高爐沖渣水余熱供暖工程實例

文 _ 劉樹青 天津天鐵冶金集團有限公司 河北涉縣天津鐵廠

高爐煉鐵產生60～95℃沖渣水，蘊含了巨大熱量。如果估算我國北方地區全年鐵產量為3.5億t，其高爐沖渣水余熱全部回收用于供暖，則每年回收熱量相當于節約標準煤400～600萬t，不僅節能空間巨大，而且對于減少環境污染同樣意義巨大。然而，由于沖渣水含有大量固體顆粒、懸浮物并具有腐蝕性，直接供暖或間接換熱供暖會在管道、暖氣片或換熱器發生淤積、堵塞和腐蝕，因此長期以來沖渣水余熱沒有被全面、有效地回收利用。

本文通過對天鐵集團3#、4#高爐南沖渣余熱回收供暖工程項目實施情況的介紹，為鋼鐵企業沖渣水余熱回收、生態化的可持續發展提供了一種途徑。

1 技術方案選擇

高爐沖渣水蘊含了巨大熱量，多年來國內眾多鋼鐵企業在嘗試沖渣水供暖，甚至二三十年前就已開始，就其技術路線歸納起來有3種：①直接供暖，將過濾或泡渣沉淀后的沖渣水直接送入用戶采暖。②過濾換熱供暖，過濾后的沖渣水與采暖水換熱，再將采暖水送入用戶采暖。③直接換熱供暖，采用專用換熱器，沖渣水不過濾直接與采暖水換熱，將采暖水送入用戶采暖。

由于沖渣水含有大量固體顆粒、懸浮物，很難徹底過濾且具有腐蝕性，因此，直接供暖方案會在管道、暖氣片發生淤積、堵塞和腐蝕，已逐漸不被采用。過濾換熱供暖方案解決了管道、暖氣片發生淤積、堵塞和腐蝕問題，近幾年許多家鋼鐵公司采用此方案用于實際供暖。但是由于換熱器淤積、磨損問題仍然沒有徹底解決，且其工藝復雜、不能全水量取熱、余熱不能完全利用、不能與高爐操作無縫對接，這些問題制約了其發展。直接換熱供暖是近兩、三年取得突破的最新技術，具有無需過濾、全水量取熱特點，可以最大化回收余熱，流程簡單易于操作，實現了與高爐沖渣系統的無縫對接，適用于各種不同沖渣工藝。

天鐵集團生活區冬季供暖大部分采用蒸汽供熱，消耗大、成本高，2013年初天鐵集團擬采用沖渣水余熱對生活區進行供暖。通過調研比較，最終采用直接換熱供暖方案，用于廠區周邊30萬m2生活區供暖，替代原蒸汽供暖系統。項目實施選擇在3#和4#兩座高爐，均為700m3高爐，采用底濾法渣處理工藝，共用南沖渣水池，3#高爐沖渣水量770m3/h、4#高爐沖渣水量645～670m3/h，沖渣頻次相同。

2 工程實施

直接換熱供暖方案其核心技術是采用沖渣水專用換熱器，天津華賽爾經過數年研發，并在太鋼進行了聯合工程驗證和兩個冬季的實際應用試驗，取得了突破性進展，研制出沖渣水專用換熱器，徹底解決沖渣水的堵塞、腐蝕及磨損問題。同時針對不同沖渣工藝特點，進行了余熱回收工藝流程研究，形成了完整的高爐沖渣水余熱回收解決方案。

根據南沖渣現場具體情況設計了沖渣水取熱工藝流程，確定沖渣水提取和返回位置，其工藝流程示意如圖1。

圖1

利用底濾池反沖泵提取沖渣水，進入換熱單元與采暖水換熱，換熱后的沖渣水流入沖渣泵前的吸水池，取水量為1200～1400m3/h，與兩座高爐同時沖渣時水量相當；保留底濾池與吸水池之間連通管道，保證兩座高爐不同時沖渣或一座高爐休風時，不影響高爐正常操作，同時也不間斷供暖。

采暖水經循環泵進入用戶采暖，再進入渣水換熱單元，被渣水加熱。

考慮高爐休風及寒冷天氣取熱問題，在渣水換熱單元之后，設置調峰加熱單元，采用蒸汽調峰補熱保證供暖。

本項目采暖水為閉式循環系統，采用軟化水供暖，避免管道及散熱片結垢；考慮到底濾沖渣工藝、平流池面積較大導致沖渣水溫度偏低，二次水網不再設置二級換熱站，采暖水直接進入住戶采暖。

本工藝流程不影響原高爐運行，實現無縫切換，采暖季結束后可單獨隔離余熱回收系統，等采暖季到來再重新運行。

本項目整體工程包括：外網系統、采暖水循環泵房、渣水提取單元、渣水取熱單元、調峰補熱及凝水回收單元、定壓補水單元。全部采用PLC集中控制，實現自動操作。

3 開車調試

開車調試前編制了詳細的開車調試方案與應急預案，避免影響煉鐵生產、杜絕余熱回收系統安全隱患。

項目系統設計時已充分考慮避免對煉鐵生產的影響，調試中主要考慮：①負荷稍大的電器設備變頻低速啟動對生產運行設施的沖擊干擾。②余熱回收沖渣水提取泵的備用泵同時為底濾池的反沖備用泵，在設計、調試時充分考慮了提水系統對反沖系統的干擾與互備關系，使得兩個系統操作互不干擾，各自任意啟動和穩定運行。

2013年10月30日該系統開始注水試車，依次進行了單元調試、控制調試、系統聯合調試，最終在11月15日一次開車成功，按時為生活區供暖。

4 運行效果

本項目2013年11月15日投運后連續運行4個月，供熱穩定、連續，先后經歷了2座高爐運行、1座高爐運行、2座高爐停運等工況，均取得了良好的供熱效果。本項目沖渣水溫度按75℃設計計算，但本采暖季寒冷期只有一座高爐運行，沖渣水溫度最高僅為62℃，采暖水換熱后供水溫度達到58.5℃，回水溫度46℃左右，熱端溫差不超過4℃，顯示了優異的換熱效果，整個采暖季不需要蒸汽補熱，采暖居民反應良好。

項目運行期間對煉鐵生產沒有任何干擾和影響，反而由于沖渣水溫度降低，改善了沖渣效果，減少沖渣過程水分蒸發，節約了水資源。

供暖季結束后，打開渣水換熱器檢查，內部通道干凈無堵塞情況，系統運行期間不需要維護，僅在采暖季結束后，對系統進行清水養護，維護簡單、費用低。

據統計，4個月采暖季節約標準煤1.2萬t，減少二氧化碳排放量約3.1萬t，直接經濟效益1000余萬元。

5 結束語

天鐵集團南沖渣高爐沖渣水余熱回收供暖項目表明，沖渣水直接換熱供暖技術，無需過濾、取熱量大、操作簡單、維護量小，對煉鐵生產沒有干擾和影響，技術優勢明顯，環境效益、經濟效益和社會效益顯著。