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高炉渣处理热水供暖方案探讨

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高炉渣处理热水供暖方案探讨胡学毅北京首钢设计院 100043摘要： 本文简述了首钢利用高炉渣余热供暖的历程和其间出现的问题，并指出目前采用先进的高炉渣处理系统和供热交换系统可以较好的解决以上问题。

文中通过对高炉渣处理系统的热平衡计算，得到了可利用的热量和系统温度的变化范围。

文中还对溴化锂热泵机组提高余热供热温度系统的方案、节能环保效果及技术经济指标进行了深入分析。

关键词： 高炉渣处理系统 冲渣水 冷凝热水 供热系统 溴化锂热泵机组1．前言首钢曹妃甸钢铁基地要实施的是钢铁精品工程，并从可持续发展的战略高度，把资源、环境、能源放在首位，发展循环经济。

钢铁企业固体废弃物资源综合利用以及余热资源的利用是发展循环经济的重要内容。

在余热利用方面，除利用焦炉排烟气与荒煤气显热来预热焦煤；利用烧结机环冷机废气和主排风烟气进余热锅炉和低温余热发电；高炉渣、转炉渣显热回收等，还有低品位余热水、循环冷却水的热泵利用等新技术。

余热利用不仅解决钢铁企业内部的供热需要，而且可提供邻近社区居民生活的热能。

本文着重探讨高炉渣的余热利用以及采用吸收式热泵技术解决钢铁企业低品位工业循环水热量的回收利用。

2.首钢利用水渣余热采暖历史回顾首钢从1972年4月份开始进行水渣池余热采暖工程的试验研究和设计，到1984年利用泡渣池热水实现供暖面积51.3万m 2。

90年代4座高炉改造铁水产量提高1倍以上，泡渣改成水力冲渣，渣池水供热面积达152万m 2。

其供热工艺流程见图1。

用户蒸汽交换站蒸汽热水池冷却塔快滤池预沉池冲渣池高炉图1 冲渣水供热工艺流程图系统中设计了预沉池和快滤池，滤后渣水浊度可以达到25mg/L 以下，但由于其中含有胶体物质，水质具有腐蚀性，长期运行出现了管道、散热器等处发生结垢、堵塞和腐蚀的普遍现象，使供暖系统维修量和维修成本逐年增加；散热器结垢和堵塞，使其散热量减少，以致在寒冷季节室温达不到设计要求。

另外，由于水渣水供热面积逐年增加，原系统负荷已不能满足要求，由于以上原因，于1997年底结束了水渣池25年供暖的历史，由一座供热能力为210万m 2的热交换站承担，最大蒸汽用量为250t/h ，蒸汽主要由首钢自备电厂抽汽式机组和厂区蒸汽管网提供。

虽然由于水质以及系统等问题结束了首钢高炉水渣池供暖的历史，但25年来其为首钢的节能、减少燃煤锅炉对环境的污染仍然功不可没。

目前首钢正在曹妃甸建1000万t 的现代化新钢厂，要以尽可能少的资源、能源消耗，尽可能少的废物产生和尽可能小的环境代价，取得最好的经济效益。

而进一步采取节约资源、能源，降低污染物排放的举措对于建设节约型现代化钢铁制造业是非常重要的。

其中水渣热水作为新型厂的冬季采暖的热源是一项非常具有潜力的节能环保技术。

新厂5500 m 3高炉渣处理采用了与传统泡渣池和水力冲渣池完全不同的工艺流程，新的渣处理方法－节水环保型明特法渣处理原理见图2。

12345678出渣9图2 节水环保型明特法渣处理原理示意图1.高炉；2.冲制粒化箱；3.冷凝塔；4.螺旋出渣；5.滚筒过滤器；6.贮水池；7.热水槽；8.冷却塔；9.温水槽从原理图可见，明特法渣处理分为两个循环系统，即冲渣水的循环系统和蒸汽冷凝水的循环系统。

通过冷凝塔实现利用渣的热量产生蒸汽，蒸汽在冷凝塔上部被喷淋冷凝，蒸汽的潜热加热喷淋水成80℃以上的热水，再把热水送进冷却塔冷却为55℃温水，热量通过水的蒸发和冷却再排入大气。

