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不銹鋼管廠高爐沖渣水余熱利用

來源: 發布時間:2021-04-07 次瀏覽

為了利用高爐沖渣水的低溫余熱資源和解決礦業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、易結垢問題。實現年節能23383tce,年減少CO2的排放量約58458t,減少SO2的排放量354t,符合國家節能減排政策,同時供熱創效收入1600余萬元,社會、經濟效益十分顯著。

目前已得到開發利用,并涌現出較多的成功案例。

首鋼礦業公司南區居民生活區和生產廠區近鄰不銹鋼管廠,礦業公司南區居民生活區和生產區總采暖面積約98.4m2,最大熱負荷需求為85.56MW,由小型燃煤鍋爐(414/h,135t/h)及燒結余熱鍋爐供暖。為徹底根治京津冀地區環境污染問題,國家及地方各級政府出臺了一系列環保高壓政策,礦業公司南區供暖環保形勢日益嚴峻,燃煤鍋爐面臨淘汰或進一步環保治理的局面。

不銹鋼管廠2號高爐沖渣水余熱利用系統已于201410月建成投入使用,主要用于遷鋼廠區生產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、易結垢問題,并取得了良好的運行效果。為避免在原鍋爐系統投入大量的改造資金,不銹鋼管廠1號、3號高爐沖渣水余熱資源進行了開發利用,徹底取消礦業公司南區燃煤鍋爐,解決首鋼礦業公司冬季供暖問題。

1不銹鋼管廠高爐沖渣水余熱資源現狀

不銹鋼管廠現有高爐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,經渣溝進入熔渣?;瘏^,水渣沖制箱噴出的高速水流使熔渣水淬?;鋮s。爐渣在水渣溝內進一步?;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(也稱螺旋機)將水渣混合物中的爐渣分離出來,經脫水后成為干渣。干渣由皮帶機輸送到堆場,外運銷售。過濾器將沖渣水過濾成干凈水,送入貯水池和吸水井,再抽回沖制箱循環使用。

不銹鋼管廠2號高爐沖渣水余熱回收利用項目已成功解決了腐蝕和結垢問題,為1號、3號高爐沖渣水余熱利用提供了詳實技術依據。高爐沖渣水進人吸水井的平均溫度在70~80℃之間,完全可以利用該技術工藝提取出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礦業公司南區熱負荷需求

首鋼礦業公司南區生活區及生產區采暖面積合計98.4m2,其中居民生活區為80.3m2,廠礦生產區為18.1m2。用戶大多為車間廠房、辦公室、職工住宅等舊有建筑,無節能保溫措施。因此,考慮多方面因素確定各類建筑采暖熱指標為:廠區(廠房和辦公)綜合熱指標為100~180W/m2,住宅建筑綜合熱指標為50~70W/m2,公共建筑綜合熱指標80~140W/m2,冬季熱負荷需求合計為85.56MW。

2.2供暖改造方案實施

2.2.1高爐沖渣水余熱熱量計算

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、單質硫以及微量的氧化亞鐵,根據1號、3號高爐的實際生產情況,對爐渣成分進行成分分析如表1所示,1號高爐日產鐵水6200t,3號高爐日產鐵水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行差式掃描量熱法分析可得爐渣比熱約為0.878kJ/kg℃)。

根據熱平衡原理,高爐沖渣水系統的熱平衡關系為:

Qm+Qm=Qm+Q,+Q1+Q2+Q。+Q。

式中:Qan為爐渣熱量,kJ/h;Qm為補水熱量,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。經計算1號高爐沖渣水外供熱量為32.8MW,根據生產實際情況,3號高爐沖渣水外供熱量為51.5MW,合計總供熱量為84.3MW,可基本滿足礦業公司負荷需求。

2.2.2熱源負荷匹配

為縮短采暖水輸送管線長度,減少沖渣水熱損失,節省投資,在1號、3號高爐沖渣水池附近分別建設1座換熱站,各自單獨鋪設采暖管線接入原有鍋爐房;由1號高爐沖渣水換熱站負責35Vh燃煤鍋爐房采暖用戶,由3號高爐沖渣水換熱站負責414t/h燃煤鍋爐房采暖用戶。換熱站供熱負荷分配如表2所示。

由表2可以看出,實際供熱量的穩態計算值稍有虧欠。但是,實際供暖期室外溫度是變化的,此種負荷分配可滿足采暖期絕大部分時間用戶熱負荷需求,在最冷月以及極寒天氣不能完全保證采暖熱負荷需求,因此,在最冷月內設計備用的蒸汽換熱器少量補熱,以保證最冷月的采暖用戶使用要求。

2.2.3采暖工藝流程

不銹鋼管廠1號、3號高爐沖渣水池附近分別建設一座換熱站,主要設備包括:高爐沖渣水專用過濾機組、渣水專用換熱器、過濾器配套設備、防結晶阻垢設備、水泵閥門系統設備、儀表系統設備和電控系統設備等。配套渣水換熱站建設二次采暖水外部管線供至礦業公司原有鍋爐房,換熱站通過新增外線供回水管道系統向礦業公司采暖用戶供應采暖水,以滿足各個區域用戶需求,如圖2所示。

