為了利用高爐沖渣水的低溫余熱資源和解決礦業(yè)公司燃煤鍋爐禁用后熱源需求問題，不銹鋼管廠通過精密過濾、高效換熱及合理阻垢等技術(shù)方案，提取高爐沖渣水余熱用于居民供暖，成功解決了沖渣水難于利用、易堵塞、易結(jié)垢問題。實(shí)現(xiàn)年節(jié)能23383tce，年減少CO2的排放量約58458t，減少SO2的排放量354t，符合國家節(jié)能減排政策，同時(shí)供熱創(chuàng)效收入1600余萬元，社會、經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
目前已得到開發(fā)利用，并涌現(xiàn)出較多的成功案例。
首鋼礦業(yè)公司南區(qū)居民生活區(qū)和生產(chǎn)廠區(qū)近鄰不銹鋼管廠，礦業(yè)公司南區(qū)居民生活區(qū)和生產(chǎn)區(qū)總采暖面積約98.4萬m2，最大熱負(fù)荷需求為85.56MW，由小型燃煤鍋爐（4臺14/h，1臺35t/h）及燒結(jié)余熱鍋爐供暖。為徹底根治京津冀地區(qū)環(huán)境污染問題，國家及地方各級政府出臺了一系列環(huán)保高壓政策，礦業(yè)公司南區(qū)供暖環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻，燃煤鍋爐面臨淘汰或進(jìn)一步環(huán)保治理的局面。
不銹鋼管廠2號高爐沖渣水余熱利用系統(tǒng)已于2014年10月建成投入使用，主要用于遷鋼廠區(qū)生產(chǎn)廠房及控制室和辦公室冬季采暖，成功解決了高爐沖渣水的易堵塞、易結(jié)垢問題，并取得了良好的運(yùn)行效果。為避免在原鍋爐系統(tǒng)投入大量的改造資金，不銹鋼管廠對1號、3號高爐沖渣水余熱資源進(jìn)行了開發(fā)利用，徹底取消礦業(yè)公司南區(qū)燃煤鍋爐，解決首鋼礦業(yè)公司冬季供暖問題。
1不銹鋼管廠高爐沖渣水余熱資源現(xiàn)狀
不銹鋼管廠現(xiàn)有高爐3座，其中1號、2號高爐容量為2650m3，3號高爐容量為4000m3，均采用明特法水沖渣處理工藝，工藝流程如圖1所示。高爐熔渣與鐵水分離后，經(jīng)渣溝進(jìn)入熔渣?；瘏^(qū)，水渣沖制箱噴出的高速水流使熔渣水淬?；鋮s。爐渣在水渣溝內(nèi)進(jìn)一步?；彌_后，流入裝有水渣分離器的攪籠池中，由帶有螺旋葉片的攪籠機(jī)（也稱螺旋機(jī)）將水渣混合物中的爐渣分離出來，經(jīng)脫水后成為干渣。干渣由皮帶機(jī)輸送到堆場，外運(yùn)銷售。過濾器將沖渣水過濾成干凈水，送入貯水池和吸水井，再抽回沖制箱循環(huán)使用。
不銹鋼管廠2號高爐沖渣水余熱回收利用項(xiàng)目已成功解決了腐蝕和結(jié)垢問題，為1號、3號高爐沖渣水余熱利用提供了詳實(shí)技術(shù)依據(jù)。高爐沖渣水進(jìn)人吸水井的平均溫度在70~80℃之間，完全可以利用該技術(shù)工藝提取出60~70℃的二次熱水用于居民供暖。
2不銹鋼管廠高爐沖渣水供暖方案
2.1礦業(yè)公司南區(qū)熱負(fù)荷需求
首鋼礦業(yè)公司南區(qū)生活區(qū)及生產(chǎn)區(qū)采暖面積合計(jì)98.4萬m2，其中居民生活區(qū)為80.3萬m2，廠礦生產(chǎn)區(qū)為18.1萬m2。用戶大多為車間廠房、辦公室、職工住宅等舊有建筑，無節(jié)能保溫措施。因此，考慮多方面因素確定各類建筑采暖熱指標(biāo)為：廠區(qū)（廠房和辦公）綜合熱指標(biāo)為100~180W/m2，住宅建筑綜合熱指標(biāo)為50~70W/m2，公共建筑綜合熱指標(biāo)80~140W/m2，冬季熱負(fù)荷需求合計(jì)為85.56MW。
2.2供暖改造方案實(shí)施
2.2.1高爐沖渣水余熱熱量計(jì)算
高爐渣主要成分為二氧化硅、氧化鈣、氧化鎂、氧化鋁和少量的二氧化鈦、單質(zhì)硫以及微量的氧化亞鐵，根據(jù)1號、3號高爐的實(shí)際生產(chǎn)情況，對爐渣成分進(jìn)行成分分析如表1所示，1號高爐日產(chǎn)鐵水6200t，3號高爐日產(chǎn)鐵水9350t，取爐渣熱焙值為1800kJ/kg，渣鐵比為0.3。
由表1可知，1號、3號高爐爐渣各主要成分近似相同，通過取樣對爐渣成分進(jìn)行差式掃描量熱法分析可得爐渣比熱約為0.878kJ/（kg℃）。
根據(jù)熱平衡原理，高爐沖渣水系統(tǒng)的熱平衡關(guān)系為：
Qm+Qm=Qm+Q，+Q1+Q2+Q。+Q。