由于冷凝水的循环系统不与冲渣水直接接触，所以水质要比原来泡渣水和冲渣水要好得多，另外，还可以通过热交换器对采暖系统的密闭循环水与开式冷凝的循环水进行隔离。

而以前供热系统中存在的对散热设备的结垢、堵塞、腐蚀等现象均不会发生了。

3.高炉明特法冲渣水的热平衡计算3.1 计算基本参数以5 500 m 3高炉为例，高炉日产铁水25 300t ， 平均产渣量264t/h ， 有4个出铁口，配置两套节水环保型明特法渣处理系统，每套系统负责两个出铁口，两套系统交替使用，少量时间重叠运行。

系统补水量157t/h ，其中渣带走的水量45t/h ，其余蒸发到大气中。

热水池、贮水池等两个系统总散热面积458m 2，池壁等散热面积约1000m 2。

3.2 各项热量计算① 高炉渣的热量Q z (kJ/h)Q z =G z C z =264 000×1 800=47 520×104(kJ/h)其中G z－高炉小时平均出渣量kg；C z－渣的含热量kJ/kg。

②补充水的热量Q Bs (kJ/h)Q Bs=4.18×G B t B=4.18×157 000×35=2 296.9×104(kJ/h)其中G B－系统补充水量kg/h；t B－补充水温度℃。

③渣带走水的热量Q P (kJ/h)Q P=4.18×G P t h=4.18×45 000×80=1 504.8×104(kJ/h)其中G P－渣带走的水量kg；t h－冲渣水池的水温℃。

④渣带走的热量Q ZP (kJ/h)Q ZP=G z C Zb t h=264 000×0.878×80=1 854.3×104(kJ/h)其中G Zb－渣的比热kJ/kg℃⑤池水面蒸发热量Q S (kJ/h)Q S=(4.05＋9V)PF=(4.05＋9×3)×2 286×458=3 250.9×104(kJ/h)其中V －池表面风速 m/s,这里表面风速取3 m/s；P －对应池水温度的水蒸发分压力P a；F －池水的表面积 m2。

⑥池壁等的散热量Q B (kJ/h)Q B=K b F b(t h－t b)=0.5×1 000×(70－15)=2.75×104(kJ/h)其中K b－传热系数 kJ/℃ m2；F b—池壁面积m2t b－大地的平均计算温度℃。

⑦冷却塔带走的热量Q L (kJ/h)Q L= 4.18(G1t1－G2t2)= 4.18×(3 120 000×80－2 880 000×55)=38 121.6×104(kJ/h) 其中G1－进冷却塔的水量Kg；t1－进冷却塔水温度℃；G2－出冷却塔的水量Kg；T2－出冷却塔水温度℃。

⑧渣水热平衡Q z＋Q Bs =Q L＋Q P＋Q ZP＋Q S＋Q B＋Q其中：Q为出渣期间使热水升温的热量(kJ/kg)Q=4.18×G ZS×Δt其中G ZS－池的总容水量kg；Δt－池水温升℃。

根据平衡式可以得出:Q=5 082.6×104(kJ/h)Δt=Q/(4.18×G zs)= 5 082.6×104/(4.18×1 500 000)=8.1℃即连续出渣1小时可使总循环水的温度上升8.1℃左右，由于两套渣处理系统交替使用，水池的温度可在不出渣的系统中得到降温，由于出渣的时间长短不同，水池温度的波动高于10℃以上。

Q L/Q z=0.8，即高炉渣的80％的热量是可以利用的。

4. 新高炉冲渣水供采暖系统方案高炉采用明特法渣处理后，从冷凝塔冷凝下来的热水水质要明显好于泡渣水和普通冲渣水，特别是杂质、絮状物和钙镁离子等。

对于水中含有少量的可溶性挥发物，如硫化物等可通过调节系统水的PH 值来去除。

采暖热水引出系统见图3。

冲渣热水循环与采暖供热系统间采用了水－水间接换热器，该系统主要有以下几点值得说明:① 不影响原明特法渣处理的热水冷却系统；② 采暖系统可采用闭式循环系统，可确保供空调系统和散热器的水质要求；③ 明特法热水系统水质呈弱酸性，可采取调整热水系统PH 值的方法,换热器采用耐腐蚀材料或采取防腐措施加以解决；④ 循环系统的流量和温度调整。

