高炉冲渣水余热利用现状分析
高炉渣显热回收前景分析
高炉渣显热回收前景分析近年来开发的多项余热、余能回收技术在钢铁企业中得以应用并取得了显著效果。
但是，对于高品质余热资源之一的高炉渣显热，目前还没有成熟的回收技术，大量高炉渣显热能量白白耗散。
而我国年产高炉渣上亿吨，携带显热折合标煤七百多万吨，余热资源相当丰富，如能有效回收利用，将对我国钢铁企业的节能降耗，可持续发展有重要意义。
1 高炉渣显热资源状况钢铁企业余热资源主要集中在炼焦、烧结、炼铁、炼钢和热轧工序，表现为产品余热、烟（煤）气余热、废渣显热及冷却水显热等。
根据相关数据统计，各种形式余热资源状况如表1所示。
表1 钢铁企业余热资源状况————————————————————————————————————类别余热品质总量比例存在形式应用现状————————————————————————————————————烟（煤）中、低43%焦炉烟气、煤气，烧结烟气，部分利用气显热热风炉烟气，转炉煤气，高炉煤气产品显热高、中30%烧结矿/球团矿、焦炭、钢坯等部分利用渣显热高10%高炉渣、钢渣等极少利用冷却水显热低17%高炉冷却水等极少利用注：余热统计中不包含铁水显热钢铁企业各类余热资源中，产品及烟（煤）气显热占余热资源总量较多，余热品质包含各个温度等级。
目前已开发并应用的技术有干熄焦技术、烧结余热回收技术、转炉烟气余热回收技术、连铸坯热送热装技术等等，取得明显效果和效益。
冷却水显热虽然也占一定比例，但属低温余热资源，回收经济效果较差，余热回收率仅2%左右。
炉渣显热能级高，属高品位余热资源，约占全部高温余热资源的35%，其中高炉渣占28%（见图1），回收价值很大。
但是由于回收技术上的困难，目前渣显热回收率极低，只有部分高炉渣冲渣水余热得以利用，高炉渣显热是少数还未被开发利用的重要余热资源。
高炉渣的出炉温度在1400～1550℃之间。
每吨渣含（1260～1880）×103kJ的显热，相当于60kg标准煤的热值。
高炉渣余热利用技术的现状及发展趋势 余热发电
高炉渣余热利用技术的现状及发展趋势摘要：本文系统的分析了高炉渣湿法与干法处理工艺及其余热利用的国内外现状,简述了底滤法(OCP)、因巴法(INBA)、拉萨法(RASA)、图拉法(TYNA)等典型的水淬法工艺，总结了水淬渣方式存在的诸多弊端，对风淬法、双内冷却转筒粒化法、Merotec 熔渣粒化流化法、机械粒化法、连铸连轧法、化学法等干法处理技术的研究进展和发展现状进行了总结。
最后得出结论: 离心粒化等干式余热回收技术在利用高炉渣的高品质热源时,不会造成水资源的浪费, 不会产生硫化氢、二氧化硫等有害气体,在克服水渣法固有缺点的同时，还可以得到玻璃化程度高的高附加值成品渣，是今后高炉渣余热回收工艺的发展趋势。
关键词：高炉渣；余热利用；水淬；干式粒化1 前言中国目前是全球最大的钢铁生产国。
中国钢铁产量已连续16年保持世界第一，并且遥遥领先于其他国家。
同时伴随我国高炉冶炼生产排出的含丰富热能的高炉渣数量也是巨大的，从节能与环保以及提高钢铁厂的经济效益的角度来看，对高炉渣的热量进行回收和高炉渣的资源化利用是十分必要的。
炉渣的出炉温度一般在1400～1550℃之间。
每吨渣含（1260～1880）×103kJ的显热，相当于60kg标准煤的热值[1]。
每生产1吨生铁要副产0.3吨高炉渣，每生产1吨钢要副产0.13吨钢渣[2]，以目前我国的钢铁产量6.83亿吨进行计算，可产生2.9亿吨以上的高炉渣和转炉渣，其显热量相当于1740万吨标准煤，尽管并非可以全部回收高炉渣的热能，但若能部分回收利用，其节能效益也是显著的，非常具有市场开发潜力。
