鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的余熱余能，國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國鋼鐵工業(yè)總能耗占工業(yè)總能耗的23%，占全國總能耗的16.3%。鋼鐵企業(yè)中，可回收的余熱資源十分豐富，占總能源的1/3左右。鋼鐵企業(yè)高溫余熱的回收容易受到重視，在目前的節(jié)能降耗技術(shù)改造中大部分已得到回收利用，如高爐煤氣的余壓和潛熱、熱風(fēng)爐煙氣顯熱等，大部分鋼廠都已經(jīng)通過TRT或BPRT方式回收高爐煤氣余壓，通過預(yù)熱空氣和煤氣的方式回收熱風(fēng)爐煙氣顯熱。但低溫低品位余熱卻往往被忽視，如高爐沖渣水的余熱，大多被浪費掉。高爐冶煉過程中產(chǎn)生約1300℃的熱態(tài)紅渣，每千克紅渣蘊(yùn)含959.85kJ/kg熱量。若高爐渣鐵比為1:4，則日產(chǎn)5000t鐵的高爐會產(chǎn)生 1250t紅渣，攜帶熱量相當(dāng)于41t標(biāo)煤。這些熱量大部分被帶入高爐沖渣水中，如何實現(xiàn)高爐沖渣水的余熱利用，是一個具有重大意義的節(jié)能課題。

目前國內(nèi)大部分鋼鐵廠都是采用水淬渣工藝，其工藝流程為:在主鐵溝與鐵水分離后的熔渣在渣溝末端被沖制箱噴出的高速水流水淬?；?，?；蟮脑旌衔锝?jīng)脫水過濾后送至水渣堆場，脫出的水進(jìn)入熱水池，產(chǎn)生了大量溫度70℃~85℃左右的沖渣熱水，為了保證沖渣水的循環(huán)利用效果，需要將這部分沖渣熱水在沉淀過濾后引入空冷塔，降溫到60℃以下通過?；谜驹俅嗡椭翛_制點循環(huán)沖渣，或進(jìn)行自然降溫后繼續(xù)循環(huán)沖渣，這一過程中大量的熱量被白白浪費，既造成了能源的浪費，又對環(huán)境造成了熱污染。

一、高爐沖渣水余熱資源主要特點

1.沖渣水流量大

高爐沖渣水低溫余熱的一個顯著特點是:熱源溫度較低，但其流量非常大。某鋼廠1250m³級高爐，其循環(huán)沖渣熱水設(shè)計量約1350m3/h，沖渣水熱負(fù)荷約20MW，另一鋼廠2500m³級高爐，循環(huán)沖渣熱水設(shè)計量約2000m³/h，沖渣水熱負(fù)荷約40MW。高爐沖渣循環(huán)水水量巨大，余熱利用潛力很大。

2.沖渣水流量和溫度不穩(wěn)定

沖渣水的流量和溫度是波動的，它隨著高爐出渣的周期而變化。在一個沖渣周期內(nèi)，熔渣量在一定范圍內(nèi)波動，總體趨勢是隨著沖制時間逐漸增大，沖渣前期渣量小、沖渣末期的渣量大，這對沖渣水的流量和沖渣水溫度有著明顯的影響。單個沖渣周期內(nèi)，開始時沖渣水流量稍大，后期沖渣水流量有所減小各個工況的沖渣水流量差異較大。在一個沖渣周期內(nèi)，沖渣水溫及熱水池水溫基本隨沖渣時間而逐漸增加，剛開始出渣時，渣水池溫度偏低，隨著出渣時間的加長，渣水溫度逐步升高，到出渣結(jié)束鐵口封堵前，渣水溫度達(dá)到最高值。各個工況的沖渣水溫及熱水池水溫也存在一定的差異，沖渣水溫在后期基本在65~70℃左右，而熱水池水溫在后期基本在75℃-80℃之間變化。沖渣水流量和溫度的波動，影響其余熱資源的有效利用。