从图3的工作原理可以看出，两套系统交替出渣，需设电动阀进行切换，冬季采暖期关1阀开2阀，热水池的热水通过泵进入热交换器，返回冷却塔下的温水槽，温水槽的水经冷凝塔被加热后返回热水池，完成热交换的循环。

高炉1＃冷凝塔2＃冷凝塔1＃热水槽2＃热水槽5500m 31＃冷却塔2＃冷却塔1＃温水槽2＃温水槽各分区冷热供应站热交换站112222图3 采暖热水引出系统流程图通过调节1、2阀的开度，可以分配上冷却塔和热交换站的水量，以调整热量平衡。

非采暖期关闭2阀，开1阀，热水上冷却塔冷却。

若热交换站建在渣处理设施的附近，可利用原45m 扬程热水泵的循环回到6m 高的温水槽。

5. 供热方案探讨及其经济分析5.1 供热方案探讨如某钢铁公司厂区集中供热利用高炉冲渣余热水方案，初步统计厂区供暖，130℃高温水直接厂区供暖127 900kW ，准备采用余热95℃/70℃采暖热水 95 000kW ，65℃/55℃空调供热12 100kW 。

冲渣热水端供水80℃，回水55℃，温度波动＋5℃，温差25℃，最大循环水量3 120m 3/h ，最大可供热量105 893kW 。

经换热器后供暖端供水65℃，回水45℃，温差20℃，最大循环水量3 900m 3/h 。

考虑管网和热交换过程中有10％的热损失，最大可供热量为95 304kW 。

空调系统热负荷直接由热交换的水供给，厂区95℃/70℃的热水需采用第一类用蒸汽为动力的溴化锂热泵机组，把65℃/45℃的水提高至95℃/70℃。

一类溴化锂热泵机组COP 在1.8左右，即用1份的蒸汽热量，可提供1.8份的95℃/70℃的热水的热量。

另外0.8份热量由65℃/45℃水渣余热水提供。

如按供热95 000kW 计算，需余热水42 222kW ，蒸汽90t/h 。

水渣热水剩余40 982kW ，可作他用，如提供生活热水，用于食堂、澡堂等处，总体上需看水渣余热水有没有被充分利用，首先应考虑增加65℃/45℃水的直接供暖面积。

一类溴化锂热泵机组供热方案见图4。

第一类热泵蒸汽0.6MPa 凝结水90 C发生器蒸发器冷凝器吸收器余热水进65 C余热水出45 C热水出95 C热水出70 C 高炉水渣热水80 C/55 C采暖用户采暖用户空调阀B阀A 阀C阀D图4 一类溴化锂热泵机组供热方案由于采暖期各个时间段需要的供热量不同，如北京地区按150天计，在采暖初期15天和采暖末期15天关闭热泵机组，并将热泵的余热水和热水阀门C 、D 、E 、F 关闭，打开余热水和热水管路间的连通管路的阀门A 、B ，直接用65℃的余热水供暖，节省能源。

在主采暖期120天内，将热泵的余热水和热水阀门C 、D 、E 、F 打开，关闭余热水和热水管路间的连接管路的阀门A 、B ，采用热泵制热。

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炼钢高炉冲渣水余热

炼钢高炉冲渣水余热

高炉冲渣水主要用于制作建筑材料也可用来制造渣棉、铸石和膨球等。

高炉冲渣水作为一种低温废热源，具有温度稳定、流量大的特点，如何让冲渣水发挥余热利用的效益，也逐渐成为一个研究课题。

目前我国高炉炉渣处理工艺主要是水淬渣工艺方式。

高炉内1400度-1500度的高温炉渣，经渣口流出，在经渣沟进入冲渣流槽时，以一定的水量、水压及流槽坡度，使水与熔渣流成一定的交角，冲击淬化成合格的水渣。

在炼铁工序中，冲渣消耗的新水占新水总耗的50%以上。

冲制1吨水渣大约消耗新水11.2 吨，循环用水量约为10吨左右。

按照我国钢铁生产产量5亿吨，按350千克渣比计算，仅用于冲渣的新水消耗就超过1．5亿吨，占钢铁工业新水消耗的4%。

由冲渣水带走的高炉渣的物理热量占炼铁能耗的8%左右，大约相当于21千克，标煤（按350千克/吨铁计算）。

循环水池的水温范围60-85度，属于工业低温废热源，如果不加以利用，这部分能量就会被浪费。

目前对于高炉冲渣水的余热利用，主要还是直接利用显热提供冬季采暖，这种利用方式技术简单、改造成本很低，但存在一些问题：（1）冲渣水水量大，蕴含的热量很大，而一般厂区办公楼的采暖负荷较小，不能够将冲渣水的余热能力完全发挥出来；（2）采暖只适用于北方的城市冬季使用，夏季不需要，而南方城市一年四季都不需要采暖，因此这种方式存在局限性；（3）冲渣水含有大量的杂质，进入管网后易造成堵塞，且供热管网系统庞大，清洗难度很高。