就目前应用大量应用水淬技术情况来看，这部分高温热源显然是被浪费了，该高温热源就温度品质来说，完全符合高品位能源的要求，如果能回收这部分热量得以重新利用，就可以为社会和企业带来可观的经济、社会和环保效益。
开展余热余能的回收利用不仅是钢铁企业节约能源降低成本，提高竞争力的重要手段，而且也符合国家钢铁工业的政策要求。
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。
高炉冲渣水余热回收的可行性分析
高炉冲渣水余热回收的可行性分析文章结合高炉冲渣水的余热特点，提出了三种余热回收方案，并针对其可行性进行了分析。
标签：高炉；冲渣水；余热回收；可行性前言在当前经济全球化的背景下，能源危机的不断深化，使得节能降耗可持续发展受到了社会各界的广泛关注。
钢铁作为我国国民经济的支柱产业，同时也是耗能大户，在生产过程中，会产生大量的余热，以高炉冲渣水为例，其温度可以达到95℃左右，一般都是在进入空冷塔冷却后，对水资源进行循环利用，但是其中蕴含的热量却白白浪费，而且对于周边环境造成了热污染。
对此，做好高炉冲渣水余热回收工作，是非常重要的。
1 高炉冲渣水余热特点高炉冲渣水余热的热源温度相对较低，但是流量巨大，而且由于水中蕴含相应的化学物质，对于普通钢材有着一定的腐蚀性，做好高炉冲渣水余热的回收工作，不仅能够有效减少能源的浪费，还可以保护周边环境，其重要性是不言而喻的。
在钢铁企业中，一般情况下，高炉冲渣水采用的是浊环水，能够减少对于水资源的消耗，但是其在冷却过程中大量的热量散失，造成了一定的浪费，而且冲渣过程中产生的二氧化硫、硫化氢等物质会在大气中形成酸雨，造成严重的环境污染，因此，如何对高炉冲渣水余热进行回收利用，是當前钢铁企业需要重点研究的课题。
2 高炉冲渣水余热回收方案从目前来看，对于高炉冲渣水余热的回收，主要是以下三种方案。
2.1 采暖在对高炉冲渣水进行沉淀过滤后，进行相应的水热交换，通过循环泵，将采暖水输送至采暖用户。
将余热回收用于采暖的方法，具有投资少、设备简单、散热少、余热利用率高等优点，不过也存在两个方面的问题，一是由于采用的是浊环水，容易出现感到堵塞和腐蚀的现象，维护起来比较困难，对于换热设备的要求较高；二是只能在冬季使用，无法全年回收余热。
因此，如果采用这种方案，经济效益相对较差，而且对于余热的回收利用率低。
2.2 发电在对高炉冲渣水进行沉淀、过滤等预处理后，导入换热器，此时冲渣水的温度降低到40-50℃，之后回归到高炉供冲渣使用，可以对一定的余热进行回收。
高炉冲渣水余热回收技术
高炉冲渣水余热回收技术通过对高炉冲渣水余热回收利用的几种方式的对比，分析了传统换热设备在余热回收项目中的优缺点，并提出真空相变换热技术在冲渣水余热回收中的优势，其较好地解决了传统冲渣水换热器设备堵塞、耗损、腐蚀、结晶等一系列问题。
真空相变换热器有效地利用了此项技术，在钢厂高炉冲渣水余热回收利用中值得推广利用，具有广阔的应用前景，可以实现较好的经济效益和环保及社会效益。
标签：换热器；真空相变；高炉冲渣水；余热回收1 概述高温熔渣作为高炉炼铁的附属产物，其经过水淬工艺处理后将产生70～90℃的高温冲渣水，这些具有大量余热的冲渣水具有成分复杂、悬浮物多的特点，尤其是其中含有矿棉类纤维等成分，极易造成沉积钩挂、堵塞，同时其渣粒也会造成管道的严重磨损。
长期以来，人们采用直接或间接的换热器来利用冲渣水的余热，都达不到理想的换热及运行效果。
高炉冲渣水若直接作为采暖热水，会在采暖管道及散热器中产生淤积、堵塞；若间接换热，则同样会在传统的换热器中发生堵塞、腐蚀、结晶、磨损等问题，无法长周期有效使用。
综上，如何全面、有效地利用高炉冲渣水便成了一个亟待解决的现实问题。
