吕建恩

（陕西龙门钢铁有限责任公司） 

摘要：钢铁行业生产过程中会产生大量的废气余热，其中包括烧结烟气、烧结冷却热风、冲渣水余热等，将废气废水变废为宝，发挥余热利用的效益，已经成为国内冶金行业领域内的重要课题。

本文以龙钢公司炼铁高炉渣处理冲渣水余热供暖利用为研究课题，取得了满意效果。为充分利用高炉余热资源，尤其是低品位热源，不仅达到节能降耗的目的，降低吨钢生产成本，同时也为钢铁公司带来多方面的效益，满足城市供暖的需要，提高企业自发电率， 并有利于环境保护提供了有益的思路。

关键词：高炉 渣处理 冲渣水 余热利用                            

1  引言

钢铁行业生产过程中会产生大量的废气余热，其中包括烧结烟气、烧结冷却热风、冲渣水余热等，将废气、废水变废为宝，发挥余热利用的效益，已经成为国内冶金行业领域内的重要课题。

陕西龙门钢铁集团有大量余热可以开发利用，其中包括冲渣水、蒸汽余热、烧结主抽烟气余热、烧结环冷热风余热、炼铁转炉废气余热、炼钢热闷渣余热、轧钢加热炉废气余热、电厂烟气余热、发电厂低真空余热等。上述大量余热若充分利用，能为企业降耗增效创造效益，同时可满足国家对钢铁企业节能环保的要求，是一项利国利民的举措。

因此，陕西龙门钢铁有限责任公司与韩城市大自然热力有限公司联合开发冲渣水余热供暖项目，开创了陕西省余热供暖的先河，在不断的探索和创新中，已连续开发七年，在渣水余热供暖方面，总结了大量的经验和教训。

本项目利用龙钢厂区内尚未完全利用的余热资源，通过热量置换后用于冬季供暖。余热资源的充分利用，尤其是低品位热源的利用，不仅达到节能降耗的目的，降低吨钢生产成本，同时也可以为钢铁公司带来多方面的效益，满足城市供暖的需要，提高企业自发电率， 并有利于环境保护。
    本项目为综合性项目，余热来源、性质、质量多种多样，热量提取设备也是多种多
样。 龙钢现有的余热资源涵盖了炼铁、烧结、发电等多个工序，其中包括废水余热、烟气余热、蒸汽余热等多种热源。利用余热供暖可取代燃煤锅炉供暖，把原来生产工艺需要冷却和处理掉的废热变废为宝，极大地解决了燃煤排放的问题，又保证了供暖，减少了碳的排放，减轻大气污染，社会和经济效益显著，这是一个非常典型和优秀的环保节能清洁能源供暖项目。

2  高炉渣水处理工艺及其余热利用现状

2.1冲渣工艺流程

高炉冲渣有多种方式，国内主要有平流法、底滤法、图拉法和印巴法(INBA)几种。其中，底滤法是这几种冲渣方式中，水质最好，其次是平流法，最恶劣的就是INBA法。而目前冶金行业，大型高炉的冲渣方式主要是INBA法。

龙钢公司炼铁高炉水渣脱离工艺采用了INBA法，这是由卢森堡PW公司首创的将渣水混合物经转鼓脱水后由皮带运出的处理方法。其基本工艺流程为高炉炉渣经熔渣沟进入粒化塔，被粒化管道喷出的带压高速水流快速淬冷和粒化，形成颗粒状水渣，粒化产生的渣水混合物，从粒化塔经大方管流进旋转脱水转鼓进行渣水分离，水渣由通过转鼓中心的皮带运输至堆渣场装车外运。水和细渣则透过滤网进入下部沉淀池，细渣沉淀后经抽渣泵再打到粒化塔内经大方管进入转鼓再次参与分离，而水则通过热水槽溢流进入热水池，经再由粒化泵送至冲制箱继续冲渣，循环使用。

2.2冲渣水质特点

高炉冲渣时，大量水急剧熄灭熔渣时，首先使冲渣水的温度急剧上升，甚至可以达到接近100℃其次是受到熔渣的影响，使水的组成发生很大变化。典型高炉冲渣水废水组成随炼铁原料、燃料成分以及供水中的化学成分不同而异。饱和水时水渣的堆密度为1.20-1.22t/m3，烘干后的堆密度为1.16-1.20t/m3，随着冲渣水的不断使用，浓缩倍数会越来越高，其中影响设备选型的关键参数CL-1的含量最高能够达到1000毫克每升以上。

