1 引言

高爐是鋼鐵企業(yè)的核心設(shè)備，其冶煉過程中產(chǎn)生約1300 ℃的熱態(tài)紅渣，每千克紅渣蘊含959.85kJ/kg 熱量。若高爐渣鐵比為1:4，則日產(chǎn)5000 t 鐵的高爐會產(chǎn)生1250 t 紅渣，攜帶熱量相當于41 t 標煤。

紅渣沿溝道進入沖渣池，與沖渣水快速接觸溫度驟降，被破碎成細小渣粒，沖渣水溫度被加熱到85 ℃左右，同時產(chǎn)生一部分常壓的沖渣蒸汽。沖渣水水溫為60~95 ℃，蘊含了巨大熱量，但其中含有大量固體顆粒和礦物纖維，并具有腐蝕性，很難利用其熱量。在未利用沖渣水余熱資源的情況下，沖渣水被送入冷卻塔降溫冷卻至45 ℃，再次送到渣溝沖渣，而沖渣蒸汽則排入大氣中。此循環(huán)造成余熱資源浪費。

2 現(xiàn)行高爐沖渣水余熱利用方式

2.1 采暖

高爐沖渣水采暖是國內(nèi)比較成熟的技術(shù)，其基本工藝流程為：高爐沖渣水通過沖渣水泵輸送至換熱站，然后經(jīng)沖渣水過濾器將沖渣水中的固體顆粒和懸浮物過濾，再通過換熱器與采暖水換熱回到?jīng)_渣池中。

這種利用方式技術(shù)簡單、改造成本很低，但存在一些問題：(1)沖渣水水量大，蘊含的熱量很大，而一般廠區(qū)辦公樓的采暖負荷較小，不能夠?qū)_渣水的余熱能力完全發(fā)揮出來;(2)采暖只適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，因此這種方式存在局限性;(3)沖渣水含有大量的雜質(zhì)，進入管網(wǎng)后易造成堵塞，且供熱管網(wǎng)系統(tǒng)龐大，清洗難度很高。

2.2?余熱發(fā)電

沖渣水余熱發(fā)電技術(shù)目前還處于研究實驗階段。系統(tǒng)工作原理為，高爐沖渣水排出時溫度大約85 ℃，經(jīng)過沉淀除雜預(yù)處理后進入特殊設(shè)計的換熱器，在此將熱量傳遞給工質(zhì)，溫度降到50 ℃左右，再送到高爐供沖渣使用，從而回收了一定量的余熱。工質(zhì)在換熱器內(nèi)吸收熱量后變成80 ℃的過熱蒸汽，然后進入氣輪機膨脹做功，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動，對外輸出電能。做功后的工質(zhì)變成低低壓過熱蒸汽，低低壓過熱蒸汽進入冷凝器放出熱量，變成低溫低壓的液體工質(zhì)，然后由工質(zhì)泵送到熱交換器中吸熱，再次變成過熱蒸汽去推動汽輪機作功。如此連續(xù)循環(huán)，將熱水中的熱量源源不斷的提取出來，生成高品位的電能。

目前在其他行業(yè)已經(jīng)有余熱發(fā)電技術(shù)的成熟應(yīng)用，系統(tǒng)工作溫度都在100 ℃以上，而高爐沖渣水屬于較低溫的余熱源，其利用溫度只有70~80 ℃，因此該項技術(shù)仍在研究階段。

3 高爐沖渣水余熱利用新技術(shù)———用于熱法海水淡化

高爐在煉鐵工藝過程中，為實現(xiàn)沖渣水及沖渣蒸汽余熱的有效利用，本著節(jié)能減排可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略原則，某鋼鐵公司擬采用對高爐沖渣水余熱進行回收用于海水淡化。低溫多效蒸餾海水淡化技術(shù)具有可利用低溫余熱、變負荷調(diào)節(jié)能力大、系統(tǒng)熱效率高等優(yōu)點。將沖渣水余熱作為多效蒸餾海水淡化熱源，變廢為寶的同時，可進一步降低公司總體能耗，具有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

3.1 工藝系統(tǒng)流程

結(jié)合鋼鐵廠低溫多效蒸餾海水淡化裝置蒸汽使用情況，提出以下工藝系統(tǒng)流程。沖渣廢水溫度約90 ℃，可用于換熱的流量為2880 t/h，需要制備出溫度為70 ℃，流量為100 t/h 的飽和蒸汽，根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可采用如下的工藝方案，如圖1 所示。煉鐵高爐沖渣水經(jīng)沉淀過濾后，進入換熱器內(nèi)與循環(huán)除鹽水進行換熱，被冷卻下來的沖渣水流入凝結(jié)水池，進行循環(huán)沖渣使用;除鹽水在換熱器內(nèi)與高爐沖渣水換熱后，形成高溫熱水，通過管道進入閃蒸罐進行噴淋，高溫熱水在蒸發(fā)壓力下閃蒸沸騰，一部分熱水汽化成為蒸發(fā)壓力下的飽和蒸汽，另一部分熱水溫度降低到蒸汽溫度以下，繼續(xù)回換熱器中被加熱。飽和蒸汽送往低溫多效海水淡化進行蒸發(fā)制水。MED裝置變負荷調(diào)節(jié)能力為50%~100%，可隨高爐冶煉頻率變負荷調(diào)節(jié)產(chǎn)水能力，穩(wěn)定運行。