因此，研究高炉冲渣水余热利用的新技术，最大程度是回收高炉冲渣水的余热。

冲渣水余热利用高炉冲渣水排出时温度大约85℃，将热量传递给工质，温度降到50℃左右，再送到高炉供冲渣之用，从而回收了一定量的余热。

工质在换热器内吸收热量后变成80。

C的过热蒸气，然后进入气轮机膨胀做功，带动发电机转动，对外输出电能。

做功后的工质变成低压过热蒸气，低压过热蒸气进入冷凝器放出热量，变成低温低压的液体工质，然后由工质泵送到热交换器中吸热，再次变成过热蒸气去推动气轮机做功。

高炉冲渣循环水的余热回收与实际生产应用方案

高炉冲渣循环水的余热回收与实际生产应用方案

高炉冲渣循环水的余热回收与实际生产应用方案摘要：计算分析高炉冲渣水余热量，设计计算用冲渣水余热加热锅炉供水的设计方案，同时解决了冲渣水水温高，引起水泵汽蚀问题。

关键词：冲渣水；余热；换热器；高炉；热量1.背景莱钢1#1080m3高炉、4#750m3高炉，其利用系数分别为3.0、3.4t/（m3.d），月均渣比约460kg/t，两座高炉共用一个约1050m2的渣池，现渣池平均水温101.5℃，其热量没有回收利用，因冲渣水温接近沸点，导致渣浆泵汽蚀严重，对水泵的运行和效率影响很大，同时50℃的蒸氨废水很难补入冲渣系统，只能依靠新水补入。

因此亟待解决冲渣水水温高的问题，可以通过冲渣水余热回收的方式，降低冲渣水温，同时回收大量余热。

2.方案介绍通过余热回收系统，将热量提取，用于加热锅炉给水，达到热量回收利用。

冲渣循环水经过冲渣水换热器，将冲渣池水温降至95℃左右，工艺流程：经过冲渣水换热器将一次冲渣水供回水温度控制在95/78℃；设置二次水板式换热器，二次侧水温控制在77/72℃；三次侧为冷凝水（锅炉供水）经板换提温供回水温度设置40/71℃。

3.水冲渣余热回收方案3.1方案描述根据近几年冲渣水余热利用的实际经验，水冲渣余热利用系统采用物理过滤方式的过滤器过滤冲渣水，为了避开水质处理的问题通过间接换热的方式较为普遍。

3.2设计参数选定两级换热器功率选择：冲渣水换热器选择：按照计算的输出负荷19.02MW，供回水温度95/78℃，循环泵水流量：963.5m3/h；二次水循环泵、板式换热器选择：二次水流量3210m3/h，供回水温度77/72℃，水泵选择流量1600m3/h，两用一备，板式换热器功率：18.6MW （换热器效率取98%）；三次侧水水泵选择：三次水流量500m3/h，供回水设计71/40℃，给冷凝水提温31℃左右。

3.3工艺流程介绍3.3.1 4#高炉冲渣泵房有三台900m3/h两用一备。

冲渣流量1800m3/h，现因水泵汽蚀，实际流量约1300m3/h左右。

安钢高炉冲渣水余热利用技术的实践

安钢高炉冲渣水余热利用技术的实践

安钢高炉冲渣水余热利用技术的实践摘要通过对安钢目前厂区高炉冲渣水分析，大量的低温余热未能充分回收利用，既造成蒸汽的浪费，也不利于环保要求，针对存在的问题，回收利用高炉冲渣水的低温余热，用于生活区冬季采暖改造，节省蒸汽资源，提高能源的综合利用。

