高爐沖渣水專用換熱器的應用

1、高爐沖渣水專用換熱器的應用劉杰，羅軍杰( 秦皇島同力達冶金化工設備有限公司，河北秦皇島066000)摘 要:針對高爐沖渣水懸浮物高、污物量大的特點，通過各種形式換熱器在沖渣水換熱實際應用中的比較，設計了一種高爐沖渣水專用換熱器。該換熱器具有壓降小、傳熱效率高、不易結垢的特點，尤其在換熱介質(zhì)惡劣的工況下不易污堵且維護方便。實踐應用證明，該換熱器可充分回收高爐沖渣水中的余熱，節(jié)能減排效果顯著，具有很高的推廣與應用價值。關 鍵 詞:高爐; 沖渣水; 換熱器; 節(jié)能1 沖渣水余熱回收的必要性高爐沖渣池是冶煉過程中最末端工藝，高爐煉鐵后產(chǎn)生的大量高溫爐渣通過沖渣水進行冷卻，這一過程中能夠產(chǎn)生大量溫度在7

2、0 85的熱水。通常，為了保證沖渣水的循環(huán)利用效果，需要將這部分沖渣水在沉淀過濾后引入空冷塔，降溫到50以下再次循環(huán)沖渣，或進行自然降溫后繼續(xù)循環(huán)沖渣，大量的熱量被白白損失，既造成了能源的浪費，又對環(huán)境造成了熱污染。高爐沖渣水低溫余熱的特點是: 熱源溫度較低，但其流量卻相當大?；厥崭郀t沖渣水的余熱，既能節(jié)約能源，又能保護環(huán)境，具有重要的意義。目前，對沖渣水余熱的回收方式有: 利用沖渣水采暖或作浴池用水; 沖渣水余熱發(fā)電。沖渣水余熱發(fā)電無疑是一種最有價值的研發(fā)方向，但其技術要求相當高，目前還處于研究階段。利用沖渣水采暖或作浴池用水，已被一些鋼廠采納使用，并帶來一定的經(jīng)濟效益。高爐水渣含有cao、

3、sio2、mgo、al2o3以及少量的fe2o3，ph 值大于7，顯弱堿性。水渣雜質(zhì)在沖渣水中以固體顆粒或懸浮物的形式存在，日積月累，雜質(zhì)將會使采暖系統(tǒng)中的管道、閥門、散熱器發(fā)生大面積淤積、堵塞，所以高爐沖渣水作為采暖熱源不適于直接使用，而通過間接換熱的形式重復利用沖渣水進行采暖或作為浴池用水是首要方向。秦皇島同力達冶金化工設備有限公司集中科研力量，深入鋼廠反復研究、試驗，于2009 年開發(fā)出高爐沖渣水專用換熱器，經(jīng)過實際工程的應用，運行穩(wěn)定，成效顯著。高爐沖渣水專用換熱器于2011 年獲國家實用新型專利( 專利號:cn2011132067. 2) ，適合換熱介質(zhì)在高懸浮物、高粘度等惡劣工況下

4、的實體應用。2 沖渣水余熱回收的設備2. 1 沖渣水專用換熱器沖渣水專用換熱器是由秦皇島同力達冶金化工設備有限公司的研發(fā)專利“螺旋扁管冷壓成型機”( 專利號: 200810054492. 7) 冷壓而成的螺旋狀扁管換熱元件制造而成的新型高效換熱器。螺旋扁管的截面為橢圓形，其管內(nèi)外流道均呈螺旋狀( 見圖1) 。沖渣水專用換熱器除了具有壓降小、傳熱效率高、不易結垢的特點，更具有在換熱介質(zhì)高污物的環(huán)境下不污堵且維護簡易等特性。1) 壓降小。沖渣水專用換熱器結構形式近于管殼式換熱器。管殼式換熱器在殼程為了減少死區(qū)和短路設置了一定數(shù)量的折流板，相應的增加了阻力; 螺旋扁管的應用，使得殼程中介質(zhì)的曲折流動