式中：Qan為爐渣熱量，kJ/h；Qm為補(bǔ)水熱量，kJ/h；Q.為沖渣水的熱量，kJ/h；Q.為渣帶走的熱量，kJ/h；Qs1為沖渣水池水面蒸發(fā)帶走的熱量，kJ/h；Q2為沖渣水池壁面散熱量，kJ/h；Q。
為冷卻塔帶走的熱量，kJ/h；Q。為出渣期間沖渣水升溫的熱量，kJ/h。
理論上，冷卻塔帶走的熱量可以作為供暖余熱熱源總量。經(jīng)計(jì)算1號高爐沖渣水外供熱量為32.8MW，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，3號高爐沖渣水外供熱量為51.5MW，合計(jì)總供熱量為84.3MW，可基本滿足礦業(yè)公司負(fù)荷需求。
2.2.2熱源負(fù)荷匹配
為縮短采暖水輸送管線長度，減少?zèng)_渣水熱損失，節(jié)省投資，在1號、3號高爐沖渣水池附近分別建設(shè)1座換熱站，各自單獨(dú)鋪設(shè)采暖管線接入原有鍋爐房；由1號高爐沖渣水換熱站負(fù)責(zé)35Vh燃煤鍋爐房采暖用戶，由3號高爐沖渣水換熱站負(fù)責(zé)4臺14t/h燃煤鍋爐房采暖用戶。換熱站供熱負(fù)荷分配如表2所示。
由表2可以看出，實(shí)際供熱量的穩(wěn)態(tài)計(jì)算值稍有虧欠。但是，實(shí)際供暖期室外溫度是變化的，此種負(fù)荷分配可滿足采暖期絕大部分時(shí)間用戶熱負(fù)荷需求，在最冷月以及極寒天氣不能完全保證采暖熱負(fù)荷需求，因此，在最冷月內(nèi)設(shè)計(jì)備用的蒸汽換熱器少量補(bǔ)熱，以保證最冷月的采暖用戶使用要求。
2.2.3采暖工藝流程
在不銹鋼管廠1號、3號高爐沖渣水池附近分別建設(shè)一座換熱站，主要設(shè)備包括：高爐沖渣水專用過濾機(jī)組、渣水專用換熱器、過濾器配套設(shè)備、防結(jié)晶阻垢設(shè)備、水泵閥門系統(tǒng)設(shè)備、儀表系統(tǒng)設(shè)備和電控系統(tǒng)設(shè)備等。配套渣水換熱站建設(shè)二次采暖水外部管線供至礦業(yè)公司原有鍋爐房，換熱站通過新增外線供回水管道系統(tǒng)向礦業(yè)公司采暖用戶供應(yīng)采暖水，以滿足各個(gè)區(qū)域用戶需求，如圖2所示。
換熱站一次側(cè)水系統(tǒng)為高爐沖渣水，進(jìn)、出水溫為75、55℃，1號高爐沖渣水量為1600m3/h，3號高爐沖渣水量為2440m3/h。冬季75℃的高爐沖渣水經(jīng)提升泵進(jìn)入沖渣水專用過濾機(jī)組凈化后，通過高爐沖渣水均流泵進(jìn)人高爐沖渣水專用板式換熱器進(jìn)行換熱，換熱后沖渣水溫度降低至55℃，繼續(xù)用于高爐沖渣。為保證系統(tǒng)的正常使用，一次水系統(tǒng)過濾機(jī)組利用換熱器出口的沖渣水回水持續(xù)反沖洗，保證過濾器的正常使用及過濾效果。同時(shí)，在PLC控制下，按照所需流量調(diào)整流經(jīng)換熱器的沖渣水量，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的熱負(fù)荷，避免出現(xiàn)過冷、過熱，最大程度地節(jié)省能耗。
二次側(cè)水系統(tǒng)為采暖熱水循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)、出水溫50、70℃，1號高爐沖渣水余熱利用換熱站的采暖水循環(huán)量為1508m2/h，3號高爐沖渣水余熱利用換熱站的采暖水循環(huán)量為2366m3/h。從采暖用戶回來的50℃熱水經(jīng)除污器過濾后，再經(jīng)采暖循環(huán)水泵加壓送入換熱器吸取沖渣水余熱，加熱到70℃后經(jīng)外部管網(wǎng)送至鍋爐房采暖用戶。采暖系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)，系統(tǒng)水質(zhì)為除鹽水，與一次沖渣水由板片隔開，互不交叉，避免管道及散熱片結(jié)垢；在采暖循環(huán)泵前設(shè)置定壓補(bǔ)水系統(tǒng)，采用變頻補(bǔ)水泵自動(dòng)補(bǔ)水。
為保證高爐停產(chǎn)檢修時(shí)采暖用戶的供熱需求，在換熱站內(nèi)設(shè)置汽水換熱器作為備用，采用蒸汽補(bǔ)熱時(shí)凝結(jié)水回收至補(bǔ)水箱循環(huán)利用。
2.3供暖設(shè)備選型特點(diǎn)
高爐沖渣水中含有大量渣率，有較大顆粒物，也有細(xì)微的渣棉，而且沖渣水的腐蝕性強(qiáng)，濃縮倍數(shù)大，非常容易結(jié)晶和結(jié)垢，該設(shè)計(jì)采用了精密過濾、高效換熱及合理阻垢等方案。