3.具有很強(qiáng)的腐蝕性

高爐沖渣水在沖渣過程中直接接觸1300~1500度的高爐熔渣，高爐熔渣中的主要化學(xué)成分二氧化硅 Si02、三氧化二鋁A1203、氧化鈣 Ca0、氧化鎂 Mg0.氧化錳 Mn0和硫等溶解于沖渣水中，并且鋼鐵企業(yè)內(nèi)部的燒結(jié)、焦化、脫等工序產(chǎn)生的高污染化工廢水也排入渣池中用于循環(huán)沖渣，因此，高爐沖渣水實際上是一種成分復(fù)雜的混合水溶液，某鋼廠對沖渣水樣進(jìn)行檢測后發(fā)現(xiàn)，沖渣水基本呈弱堿性，PH值在7-9左右，沖渣水中的硫酸鹽含量基本在350mg/1左右，熱水池中氯化物含量約650~750mg/1之間。經(jīng)過常年反復(fù)沖渣利用，高爐沖渣水中的硫酸根離子、氯離子、磷酸根離子等大量聚集，容易對沖渣水流經(jīng)的設(shè)備和管道造成腐蝕。

4.容易堵塞換熱裝置和管道

高爐沖渣水在沖渣過程中直接接觸高爐熔渣，水中大量的Naz0、K0等堿金屬被引入，堿金屬與熔渣中的二氧化硅反應(yīng)，生成硅酸鈉、鋁硅酸鈉、硅酸鉀等。隨著熱的飽和溶液逐漸降溫后，溶質(zhì)以晶體的形式析出，在連續(xù)的生產(chǎn)過程中，掛附在換熱設(shè)備和渣水管道內(nèi)壁上。同時，在沖渣的過程中會產(chǎn)生大量的泡沫渣、渣棉等，這些泡沫渣、渣棉也容易造成換熱系統(tǒng)的堵塞，影響高爐沖渣水循環(huán)系統(tǒng)的正常運行。

二、沖渣水余熱利用方式

高爐沖渣水具有水量大、余熱利用潛力大、熱源不穩(wěn)定、腐蝕性強(qiáng)、易堵塞換熱設(shè)備等特點。其主要利用方式包括高爐沖渣水澳化鋰吸收式制冷、用作海水淡化熱源、高爐沖渣水余熱發(fā)電、高爐沖渣水換熱采暖等。高爐沖渣水用于溴化鋰吸收式制冷是通過將高爐沖渣水換熱后產(chǎn)生的熱水，送入熱水型溴化鋰吸收式制冷機(jī)組作為其熱源制取冷凍水，制取的冷凍水可用于高爐鼓風(fēng)脫濕系統(tǒng)，也可用于夏季室內(nèi)空調(diào)制冷。高爐沖渣水用于海水淡化，則是將高爐沖渣水與除鹽水在換熱器中換熱，產(chǎn)生的高溫除鹽水送入海水淡化單元，在閃蒸罐中閃蒸為低溫飽和蒸汽送往低溫多效海水淡化裝置制取淡水。高爐沖渣水余熱發(fā)電技術(shù)是通過高爐沖渣水與液氨特殊工質(zhì)進(jìn)行換熱，換熱工質(zhì)汽化后驅(qū)動汽輪機(jī)做功發(fā)電。

而在鋼鐵企業(yè)中，最經(jīng)濟(jì)常用的余熱利用方式還是直接利用沖渣水顯熱用于提供冬季采暖。高爐沖渣水余熱采暖技術(shù)主要包括直接換熱、間接換熱兩種方式，直接換熱采暖方式是將沖渣水直接供往終端用戶散熱片中換熱，極易堵塞和腐蝕散熱片和管道設(shè)備，現(xiàn)階段很少有企業(yè)采用這種方式。目前鋼鐵企業(yè)大多采用間接換熱采暖方式，沖渣水作為熱源與采暖回水在渣水換熱器中進(jìn)行換熱，換熱后的采暖熱水供至用戶終端設(shè)備進(jìn)行采暖，渣水系統(tǒng)和采暖水系統(tǒng)相對獨立，可有效解決采暖水管道及暖氣片等發(fā)生堵塞和腐蝕的問題。

