高爐渣水余熱回收與生產應用方案

趙瑞學，傅國水，嚴鳳濤

（濟鋼集團有限公司，山東濟南 250101）

節能減排

高爐渣水余熱回收與生產應用方案

趙瑞學，傅國水，嚴鳳濤

（濟鋼集團有限公司，山東濟南 250101）

為解決渣水溫度高導致的渣漿泵汽蝕問題，設計了用渣水余熱加熱鍋爐供水的方案，實現了渣水余熱回收，解決了實際生產中渣水溫度高導致水泵汽蝕等問題，達到節能降耗和提高汽輪機發電量的目的。

渣水；余熱利用；換熱；高爐；熱量

1 前言

山鋼股份萊蕪分公司1#750 m3高爐、4#1 080 m3高爐共用1個渣池，年產渣量約98萬t，夏季高爐正常生產時，渣池平均水溫101.5℃，其熱量沒有回收利用，因沖渣水溫接近沸點，導致渣漿泵汽蝕嚴重，對水泵的運行和效率影響很大，同時蒸氨廢水很難補入沖渣系統，只能依靠低溫新水補入，因此，亟待解決沖渣水水溫高的問題。根據實際生產經驗，可以通過回收渣水余熱，降低沖渣水溫度，保證沖渣系統穩定運行。

2 方案分析與設計

2.1 方案介紹

根據近幾年高爐渣水余熱利用的實際經驗，水沖渣余熱利用系統采用物理過濾方式的過濾器過濾沖渣水，為了避開水質處理的問題通過間接換熱的方式較為普遍。兩級換熱系統見圖1。

圖1 兩級換熱系統

2.2 工藝流程

4#高爐有3臺900 m3/h沖渣泵，2用1備，沖渣流量1 800 m3/h，現因水泵汽蝕，實際流量約1 300 m3/h左右。將原沖渣水泵改造為2臺1 100 m3/h變頻取水循環泵，與高爐渣水泵互為備用。改造后的循環泵先進入換熱器換熱降溫，然后去高爐進行沖渣，達到將渣水換熱回收余熱目的，連接工藝見圖2。

圖2 水泵連接工藝

利用現有高爐沖渣水循環泵直接將渣水送入新建換熱站系統，采暖水回水進入換熱器冷源側；經換熱器逆流換熱后，水沖渣溫度降低并回至水沖渣池，循環水溫度升高后送至板式換熱器，經再次換熱后將冷凝水提溫，送至鍋爐除氧器，由于水沖渣中氯離子和硫化氫、沙狀顆粒物濃度較高，換熱器必須采用耐磨、耐氯離子腐蝕、晶間腐蝕以及應力腐蝕、導熱性能好的特殊合金不銹鋼材料。

3 方案理論計算與分析

3.1 沖渣能量平衡分析

1#、4#高爐沖渣方式主要以直接水沖渣法和部分圖拉法沖渣。爐渣在水淬過程中，產生大量的蒸汽，浪費了大量的工業水。根據渣水比1∶8～1∶10，每噸渣新水消耗量為0.8～1.2 t，液態爐渣比熱容為1.344 kJ/（kg·℃），因此1 t爐渣的總焓熱約1.6～1.8 GJ［1］，這些熱能一部分被沖渣水帶走，另一部分產生蒸汽排放掉，但是由于渣水溫度高，幾乎沸點，導致其90%以上的熱量是靠渣水氣化潛熱散失掉。

3.2 理論計算主要參數

1#、4#高爐熱散失主要為渣水氣化潛熱散失，但通過余熱回收，降低沖渣水溫后，使沖渣過程達到常規沖渣循環模式；通過控制沖渣水量和余熱回收負荷，可以使沖渣水溫降至95℃以下。