高炉冲渣水渣的主要成分是硅酸钙和硅酸铝，从水处理-过滤的角度来说分为4种，其中，沉渣和浮渣都很容易除掉，但是悬渣和渣棉除去非常困难，这也是困扰高炉冲渣水有效利用的一个难题。

2.3冲渣水常规处理应用

多年来，冲渣水的余废热一直得到冶金行业内的重视，也有很多种利用的实际案例，渣水处理方式主要包括直接处理法和简单过滤换热法。

2.3.1直接处理法

将冲渣水处理之后直接供暖。中间费用比较高，而且过程复杂，供水水质不好，采暖管道容易堵塞和腐蚀。使用不到一个采暖季就会出现问题，在系统未端流速和温度降低，失去了冲刷的作用，悬浮物极易沉积，造成管道堵塞，影响未端采暖效果。另外由于冲渣水的总溶解固溶物太高，水平衡状很容易被打破，溶解度低的物质易析出而形成松散水垢，造成未端管道堵塞。

2.3.2简单过滤换热法

将冲渣水简单过滤后进入换热器换热，将换热后的干净的水供暖。这种方法的优点是供出的水是干净的水，采暖管道短期内不会堵塞。缺点是仅适合底滤法的高炉冲渣系统，对图拉法、印巴法除渣的高炉冲渣水不适用，极易发生热源短的换热器堵塞。另外由于底滤法高炉冲渣水温度本来就低(最高70℃)，换热后温度很难达到55度以上，换热温差大于10℃以上，采暖管网及用户内的暖气片都需要加大容量才能保证冬季的采暖温度，如果是改造工程，热网本身改造投资非常大。

3专用余热回收综合利用系统

目前为止，以上两种方法已经不再适合高效节能环保的应用，本项目就是在充分了解高炉冲渣工艺流程基础上，同时针对INBA法和平流法的渣质进行详尽分析，提出了一套行之有效的高炉冲渣水及冲渣蒸汽余热回收高效循环系统。

4  冲渣水余热利用项目建设的必要性

4.1 符合国家产业政策

《中华人民共和国循环经济促进法》 “第三十二条企业应当采用先进或者适用的回收技术、工艺和设备对生产过程中产生的余热、余压等进行综合利用。 ”
   《中国节能技术政策大纲》“2.4……余能余热回收利用原则是“梯级利用，高质高用”。
优先把高品位余能余热用于做功或发电，低温余热用于空调、采暖或生活用热。 ”
    该项目符合国家产业政策，是在国家《节能技术政策大纲》、《循环经济促进法》中明确提出要鼓励发展的项目类别。

4.2 增加企业效益，保护环境

从实现能源梯级利用的高效性和经济性角度分析，高炉冲渣水供暖不需要消耗一次
能源，是最为有效的余热利用途径。该技术不产生额外的废气、废渣、粉尘和其它有害气体，具有充分利用高温废水及热风、变废为宝、净化环境的多重意义。余热回收减少了采暖对蒸汽的需求量，从而解放了大量的供暖锅炉，减少因供暖锅炉运行对生态环境带来的CO2、 SO2、 NOX、粉尘之类的大气污染物，并解放了大量的生产力。

5  冲渣水余热利用项目的技术要点

随着高炉冲渣水余热回收技术的不断进步，高炉冲渣水中的余热已经能够稳定可靠
的回收。根据目前实际案例表明，冲渣水换热机组在解决了冲渣水的过滤、换热及耐磨阻垢等技术难题以后，高炉冲渣水余热回收技术已经基本成熟。

5.1 提高过滤效率

过去冲渣水利用上不采用过滤机组或是过滤机组的过滤效率不高，造成过滤机组和换热机组非常容易堵塞，导致无法正常供暖。此外，由于冲渣水不过滤或过滤效率不高，会导致换热机组表面的磨损加剧，缩短使用寿命。目前采用高效过滤机组，不会因过滤问题堵塞，过滤效率的提高以及系统的合理设计，也解决了换热机组的磨损问题。

5.2 提高换热效率

目前使用的高效板式换热器，换热后的冲渣水温度比管壳式换热器低 10℃以上，减少冲渣蒸汽带走的热量，提热能力比管壳式换热器或污水型高 10%~15%。板式换热器是目前公知的换热效率最高并且体积最小的换热器，而污水型换热器由于体积庞大，换热器自身散热多，换热效率较低。