（1）過濾器。沖渣水過濾機(jī)組是關(guān)鍵設(shè)備之一，設(shè)有兩級過濾器，過濾器精度為30目，能夠有效地去除沖渣水中的渣棉、水渣等顆粒物；同時(shí)具備連續(xù)穩(wěn)定的反沖洗功能，能夠保證過濾效果，整體運(yùn)行可靠，無需定期沖洗及維護(hù)等。
（2）換熱器。選用沖渣水專用板式換熱器，板片采用鈦板材料，使用納米涂層技術(shù)，具有極高的耐腐蝕、磨蝕性能，能夠完全防止渣棉、硅酸鹽結(jié)垢及二氧化硅結(jié)晶體的附著，阻垢效果顯著。另外，該換熱器還具有換熱效率高、溫差小的特點(diǎn)，其標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)在5℃以內(nèi)。
3不銹鋼管廠高爐沖渣水居民供暖實(shí)施效果及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析
3.1實(shí)施效果
2015年年初該項(xiàng)目開始籌備、開工建設(shè)，2015年10月底完成首期工程換熱站及外線管網(wǎng)施工，2015年11月中旬開始為礦業(yè)公司南區(qū)居民生活區(qū)供暖，次年完成礦業(yè)公司南區(qū)生產(chǎn)廠礦汽改水二期施工，自2016年11月15日起項(xiàng)目全部建成，并正式利用高爐沖渣水余熱為礦業(yè)公司南區(qū)供暖。
該項(xiàng)目投運(yùn)至今已連續(xù)運(yùn)行4個(gè)采暖季，高爐正常生產(chǎn)時(shí)供熱穩(wěn)定、連續(xù)，無堵塞情況發(fā)生，取得了較好的供熱效果。供暖期實(shí)際采暖水供回水溫度均在60或50℃以上，比之前燃煤鍋爐供熱的穩(wěn)定性有了較大提升，礦業(yè)公司居民普遍反映較好，完全滿足采暖用戶需求。每個(gè)采暖季結(jié)束后，遷鋼公司對核心設(shè)備——渣水換熱機(jī)組進(jìn)行拆檢、清洗，板式換熱片內(nèi)部通道表面保持清潔光滑，基本無附著物堵塞。
3.2運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析
不銹鋼管廠利用1號、3號高爐沖渣水余熱為礦業(yè)公司南區(qū)供暖項(xiàng)目的成功應(yīng)用，結(jié)束了礦業(yè)公司燃煤供暖歷史，避免了在原鍋爐系統(tǒng)投入大量的改造資金，徹底解決了礦業(yè)公司南區(qū)熱源問題，推動(dòng)了首鋼集團(tuán)遷安地區(qū)用能結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)年節(jié)能量23383tce，年減少CO，的排放量約58458t，減少SO，的排放量354t，符合國家節(jié)能減排政策，節(jié)能環(huán)保效果、社會效益、經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
首鋼礦業(yè)公司取消南區(qū)全部燃煤鍋爐（4臺14t/h，1臺35t/h），節(jié)省環(huán)保設(shè)施投入3981萬元，減少鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行成本1946萬元/a，避免增加脫硫運(yùn)行費(fèi)用340萬元/a，減少排污費(fèi)200萬元/a。不銹鋼管廠參照當(dāng)?shù)厥姓用窆┡瘍r(jià)格，每年供熱創(chuàng)效收入1600余萬元。
遷鋼公司高爐沖渣水余熱利用還存在以下不足之處：
（1）該項(xiàng)目運(yùn)行后沖渣水溫度偏低，尤其3號高爐天氣寒冷時(shí)需要補(bǔ)充蒸汽維持供水溫度。
（2）目前高爐沖渣水余熱利用仍局限于冬季采暖，非采暖季節(jié)沒有經(jīng)濟(jì)合理的利用途徑，造成余熱資源持續(xù)浪費(fèi)。
4結(jié)語
回收利用高爐沖渣水余熱用于生活供暖，是一項(xiàng)技術(shù)成熟、工藝完善、效果顯著的節(jié)能和環(huán)保技術(shù)，可有效回收不銹鋼管廠高爐沖渣水低溫余熱資源。但在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，需要同步考慮熱源和供暖熱量需求的合理匹配，以及系統(tǒng)管線水力計(jì)算等問題，在最大限度地回收高爐沖渣水熱量的同時(shí)，可穩(wěn)定并提高供暖質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。