三、沖渣水換熱器選型

高爐沖渣水的主要利用方式是通過渣水換熱器將沖渣水的余熱提取出來加以利用，沖渣水換熱必須解決其對換熱器造成的污染、堵塞以及腐蝕這三個主要問題。目前鋼鐵企業(yè)沖渣水換熱器主要采用過濾器加板式換熱器、寬通道板式換熱器和真空相變式換熱器等幾種形式。

1.過濾器加板式換熱器形式

熱水池中的沖渣水經(jīng)過?；厮锰嵘龎毫?，先送入過濾器進(jìn)行過濾，再送入板式換熱器換熱。通過現(xiàn)有高爐運行經(jīng)驗，高爐沖渣水中往往既有大體積的絮狀污雜物，也有大量直徑僅幾十微米的懸浮物，如果濾網(wǎng)選擇過于稀疏，細(xì)小雜質(zhì)將無法阻攔;濾網(wǎng)選擇過密，將會在短時間內(nèi)被大量的污雜物堵塞，甚至引起整個換熱系統(tǒng)的癱瘓。同時，濾網(wǎng)式過濾裝置無論過濾等級多高，均無法過濾掉溶解于廢水中的鹽堿類物質(zhì)，結(jié)晶結(jié)垢現(xiàn)象依然十分嚴(yán)重。板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部為網(wǎng)格狀支撐，對水質(zhì)要求高，抗堵性能差，少量的結(jié)晶結(jié)垢就會導(dǎo)致?lián)Q熱器的堵塞。隨著系統(tǒng)的不斷運行，過濾器的阻力也不斷增大，導(dǎo)致?lián)Q熱器后的回水泵系統(tǒng)能耗不斷增加。

2.寬通道板式換熱器

寬通道換熱器采用無過濾間壁式逆流換熱原理，其流道寬度較常規(guī)板式換熱器有所加大，對污水中常見的固體懸浮物具有較好的抗堵性，但沖水對換熱器的堵塞并非全部由固體懸浮物造成，溶解在沖渣水中的大量鹽堿類物質(zhì)在換熱過程中飽和析出并與高溫沖渣水中的懸浮物結(jié)合后附著在換熱壁表面，對換熱壁面造成污染、腐蝕甚至堵塞。換熱器合理的板型選擇以及流量設(shè)計，可以有效減少沖渣水堵塞換熱設(shè)備的問題

3.真空相變式換熱器

真空相變式換熱器利用水在真空狀態(tài)下沸點降低的特性，換熱器由蒸發(fā)器、除霧器、冷凝器及真空泵等組成。利用真空泵使蒸發(fā)器保持真空狀態(tài)，使高溫沖渣水無需二次加熱，在蒸發(fā)器內(nèi)直接閃蒸成為負(fù)壓蒸汽，并進(jìn)行汽液兩相分離，閃蒸出的清潔蒸汽再進(jìn)入到冷凝器中與采暖水進(jìn)行冷凝放熱。整個換熱過程中，容易造成設(shè)備堵塞的高爐沖渣水只進(jìn)入到直徑約2米左右的蒸發(fā)器罐體內(nèi)，從沖渣水中析出的結(jié)晶物與渣棉等隨著沖渣水排回到渣池中，從而避免了高爐沖渣水與換熱壁面的直接接觸，解決了堵塞、腐蝕、結(jié)晶掛垢等高爐沖渣水換熱中常見的問題。真空相變式換熱器閃蒸吸熱和冷凝放熱分別在不用的容器中進(jìn)行，閃蒸過程只提取了沖渣水的部分熱量，同時冷凝放熱時放出的熱量只是水蒸氣的潛熱，因此，其整體換熱效率較板式換熱器低。

沖渣水換熱器對比表