高爐沖渣水專用換熱器的應(yīng)用

1、高爐沖渣水專用換熱器的應(yīng)用劉杰，羅軍杰( 秦皇島同力達(dá)冶金化工設(shè)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(diǎn)，通過各種形式換熱器在沖渣水換熱實(shí)際應(yīng)用中的比較，設(shè)計(jì)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(jié)垢的特點(diǎn)，尤其在換熱介質(zhì)惡劣的工況下不易污堵且維護(hù)方便。實(shí)踐應(yīng)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(yīng)用價(jià)值。關(guān) 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(jìn)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(jìn)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(fèi)，又對環(huán)境造成了熱污染。高爐沖渣水低溫余熱的特點(diǎn)是: 熱源溫度較低，但其流量卻相當(dāng)大?；厥崭郀t沖渣水的余熱，既能節(jié)約能源，又能保護(hù)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(jià)值的研發(fā)方向，但其技術(shù)要求相當(dāng)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(jì)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(huì)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(fù)利用沖渣水進(jìn)行采暖或作為浴池用水是首要方向。秦皇島同力達(dá)冶金化工設(shè)備有限公司集中科研力量，深入鋼廠反復(fù)研究、試驗(yàn)，于2009 年開發(fā)出高爐沖渣水專用換熱器，經(jīng)過實(shí)際工程的應(yīng)用，運(yùn)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(shí)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(shí)體應(yīng)用。2 沖渣水余熱回收的設(shè)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(dá)冶金化工設(shè)備有限公司的研發(fā)專利“螺旋扁管冷壓成型機(jī)”( 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(jié)垢的特點(diǎn)，更具有在換熱介質(zhì)高污物的環(huán)境下不污堵且維護(hù)簡易等特性。1) 壓降小。沖渣水專用換熱器結(jié)構(gòu)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(shè)置了一定數(shù)量的折流板，相應(yīng)的增加了阻力; 螺旋扁管的應(yīng)用，使得殼程中介質(zhì)的曲折流動(dòng)

5、變?yōu)橹苯勇菪亓鲃?dòng)，沒有死區(qū)，沒有必要設(shè)置折流板，取消折流板，相應(yīng)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(dòng)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(qiáng)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(yùn)動(dòng)時(shí)受離心力的作用而周期性地改變速度和方向，從而加強(qiáng)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(diǎn)時(shí)形成脫離管壁的尾流，增強(qiáng)了流體自身的湍流程度，使得殼程的傳熱也得以強(qiáng)化( 見圖2) 。管內(nèi)、管外傳熱同時(shí)強(qiáng)化的結(jié)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(jié)垢。換熱管內(nèi)外流體均螺旋狀、離心式流動(dòng)，不斷沖刷管內(nèi)、外壁，使換熱管不易結(jié)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(jìn)入換熱器，通過管箱進(jìn)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(dòng)，雜質(zhì)不會(huì)沉積在管內(nèi)。另外，二級安全設(shè)計(jì)使換熱器完全避免堵塞，二側(cè)管箱配置了自動(dòng)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(dòng)排出換熱器。管箱設(shè)置了清潔機(jī)構(gòu)，若自動(dòng)排污裝置

7、出現(xiàn)故障，雜質(zhì)及絲狀懸浮物未能及時(shí)排出，打開清潔機(jī)構(gòu)可以清除賭塞物并通過排污口排出。5) 維護(hù)簡易。換熱器的無污堵，大大減少維護(hù)量，僅在采暖期結(jié)束停止供暖時(shí)，打開清潔機(jī)構(gòu)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(shù)方案3. 1 余熱回收應(yīng)用實(shí)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(tuán)遷安鑫達(dá)有限公司、河北鋼鐵集團(tuán)唐山榮信鋼鐵有限公司、吉林遼源鑫達(dá)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(yùn)行效果，技術(shù)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?zé)崴?，最少可提?8800kw 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(fèi)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(gè)利國利民的好項(xiàng)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(shù)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(tái)，4組共計(jì)8 臺(tái)，其中7 臺(tái)運(yùn)行1 臺(tái)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(tái)，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(shè)備為: 除渣水專用換熱器、采暖水循環(huán)泵、補(bǔ)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(dòng)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(jìn)入換熱器，除渣水在換熱器內(nèi)通過螺旋扁管與采暖水進(jìn)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(fù)始實(shí)現(xiàn)供暖。4 經(jīng)濟(jì)效益分析4. 1 換熱站投資預(yù)算統(tǒng)計(jì)(見表3)4. 2 供熱量折合燃煤節(jié)約的費(fèi)用民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行4h，日節(jié)約5160 元，合計(jì)節(jié)約131160 元/d。4. 3 運(yùn)行費(fèi)用1) 水費(fèi)。采暖系統(tǒng)容水量約5000m3，按補(bǔ)水量2000m3 /d，軟化水按4 元/m3 計(jì)，則水費(fèi)為8134元/d;2) 電費(fèi)。運(yùn)行功率1100kw，電費(fèi)19800 元/d( 水泵運(yùn)行按平均18h /d 計(jì)，電費(fèi)按1

12、元/kwh計(jì)) ; 生活水運(yùn)行功率按30kw( 比原系統(tǒng)多出的費(fèi)用) ，按日運(yùn)行12h 計(jì)，共360 元/d( 電費(fèi)按1 元/kwh 計(jì)) ;合計(jì)運(yùn)行費(fèi)用為28294 元/d。4. 4 投資回收期投資回收期為10250000 /( 131160 28294) =100d?？梢姡s3 個(gè)月即可回收換熱站的投資。5 結(jié)論高爐沖渣水換熱用于采暖，使沖渣水得到降溫，減少?zèng)_渣水量的蒸發(fā)，降低了生產(chǎn)成本和采暖成本，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(diǎn)內(nèi)容。參 考 文 獻(xiàn)1 崔海亭，彭培英 強(qiáng)化傳熱新技術(shù)及其應(yīng)用m 北京:化學(xué)工業(yè)出版社， 20062 李春蘭 新型高效螺旋扁管換熱器