2 真空相变换热技术简介由于水的沸点会随着压力的变化而相应地变化，所以，通过降低水所在周围环境的压力大小，从而使水在低压环境下沸腾，进而转化为水蒸气，这些水蒸气便可以被我们充分利用与循环水进行相变换热，从而达到了余热回收的目的。
2.1 高炉冲渣水的水质分析高炉冲渣水的余热回收具有其鲜明的特点，有必要对其水质进行简单地分析。
高炉渣的主要成分为CaO、SiO2、AL2O3等物质，冲渣水是高炉渣在1400℃左右的熔融状态下水淬形成的，故在其水淬过程中会将高炉渣的一些成分溶解在水中，再加上冲渣水作为冷却高炉渣的重复利用循环水，不断往复地冲渣过程中冲渣水也不断地被浓缩，从而使高炉渣中可以溶于水的物质达到了一个饱和的状态。
笔者从某钢厂冲渣水提供的水质报告得到以下数据。
高炉冲渣水余热回收解决方案-仟亿达
仟亿达高炉冲渣水余热回收利用解决方案一、高炉冲渣水余热利用背景钢铁厂在高炉炼铁工艺中，产生的炉渣温度大约为1000℃。
目前，大多数炼铁企业的处理方法是：将此炉渣在冲渣箱内由冲渣泵提供的高速水流急冷冲成水渣并粒化，以供生产水泥之用。
这一过程中能够产生大量温度在80~95℃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。
这样就使得很大一部分热量在空冷塔中流失，既造成了能源的浪费，又对环境造成了热污染。
目前，高炉冲渣水余热回收利用技术主要应用于余热发电、冬季采暖和浴池用水。
二、高炉冲渣水余热利用解决方案2．1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5O℃，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。
图1、高炉冲渣水余热发电工艺流程图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。
2．2螺杆膨胀机余热发电简介螺杆膨胀机是一种专门回收各种低品位热能发电的高新技术新型发电机组，具有通用性强、热能适用广、使用维护安全便捷、节能高效等技术特点，在不影响用户正常生产的前提下实现节能减排和经济增效的投运效果。
工业热液（75℃以上）的应用范围：热水温度150℃以上，可以直接用“螺杆膨胀动力机组＋冷凝器”回收发电热水温度70-150℃范围，可以采用“双循环螺杆膨胀动力机组＋冷凝器”回收发电图2、螺杆发电流程图2．3冬季采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。
高炉余热利用
3200高炉区域循环水余热利用方案余热采暖利用现状目前济钢余热利用项目主要为高炉冲渣水余热利用项目，共设有三个高炉冲渣水换热泵房，每个泵房安装板式换热器三台（开二备一），设计负荷为36.5MW，采暖水流量：2100t /h供回水温度：65℃/50℃供回水压力：6.5/4.5MPa根据供热负荷48W/㎡计算，可供采暖面积：76万㎡左右。
现已为钢城新苑和韩仓小区供暖。
为充分利用济钢余热资源，为济钢创造更大的经济效益，结合济钢实际运行情况，可采用热泵技术回收高炉水冷壁等的余热水余热，加热冲渣水余热利用项目采暖水，用于实现济钢周边城市小区供暖。
从而实现了节约高品位一次能源，提高能源综合利用率的目的，并减少了余热排放大气所带来的环境污染问题.3200高炉区域余热负荷技术方案在石河西侧3200高炉区域采暖水供热管线母管处，建设3台25MW 吸收式热泵,用320烧结和400烧结锅炉蒸汽作为驱动，提取3200循环冷却水热量，把采暖循环水由65℃加热至95℃。
