一、爐沖渣水余熱利用背景及螺桿膨脹機(jī)余熱發(fā)電

鋼鐵廠在爐煉鐵工藝中，產(chǎn)生的爐渣溫度約為1000℃。目前，多數(shù)煉鐵企業(yè)的處理方法是：將此爐渣在沖渣箱內(nèi)由沖渣泵提供的速水流急冷沖成水渣并?；?，以供生產(chǎn)水泥之用。這一過程中能夠產(chǎn)生量溫度在80~95℃的熱水。通常，為了保證沖渣水的循環(huán)利用，需要將這部分沖渣水在沉淀過濾引入空冷塔，降溫到50℃以下再次循環(huán)沖渣。這樣就使得很一部分熱量在空冷塔中流失，既造成了能源的浪費(fèi)，又對(duì)環(huán)境造成了熱污染。

目前，爐沖渣水余熱回收利用主要應(yīng)用于余熱發(fā)電、冬季采暖和浴池用水。

二、爐沖渣水余熱利用解決方案

2.1余熱發(fā)電

基本原理為：煉鐵廠爐沖渣水排出時(shí)溫度為80～95℃，經(jīng)沉淀雜預(yù)處理進(jìn)人殊設(shè)計(jì)的蒸發(fā)換熱器和預(yù)熱換熱器，將爐沖渣水熱量傳遞給換熱介，溫度降至約5O℃，再送回爐沖渣，從而回收一定量的余熱。換熱介在換熱器內(nèi)吸收熱量變成80℃的過熱蒸氣，然進(jìn)入氣輪機(jī)膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出電能。做功的換熱介變成壓過熱蒸氣，進(jìn)入冷凝器放出熱量，變成溫、壓的液體換熱介，然由泵送至換熱器中吸熱，再次變成過熱蒸氣推動(dòng)氣輪機(jī)膨脹做功。如此連續(xù)循環(huán)，將爐沖渣水中的熱量源源不斷地提取出來，轉(zhuǎn)換成電能。

圖1、爐沖渣水余熱發(fā)電工藝流程圖

冷凝器冷卻方式包括水冷式和風(fēng)冷式2種。其中，水冷式冷凝器投資較，投資回收期較短，但運(yùn)行過程需補(bǔ)充冷卻水;風(fēng)冷式冷凝器凈發(fā)電量較少，但不需要冷卻水，比較適合干旱缺水地區(qū)。

2.2螺桿膨脹機(jī)余熱發(fā)電簡(jiǎn)介

螺桿膨脹機(jī)是一種專門回收各種品位熱能發(fā)電的發(fā)電機(jī)組，有通用性強(qiáng)、熱能適用廣、使用維護(hù)安全便捷、節(jié)能等特點(diǎn)，在不影響用戶正常生產(chǎn)的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)增效的投運(yùn)。

工業(yè)熱液(75℃以上)的應(yīng)用范圍：

熱水溫度150℃以上，可以直接用“螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)組+冷凝器”回收發(fā)電

熱水溫度70-150℃范圍，可以采用“雙循環(huán)螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)組+冷凝器”回收發(fā)電

圖2、螺桿發(fā)電流程圖

2.3冬季采暖

爐沖渣水在渣池中沉淀仍含有很多爐渣雜，不能滿足采暖系統(tǒng)水要求，所以爐沖渣水必須過濾才能進(jìn)入采暖系統(tǒng)。采暖循環(huán)水泵應(yīng)采用熱水泵，1用1備。對(duì)于流量較的采暖系統(tǒng)，可增設(shè)l臺(tái)流量為設(shè)計(jì)流量70%的熱水泵，在室外采暖計(jì)算溫度較時(shí)使用，使采暖系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)分階段調(diào)節(jié)。采暖蓄水池水溫通?？蛇_(dá)70℃以上，當(dāng)室外溫度升時(shí)，水溫也會(huì)隨之升，所以采暖系統(tǒng)供水溫度可達(dá)7O一8O℃，供水和回水溫差為10℃。當(dāng)采暖期室外溫度較時(shí)，可向采暖蓄水池補(bǔ)充蒸汽，以提供水溫度。