5.3设备选型与场地利用

以往冲渣水取热通常采用污水型换热器、管壳式换热器或宽流道换热器，该机型体
积庞大、占地面积大、土建投资大。采用板式换热器，可以很好的解决了上述问题，布置灵活，维护方便，占地面积小，土建成本减少1倍以上。

6  实施案例

大自然热力利用龙钢炼铁4#炉冲渣水余热，为韩城市龙门镇区居民集中供暖，采用（西安鼎华）换热机组，回收利用4＃高炉冲渣水（1000㎡/h）余热。

6.1工艺流程概要

本系统是基于冲渣水高效节能过滤设备，冲渣水高效换热设备，冲渣蒸汽回收设备、智能自动控制设备和仪表采集监控设备为一体的冲渣水余热回收高效循环系统。主要由高效过滤系统、高效换热系统、水循环系统、温度控制系统和压力控制系统组成。如下图：

6.2.高炉冲渣水余热利用项目流程分解及技术参数

余热回收系统主要包括冲渣水池取水系统，管道设计系统，根据用户需要设计的高炉冲渣水专用过滤机组(图中设计4套)，高炉冲渣水专用换热器(图中设计4套)，补水系统，采暖水循环系统。

(1)冲渣水循环系统工艺流程为:冲渣水循环泵抽取冲渣水沉淀池冲渣水→经过冲渣水专用过滤机组(一、二级精密过滤器)过滤→至板式换热器快速、高效换热→冲渣水沉淀池。提取的冲渣水在经过过滤机组时，其自带的反冲洗功能全程进行反冲洗以保证过滤性能，同时，在PLC控制下，按照所需流量流经换热器，自动调节系统的热负荷，避免出现的过冷、过热，最大程度地节省能耗。

(2)采暖水循环系统工艺流程为:采暖水经过专用板式换热器与冲渣循环水换热→输送到采暖供水干管→采暖用户→采暖回水干管→采暖水过滤器→经过采暖水循环泵加压→输送至板式换热器与冲渣循环水换热。采暖水为闭式循环系统，采用软化水，避免管道及散热片结垢;在采暖循环泵前设置定压补水系统，采用变频补水泵自动补水。

(3)考虑采暖季节高炉检修取热问题，在换热站设置汽水换热器，采用蒸汽补热保证供暖，凝结水回收至补水箱循环利用。

设计冲渣水换热站主要技术参数如下表所示：

7  实施效果

大自然热力利用龙钢公司炼铁厂4#炉冲渣水余热，为韩城市龙门镇区居民集中供暖，采用（西安鼎华）换热机组，回收利用4＃高炉冲渣水（1000㎡/h）余热。渣水温度70-95℃，回收换热后平均65℃以上，目前供热面积约20万㎡，用户末端室内温度20℃以上，供热质量稳定，用户满意度极高。

该项目自投运后连续运行4个月，供热稳定、连续，取得了较好的供热效果。采暖季结束后，对核心设备—渣水板式换热器进行了拆检，内部通道表面清洁光滑、无污物堵塞情况。

该项目完全符合国家的清洁能源供暖政策，同时是废热利用的节能项目，更符合“碳达峰，碳中和”的要求，每年可节约的能效消耗换算为标准煤6245.41吨，减少CO₂排放17583.80吨。

8  结论

实践应用证明，高炉冲渣水及冲渣蒸汽余热资源充足、品位较高，采用成熟可靠的专有技术不仅可以全面提高能源利用效率、提高供热质量、缩减供暖成本，而且可以取代燃煤锅炉、减少碳排放、减轻大气污染、社会和经济效益显著，是一个非常典型和优秀的环保节能应用。

龙钢公司炼铁高炉渣处理冲渣水余热供暖利用取得了满意效果。充分利用高炉余热资源，尤其是低品位热源，不仅达到节能降耗的目的，降低吨钢生产成本，同时也为钢铁公司带来多方面的效益，满足城市供暖的需要，提高企业自发电率，并有利于环境保护。为高炉渣处理冲渣水余热利用的应用提供了有益的思路借鉴和技术经验。

参考文献

[1]  《余热利用》、云南科技出版社、郭森奎 何屏、1998-06

[2]  《移动式余热利用技术研究》、冶金工业出版社、郭少朋、2015-01

[3]  《冶金工业节能与余热利用技术指南》、冶金工业出版社王绍文 2010-03

[4]  《渣处理工艺技术规程》、龙钢公司炼铁厂、内部资料、2012年8月