5、變?yōu)橹苯勇菪亓鲃?，沒有死區(qū)，沒有必要設置折流板，取消折流板，相應降低了阻力。沖渣水專用換熱器和螺旋板式換熱器的壓降約30kpa，而板式換熱器和固定管板式換熱器均在50 100kpa。2) 傳熱效率高。在管程，流體的螺旋流動提高了其湍流程度，減薄了作為傳熱主要熱阻的滯流內(nèi)層的厚度，使管內(nèi)傳熱得以強化。在殼程，因螺旋扁管之間的流道也呈螺旋狀，流體在其間運動時受離心力的作用而周期性地改變速度和方向，從而加強了流體的縱向混合。加之流體經(jīng)過相鄰管子的螺旋線接觸點時形成脫離管壁的尾流，增強了流體自身的湍流程度，使得殼程的傳熱也得以強化( 見圖2) 。管內(nèi)、管外傳熱同時強化的結果，使其傳熱效果較普通管殼式

6、換熱器有大幅度提高，特別對流體粘度大、懸浮物濃度高等流體，其效果尤為突出( 見圖2) 。3) 不易結垢。換熱管內(nèi)外流體均螺旋狀、離心式流動，不斷沖刷管內(nèi)、外壁，使換熱管不易結垢。殼體中無盲區(qū)，殼程和管程上的渦流降低了污垢的沉積。與傳統(tǒng)的管殼式換熱器和板式換熱器相比，螺旋扁管換熱器不易產(chǎn)生污垢，更勝一籌。4) 不堵塞。一旦雜質(zhì)進入換熱器，通過管箱進入換熱管，管子的自身特性使帶有雜質(zhì)的液體離心螺旋湍流流動，雜質(zhì)不會沉積在管內(nèi)。另外，二級安全設計使換熱器完全避免堵塞，二側管箱配置了自動沖洗排污裝置，使聚集在管箱內(nèi)的雜質(zhì)，尤其是沖渣水中絲狀懸浮物，定期自動排出換熱器。管箱設置了清潔機構，若自動排污裝置

7、出現(xiàn)故障，雜質(zhì)及絲狀懸浮物未能及時排出，打開清潔機構可以清除賭塞物并通過排污口排出。5) 維護簡易。換熱器的無污堵，大大減少維護量，僅在采暖期結束停止供暖時，打開清潔機構檢查清理管箱，以備來年使用。2. 2 與其他換熱器比較由于除渣水中的雜質(zhì)很多，尤其是絲狀懸浮物的聚集，易使換熱器賭塞，除渣水專用換熱器與其他換熱器比較具有優(yōu)越性，如表1 所示。3 沖渣水余熱回收的內(nèi)容及技術方案3. 1 余熱回收應用實例目前我國高爐沖渣水的余熱利用多以采暖為主，尤其北方的鋼廠，如河北鋼鐵集團遷安鑫達有限公司、河北鋼鐵集團唐山榮信鋼鐵有限公司、吉林遼源鑫達鋼鐵公司等企業(yè)采用高爐沖渣水專用換熱器，利用高爐沖渣水為廠

8、區(qū)供暖，取得良好的運行效果，技術工藝非常成熟。某公司3 座高爐，其沖渣水循環(huán)水量4200t /h，70 85的低溫熱水，最少可提供48800kw 熱量，按利用95% 的熱效率，可供建筑面積近60 萬m2的居民采暖、建筑面積8 萬m2 的廠區(qū)采暖及3000人職工洗浴。這些熱量不被利用，不但白白浪費掉，還對周圍環(huán)境造成熱污染。如果將除渣水的余熱代替住宅區(qū)的區(qū)域鍋爐房，不但居民采暖收益，還為國家節(jié)約燃煤，減輕了廠區(qū)內(nèi)的熱污染，杜絕了由于鍋爐房燃煤向大氣排放的二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、粉塵等大氣污染及鍋爐房排污造成的水污染，且沖渣水溫度的降低，還可提高高爐爐渣的品質(zhì)，提高爐渣制成的水泥活性，這是一