根据吸收式热泵蒸汽负荷占总负荷的40%--50%.热泵参数采暖水温度： 95℃/ 65℃循环水温度：37℃/ 30℃循环水量：1500t/h 采暖热水量：700t/h单台蒸汽量：18t/h蒸汽压力：2.0MPa温度：400℃负荷计算表投资估算三台吸收式热泵每台约1000元，蒸汽、水系统改造费用约1000万，合计4000万元项目收益项目建成后可采暖总负荷可达到110MW,供热面积220万平方米。
可增加供热面积144万平方米，采暖费按20元/平方米分配给济钢，收入2880万元/年，采暖配套建设费用78元/平方米按50%分配给济钢，可一次性获得费用5616万元。
高炉冲渣水余热回收技术的创新与应用
高炉冲渣水余热回收技术的创新与应用高炉熔融炉渣的温度高达1400℃~1500℃，其热量大，属于高品质的余热资源。
我国高炉渣的处理工艺主要采用水淬处理，大量高温炉渣通过冲渣水进行冷却，产生大量温度为70℃~85℃的热水。
通常，为了保证冲渣水的循环利用，需要将这部分冲渣水沉淀过滤后引入空冷塔，降温到50℃以下再次循环冲渣，或自然降温后继续循环冲渣。
这个过程损失了大量的热量，既造成了能源的浪费，又对环境造成了污染。
高炉冲渣水作为一种废热能源，因其温度稳定、流量大的特点，正逐渐成为余热回收利用的研究热点。
目前，对冲渣水余热的回收方式有利用冲渣水采暖、浴池用水和余热发电。
冲渣水余热发电是一种最有价值的研发方向，但因其技术要求相对较高，投资回收期较长，目前还处于研究开发阶段。
利用冲渣水采暖或作浴池用水，已经被北方地区的部分钢厂使用，并带来较好的经济效益。
高炉水渣含有CaO、SiO2、MgO、Al2O3和少量的Fe2O3，pH值大于7，呈弱碱性。
高炉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时不适于直接使用。
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高炉冲渣水利用的技术点，而高炉冲渣水专用换热器适用于换热介质在高悬浮物、高黏度等恶劣工况下的实体应用。
冲渣水余热回收出利器冲渣水专用换热器是由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，获得国家实用新型专利。
该换热器在使用过程中具有以下特点：压降小。
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，相应地增加了阻力，而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流动，没有死区，不必设置折流板。
取消折流板降低了阻力，并大大提高了热传递效率。
冲渣水专用换热器和螺旋板式换热器的压降≤30kPa，而板式换热器和固定管板式换热器的压降均为50kPa~100kPa。
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高炉冲渣水余热回收
1、高炉冲渣水余热利用背景。
高炉炉渣余热回收是中国未来10年节能的方向之一。
在高炉冲渣水低温余热回收工艺中，过滤和换热是一个永恒的课题，而相对应的过滤器和换热器就是一个非常关键的工艺设备。
以高炉冲渣余热为代表的低温余热亦蕴含着巨大的能量，高炉熔渣的潜热储量大，以中国2014年8.23亿吨的粗钢产量计算，高炉炉渣产量约2.59亿吨，其热量可折算为1411万吨标煤的热量，如这部分热量完全利用可冬季为1亿平米的城市民用住宅建筑供暖，占全国集中供暖面积的11.6%。
自2015开始，随着我国环境保护和城市雾霾治理的力度不断加大，城市燃煤供暖很难满足排放指标，高炉冲渣水余热供暖以其成本低、无排放等优势得到了热力公司的青睐，成为不少城市的“蓝天工程”。
冲渣水中含有较细微的高炉渣成份，主要化学成份是Ca、Si、Mg、O等离子化合物，在水中极易水解板结，造成末端管网堵塞严重。
