泰鋼高爐沖渣乏汽回收供暖及消白技術(shù)應(yīng)用

鄭 偉，亓慶臺(tái)，竇 倩

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司 設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南271100）

1 前 言

高爐沖渣過(guò)程中，產(chǎn)生的1 400～1 500 ℃的熔渣經(jīng)過(guò)水淬快速冷卻，產(chǎn)生大量溫度在90～120 ℃范圍的沖渣蒸汽，沖渣蒸汽中含有渣棉、粉塵顆粒、酸性成分等雜質(zhì)，以及一些有毒有害氣體，這部分白煙造成了能源浪費(fèi)，又對(duì)環(huán)境造成了污染。為消除高爐沖渣水產(chǎn)生的白煙廢氣，泰鋼集團(tuán)于2018年9月引入沖渣乏汽回收供暖技術(shù)，消除了大氣污染，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

2 消白原理及優(yōu)勢(shì)

高爐沖渣乏汽為視線可見(jiàn)的“白煙”，除含有水蒸汽外，主要還含有大量的超微粉與微液滴呈現(xiàn)霧狀。該技術(shù)基于稀土催化吸附機(jī)理的捕捉超微粉和超微液滴消霧霾消白技術(shù)，目前已經(jīng)成功應(yīng)用電廠脫硫煙氣清潔排放、煉鋼轉(zhuǎn)爐一次除塵消白等領(lǐng)域。該技術(shù)改變傳統(tǒng)降溫＋升溫的消白的技術(shù)路線，革新采用催化吸附技術(shù)，采用先消除煙氣中的微液滴，再降溫＋升溫的新法消白工藝；在同樣的工況下，消除白煙的效果明顯高于傳統(tǒng)單純降溫＋升溫的技術(shù)路線。該技術(shù)更深遠(yuǎn)的意義是吸附煙氣微液滴的同時(shí)能夠捕捉煙氣中絕大部分的微粉和可溶性鹽，除塵效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前超低排放顆粒物標(biāo)準(zhǔn)，能夠從源頭大大減輕微粉的排放，治理國(guó)內(nèi)霧霾天氣。該技術(shù)可以應(yīng)用到冶金、石化、水泥等各種煙氣處理領(lǐng)域，幫助生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)“無(wú)煙排放、清潔生產(chǎn)、綠色工廠”的環(huán)保目標(biāo)。

越來(lái)越多的研究和數(shù)據(jù)顯示，彌漫在空氣中的微粉和超微粉顆粒是造成中國(guó)霧霾天氣的主要原因。微粉和超微粉主要來(lái)自兩個(gè)方面：1）濕法煙氣處理排放的霧滴攜帶；2）干法煙氣處理末級(jí)布袋除塵器排放的＜1 μm 的微粉和超微粉（布袋除塵器最高的過(guò)濾精度不超過(guò)1 μm）。

消滅空氣中彌漫的微粉和超微粉是從源頭上攻克霧霾的關(guān)鍵，如何捕捉微粉和超微粉是目前環(huán)境治理的難題。稀土催化吸附技術(shù)的出現(xiàn)為解決這一難題提供了可能，該技術(shù)能夠吸附白煙中的微液滴和微液滴中含有的超微粉和納米粉顆粒，從而捕捉絕大部分煙氣粉塵顆粒［1］。其主要技術(shù)路線首先是催化吸附白煙中的微液滴，使微液滴相互吸附變成大液滴，大液滴一部分降落，其余的經(jīng)過(guò)高效除霧器進(jìn)行二次除霧，在此過(guò)程中同時(shí)完成捕捉含在煙氣中的微粉顆粒，能達(dá)到60%～70%的消白效果；然后降溫，降溫可以加強(qiáng)消除白煙和捕捉微粉的效果，能達(dá)到15%～30%的消白效果；最后升溫。如此，煙氣中的粉塵含量能夠從20 mg/m3降低到0.4 mg/m3。

3 概況與基本參數(shù)

本項(xiàng)目利用泰鋼集團(tuán)2座1 780 m3高爐沖渣乏汽余熱進(jìn)行回收綜合利用，建設(shè)供熱首站1座用于冬季供暖，并具備夏季用于制冷的接口條件，同時(shí)具有消白功能。1#、2#高爐沖渣乏汽，現(xiàn)場(chǎng)沖渣乏汽可回收的平均溫度為95 ℃，回收熱源詳見(jiàn)表1。

表1 沖渣乏汽回收熱源

高爐沖渣乏汽余熱資源回收供熱負(fù)荷見(jiàn)表2。

表2 沖渣乏汽余熱資源回收供熱負(fù)荷

根據(jù)CJJ 34—2010《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、DB13（J）185—2015《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50189—2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，采暖熱指標(biāo)按50 W/m2計(jì)算，該余熱熱源可滿足32萬(wàn)m2的供暖需求。

4 主要設(shè)備選用及工藝流程

4.1 主要設(shè)備配置

本項(xiàng)目新建供熱首站1 座，供熱首站主要設(shè)備有：2 座乏汽吸收塔，2 臺(tái)12 MW 乏汽回收專用換熱器，2 臺(tái)12 MW 蒸汽換熱器，以及配套相關(guān)熱煤循環(huán)泵、乏汽風(fēng)機(jī)、采暖循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵、冷凝水泵等。

