉冲渣水换热设备需要具有良好的缓蚀阻垢，防堵塞作用，此方面国内一些节能公司已经有了成熟技术。

4． 3 高炉冲渣水余热用于供暖实例

某钢铁企业采用两座高炉冲渣水余热进行供暖，代原有燃煤锅炉，为生活区和厂区冬季供暖。经测算，2650m³ 高炉冲渣水可回收利用热量32． 8MW，4000m³ 高炉冲渣水可利用热量51． 5MW，合计可回收利用热量为84． 3MW，可供暖建筑面积96 万m2。工程总投资约7300 万元。项目实施后的经济效益见表3。

此外，企业利用高炉冲渣水余热替代原有燃煤锅炉，为生活区和厂区冬季供暖，扣除自身耗能，可实现节能19125t 标准煤/年。经估算，项目实施后可减少CO₂的排放量约4． 8 万t /a，减少SO₂的排放量290t /a，具有良好的社会环境效益。

5 结论

通过对几种高炉冲渣水余热利用方式的比较，以及对钢铁企业应用情况的经济分析，笔者认为: 高炉冲渣水余热用于冬季供暖的利用方式和其他季节为浴池供热或者锅炉补充水源预热相结合的方式，技术上可行、经济效益可观、具有良好的节能减排效果，在北方钢铁企业具有较高的推广价值。在南方地区的钢铁企业，高炉冲渣水余热利用的方式尚需进一步研发，钢铁企业低温余热全方位利用是今后的一个探索方向。

参考文献

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［3］孙雪，吴礼云等． 高炉冲渣水余热用于海水淡化技术探讨［J］． 冶金动力， 2016( 2) : 44 － 50．

［4］汤雯． 高炉冲渣水余热利用方案的比较与分析． 科技与企业， 2015( 24) ．