钢渣热闷蒸汽余热利用技术

程志洪，孙　璐，秦　川，井广敏

（济钢集团国际工程技术有限公司，山东　济南250101）



节能减排

钢渣热闷蒸汽余热利用技术

程志洪，孙璐，秦川，井广敏

（济钢集团国际工程技术有限公司，山东济南250101）

摘要：在现有的钢渣热闷工艺技术基础上，通过合理的技术改造，采用两级换热方式，即闷渣蒸汽先就近通过汽水直接混合产生热水，然后热水再通过换热器与用户采暖水进行间接换热，使闷渣过程产生的热量得以回收，同时又避免了蒸汽外排造成的环境污染，实现了节能减排和资源综合利用。

关键词：钢渣；热闷工艺；蒸汽；余热利用

1　前　言

钢渣热闷系统中，转炉钢渣含有大量余热，在热闷过程中，喷水产生的蒸汽放散到周围环境中，不仅造成能源的浪费，且蒸汽夹杂有钢渣颗粒物弥散在空气中，对环境造成污染。在以往工程项目中设置了集汽罩，利用风机抽引蒸汽排空，虽然减轻了蒸汽对生产操作的影响，但大量余热得不到充分利用，浪费了水资源，还对周围环境造成污染。目前，蒸汽利用存在的难点有：1）热闷过程中产生的热量是间断、不连续的，无法实现热源的稳定供应；2）闷渣产生的蒸汽压力不高，利用不方便；3）蒸汽及循环水洁净度很差，其中含有大量碱性杂质，易结垢、堵塞管道，且会对金属产生腐蚀作用，不能直接利用；4）闷渣蒸汽及循环水温度不高。

为充分回收利用闷渣蒸汽，同时不对现有采暖水产生影响，蒸汽余热利用技术采用两级换热方式，闷渣蒸汽先通过汽水直接混合产生热水，然后热水再通过换热器与用户采暖水进行间接换热。

2　闷渣蒸汽利用技术方案

2.1系统组成

蒸汽回收系统主要由汽水直接换热装置、水水间接换热站、热力外网三部分组成。

1）汽水直接换热装置。汽水直接混合换热装置一般是将蒸汽混合装置置于水中，由于闷渣产生的蒸汽压力太低，一般为0.003 MPa，最大不超过0.005 MPa，因此如采用常规汽水混合换热装置，本装置最多置于水下300 mm处，否则蒸汽不能进入，而在此深度中汽水无法正常进行换热。考虑到闷渣工艺蒸汽产生的特点，当汽水换热装置发生事故或闷渣产生的蒸汽大于换热速度时，为防止水箱里的水沸腾导致意外发生，每套换热装置设置自动安全连锁装置，当水箱里的水温高于95℃时自动打开原有蒸汽管道排放阀门，蒸汽自动对空排放。因闷渣蒸汽中杂质含量较高，在蒸汽进换热器前及给水泵进口设置简易过滤装置，以防止管道及换热装置堵塞；在水箱底部设置人孔，以便及时清洗。

2）水—水间接换热站。汽水换热器外供送来的约85℃热水到经过水—水换热器与外部采暖回水进行间接换热，将其由60℃加热到80℃左右后，再经水泵加压后送到采暖供水主管道送采暖用户。由于闷渣蒸汽中氯含量较高，换热器材质选用耐氯离子腐蚀的不锈钢材料。

2.2工艺流程

闷渣余热利用系统由闷渣系统和换热采暖系统两个子系统组成。

1）闷渣系统。闷渣过程中，循环冷却水与高温钢渣换热后，水温升高，由冲渣沟流入沉淀池。对于蒸汽，设置连通闷渣坑与冲渣沟的蒸汽管道，管道中设冷水喷淋装置，使蒸汽经喷淋后冷却为热水，与冲渣沟中的闷渣热水一起流入沉淀池。沉淀池中的热水经沉淀后，流入集水池，用于换热采暖，换热后的冷水回到冷水池，由泵组分别供闷渣和蒸汽的喷淋冷却使用，形成闷渣子系统的循环。

2）换热采暖系统。闷渣产生的热水经沉淀池流入集水池，由泵组抽引至过滤器，对热水进行过滤净化处理后，进入换热器与采暖水换热，换热后的热水供居民采暖使用，冷水回到冷水池，由泵组供闷渣及蒸汽喷淋，参与闷渣子系统的水循环，剩余的冷水流入沉淀池，与由冲渣沟流入的热水混合，形成循环。

