高爐沖渣水余熱供暖工程實(shí)例

文 _ 劉樹青 天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司 河北涉縣天津鐵廠

高爐煉鐵產(chǎn)生60～95℃沖渣水，蘊(yùn)含了巨大熱量。如果估算我國(guó)北方地區(qū)全年鐵產(chǎn)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(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤400～600萬(wàn)t，不僅節(jié)能空間巨大，而且對(duì)于減少環(huán)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(huì)在管道、暖氣片或換熱器發(fā)生淤積、堵塞和腐蝕，因此長(zhǎng)期以來(lái)沖渣水余熱沒(méi)有被全面、有效地回收利用。

本文通過(guò)對(duì)天鐵集團(tuán)3#、4#高爐南沖渣余熱回收供暖工程項(xiàng)目實(shí)施情況的介紹，為鋼鐵企業(yè)沖渣水余熱回收、生態(tài)化的可持續(xù)發(fā)展提供了一種途徑。

1 技術(shù)方案選擇

高爐沖渣水蘊(yùn)含了巨大熱量，多年來(lái)國(guó)內(nèi)眾多鋼鐵企業(yè)在嘗試沖渣水供暖，甚至二三十年前就已開始，就其技術(shù)路線歸納起來(lái)有3種：①直接供暖，將過(guò)濾或泡渣沉淀后的沖渣水直接送入用戶采暖。②過(guò)濾換熱供暖，過(guò)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(guò)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(guò)濾且具有腐蝕性，因此，直接供暖方案會(huì)在管道、暖氣片發(fā)生淤積、堵塞和腐蝕，已逐漸不被采用。過(guò)濾換熱供暖方案解決了管道、暖氣片發(fā)生淤積、堵塞和腐蝕問(wèn)題，近幾年許多家鋼鐵公司采用此方案用于實(shí)際供暖。但是由于換熱器淤積、磨損問(wèn)題仍然沒(méi)有徹底解決，且其工藝復(fù)雜、不能全水量取熱、余熱不能完全利用、不能與高爐操作無(wú)縫對(duì)接，這些問(wèn)題制約了其發(fā)展。直接換熱供暖是近兩、三年取得突破的最新技術(shù)，具有無(wú)需過(guò)濾、全水量取熱特點(diǎn)，可以最大化回收余熱，流程簡(jiǎn)單易于操作，實(shí)現(xiàn)了與高爐沖渣系統(tǒng)的無(wú)縫對(duì)接，適用于各種不同沖渣工藝。

天鐵集團(tuán)生活區(qū)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(tuán)擬采用沖渣水余熱對(duì)生活區(qū)進(jìn)行供暖。通過(guò)調(diào)研比較，最終采用直接換熱供暖方案，用于廠區(qū)周邊30萬(wàn)m2生活區(qū)供暖，替代原蒸汽供暖系統(tǒng)。項(xiàng)目實(shí)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(shí)施

直接換熱供暖方案其核心技術(shù)是采用沖渣水專用換熱器，天津華賽爾經(jīng)過(guò)數(shù)年研發(fā)，并在太鋼進(jìn)行了聯(lián)合工程驗(yàn)證和兩個(gè)冬季的實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)，取得了突破性進(jìn)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(wèn)題。同時(shí)針對(duì)不同沖渣工藝特點(diǎn)，進(jìn)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(jù)南沖渣現(xiàn)場(chǎng)具體情況設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí)沖渣時(shí)水量相當(dāng)；保留底濾池與吸水池之間連通管道，保證兩座高爐不同時(shí)沖渣或一座高爐休風(fēng)時(shí)，不影響高爐正常操作，同時(shí)也不間斷供暖。

