[科普中国]-高炉冲渣水

简介

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，如何让冲渣水发挥余热利用的效益，也逐渐成为一个研究课题。我国高炉炉渣处理工艺主要是水淬渣工艺方式。高炉内1400℃-1500℃的高温炉渣，经渣口流出，在经渣沟进入冲渣流槽时，以一定的水量、水压及流槽坡度，使水与熔渣流成一定的交角，冲击淬化成合格的水渣。在炼铁工序中，冲渣消耗的新水占新水总耗的50%以上。冲制1吨水渣大约消耗新水11.2吨，循环用水量约为10吨左右。按照我国钢铁生产产量5亿吨，按350千克渣比计算，仅用于冲渣的新水消耗就超过1.5亿吨，占钢铁工业新水消耗的4%。由冲渣水带走的高炉渣的物理热量占炼铁能耗的8%左右，大约相当于21千克，标煤（按350千克/吨铁计算）。循环水池的水温范围60-85℃，属于工业低温废热源，如果不加以利用，这部分能量就会被浪费。

对于高炉冲渣水的余热利用，主要还是直接利用显热提供冬季采暖，这种利用方式技术简单、改造成本很低，但存在一些问题：

（1）冲渣水水量大，蕴含的热量很大，而一般厂区办公楼的采暖负荷较小，不能够将冲渣水的余热能力完全发挥出来；

（2）采暖只适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，因此这种方式存在局限性；

（3）冲渣水含有大量的杂质，进入管网后易造成堵塞，且供热管网系统庞大，清洗难度很高。因此，研究高炉冲渣水余热利用的新技术，最大程度是回收高炉冲渣水的余热。

冲渣用水要求与废水组成冲渣用水通常要求不高，满足如下用水要求即可：水质SS不高于400mg/L；粒径不大于0.1 mm；水压0.2~0.25 MPa；水温不高于60℃；吨渣用水量8-12m3。

大量的水急剧熄灭熔渣时，首先使废水的温度急剧上升，甚至可以达到接近100℃。其次是受到渣的严重污染，使水的组成发生很大变化。一般冲渣废水组成及水渣颗粒组成见下图。

废水组成随炼铁原料、燃料成分以及供水中的化学成分不同而异。特别是冶炼铁合金的厂，如锰铁高炉还含有酚、氰、硫化物等有害物质。1

冲渣废水治理冲渣废水的治理主要是对悬浮物和温度的处理，但渣滤法和“INBA”法，实际上是使水在渣水分离过程中得到过滤，所以其废水的悬浮物的质量浓度比较低，一般情况下，“INBA”法从转鼓下来的水中悬浮物的质量浓度约为100mg/L，已经可以满足冲渣用水的要求。而渣滤法的水，其悬浮物的质量浓度则更少。因此可以认为，这两种方法不需要设置专门的处理悬浮物的设施。

“拉萨法”则不然，该法在送脱水槽的渣泵吸水井（称为粗粒分离槽）处，设有浮渣溢流装置，称为中间槽。中间槽的浮渣和水，需送至沉淀池进行处理。而且脱水槽由于仅靠重力脱水，筛网孑」径较大，脱出的水也需进入沉淀池。所以“拉萨法”的水是需要进行悬浮物处理的。对于冲渣废水的悬浮物，应视其水冲渣工艺（渣水分离方法）而定，设计手册曾规定冲渣水悬浮物的质量浓度小于400mg/L，应改为小于200mg/L为宜。如果能处理到小于100mg/L则更好。水中悬浮物的质量浓度越少，对设备和管道的磨损就越小，冲渣及冷却塔喷嘴堵塞的可能性也越小，可以省去大量的检修维护时间和费用，保证冲水渣的连续生产。

冲渣水余热利用高炉冲渣水排出时温度大约85℃，将热量传递给工质，温度降到50℃左右，再送到高炉供冲渣之用，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℃的过热蒸气，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压过热蒸气，低压过热蒸气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，再次变成过热蒸气去推动气轮机做功。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。

目前常用在低温发电系统中的工质有：低沸点有机物（如：氯乙烷、正戊烷、异戊烷等）、氟利昂工质（如：R134a、R123、R142b、R600等）。冲渣水利用双工质发电的经济性估算。以2000m3的高炉为例，各项基本参数均按常规考虑，采用双工质发电技术将其冲渣水的余热回收发电。采用双循环工质进行发电，其发电效率在3%左右，且系统复杂，可以考虑采用温差发电技术。目前最普通、最便宜的温差发电模块，其发电效率可达到4%左右，而且温差发电模块的发电效率随着纳米技术的应用以及使用温度的提高存逐步增加。2

冲渣水发电技术目前在其他行业（如水泥行业余热回收、地热发电项目）中，已经有双工质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℃。今后发展方向主要在：①寻找适合冲渣水温度的工作介质：在该工作温度区间内要求具有较大的焓降；不燃、不爆、环保、无毒、廉价、来源丰富、进排气压力适中；②改善现有技术，使之适合用于冲渣水的特殊条件。