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炼铁高炉余热利用案例:高炉冲渣水余热利用技术浅析
http://www.chemequ.cn 2017-03-30 15:47:17

  炼铁高炉在生产过程中产生的高炉冲渣水排放了大量的热量,如能利用这些废热可有效降低钢铁企业能耗。本文阐述了当前冲渣水余热利用方式及现状,对钢铁厂进行高炉冲渣水余热利用系统的规划和设计的关键点进行了分析。

  西钢炼铁厂挖掘余热余能的回收潜能,降低产品成本,实现节能降耗,创造新的经济效益,成为新形势下达到降本增效的重要工作之一。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,若能将其有效地回收利用这部分废热,将有效提高企业的能源利用水平和经营效益。

  1浴池用水

  西钢采用高炉冲渣水作为浴池用水的热源,该工艺的特点如下:

  ( 1)余热易回收。高炉冲渣水水温高达85℃,浴池用水温度一般为40℃,采用换热器可以很容易回收高炉冲渣水余热,使水温达到浴池用水温度。

  ( 2)热水输送方便。由于采暖管道已铺设至厂区及厂外住宅区,所以热水输送管道路由的选择及工程测量均可省略。另外热水输送量不是很大,热水输送管道可直接架设在采暖回水管道上,从而节省大量的钢材消耗。

  ( 3)换热器安装方便。渣水分离系统设有22 m×3 m×12 m的热水井,换热器安装在热水井中,可不受形状和数量的限制。同时,自制的换热器重量轻、价格低,在换热面积相同的情况下,自制换热器的重量仅为标准换热器重量的1 /6,价格仅为标准换热器价格的1 /7。

  ( 4)换热效率高。渣水分离系统具有充足的给水水源,能使给水在不加压的情况下通过换热器进入蓄水池,从而很经济地完成换热功能。其中,换热器结构采用U型排管形式。

  炼铁厂泵房及热水输送管道布置如图1所示,给排水系统如图2所示。

  当需要热水时,打开给水阀,给水压力由管网自身提供,流速为1 m/s,通过安装在热水井中的换热器加热后从蓄水池下部进入蓄水池。给水水温可根据给水量大小将调节给水阀的阀门开度进行控制。进入蓄水池的热水通过2台18. 5 kW的热水泵输送至用户。当用户暂时不需要供水时,首先将蓄水池蓄满水,然后关闭给水阀,打开排水阀。此时,蓄水池上部进水管和下部回水管就将换热器和蓄水池构成了闭循环回路,蓄水池中的水温就会随着时间的延长而升高。

  西钢浴池用水工程于2005年7月开始运行。运行结果表明,当打开给水阀调节给水流量使换热器出口温度达到50℃时,进入蓄水池的给水流量可达40 m3 /h,说明换热器换热能力达到了设计要求,单位时间产生的热水量可满足浴池全天用水。目前,西钢下属各厂的浴池均设有容积给30 m3的水箱,因此该浴池用水系统可提前为各浴池顺序送水,完全能够满足多个浴池用水。另外,热水通过输送管道到达浴池的温度一般比换热器出口温度仅低1℃~2℃,水温完全能够满足浴池用水温度要求。该工程项目的经济效益显著,并有明显的社会效益和环境效益。

  2冬季取暖

  高炉冲渣水在渣池中沉淀后仍含有很多炉渣杂质,不能满足采暖系统水质要求,所以高炉冲渣水必须过滤才能进入采暖系统。采暖循环水泵应采用热水泵,1用1备。对于流量较大的采暖系统,可增设l台流量为设计流量70%的热水泵,在室外采暖计算温度较高时使用,使采暖系统的温度调节实现分阶段调节。采暖蓄水池水温通常可达70℃以上,当室外温度升高时,水温也会随之升高,所以采暖系统供水温度可达70℃~80℃,供水和回水温差为10℃。当采暖期室外温度较低时,可向采暖蓄水池补充蒸汽,以提高供水温度。