关键词高炉冲渣水余热利用生活采暖实践0前言近年来，安钢在节能降耗、资源综合利用等方面不断创新、发展，引进、消化、吸收和开发、创新、研制先进节能减排技术，全面推广应用节能减排“四新”技术，促进工艺技术装备水平的优化升级，提高了节能减排创效能力。

因此，加强能源优化利用、提高余热余能利用水平、发展循环经济已成为安钢科学发展的一个重要趋势。

安钢东线采暖泵站主要给安钢五生活区供暖，热源采用动力锅炉中温中压蒸汽，蒸汽使用量约15～20t/h，供应采暖面积约14万平方米，是安钢的职工住宅区之一。

而安钢目前有大量的低温余热余能未能充分回收利用，部分余热余能是供应生活采暖的最佳热源，如高炉INBA冲渣水余热资源，其温度高、水量大，蕴含着巨大的热能，目前均未回收利用。

一方面，高炉冲渣水热量一部分流失对环境造成热污染；另一方面，采用动力锅炉蒸汽用于生活采暖则消耗了宝贵的蒸汽资源，增加了企业采暖成本，影响企业经济效益。

因此，利用高炉冲渣水余热向生活小区供暖已成为节能与资源综合利用的最佳选择。

现就安钢高炉冲渣水的余热利用技术实践做简单介绍。

1安钢高炉冲渣水现状安钢目前有3座2000m³以上级高炉，均采用INBA法水冲渣工艺，冲渣水余热均未回收利用。

其中1#高炉是2200m³高炉，其正常生产时，冲渣水循环量为1200m³/h，冲渣水温度在80℃以上，东、西两个INBA交替出渣，其中西INBA为双出铁口出渣，东INBA为单出铁口出渣。

经测算，1#高炉冲渣水有效热量为25.54MW，按照本地区的采暖设计规范，具有供应约50万平方米的采暖能力。

科技成果——高炉冲渣水直接换热回收余热技术

科技成果——高炉冲渣水直接换热回收余热技术

科技成果——高炉冲渣水直接换热回收余热技术适用范围钢铁行业冶金行业炼铁、炼铜等生产过程高炉冲渣水余热回收利用行业现状高炉炼铁熔渣经水淬后产生大量60-90℃的冲渣水，其中含有大量悬浮固体颗粒和纤维。

目前，我国高炉冲渣水余热主要采用过滤直接供暖及过滤换热供暖方式进行利用，但存在容易在管道或换热设备内发生淤积堵塞、过滤反冲频繁取热量少、产生次生污染等问题，无法长时间使用，因此多年来冲渣水余热未得到全面有效利用。

按照我国钢铁生产产量8亿t，按350kg渣比计算，由冲渣水带走的高炉渣的物理热量约占炼铁能耗的8%左右，能源浪费巨大。

该技术自2013年推广至今，已实施26座高炉，总供暖面积达1400多万平米，实现节能量20万tce/a，CO2减排约52万t/a。

成果简介1、技术原理高炉炼铁冲渣水含有大量60-90℃低品位热量，该技术采用专用冲渣水换热器，无需过滤直接进入换热器与采暖水换热，加热采暖水，用于采暖或发电，从而减少燃煤消耗并减少污染物的排放，达到节能减排的目的。

冷却后的冲渣水继续循环冲渣，对于带有冷却塔的因巴等冲渣工艺，可以关闭冷却塔进一步节约电能消耗；而对于没有冷却塔的冲渣工艺，冲渣水降温后减少了冲渣水蒸发量，进一步减少水消耗。

采用该技术，无需过滤，工艺流程短，运行及维护成本低，取热过程仅仅取走渣水热量，不影响高炉正常运行，无次生污染，整体运行可靠，适宜于长周期运行。

2、关键技术（1）直接换热技术。

开发了专用冲渣水换热器，解决了纤维钩挂堵塞和颗粒物淤积堵塞问题，冲渣水无需过滤即可直接进入换热器与采暖水进行换热。

（2）抗磨损技术。

冲渣水含有大量固体颗粒物，不仅容易淤积堵塞，而且极易磨损，该技术通过板型、材质、结构、流速等方面的控制解决了磨损问题。

（3）自动运行控制技术。

根据高炉规模和冲渣工艺的不同特点，研发了系列工艺流程与之配套，大型高炉两侧冲渣的切换技术以及可靠的直接换热技术保证了自动运行的可实施性。