3.2 可行性分析

高爐沖渣水余熱參數(shù)如下：

沖渣水循環(huán)量：2880 t/h

沖渣水進口溫度≥85 ℃

沖渣水回水溫度≤50 ℃

蒸汽外排溫度≥130 ℃

蒸汽外排流量≥137 t/h

除鹽水回水溫度:50 ℃

外供蒸汽壓力:0.035MPa

補水量:137 t/h

高爐可回收的沖渣水余熱熱量計算式如下：

Q 余=m1Δhr + m2Δhq(1)

式中：Q 余———余熱回收量，kJ/h;

m1———沖渣水進換熱器流量，t/h;

m2———蒸汽外排流量，t/h;

Δhr———換熱器進、出口沖渣水焓差，kJ/kg;

Δhq———換熱器進、出口蒸汽焓差，kJ/kg。

130 ℃時蒸汽焓為2736.3 kJ/kg，150 ℃時蒸汽焓為2752.8 kJ/kg;95 ℃時水焓為398 kJ/kg，50℃時水焓為209.4 kJ/kg。將沖渣水余熱參數(shù)帶入式(1)，得Q 余Q 余為86.35×108 kJ/h。

海水淡化所需熱量計算公式如下：

Q 耗=MΔh 汽(2)

式中：Q 耗———海水淡化耗熱量，kJ;

M———外供蒸汽量，t/h;

Δh 汽———外供蒸汽與冷凝水焓差，kJ/kg。

130 ℃、0.4 MPa 時蒸汽焓值為2752.8 kJ/kg，則Q 耗為2.90×108 kJ/h。比較可知，Q 余—Q 耗，所以經(jīng)過換熱器換熱，高爐余熱回收的熱量完全滿足海水淡化使用條件，此方案可行。

4 高爐沖渣水余熱利用新技術(shù)———實現(xiàn)鋼鐵工業(yè)廢水“零”排放

鋼鐵工業(yè)廢水中有效成分的回收利用將是未來廢水處理工藝的發(fā)展方向。在環(huán)保日益嚴格的情況下，冶金廢水若要對環(huán)境零污染，必須經(jīng)過蒸發(fā)、結(jié)晶這兩個工序，而面臨運行成本這個巨大難題時，機械式蒸汽再壓縮(MVR)耦合OLSO 蒸發(fā)結(jié)晶工藝是最理想的選擇。該工藝可取得優(yōu)質(zhì)冷凝水，補給鋼鐵工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)。利用蒸發(fā)結(jié)晶工藝產(chǎn)水對鋼鐵工業(yè)水系統(tǒng)的鹽平衡起到稀釋和勾兌的作用，并將部分鹽分結(jié)晶析出，實現(xiàn)工業(yè)廢水“零”排放。

廢水綜合處理站排放的高含鹽廢水進入經(jīng)脫硬預(yù)處理后進入MVR 系統(tǒng)進行蒸發(fā)濃縮。系統(tǒng)熱源為高爐沖渣水余熱。物料預(yù)熱后進入降膜蒸發(fā)器，部分水份蒸發(fā)變成二次蒸汽，物料得到濃縮。產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)壓縮后進入降膜蒸發(fā)器，濃縮后物料進入結(jié)晶器進行二次蒸發(fā)。

廢水經(jīng)MVR 系統(tǒng)蒸發(fā)至接近飽和濃度，進入OLSO 結(jié)晶系統(tǒng)進行蒸發(fā)結(jié)晶。結(jié)晶器底部晶漿濃度達到15%~20%，排料至旋流器，經(jīng)旋流器作用后晶漿濃度達到45%以上，物料在導(dǎo)流筒作用下進入結(jié)晶室，晶體顆粒很快長大，大顆粒晶體由于沉降速度大于懸浮速度，在結(jié)晶器底部形成一個懸浮密度穩(wěn)定的晶漿區(qū)，得到顆粒較大的晶體，濃縮液和晶體顆粒進行固液離心分離，分離后的母液返回原液池或繼續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶，晶體進入離心干燥包裝系統(tǒng)進行稱量包裝。其工藝流程見圖2。

該工藝進水濃度由低到高均可適用，實現(xiàn)蒸發(fā)連續(xù)結(jié)晶排鹽功能，出鹽粒度較大且均勻。不僅對鋼鐵廠的余熱資源進行梯級利用，而且實現(xiàn)高含鹽廢水中鹽分固化，水量無外排，大大降低了運行成本。

5 結(jié)論

將沖渣水余熱用于海水淡化及廢水處理，不僅提高了能源利用率，而且能夠降低運行成本。為沿海鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗，解決缺水、降低海水淡化成本和廢水處理等問題提出了參考。面對節(jié)能減排任務(wù)和嚴峻的經(jīng)營形式壓力，迫切需要我們充分合理地利用余能資源，最大限度地降低能耗，緩沖當前經(jīng)濟形勢對行業(yè)造成的沖擊。