高炉冲渣水余热回收技术及潜力分析

发布时间:2018-12-21 01:25          

陈超 丁翠娇 朱善合

高炉在生产过程中产生大量的冲渣水,同时排放了大量的热量,做好高炉冲渣水余热回收工作意义重大。本文介绍了现有高炉冲渣水余热回收技术,对武钢高炉冲渣水余热资源进行了调研和统计,并对其回收潜力进行了分析。

分析结果显示,武钢有限炼铁厂年产冲渣水总热量为558.31万吉焦,相当于19.07万吨标准煤;采用间接换热取暖技术进行余热回收,合计可以满足363.2万平方米居民住宅取暖需求,回收潜力巨大。

高炉冲渣水余热回收技术

高炉渣的主要成分是氧化镁、氧化钙、三氧化二铝,约占炉渣总量的95%,出渣温度在1450℃~1650℃之间。炉渣的处理主要采用水力冲渣方式,产生温度在70℃~90℃之间的冲渣热水,高炉冲渣水余热热源温度较低,但流量巨大,并且水中蕴含的化学物质对普通钢材具有一定的腐蚀性,因此做好高炉冲渣水余热回收工作,不仅能够有效减少能源浪费,而且可以保护周边环境。

高炉冲渣水余热的利用方式主要包括采暖(热水)、制冷、发电和海水淡化。目前,将高炉冲渣水中余热用于发电,普遍存在效率低、成本高等问题,相关技术尚处于研发阶段,离工业化应用还有一段距离;冲渣水余热制冷技术也一直是研究的热点之一,目前只有少数钢铁企业应用,还没有推广;海水淡化技术受地域性限制,主要用于沿海地区钢铁企业。因此,目前炼铁系统最切实可行的余热利用方式为利用冲渣水进行采暖。高炉冲渣水余热采暖技术主要包括直接换热、间接换热和利用高炉冲渣水专用换热器进行直接换热供暖3种方式。

高炉冲渣水的温度特性,使其非常适合作为采暖热源。自20个世纪80年代以来,鞍钢、济钢、邯钢、宣钢、通钢、唐钢等北方钢厂已成功实施了高炉冲渣水余热利用采暖工程。在将高炉冲渣水作为采暖热源利用时,各大钢厂主要采取两种途径:一是直接换热,经过滤净化后的高炉冲渣水作为采暖热媒直接进入采暖末端设备,如图1所示;二是间接换热,经过滤净化后的高炉冲渣水与换热器间接换热得到二次热水,然后作为热媒进入采暖末端设备,如图2所示。直接换热在早期应用较多,由于运行过程中易发生堵塞、腐蚀现象,导致系统不能正常运行,因此目前应用较多的是换热器间接取暖技术。

同时,高炉冲渣水余热还可用于发电,其原理为:工质在换热器中吸收热量后,闪蒸成为温度在80℃左右的过热蒸汽,进入汽轮机做功,进而带动发电机组发电。在输出功率后,工质变为低压蒸汽,进入冷凝器放出热量,随后转化为低温低压的液体工质,经凝结水泵送到热交换器吸热,再次转变为过热蒸汽,推动汽轮机做功。将高炉冲渣水余热进行回收发电,需要配置相应的设备,如汽轮机、发电机、凝汽器等,初期投资巨大,占地面积大,需要专门的管理人员进行管理。同时,大功率循环泵自身的耗电量较大,外送电率小,发电成本相对较高,而且受高炉冶炼频率的影响,汽轮机的运行缺乏稳定性,离工业化还有一段距离。

此外,高炉冲渣水可用于海水淡化。海水淡化工艺流程即将沉淀过滤后的高炉冲渣水导入换热器内,与循环除盐水进行热量交换,冷却后的冲渣水进入凝结水池,用于循环冲渣。换热器内的高温热水进入闪蒸罐,进行喷淋,在蒸发压力下闪蒸沸腾,其中一部分热水汽化成为相应的饱和蒸汽,另一部分热水温度降低到蒸汽温度以下,回流到换热器中重复加热。饱和蒸汽送入海水淡化装置进行蒸发制水,待蒸汽凝结后,经过热力除氧,为蒸汽发生器补充水分。在对换热器进行设置时,可以采用多级换热方式,增加换热面积,延长换热时间,提高除盐水给水温度。海水淡化工艺流程见图3。

冲渣水不仅可用于取暖,还可用于制冷。由于夏天无需供暖,在采用传统冲渣水余热取暖技术时,一到夏季,冲渣水取暖系统就停止运行,很不经济,因此考虑夏季利用冲渣水进行制冷。冲渣水采暖系统的供热管网为区域制冷的实现提供了便利条件。由于热源、供热管网和热交换站都是现成的,只需将热交换站改造成冷暖站,在用户室内增设风机盘管,投资不大,就可以制成冬季供暖、夏季制冷的两用系统。区域制冷系统不仅可以提高制冷系数,还可以减少二氧化碳排放量,但目前大多处于可研阶段,应用案例较少。冲渣水区域制冷系统如图4所示。

在上述4种余热回收方式中,考虑武钢有限冲渣水余热资源特点及地理位置,最切实可行的余热利用方式为利用冲渣水进行采暖。

武钢炼铁厂高炉冲渣水余热回收潜力分析

冲渣水显热作为高炉渣显热的一部分,是武钢有限炼铁厂目前最有回收潜力的余热资源。武钢有限炼铁厂共有6座高炉,其中1号、5号、6号、7号、8号5座高炉炉渣处理主要采用水力冲渣方式,炉渣水淬方式均为因巴法(INBA),产生冲渣水余热,可加以回收利用。本文对1号、5号、6号、7号、8号5座高炉的生产及冲渣水数据进行了统计,如表1所示。

由表1已知数据,根据以下公式分别对5座高炉冲渣水余热量进行计算,结果如表2所示。

Q=ρcv△t

式中:Q———高炉冲渣水余热量,兆瓦

ρ———冲渣水密度,千克/立方米

c———冲渣水比热,焦耳/千克·摄氏度

v———冲渣水流量,立方米/小时

由上表可以看出,1号高炉年产余热总量为124.7万吉焦,相当于4.26万吨标准煤;5号高炉年产余热总量为98.84万吉焦,相当于3.38万吨标准煤;6号高炉年产余热总量为98.84万吉焦,相当于3.38万吨标准煤;7号高炉年产余热总量为130.29万吉焦,相当于4.45万吨标准煤;8号高炉年产余热总量为105.63万吉焦,相当于3.61万吨标准煤。武钢有限炼铁厂年产冲渣水总热量为558.31万吉焦,相当于19.07万吨标准煤。

冲渣水有效利用热量可按以下公式进行计算:

Q=m△h

式中:m为冲渣水循环量,△h为冲渣水在利用前后的焓变,水温变化可按75℃~60℃计算,得出各高炉有效利用热量分别为:1号高炉为24.4兆瓦,5号、6号、7号高炉为38.4兆瓦,8号高炉为42兆瓦。采暖热指标取50瓦/平方米计算,按以下公式计算供暖面积:

F=Q/qf

式中,qf为采暖热指标。由此可得1号高炉可供约24.4×106/50=48.8万平方米用户采暖;5号、6号、7号高炉可供约38.4×106/50=76.8万平方米用户采暖;8号高炉可供约42×106/50=84万平方米用户采暖。合计可满足363.2万平方米居民住宅取暖需要。

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