采暖水經(jīng)循環(huán)泵進(jìn)入用戶采暖，再進(jìn)入渣水換熱單元，被渣水加熱。

考慮高爐休風(fēng)及寒冷天氣取熱問(wèn)題，在渣水換熱單元之后，設(shè)置調(diào)峰加熱單元，采用蒸汽調(diào)峰補(bǔ)熱保證供暖。

本項(xiàng)目采暖水為閉式循環(huán)系統(tǒng)，采用軟化水供暖，避免管道及散熱片結(jié)垢；考慮到底濾沖渣工藝、平流池面積較大導(dǎo)致沖渣水溫度偏低，二次水網(wǎng)不再設(shè)置二級(jí)換熱站，采暖水直接進(jìn)入住戶采暖。

本工藝流程不影響原高爐運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，采暖季結(jié)束后可單獨(dú)隔離余熱回收系統(tǒng)，等采暖季到來(lái)再重新運(yùn)行。

本項(xiàng)目整體工程包括：外網(wǎng)系統(tǒng)、采暖水循環(huán)泵房、渣水提取單元、渣水取熱單元、調(diào)峰補(bǔ)熱及凝水回收單元、定壓補(bǔ)水單元。全部采用PLC集中控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。

3 開車調(diào)試

開車調(diào)試前編制了詳細(xì)的開車調(diào)試方案與應(yīng)急預(yù)案，避免影響煉鐵生產(chǎn)、杜絕余熱回收系統(tǒng)安全隱患。

項(xiàng)目系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)已充分考慮避免對(duì)煉鐵生產(chǎn)的影響，調(diào)試中主要考慮：①負(fù)荷稍大的電器設(shè)備變頻低速啟動(dòng)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行設(shè)施的沖擊干擾。②余熱回收沖渣水提取泵的備用泵同時(shí)為底濾池的反沖備用泵，在設(shè)計(jì)、調(diào)試時(shí)充分考慮了提水系統(tǒng)對(duì)反沖系統(tǒng)的干擾與互備關(guān)系，使得兩個(gè)系統(tǒng)操作互不干擾，各自任意啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行。

2013年10月30日該系統(tǒng)開始注水試車，依次進(jìn)行了單元調(diào)試、控制調(diào)試、系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，最終在11月15日一次開車成功，按時(shí)為生活區(qū)供暖。

4 運(yùn)行效果

本項(xiàng)目2013年11月15日投運(yùn)后連續(xù)運(yùn)行4個(gè)月，供熱穩(wěn)定、連續(xù)，先后經(jīng)歷了2座高爐運(yùn)行、1座高爐運(yùn)行、2座高爐停運(yùn)等工況，均取得了良好的供熱效果。本項(xiàng)目沖渣水溫度按75℃設(shè)計(jì)計(jì)算，但本采暖季寒冷期只有一座高爐運(yùn)行，沖渣水溫度最高僅為62℃，采暖水換熱后供水溫度達(dá)到58.5℃，回水溫度46℃左右，熱端溫差不超過(guò)4℃，顯示了優(yōu)異的換熱效果，整個(gè)采暖季不需要蒸汽補(bǔ)熱，采暖居民反應(yīng)良好。

項(xiàng)目運(yùn)行期間對(duì)煉鐵生產(chǎn)沒(méi)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?zèng)_渣過(guò)程水分蒸發(fā)，節(jié)約了水資源。

供暖季結(jié)束后，打開渣水換熱器檢查，內(nèi)部通道干凈無(wú)堵塞情況，系統(tǒng)運(yùn)行期間不需要維護(hù)，僅在采暖季結(jié)束后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行清水養(yǎng)護(hù)，維護(hù)簡(jiǎn)單、費(fèi)用低。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，4個(gè)月采暖季節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.2萬(wàn)t，減少二氧化碳排放量約3.1萬(wàn)t，直接經(jīng)濟(jì)效益1000余萬(wàn)元。

5 結(jié)束語(yǔ)

天鐵集團(tuán)南沖渣高爐沖渣水余熱回收供暖項(xiàng)目表明，沖渣水直接換熱供暖技術(shù)，無(wú)需過(guò)濾、取熱量大、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)量小，對(duì)煉鐵生產(chǎn)沒(méi)有干擾和影響，技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。