闷渣蒸汽余热利用工艺流程见图1。

2.3主要工艺设施

闷渣蒸汽余热利用主要工艺设施包括：冷水泵组、热水泵组和换热器。1）冷水泵组用于向闷渣坑打水和冷却产生的蒸汽，以实现钢渣降温和冷凝回收蒸汽并产生热水，回流至沉淀池。2）热水泵组用于向换热器循环供应热水，用于换热。3）换热器采用无堵塞智能化换热器。换热器由管程与板程板片组成的换热本体、冲洗阀、污泥斗、排泥阀、螺旋输泥机、自动排气阀、浊度仪及远传装置、温感及远传装置、HydroFLOW防垢除垢装置、PLC控制装置等组成。

图1　闷渣蒸汽余热利用流程示意图

闷渣蒸汽余热利用系统主要工艺设施及工作参数如下。

1）冷水泵组（3用1备）：闷渣打水水量～70 m3/h，冷却蒸汽水量～850 m3/h，水泵（4台）流量300 m3/h。

2）热水泵组（3用1备）：循环水量～920 m3/h，热水温度95℃，冷水温度60℃，水泵（4台）流量300 m3/h。

3）换热器（2台）：供回水温差15℃，换热面积～500 m2，传热系数1 500～1 600 W/（m2·℃），换热功率7.0～9.96 MW。

3　余热利用效果

1）解决了热源不稳定的问题，利用集水池中的热水作为换热器的热源（集水池的热水来自沉淀池，沉淀池中始终有闷渣过程产生的热水），实现了热源的稳定供应。

2）解决了热量不足的问题。将蒸汽用冷水喷淋后，冷水被加热，蒸汽冷凝，热量得到回收，同时避免了蒸汽排放造成的环境污染。

3）闷渣子系统与换热采暖子系统通过换热器进行换热，两系统的水互不连通，故而采暖循环水可以始终保持清洁，解决了闷渣水质差，不能直接利用的问题。

4）蒸汽及循环水温度不高，相对于工业生产领域不好进行利用。但用于居民采暖，不仅可以满足要求，而且解决了燃煤、环保等一系列问题。

5）将蒸汽进行喷淋冷却为热水采暖利用，不仅回收了蒸汽、减少了水资源浪费，且将蒸汽的热量也回收到水中，充分利用热量的同时，使水温在一定范围内保持稳定，起到调节水温的作用；蒸汽热焓较高，温度也较高，同时蒸汽直接与喷淋的冷却水进行换热的方式，接触面积大、换热效率高，简单易行；闷渣蒸汽中的空气可与闷渣循环水中的Fe2+反应生成Fe3+，形成Fe（OH）3胶体悬浮颗粒，颗粒间互相摩擦促使大颗粒迅速下沉，能加速水质澄清。

6）本技术方案在原有闷渣工程基础上改造即可实现，投资少、施工周期短，便于工程化推广。

闷渣蒸汽余热利用技术方案是在现有闷渣设施的基础上，对沉淀池、供水管路、蒸汽系统等设施进行改造，同时配套建设换热器、热水泵组等设施即可实现，该方案在技术上是可行的。

按照一条生产线年产40万t钢渣计算，闷渣蒸汽余热利用技术改造投资约为780万元，余热可实现约21万m2的采暖面积，按照每平米采暖费用26.7元计算，实现收入约560万元/a，利润总额为369万元。经测算税前指标，全部投资回收期为2.38 a（不含建设期），所以该方案在经济上是可行的。

4　结　语

闷渣蒸汽余热利用技术方案应用后，解决了闷渣回水热量不足、热源不稳定、闷渣水质差、不能直接利用等问题，避免了蒸汽排放造成的环境污染。同时，降低了能耗，改善了环境，提高了收益，实现了节能减排和资源综合利用。

Waste Heat Utilization Technology of Steelmaking Slag Tank-type Hot Disintegrating Steam

CHENG Zhihong, SUN Lu, QIN Chuan, JING Guangmin

（Jinan Iron and Steel Group International Engineering and Technology Co., Ltd., Jinan 250101, China）

Abstract:On the basis of the existing slag steam-slaking technology, through the reasonable technical transformation, two stage heat transfer mode are used. That is the steam is directly mixed with the backwater to generate hot water, and then the heat is exchanged with user heating water by heat exchanger. This paper accounts how to recycle and utilize the steam, to avoid the pollution of the environment caused by the discharge of steam, and achieve the effect of energy saving and emission reduction.

Key words:steel slag; slag steam-slaking technology; steam; waste heat utilization

中图分类号：X757

文献标识码：B

文章编号：1004-4620（2016）02-0047-02

收稿日期：2016-01-08

作者简介：程志洪，男，1982年生，2009年毕业于安徽工业大学钢铁冶金专业。现为济钢集团国际工程技术有限公司工程师，从事炼钢工程设计工作。