高炉冲渣水专用换热器的应用

高炉冲渣水专用换热器的应用
刘杰，罗军杰
( 秦皇岛同力达冶金化工设备有限公司，河北秦皇岛066000)
摘要:针对高炉冲渣水悬浮物高、污物量大的特点，通过各种形式换热器在冲渣水换热实际应用中的比较，设计了一种高炉冲渣水专用换热器。

该换热器具有压降小、传热效率高、不易结垢的特点，尤其在换热介质恶劣的工况下不易污堵且维护方便。

实践应用证明，该换热器可充分回收高炉冲渣水中的余热，节能减排效果显著，具有很高的推广与应用价值。

关键词:高炉; 冲渣水; 换热器; 节能
1 冲渣水余热回收的必要性
高炉冲渣池是冶炼过程中最末端工艺，高炉炼铁后产生的大量高温炉渣通过冲渣水进行冷却，这一过程中能够产生大量温度在70 ～85℃的热水。

通常，为了保证冲渣水的循环利用效果，需要将这部分冲渣水在沉淀过滤后引入空冷塔，降温到50℃以下再次循环冲渣，或进行自然降温后继续循环冲渣，大量的热量被白白损失，既造成了能源的浪费，又对环境造成了热污染。

高炉冲渣水低温余热的特点是: 热源温度较低，但其流量却相当大。

回收高炉冲渣水的余热，既能节约能源，又能保护环境，具有重要的意义。

目前，对冲渣水余热的回收方式有: 利用冲渣水采暖或作浴池用水; 冲渣水余热发电。

冲渣水余热发电无疑是一种最有价值的研发方向，但其技术要求相当高，目前还处于研究阶段。

利用冲渣水采暖或作浴池用水，已被一些钢厂采纳使用，并带来一定的经济效益。

高炉水渣含有CaO、SiO2、MgO、Al2O3以及少量的Fe2O3，pH 值大于7，显弱碱性。

水渣杂质在冲渣水中以固体颗粒或悬浮物的形式存在，日积月累，杂质将会使采暖系统中的管道、阀门、散热器发生大面积淤积、堵塞，所以高炉冲渣水作为采暖热源不适于直接使用，而通过间接换热的形式重复利用冲渣水进行采暖或作为浴池用水是首要方向。

秦皇岛同力达冶金化工设备有限公司集中科研力量，深入钢厂反复研究、试验，于2009 年开发出高炉冲渣水专用换热器，经过实际工程的应用，运行稳定，成效显著。

高炉冲渣水专用换热器于2011 年获国家实用新型专利( 专利号:CN2011132067. 2) ，适合换热介质在高悬浮物、高粘度等恶劣工况下的实体应用。

2 冲渣水余热回收的设备
2. 1 冲渣水专用换热器
冲渣水专用换热器是由秦皇岛同力达冶金化工设备有限公司的研发专利“螺旋扁管冷压成型机”( 专利号: 200810054492. 7) 冷压而成的螺旋状扁管换热元件制造而成的新型高效换热器。

螺旋扁管的截面为椭圆形，其管内外流道均呈螺旋状( 见图1) 。

冲渣水专用换热器除了具有压降小、传热效率高、不易结垢的特点，更具有在换热介质高污物的环境下不污堵且维护简易等特性。

1) 压降小。

冲渣水专用换热器结构形式近于管壳式换热器。

管壳式换热器在壳程为了减少死区
和短路设置了一定数量的折流板，相应的增加了阻力; 螺旋扁管的应用，使得壳程中介质的曲折流动变为直接螺旋地流动，没有死区，没有必要设置折流板，取消折流板，相应降低了阻力。

