1 引言

高爐是鋼鐵企業的核心設備，其冶煉過程中產生約1300 ℃的熱態紅渣，每千克紅渣蘊含959.85kJ/kg 熱量。若高爐渣鐵比為1:4，則日產5000 t 鐵的高爐會產生1250 t 紅渣，攜帶熱量相當于41 t 標煤。

紅渣沿溝道進入沖渣池，與沖渣水快速接觸溫度驟降，被破碎成細小渣粒，沖渣水溫度被加熱到85 ℃左右，同時產生一部分常壓的沖渣蒸汽。沖渣水水溫為60~95 ℃，蘊含了巨大熱量，但其中含有大量固體顆粒和礦物纖維，并具有腐蝕性，很難利用其熱量。在未利用沖渣水余熱資源的情況下，沖渣水被送入冷卻塔降溫冷卻至45 ℃，再次送到渣溝沖渣，而沖渣蒸汽則排入大氣中。此循環造成余熱資源浪費。

2 現行高爐沖渣水余熱利用方式

2.1 采暖

高爐沖渣水采暖是國內比較成熟的技術，其基本工藝流程為：高爐沖渣水通過沖渣水泵輸送至換熱站，然后經沖渣水過濾器將沖渣水中的固體顆粒和懸浮物過濾，再通過換熱器與采暖水換熱回到沖渣池中。

這種利用方式技術簡單、改造成本很低，但存在一些問題：(1)沖渣水水量大，蘊含的熱量很大，而一般廠區辦公樓的采暖負荷較小，不能夠將沖渣水的余熱能力完全發揮出來;(2)采暖只適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，因此這種方式存在局限性;(3)沖渣水含有大量的雜質，進入管網后易造成堵塞，且供熱管網系統龐大，清洗難度很高。

2.2?余熱發電

沖渣水余熱發電技術目前還處于研究實驗階段。系統工作原理為，高爐沖渣水排出時溫度大約85 ℃，經過沉淀除雜預處理后進入特殊設計的換熱器，在此將熱量傳遞給工質，溫度降到50 ℃左右，再送到高爐供沖渣使用，從而回收了一定量的余熱。工質在換熱器內吸收熱量后變成80 ℃的過熱蒸汽，然后進入氣輪機膨脹做功，帶動發電機轉動，對外輸出電能。做功后的工質變成低低壓過熱蒸汽，低低壓過熱蒸汽進入冷凝器放出熱量，變成低溫低壓的液體工質，然后由工質泵送到熱交換器中吸熱，再次變成過熱蒸汽去推動汽輪機作功。如此連續循環，將熱水中的熱量源源不斷的提取出來，生成高品位的電能。

目前在其他行業已經有余熱發電技術的成熟應用，系統工作溫度都在100 ℃以上，而高爐沖渣水屬于較低溫的余熱源，其利用溫度只有70~80 ℃，因此該項技術仍在研究階段。

3 高爐沖渣水余熱利用新技術———用于熱法海水淡化

高爐在煉鐵工藝過程中，為實現沖渣水及沖渣蒸汽余熱的有效利用，本著節能減排可持續發展的戰略原則，某鋼鐵公司擬采用對高爐沖渣水余熱進行回收用于海水淡化。低溫多效蒸餾海水淡化技術具有可利用低溫余熱、變負荷調節能力大、系統熱效率高等優點。將沖渣水余熱作為多效蒸餾海水淡化熱源，變廢為寶的同時，可進一步降低公司總體能耗，具有可觀的經濟效益和社會效益。

3.1 工藝系統流程

結合鋼鐵廠低溫多效蒸餾海水淡化裝置蒸汽使用情況，提出以下工藝系統流程。沖渣廢水溫度約90 ℃，可用于換熱的流量為2880 t/h，需要制備出溫度為70 ℃，流量為100 t/h 的飽和蒸汽，根據上述數據，可采用如下的工藝方案，如圖1 所示。煉鐵高爐沖渣水經沉淀過濾后，進入換熱器內與循環除鹽水進行換熱，被冷卻下來的沖渣水流入凝結水池，進行循環沖渣使用;除鹽水在換熱器內與高爐沖渣水換熱后，形成高溫熱水，通過管道進入閃蒸罐進行噴淋，高溫熱水在蒸發壓力下閃蒸沸騰，一部分熱水汽化成為蒸發壓力下的飽和蒸汽，另一部分熱水溫度降低到蒸汽溫度以下，繼續回換熱器中被加熱。飽和蒸汽送往低溫多效海水淡化進行蒸發制水。MED裝置變負荷調節能力為50%~100%，可隨高爐冶煉頻率變負荷調節產水能力，穩定運行。