9、個利國利民的好項目。另外，該公司原廠區(qū)內(nèi)的8 萬m2的綜合樓、辦公樓、宿舍、車間等采暖，是采用的蒸汽采暖，如果將高爐除渣水的余熱代替原來用于采暖的蒸汽，將蒸汽用于發(fā)電，可有效緩解電力不足。3. 2 余熱回收方案3. 2. 1 技術參數(shù)的確定(見表2)3. 2. 2 換熱器的選型居民及廠區(qū)采暖需供熱量42860kw，選用模塊式除渣水專用換熱器lxbg/w 0. 6 /1. 6 共4 組，每組最大供熱量12000kw，模塊式換熱器每組2 臺，4組共計8 臺，其中7 臺運行1 臺備用。生活水選用模塊式除渣水專用換熱器lxbg/w 0. 6 /1. 6 i 一組，每組2 臺，1用1 備。由于廠區(qū)職工洗

10、浴淋浴器無混水裝置，為了洗浴供水的穩(wěn)定，將換熱器與蓄熱水箱配合使用，以確保洗浴的用水量和適合的洗浴水溫度。3. 2. 3 系統(tǒng)工作原理換熱站內(nèi)主要設備為: 除渣水專用換熱器、采暖水循環(huán)泵、補水泵、軟化水箱、除渣水專用過濾器、采暖水過濾器、分水器、集水器、穩(wěn)壓罐、穩(wěn)壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、換熱器反沖洗自動排污系統(tǒng)、管路、閥門、儀器儀表等。除渣水池中的除渣水( 一次熱媒) 經(jīng)除渣水循環(huán)泵泵入換熱系統(tǒng)，經(jīng)除渣水專用過濾器進入換熱器，除渣水在換熱器內(nèi)通過螺旋扁管與采暖水進行間接換熱，把熱量傳遞給采暖水，降溫后排回除渣水池。二次冷媒的采暖回水流回集水器后，流經(jīng)不銹鋼芯除污器除污后，經(jīng)循環(huán)泵打入換熱器被加熱流入

11、分水器后供用戶使用，周而復始實現(xiàn)供暖。4 經(jīng)濟效益分析4. 1 換熱站投資預算統(tǒng)計(見表3)4. 2 供熱量折合燃煤節(jié)約的費用民用建筑節(jié)能設計標準中規(guī)定了標準煤的熱值8140w/kg，換熱站提供采暖的換熱量42860kw。日節(jié)煤126t，則日節(jié)約126000 元。生活水的換熱量為3500kw，按每班運行4h，日節(jié)約5160 元，合計節(jié)約131160 元/d。4. 3 運行費用1) 水費。采暖系統(tǒng)容水量約5000m3，按補水量2000m3 /d，軟化水按4 元/m3 計，則水費為8134元/d;2) 電費。運行功率1100kw，電費19800 元/d( 水泵運行按平均18h /d 計，電費按1

12、元/kwh計) ; 生活水運行功率按30kw( 比原系統(tǒng)多出的費用) ，按日運行12h 計，共360 元/d( 電費按1 元/kwh 計) ;合計運行費用為28294 元/d。4. 4 投資回收期投資回收期為10250000 /( 131160 28294) =100d。可見，約3 個月即可回收換熱站的投資。5 結論高爐沖渣水換熱用于采暖，使沖渣水得到降溫，減少沖渣水量的蒸發(fā)，降低了生產(chǎn)成本和采暖成本，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。高爐沖渣水擁有巨大的余熱資源，是鋼鐵廠節(jié)能降耗的重點內(nèi)容。參 考 文 獻1 崔海亭，彭培英 強化傳熱新技術及其應用m 北京:化學工業(yè)出版社， 20062 李春蘭 新型高效螺旋扁管換熱器