冲渣水专用换热器和螺旋板式换热器的压降约≤30kPa，而板式换热器和固定管板式换热器均在50 ～100kPa。

2) 传热效率高。

在管程，流体的螺旋流动提高了其湍流程度，减薄了作为传热主要热阻的滞流内层的厚度，使管内传热得以强化。

在壳程，因螺旋扁管之间的流道也呈螺旋状，流体在其间运动时受离心力的作用而周期性地改变速度和方向，从而加强了流体的纵向混合。

加之流体经过相邻管子的螺旋线接触点时形成脱离管壁的尾流，增强了流体自身的湍流程度，使得壳程的传热也得以强化( 见图2) 。

管内、管外传热同时强化的结果，使其传热效果较普通管壳式换热器有大幅度提高，特别对流体粘度大、悬浮物浓度高等流体，其效果尤为突出( 见图2) 。

3) 不易结垢。

换热管内外流体均螺旋状、离心式流动，不断冲刷管内、外壁，使换热管不易结垢。

壳体中无盲区，壳程和管程上的涡流降低了污垢的沉积。

与传统的管壳式换热器和板式换热器相比，螺旋扁管换热器不易产生污垢，更胜一筹。

4) 不堵塞。

一旦杂质进入换热器，通过管箱进入换热管，管子的自身特性使带有杂质的液体离心螺旋湍流流动，杂质不会沉积在管内。

另外，二级安全设计使换热器完全避免堵塞，二侧管箱配置了自动冲洗排污装置，使聚集在管箱内的杂质，尤其是冲渣水中丝状悬浮物，定期自动排出换热器。

管箱设置了清洁机构，若自动排污装置出现故障，杂质及丝状悬浮物未能及时排出，打开清洁机构可以清除赌塞物并通过排污口排出。

5)维护简易。

换热器的无污堵，大大减少维护量，仅在采暖期结束停止供暖时，打开清洁机构检查清理管箱，以备来年使用。

2. 2 与其他换热器比较
由于除渣水中的杂质很多，尤其是丝状悬浮物的聚集，易使换热器赌塞，除渣水专用换热器与其他换热器比较具有优越性，如表1 所示。

3 冲渣水余热回收的内容及技术方案
3. 1 余热回收应用实例
目前我国高炉冲渣水的余热利用多以采暖为主，尤其北方的钢厂，如河北钢铁集团迁安鑫达有限公司、河北钢铁集团唐山荣信钢铁有限公司、吉林辽源鑫达钢铁公司等企业采用高炉冲渣水专用换热器，利用高炉冲渣水为厂区供暖，取得良好的运行效果，技术工艺非常成熟。

某公司3 座高炉，其冲渣水循环水量4200t /h，70 ～85℃的低温热水，最少可提供48800kW 热量，按利用95% 的热效率，可供建筑面积近60 万m2的居民采暖、建筑面积8 万m2的厂区采暖及3000人职工洗浴。

这些热量不被利用，不但白白浪费掉，还对周围环境造成热污染。

如果将除渣水的余热代替住宅区的区域锅炉房，不但居民采暖收益，还为国家节约燃煤，减轻了厂区内的热污染，杜绝了由于锅炉房燃煤向大气排放的二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、粉尘等大气污染及锅炉房排污造成的水污染，且冲渣水温度的降低，还可提高高炉炉渣的品质，提高炉渣制成的水泥活性，这是一个利国利民的好项目。

另外，该公司原厂区内的8 万m2的综合楼、办公楼、宿舍、车间等采暖，是采用的蒸汽采暖，如果将高炉除渣水的余热代替原来用于采暖的蒸汽，将蒸汽用于发电，可有效缓解电力不足。

3. 2 余热回收方案
3. 2. 1 技术参数的确定(见表2)
3. 2. 2 换热器的选型
居民及厂区采暖需供热量42860kW，选用模块式除渣水专用换热器LXBG/W －0.
6 /1. 6 －Ⅳ共4 组，每组最大供热量12000kW，模块式换热器每组2 台，4组共计8 台，其中
7 台运行1 台备用。

生活水选用模块式除渣水专用换热器LXBG/W －0. 6 /1. 6 －I 一组，每组2 台，1用1 备。

由于厂区职工洗浴淋浴器无混水装置，为了洗浴供水的稳定，将换热器与蓄热水箱配合使用，以确保洗浴的用水量和适合的洗浴水温度。

3. 2. 3 系统工作原理
换热站内主要设备为: 除渣水专用换热器、采暖水循环泵、补水泵、软化水箱、除渣水专用过滤器、采暖水过滤器、分水器、集水器、稳压罐、稳压系统、控制系统、换热器反冲洗自动排污系统、管路、阀门、仪器仪表等。

除渣水池中的除渣水( 一次热媒) 经除渣水循环泵泵入换热系统，经除渣水专用过滤器进入换热器，除渣水在换热器内通过螺旋扁管与采暖水进行间接换热，把热量传递给采暖水，降温后排回除渣水池。

二次冷媒的采暖回水流回集水器后，流经不锈钢芯除污器除污后，经循环泵打入换热器被加热流入分水器后供用户使用，周而复始实现供暖。

4 经济效益分析
4. 1 换热站投资预算统计(见表3)
4. 2 供热量折合燃煤节约的费用
《民用建筑节能设计标准》中规定了标准煤的热值8140W/kg，换热站提供采暖的换热量42860kW。

日节煤126t，则日节约126000 元。

生活水的换热量为3500kW，按每班运行4h，日节约5160 元，合计节约131160 元/d。

4. 3 运行费用
1) 水费。

采暖系统容水量约5000m3，按补水量2000m3/d，软化水按4 元/m3计，则水费为8134元/d;
2) 电费。

运行功率1100kW，电费19800 元/d( 水泵运行按平均18h /d 计，电费按1 元/kWh计) ; 生活水运行功率按30kW( 比原系统多出的费用) ，按日运行12h 计，共360 元/d( 电费按1 元/kWh 计) ;合计运行费用为28294 元/d。

4. 4 投资回收期
投资回收期为10250000 /( 131160 －28294) =100d。

可见，约3 个月即可回收换热站的投资。

5 结论
高炉冲渣水换热用于采暖，使冲渣水得到降温，减少冲渣水量的蒸发，降低了生产成本和采暖成本，经济效益和社会效益显著。

高炉冲渣水拥有巨大的余热资源，是钢铁厂节能降耗的重点内容。

参考文献
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