3.2 可行性分析

高爐沖渣水余熱參數如下：

沖渣水循環量：2880 t/h

沖渣水進口溫度≥85 ℃

沖渣水回水溫度≤50 ℃

蒸汽外排溫度≥130 ℃

蒸汽外排流量≥137 t/h

除鹽水回水溫度:50 ℃

外供蒸汽壓力:0.035MPa

補水量:137 t/h

高爐可回收的沖渣水余熱熱量計算式如下：

Q 余=m1Δhr + m2Δhq(1)

式中：Q 余———余熱回收量，kJ/h;

m1———沖渣水進換熱器流量，t/h;

m2———蒸汽外排流量，t/h;

Δhr———換熱器進、出口沖渣水焓差，kJ/kg;

Δhq———換熱器進、出口蒸汽焓差，kJ/kg。

130 ℃時蒸汽焓為2736.3 kJ/kg，150 ℃時蒸汽焓為2752.8 kJ/kg;95 ℃時水焓為398 kJ/kg，50℃時水焓為209.4 kJ/kg。將沖渣水余熱參數帶入式(1)，得Q 余Q 余為86.35×108 kJ/h。

海水淡化所需熱量計算公式如下：

Q 耗=MΔh 汽(2)

式中：Q 耗———海水淡化耗熱量，kJ;

M———外供蒸汽量，t/h;

Δh 汽———外供蒸汽與冷凝水焓差，kJ/kg。

130 ℃、0.4 MPa 時蒸汽焓值為2752.8 kJ/kg，則Q 耗為2.90×108 kJ/h。比較可知，Q 余—Q 耗，所以經過換熱器換熱，高爐余熱回收的熱量完全滿足海水淡化使用條件，此方案可行。

4 高爐沖渣水余熱利用新技術———實現鋼鐵工業廢水“零”排放

鋼鐵工業廢水中有效成分的回收利用將是未來廢水處理工藝的發展方向。在環保日益嚴格的情況下，冶金廢水若要對環境零污染，必須經過蒸發、結晶這兩個工序，而面臨運行成本這個巨大難題時，機械式蒸汽再壓縮(MVR)耦合OLSO 蒸發結晶工藝是最理想的選擇。該工藝可取得優質冷凝水，補給鋼鐵工業循環水系統。利用蒸發結晶工藝產水對鋼鐵工業水系統的鹽平衡起到稀釋和勾兌的作用，并將部分鹽分結晶析出，實現工業廢水“零”排放。

廢水綜合處理站排放的高含鹽廢水進入經脫硬預處理后進入MVR 系統進行蒸發濃縮。系統熱源為高爐沖渣水余熱。物料預熱后進入降膜蒸發器，部分水份蒸發變成二次蒸汽，物料得到濃縮。產生的二次蒸汽經壓縮后進入降膜蒸發器，濃縮后物料進入結晶器進行二次蒸發。

廢水經MVR 系統蒸發至接近飽和濃度，進入OLSO 結晶系統進行蒸發結晶。結晶器底部晶漿濃度達到15%~20%，排料至旋流器，經旋流器作用后晶漿濃度達到45%以上，物料在導流筒作用下進入結晶室，晶體顆粒很快長大，大顆粒晶體由于沉降速度大于懸浮速度，在結晶器底部形成一個懸浮密度穩定的晶漿區，得到顆粒較大的晶體，濃縮液和晶體顆粒進行固液離心分離，分離后的母液返回原液池或繼續蒸發結晶，晶體進入離心干燥包裝系統進行稱量包裝。其工藝流程見圖2。

該工藝進水濃度由低到高均可適用，實現蒸發連續結晶排鹽功能，出鹽粒度較大且均勻。不僅對鋼鐵廠的余熱資源進行梯級利用，而且實現高含鹽廢水中鹽分固化，水量無外排，大大降低了運行成本。

5 結論

將沖渣水余熱用于海水淡化及廢水處理，不僅提高了能源利用率，而且能夠降低運行成本。為沿海鋼鐵企業節能降耗，解決缺水、降低海水淡化成本和廢水處理等問題提出了參考。面對節能減排任務和嚴峻的經營形式壓力，迫切需要我們充分合理地利用余能資源，最大限度地降低能耗，緩沖當前經濟形勢對行業造成的沖擊。