2.4浴池用水

采用爐沖渣水作為浴池用水的熱源，該工藝的特點(diǎn)如下：

1)余熱易回收。爐沖渣水水溫達(dá)85℃，浴池用水溫度一般為40℃，采用換熱器可以很容易回收爐沖渣水的余熱，使水溫達(dá)到浴池用水溫度。

2)熱水輸送方便。由于采暖管道已鋪設(shè)至廠區(qū)及屬區(qū)，所以熱水輸送管道路由的選擇及工程測(cè)量均可省略。另熱水輸送量不是很大，熱水輸送管道可直接架設(shè)在采暖回水管道上，從而節(jié)省量的鋼材消耗。

3)換熱器安裝方便。渣水分離系統(tǒng)設(shè)有22m×3m×12m的熱水井，換熱器安裝在熱水井中，可不受形狀和數(shù)量的限制。同時(shí)，自制的換熱器重量輕、價(jià)格，在換熱面積相同的情況下，自制換熱器的重量?jī)H為標(biāo)準(zhǔn)換熱器重量的1/6，價(jià)格僅為標(biāo)準(zhǔn)換熱器重量的1/7。

4)換熱效率。渣水分離系統(tǒng)有充足的給水水源，能使給水在不加壓的情況下通過換熱器進(jìn)入蓄水池，從而很經(jīng)濟(jì)地完成換熱功能。其中，換熱器結(jié)構(gòu)采用u型排管形式。

泵房及熱水輸送管道布置如圖3所示：

給排水系統(tǒng)如圖4所示。

三、爐沖渣水的渣水分離

爐渣水淬方式分為渣池水淬和爐前水淬2種，爐沖渣水一般指爐前水淬所產(chǎn)生的廢水。因?yàn)闆_渣過程對(duì)循環(huán)水要求較，所以爐沖渣水經(jīng)渣水分離即可循環(huán)使用，溫度一些也不會(huì)影響沖渣，因而，在爐沖渣水系統(tǒng)中，可將空冷塔設(shè)計(jì)成只有補(bǔ)充水系統(tǒng)而無排污系統(tǒng)的循環(huán)系統(tǒng)。爐沖渣水渣水分離的方式主要有渣濾法、槽式脫水法(RASA拉薩法)和轉(zhuǎn)鼓脫水法(INBA印巴法)3種。

1.1渣濾法

渣濾法是將爐渣和爐沖渣水的渣水混合物引入濾池，由爐渣作為濾料，使?fàn)t渣和爐沖渣水通過濾池時(shí)將爐渣截流在濾池內(nèi)，并將爐沖渣水過濾排出。過濾的爐沖渣水中懸浮物含量很少，且在渣濾過程中可降爐沖渣水的暫時(shí)硬度，濾料也不必反復(fù)沖洗，故爐沖渣水循環(huán)使用較易實(shí)現(xiàn)。但濾池占地面積，一般需幾個(gè)濾池輪換作業(yè)，且難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，所以渣濾法只適用于小爐的渣水分離。

1.2槽式脫水法

槽式脫水法是將爐沖渣水用泵打入脫水槽內(nèi)，槽底和槽壁均由不銹鋼絲網(wǎng)制成，猶如濾池，但脫水面積遠(yuǎn)于濾池，且占地面積較小。脫水的水渣由脫水槽下部的閥門控制排出，裝車外運(yùn);脫水槽出水夾帶浮渣，將其與浮渣一并送入沉淀池，沉淀的水渣再返回脫水槽，溢流水經(jīng)冷卻循環(huán)使用。

1.3轉(zhuǎn)鼓脫水法

轉(zhuǎn)鼓脫水法是將爐渣和爐沖渣水的渣水混合物引至1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的圓筒形設(shè)備內(nèi)，使?fàn)t渣和爐沖渣水均勻分配進(jìn)人轉(zhuǎn)鼓。轉(zhuǎn)鼓的外筒是由不銹鋼絲編織的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，所以進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓的爐渣和爐沖渣水很快得到分離。爐沖渣水通過爐渣和轉(zhuǎn)鼓外筒從轉(zhuǎn)鼓的下部流出，爐渣則隨轉(zhuǎn)鼓一起做圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)爐渣被帶到轉(zhuǎn)鼓的上部時(shí)，依靠自重落至轉(zhuǎn)鼓中心的輸出皮帶機(jī)上，由輸出皮帶機(jī)將爐渣運(yùn)出，實(shí)現(xiàn)爐沖渣水與爐渣的分離。由于所有的爐渣均在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)被分離，沒有浮渣產(chǎn)生，所以不必再設(shè)置沉淀設(shè)施，明顯提高了渣水分離效率。

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