乏汽吸收塔內(nèi)設(shè)稀土催化吸附反映器及高效除霧器，稀土催化吸附反映器可吸附乏汽中的微液滴，高效除霧器利用降溫＋升溫的原理進(jìn)一步消除乏汽中的水蒸汽，同時(shí)加熱熱媒水。乏汽回收專用換熱器端差在5 ℃范圍內(nèi)，并能在增加抗氯離子腐蝕的同時(shí)，加大過(guò)流面的光滑性，減少表面結(jié)垢。采暖水供、回水溫度冬季為70/50 ℃、夏季為85/70 ℃；采暖系統(tǒng)補(bǔ)水使用高爐區(qū)域現(xiàn)有生活新水。供熱首站換熱機(jī)組供熱設(shè)備負(fù)荷16.4 MW，設(shè)計(jì)供熱能力為32萬(wàn)m2。

4.2 供熱站工藝流程

乏汽由風(fēng)機(jī)吸入乏汽吸收塔后對(duì)熱媒水進(jìn)行加熱，經(jīng)冷卻和吸附處理后的空氣重新進(jìn)入高爐?；?jīng)過(guò)煙囪排走；加熱后的熱媒水進(jìn)入乏汽回收專用換熱器對(duì)采暖水進(jìn)行加熱，換熱后的采暖供水經(jīng)市政管網(wǎng)供至各用戶；用戶回水進(jìn)入采暖回水除污器，經(jīng)采暖循環(huán)泵供至專用換熱器重新?lián)Q熱循環(huán)使用，其工藝流程見(jiàn)圖2。另外，乏汽吸收塔將高爐沖渣乏汽中的渣棉、微液滴、重金屬及二噁英等有害氣體吸附消除。

圖2 供熱站工藝流程

供熱首站另設(shè)置2臺(tái)12 MW汽水換熱器，可對(duì)采暖水進(jìn)行加熱用于調(diào)整采暖負(fù)荷。廠區(qū)生產(chǎn)蒸汽進(jìn)入汽水換熱器后轉(zhuǎn)化為冷凝水回至冷凝水箱，經(jīng)冷凝水泵進(jìn)入補(bǔ)水罐，后經(jīng)補(bǔ)水泵進(jìn)入采暖系統(tǒng)補(bǔ)水。冷凝水泵根據(jù)冷凝水箱液位變頻控制，補(bǔ)水泵根據(jù)供暖水系統(tǒng)壓力變頻控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)水，達(dá)到安全可靠節(jié)能的目的。

系統(tǒng)設(shè)有溫度控制裝置，根據(jù)室外溫度變化來(lái)調(diào)節(jié)采暖供水溫度，調(diào)節(jié)采暖系統(tǒng)的熱負(fù)荷，避免室內(nèi)溫度受氣候變化而出現(xiàn)過(guò)冷、過(guò)熱，維持溫暖、舒適的室內(nèi)環(huán)境，最大程度地節(jié)省能耗。

5 實(shí)施效果

項(xiàng)目實(shí)施后，利用稀土催化吸附機(jī)理消白煙效果顯著，利用乏汽余熱增加城鎮(zhèn)供暖面積32萬(wàn)m2。按照目前22元/m2采暖收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，1個(gè)采暖季可實(shí)現(xiàn)供熱收入約704 萬(wàn)元。通過(guò)高爐沖渣乏汽的余熱綜合回收利用，把廢棄能源變廢為寶，實(shí)現(xiàn)工業(yè)余熱暖民，減少噸鋼成本，提高泰鋼經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)消白功能可降低?；?shù)臐衿欧判Ч?，并且減輕對(duì)高爐本體鋼制設(shè)備的腐蝕，對(duì)大幅降低鋼鐵企業(yè)大氣污染，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)清潔化、制造綠色化的目標(biāo)具有重要意義。

隨著我國(guó)環(huán)境保護(hù)和霧霾治理的力度不斷加大，高爐沖渣乏汽回收供暖技術(shù)的應(yīng)用以其投資成本低、無(wú)排放的優(yōu)勢(shì)得到越來(lái)越多鋼鐵企業(yè)的重視，該技術(shù)還可應(yīng)用于煉鋼轉(zhuǎn)爐一次除塵消白等多個(gè)領(lǐng)域。另外，除北方地區(qū)的一些鋼鐵企業(yè)可將乏汽余熱用于冬季供暖外，中國(guó)南方地區(qū)的鋼鐵企業(yè)也可將該部分余熱余能用于采暖、洗浴、生活熱水或者加熱電廠冷凝水，經(jīng)濟(jì)效益比較可觀，有廣闊的應(yīng)用前景。余熱回收設(shè)備選材要適應(yīng)高爐沖渣惡劣的高含鹽腐蝕性水質(zhì)要求，一般選擇雙相不銹鋼材質(zhì)為宜。余熱回收系統(tǒng)不僅是一個(gè)回收熱量的過(guò)程，也是一個(gè)回收工質(zhì)的過(guò)程，運(yùn)行過(guò)程中要注意整個(gè)高爐沖渣水系統(tǒng)的水量平衡，防止沖渣水系統(tǒng)出現(xiàn)溢水現(xiàn)象。