  高炉冲渣水冬季平均水温为53℃,即使在最寒冷的夜晚仍能保持在49℃。高炉炉渣主要成分为CaO、SiO2、MgO、Al2 O3及水量的FeO,PH值大于7,略显碱性。炉渣杂质在高炉冲渣水中以固体颗粒或悬浮物的形式存在,而水是采暖系统的主要介质,水中杂质若未有效清除,随着时间的延长,其将导致采暖系统中的管道、阀门和散热器发生大面积淤积和堵塞。因此,需对高炉冲渣水进行处理,水质合格后方可用于采暖系统。

  由于高炉冲渣水的流量远大于采暖系统的实际流量,为此,在主冲渣沟的一侧设置了一道闸门,对高炉冲渣水进行分流,使分流后的高炉冲渣水流量与采暖系统的实际流量基本相同,利用高炉冲渣水中的较大固体颗粒,在渣池与冲渣沟间设置了一道网孔口径为10 mm×10 mm的隔离网,高炉冲渣水经过2级初级过滤进入沉淀沟后,被虹吸管导入4个面积为30 m2的沉淀池中。经过初级过滤的高炉冲渣水进入沉淀池后,通过由水渣、鹅卵石和钢丝网按丝匹配的过滤层渗入清水池,此过程可有效清除高炉冲渣水中绝大部分杂质。高炉冲渣水进入清水池后,由2台ISR200- 150 - 400型热水泵送入供暖主管道。此时,高炉冲渣水虽然已变清,但其中仍含有部分微小悬浮物。因此,在将高炉冲渣水送入采暖主管道前,首先将其送入2台GIQ1000 - 16型自清洗过滤器。自清洗过滤器中滤网的网孔口径为0. 1 mm×0. 1 mm,可有效清除高炉冲渣水中的微小悬浮物。从而保证采暖用水清洁及管道畅通。

  3余热发电

  基本原理为:炼铁厂高炉冲渣水排出时温度为80℃~95℃,经沉淀清除杂质预处理后进人特殊设计的蒸发换热器和预热换热器,将高炉冲渣水热量传递给换热介质,温度降至约50℃,再送回高炉冲渣,从而回收一定量的余热。换热介质在换热器内吸收热量后变成80℃的过热蒸气,然后进入气轮机膨胀做功,带动发电机转动,输出电能。做功后的换热介质变成低压过热蒸气,进入冷凝器放出热量,变成低温、低压的液体换热介质,然后由泵送至换热器中吸热,再次变成过热蒸气推动气轮机膨胀做功。如此连续循环,将高炉冲渣水中的热量源源不断地提取出来,转换成电能。

  冷凝器冷却方式包括水冷式和风冷式2种。其中,水冷式冷凝器投资较低,投资回收期较短,但运行过程需补充冷却水;风冷式冷凝器净发电量较少,但不需要冷却水,比较适合干旱缺水地区。

  4效益分析

  ( 1)经济效益。技术在钢铁企业推广可减少钢企节能减排的压力,增加钢企非钢产业的收入。高炉冲渣水余热回收利用回收期短,经济效益显著,为钢厂发展非钢产业提供了新的途径。

  ( 2)环境效益。高炉冲渣水高效回收利用技术可大大减轻或消除雾霾产生。北方地区采用高炉冲渣水余热回收,替换燃煤锅炉采暖(或置换燃气锅炉的煤气用于发电),彻底解决了燃煤锅炉外排废气、SO2等污染物的排放,减轻或从源头上消除雾霾的发生。将高炉冲渣水余热回收用于低温余热发电,其市场前景广阔。

  ( 3)社会效益。高炉冲渣水余热回收利用技术和创新管理“驱动”钢厂与城市绿色融合,开辟了城市与钢铁企业融合发展的新途径,为城市型钢铁企业的融合发展提供了新模式,为加速城市型钢厂绿色转型、融入城市经济圈提供了重要支撑。

  5结语

  通过在西钢5#、6#高炉实施高炉冲渣水余热利用,投运后节能效果显著,提高了公司二次能源利用水平,又优化了发展环境,具有较大的节能空间,在钢铁行业有着良好的应用前景。

  参考文献

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