換熱站一次側水系統為高爐沖渣水,進、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℃的高爐沖渣水經提升泵進入沖渣水專用過濾機組凈化后,通過高爐沖渣水均流泵進人高爐沖渣水專用板式換熱器進行換熱,換熱后沖渣水溫度降低至55℃,繼續用于高爐沖渣。為保證系統的正常使用,一次水系統過濾機組利用換熱器出口的沖渣水回水持續反沖洗,保證過濾器的正常使用及過濾效果。同時,在PLC控制下,按照所需流量調整流經換熱器的沖渣水量,自動調節系統的熱負荷,避免出現過冷、過熱,最大程度地節省能耗。

二次側水系統為采暖熱水循環系統,進、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量為1508m2/h,3號高爐沖渣水余熱利用換熱站的采暖水循環量為2366m3/h。從采暖用戶回來的50℃熱水經除污器過濾后,再經采暖循環水泵加壓送入換熱器吸取沖渣水余熱,加熱到70℃后經外部管網送至鍋爐房采暖用戶。采暖系統為閉式系統,系統水質為除鹽水,與一次沖渣水由板片隔開,互不交叉,避免管道及散熱片結垢;在采暖循環泵前設置定壓補水系統,采用變頻補水泵自動補水。

為保證高爐停產檢修時采暖用戶的供熱需求,在換熱站內設置汽水換熱器作為備用,采用蒸汽補熱時凝結水回收至補水箱循環利用。

2.3供暖設備選型特點

高爐沖渣水中含有大量渣率,有較大顆粒物,也有細微的渣棉,而且沖渣水的腐蝕性強,濃縮倍數大,非常容易結晶和結垢,該設計采用了精密過濾、高效換熱及合理阻垢等方案。

1)過濾器。沖渣水過濾機組是關鍵設備之一,設有兩級過濾器,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;同時具備連續穩定的反沖洗功能,能夠保證過濾效果,整體運行可靠,無需定期沖洗及維護等。

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,具有極高的耐腐蝕、磨蝕性能,能夠完全防止渣棉、硅酸鹽結垢及二氧化硅結晶體的附著,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,其標準設計在5℃以內。

3不銹鋼管廠高爐沖渣水居民供暖實施效果及運行經濟性分析

3.1實施效果

2015年年初該項目開始籌備、開工建設,201510月底完成首期工程換熱站及外線管網施工,201511月中旬開始為礦業公司南區居民生活區供暖,次年完成礦業公司南區生產廠礦汽改水二期施工,自20161115日起項目全部建成,并正式利用高爐沖渣水余熱為礦業公司南區供暖。

該項目投運至今已連續運行4個采暖季,高爐正常生產時供熱穩定、連續,無堵塞情況發生,取得了較好的供熱效果。供暖期實際采暖水供回水溫度均在6050℃以上,比之前燃煤鍋爐供熱的穩定性有了較大提升,礦業公司居民普遍反映較好,完全滿足采暖用戶需求。每個采暖季結束后,遷鋼公司對核心設備——渣水換熱機組進行拆檢、清洗,板式換熱片內部通道表面保持清潔光滑,基本無附著物堵塞。

3.2運行經濟性分析

不銹鋼管廠利用1號、3號高爐沖渣水余熱為礦業公司南區供暖項目的成功應用,結束了礦業公司燃煤供暖歷史,避免了在原鍋爐系統投入大量的改造資金,徹底解決了礦業公司南區熱源問題,推動了首鋼集團遷安地區用能結構的整體優化。同時,實現年節能量23383tce,年減少CO,的排放量約58458t,減少SO,的排放量354t,符合國家節能減排政策,節能環保效果、社會效益、經濟效益十分顯著。

首鋼礦業公司取消南區全部燃煤鍋爐(414t/h,135t/h),節省環保設施投入3981萬元,減少鍋爐系統運行成本1946萬元/a,避免增加脫硫運行費用340萬元/a,減少排污費200萬元/a。不銹鋼管廠參照當地市政居民供暖價格,每年供熱創效收入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)該項目運行后沖渣水溫度偏低,尤其3號高爐天氣寒冷時需要補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,非采暖季節沒有經濟合理的利用途徑,造成余熱資源持續浪費。

4結語

回收利用高爐沖渣水余熱用于生活供暖,是一項技術成熟、工藝完善、效果顯著的節能和環保技術,可有效回收不銹鋼管廠高爐沖渣水低溫余熱資源。但在項目設計中,需要同步考慮熱源和供暖熱量需求的合理匹配,以及系統管線水力計算等問題,在最大限度地回收高爐沖渣水熱量的同時,可穩定并提高供暖質量,實現系統的連續穩定運行。


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