冲渣水温度越低，其炉渣制成的水泥活性越高。
因此提取冲渣水余热，降低其循环使用温度，既有助于提高炉渣质量，同时能够降低冷却塔负荷，节约水泵和风机耗功。
目前，提出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。
2、高炉冲渣水处理工艺。
A、明特法处理工艺。
利用冲制箱将冶金炉熔渣冲制成水渣混合物，由搅笼机将水渣混合物中渣分离出，并脱水成干渣，外运销售；冲渣水经过过滤器过滤成
干净水，由冲渣泵循环供冲制箱冲渣使用。
明特法水渣处理系统作为第三代水渣处理技术（即水渣领域的最新技术），其主要特点是彻底克服渣池法（第一代水渣处理技术：平流法、侧滤法、底滤法）、转鼓法（第二代水渣处理技术：INBA、图拉法）的不足，以全自动化方式对水渣进行处理。
即通过操作员的一个按钮动作，使水渣的分离自动完成，实现从设备出来的渣为干渣；出来的水为干净水，直接循环使用。
B、嘉恒法处理工艺。
由高炉放出的高温熔渣经熔渣沟流到出铁厂平台边缘的冲制箱前方，被冲制箱喷出的急速水流水淬，形成渣水混合物。
渣水混合物经水渣沟输送到脱水器中，实现渣水分离。
成品渣通过受料斗落到皮带机上，运至渣场或渣仓，水则透过筛网流入水池。
回水经过沉淀后被泵打到各用水点循环使用，沉淀池的细渣通过抓斗捞至皮带机上方漏斗，由皮带机运走。
C、因巴法INBA 法水冲渣工艺。
INBA法水冲渣是保尔沃特公司的专利技术，将熔渣水淬后通过渣浆泵输入到转鼓实现脱水，最终获得水渣的办法。
3、高炉冲渣水余热利用工艺。
A、余热发电。
高炉冲渣水排出时温度大约85℃，经过沉淀除杂预处理后进入特殊设计的换热器，在此将热量传递给工质，温度降到50℃左右，再送到高炉供冲渣使用，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℃的过热蒸汽，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低压过热蒸汽，低低压过热蒸汽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，再次变成过热蒸汽去推动汽轮机作功。
如此连续循环，将热水中的热量源源不断的提取出来，生成高品位的电能。
目前在其他行业已经有余热发电技术的成熟应用，系统工作温度都在100℃以上，而高炉冲渣水属于较低温的余热源，其利用温度只有70℃-80℃，因此该项技术仍在研究阶段。
B、余热采暖技术。
采暖水经过专用板式换热器与冲渣循环水换热→输送到采暖供水干管→采暖用户→采暖回水干管→采暖水过滤器→经过采暖水循环泵加压→输送至板式换热器与冲渣循环水换热。
采暖水为闭式循环系统，采用软化水，避免管道及散热片结垢；在采暖循环泵前设置定压补水系统，采用变频补水泵自动补水。
考虑采暖季节高炉检修取热问题，在换热站设置汽水换热器，采用蒸汽补热保证供暖，凝结水回收至补水箱循环利用。
北京亿玮坤节能科技有限公司主要从事高炉冲渣余热回收供暖技术装备研发应用、高炉冲渣余热回收发电技术装备的研发、高炉冲渣余热回收制冷技术装备研发应用、高炉冲渣余热回收海水淡化装备研发应用等。
我公司可以通过合作方式在高炉冲渣水余热回收利用领域进行沟通。
4、高炉冲渣水余热利用经济效益。
经测算，采用水力冲渣余热取暖每个采暖期相对于锅炉取暖将会节约费用285-73=212万元/年。
单台300kW机组每小时能回收96t低温热水的余热。
若采用水冷式系统，将1000 t／h的冲渣水余热完全回收，可并联10台相同的机组，那么该系统净发电功率可达到2030kW，取系统年运行时间为7000h，则年发电量为14210000kW·h，产生的经济效益将是非常可观的。