利用高爐沖渣水廢熱處理高鹽廢水可行性分析

韓繼玉，呂學(xué)強，徐寶臣

（1 山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 濟南271100；2 濟南市生態(tài)環(huán)境局萊蕪區(qū)分局，山東 濟南271100；3 哈爾濱工大金濤科技股份有限公司，黑龍江 哈爾濱150010）

1 前 言

隨著《水污染防治行動計劃》《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》等一系列政策法規(guī)的出臺與實施，高鹽工業(yè)廢水零排放已成為一種發(fā)展趨勢。特別是鋼鐵行業(yè)廢水具有水量大、水溫較高、懸浮物濃度大、含鹽量高、硬度高、成分復(fù)雜，尤其是含有大量金屬離子、易析晶結(jié)垢、易堵塞管道、腐蝕性強、處理難度大、處理工藝復(fù)雜、處理成本高等特性，已經(jīng)嚴(yán)重限制了鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展。

現(xiàn)濃鹽水零排放的投資在100 萬元/t 以上、運行費用在50元/t以上，而決定成本的關(guān)鍵因素是能源成本，一般在30元/t以上。若蒸發(fā)結(jié)晶采用鋼鐵企業(yè)自有工藝產(chǎn)生的廢熱，則可以將運行費用降低到20元/t以下。以我國某鋼廠為例，通過其實際運行數(shù)據(jù)，分析鋼鐵行業(yè)利用廢熱處理高鹽廢水的可行性、經(jīng)濟性。

2 工藝路線

2.1 某鋼廠高爐沖渣水廢熱和高鹽廢水基本情況

某鋼廠現(xiàn)有2 座1 780 m3高爐，高爐綜合利用系數(shù)2.87 t/（m3·d），每天產(chǎn)鐵量1萬t；渣鐵比0.4，每天產(chǎn)渣量4 000 t；沖渣水溫度85 ℃。鋼廠現(xiàn)有一座日處理量1萬t的污水處理廠，產(chǎn)水率78%；日出濃鹽水2 200 t，其中納濾濃鹽水1 000 t，反滲透濃鹽水1 200 t。對外供暖面積100 萬m2。納濾濃鹽水和反滲透濃鹽水的水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 濃鹽水水質(zhì)分析

2.2 利用廢熱處理濃鹽水技術(shù)路線

2.2.1 技術(shù)路線

將納濾濃鹽水排入渣池，利用水渣廢熱將納濾濃鹽水（二價鹽）固化處理，產(chǎn)生的二價鹽和水渣進(jìn)超細(xì)粉廠研磨出售。水渣廢熱通過直熱機傳遞給反滲透濃鹽水（一價鹽）將其升溫，然后通過直熱機進(jìn)行水處理，實現(xiàn)一價鹽（主要成分為NaCl）的固液分離。廢熱在采暖季進(jìn)行供暖，非采暖季通過冷卻塔擴散到大氣中。反滲透濃鹽水（一價鹽）固化產(chǎn)生的鹽少量工藝回用，多余部分作為工業(yè)鹽出售。濃鹽水中的水，經(jīng)蒸發(fā)、冷凝全部回收，其水質(zhì)達(dá)到軟化水指標(biāo)。其工藝流程如圖1所示。

2.2.2 工藝分析

高爐基礎(chǔ)數(shù)據(jù):2 座；爐容1 780 m3；高爐渣溫度1 500 ℃；爐渣熱焓值1 855 kJ/kg；高爐日產(chǎn)渣量2 000 t/d。

高爐沖渣水廢熱核算:1）爐渣熱量是根據(jù)日產(chǎn)高爐渣量和爐渣顯熱系數(shù)，以及k/MW 折算系數(shù)計算所得。2）爐渣溫度約1 500 ℃左右，根據(jù)《煉鐵學(xué)》1 kg高爐渣所含熱量約為1 855 kJ［1］。3）爐渣熱量（Q高爐渣）=日產(chǎn)高爐渣量×爐渣熱焓值，則2 座高爐爐渣熱量為86 MW［2］。4）根據(jù)國內(nèi)眾多鋼廠的經(jīng)驗值，火渣中的總熱量在淬渣過程中被淬渣蒸汽帶走的熱量約占50%，實際留存到渣水中的熱量約占火渣總熱量的50%左右，因此2 座高爐沖渣水中，全年可提取廢熱43 MW。

圖1 濃鹽水處理流程

納濾濃鹽水處理。通過直熱機2次相變過程，每小時可以處理57 t納濾濃鹽水。這樣每天1 000 t的納濾濃鹽水就可以完全被沖渣消化，同時產(chǎn)生990多t軟化水進(jìn)入凈環(huán)水系統(tǒng)回用。產(chǎn)生3 t左右的鹽同水渣進(jìn)入超細(xì)粉廠研磨出售，氯離子完全滿足水泥中不超過萬分之六國標(biāo)要求。

反滲透濃鹽水處理。將反滲透濃鹽水排入蓄水池，通過沖渣水冷凝放熱升溫，然后進(jìn)入下一臺直熱機降溫，通過2 次相變過程提取軟化水，每小時可提取57 t 軟化水。這樣每天1 200 t 的反滲透濃鹽水就可以完全固化處理，同時產(chǎn)生1 190 t軟化水進(jìn)入凈環(huán)水系統(tǒng)回用。產(chǎn)生5 t 左右的鹽（主要成分為NaCl）少量代替鹵水工藝回用，多余部分作為工業(yè)鹽銷售。反滲透濃鹽水的冷凝熱在采暖季給用戶供暖，可以解決100 萬m2建筑供暖；非采暖季采用冷卻塔散到大氣中。

3 效益分析

全年總營業(yè)收入2 186.79 萬元，采暖費收入1 805 萬元，全年冷凝水收入381.79 萬元。全年運行費用1 078.93 萬元，全年運行電費938.93 萬元，其中采暖季343.34 萬元，非采暖季595.59 萬元，人工費80 萬元，維護(hù)費60 萬元。直接經(jīng)濟效益分析年創(chuàng)利潤達(dá)1 133.55萬元。

本項目是改善生態(tài)環(huán)境，保障職工身體健康，造福社會的節(jié)能環(huán)保工程。項目實施后可以在本質(zhì)上解決高鹽廢水處理的環(huán)保問題，徹底消除環(huán)保隱患。納濾高鹽廢水進(jìn)渣池，可保證水渣氯離子濃度不高于國標(biāo)；反滲透高鹽廢水進(jìn)行提鹽，產(chǎn)生固態(tài)鹽可作為氯堿廠原料。本項目年累計供熱量為39.4 萬GJ，單純采用燃煤鍋爐制熱，每年需要消耗標(biāo)煤17 927 t。本系統(tǒng)供熱，消耗的電量折合為標(biāo)煤量（電量由燃煤電廠提供）為2 130 t，因此采用本系統(tǒng)供熱，每年可節(jié)約標(biāo)煤15 797 t（凈量）。