1）爐渣參數：煉鐵爐排出爐渣溫度Tpz=1 485℃；冷渣溫度Tlz=95℃；爐渣比熱Cz=1.344 kJ/kg。

2）沖渣水各部分參數：補廢水溫度50℃；渣水溫（冷卻）Tlw=78℃；78℃時水的焓Hlw=327.6 kJ；排水溫度（撈渣池）Thw=95℃；水渣比8∶1。

3）排出蒸汽參數：排氣溫度Tq=100～140℃；95℃水汽化潛熱（常壓）Hq=2 276.4 kJ/kg。

3.3 能量平衡計算

平均每產生1 t渣時的能量平衡計算。

每噸渣放出的熱量：

沖渣水帶走的熱量：

蒸汽帶走的熱量（水蒸汽潛熱）：

每噸渣產生的蒸汽量（常壓下）：

3.4 系統其他熱損失

1）水池表面熱損失H為：

式中：S為水池表面積，1 050 m2；Pm為水池表面溫度飽和空氣的水分壓，6.91 kPa（查焓濕圖［2］）；P為空氣中的水蒸汽分壓，4.47 kPa（取水池上方空氣溫度40℃，濕度50%，查濕空氣焓濕圖得）；Vm為日平均風速，2 m/s；Hq為95℃水汽化潛熱（常壓）飽和蒸汽壓下的汽化潛熱，2 276.4 kJ/kg；a為熱量換算系數0.276 9 W·m2·h·℃/kJ。

2）因池壁長期傳熱而導致地面溫度升高，地面熱量蓄積，熱損失量很少，相比池面損失可以不計，因此管道與池壁損失暫歸為蒸汽散熱損失。

3）熱量計算分析：沖渣水帶走熱量為642 600 kJ；沖渣蒸汽帶走熱量為1 225 560 kJ；沖渣總熱散失為1 868 160 kJ；則沖渣水占總熱的損失：

642 600/1 868 160×100%=34%。

按照沖渣水實際測算經驗數據沖渣水占總損失40%左右，計算在范圍內，屬于保守計算。

3.5 方案風險性評估

1）對高爐沖渣系統的影響。本方案考慮到原4#爐沖渣泵房空間局限性，沒有空間裝設新的換熱水泵，只能就地改造原沖渣水泵，因此增加系統復雜性，對沖渣系統有一定風險。可以考慮對原沖渣泵房擴建，安裝新的循環水泵，與原沖渣系統隔離，但會增加基礎投資和運行成本。

2）對冷凝水水質的影響。通過本方案的兩級換熱，降低了沖渣水對冷凝水的影響，但仍然存在可能污染的風險。當沖渣水換熱器和水水板式換熱器同時泄漏時，可能引起污染冷凝水。這可以通過提高三次側系統管網壓力，使其高于二次側循環水壓力。另外，對二次側循環水系統設置取樣點，定時對水質進行化驗，降低運行風險。

4 效益分析

4.1 余熱回收量

按照三次水供回水設計71/40℃，設計溫差T= 31℃，設計流量Q=500 m3/h，余熱有效輸出負荷：

因冷凝水供除氧器，需蒸汽提溫至104℃，因此，節約的熱耗即節約蒸汽量為25.7（18/0.7）t/h。

4.2 回收后節約蒸汽發電量

節約蒸汽用于發電，產生的效益為：

按照年運行330 d（35 d檢修停運期）計算年毛利潤為1 094.2（1 381.6×330×24）萬元。

4.3 環保效益分析

按噸標準煤產生8 t蒸汽計算。

年實現標準煤的節約量：203 544/8=2.54（萬t/a）；

5 結語

通過此次改造，實現高爐沖渣系統穩定運行，解決了渣漿泵汽蝕問題，降低水泵維修成本，節約高爐上冷卻塔的投資和運行成本，同時實現了渣水余熱回收，節約了高品質蒸汽，大大提高汽輪機的發電量。

［1］王海風，張春霞，齊淵洪.高爐渣處理和熱能回收的現狀及發展方向［J］.中國冶金，2007（6）：55.

［2］姚榮華，張文勝.全國勘察設計注冊公用設備工程師暖通空調專業考試復習教材［M］.北京：中國建筑工業出版社，2012.

Application Scheme of Residual Heat Recovery and Production for BF Slag Water

ZHAO Ruixue,FU Guoshui,YAN Fengtao
（Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China）

In order to solve the cavitation erosion problems of slag slurry pump induced by higher slag water temperature,technology scheme of heating boiler water supply using slag water waste heat was designed.The recycling of waste heat of water slag,the solution of the cavitation erosion problems of slag slurry pump induced by higher slag water temperature in practical production,the energy consumption and improvement of turbine generating capacity were achieved.

flushing water;utilization of waste heat;heat-exchange;blast furnace;quantity of heat

X706

B

1004-4620（2015）02-0046-02

2014-12-11

趙瑞學，男，1985年生，2008年畢業于安徽工業大學冶金工程專業?，F為濟鋼供熱公司汽鼓風項目部經理，從事鋼鐵余熱開發工作。