钢铁工业废热用于市政采暖项目的工程实例及工艺分析

钢铁工业废热用于市政采暖项目的工程实例及工艺分析

黄文君刘振奇

河钢邯钢邯宝公司河北省邯郸市056001

摘要：本工程针对河钢邯钢邯宝公司余热回收用于当地市政采暖项目，阐述了多个废热供热点的串联工艺，将钢铁工业产能废热，设计回收用于市政冬季供暖。利用1、2#高炉冲渣水余热建设两座冲渣水换热站、1、2#高炉冲渣乏气余热建设四座冲渣乏气换热站、1、2#烧结机烧结环冷热风余热建设两座烧结环冷热风换热站，在设计热值不足的情况下，增设蒸汽换热站作为热能补充，高效回收工业废热用于市政采暖民生工程，是钢铁企业环保转型，与城市共融的重要改革开端。

关键词：钢铁工业废热利用；市政供热

一、概述

钢铁产业在生产中产生大量的余热余能。高温余热的回收容易受到重视，在目前的节能降耗技术改造中大部分已得到回收；但低温余热却往往被忽视，如高炉冲渣水的余热，大多被浪费掉。高炉冲渣池是冶炼过程中最末端工艺，大量高温炉渣通过冲渣水进行冷却，这一过程中能够产生大量温度在75~85℃的热水。在邯宝炼铁厂工程实例中，需要将冲渣水在沉淀过滤后引入冷却塔，降温到60℃以下进行循环使用，造成热量的浪费，和对环境的污染。高炉冲渣水低温余热的特点是：热源温度较低，但其流量却相当大。采用冲渣水余热回收装置供热系统进行供暖，环保和节能，可全面提高能源利用效率，节省开支，提高供热质量，极大程度的缩减了供暖成本及生产成本。

二、工艺简介

该项目针对INBA法高炉冲渣水及高炉冲渣乏汽余热提供系统解决方案，进行废热回收供暖。该项目将高炉及烧结余热废热进行串联回收，高炉冲渣水专用一级过滤机组，高炉冲渣水专用二级过滤机组、高炉冲渣水专用换热器等设备成为高炉冲渣水余热回收系统的标准配置，不但能够有效防止冲渣水沉渣、浮渣、悬渣及渣棉堵塞过滤器、换热器，而且能够有效防止过滤器、换热器及管道阀门的高炉冲渣水硅酸盐结晶结垢。

钢铁工业是耗能大户，矿石烧结工序能耗占钢铁生产能耗的10%以上，烧结排气带走烧结能耗的50%。环冷机高温段250～450℃的废气可达每小时几十万标立米。含尘浓度约达116g/m3。如果直接排入大气，不但极大地浪费能源，而且对环境将造成严重的热污染和粉尘污染。根据目前对钢铁厂余热资源的全面调查，烧结环冷机中低温段热风及烧结烟气是钢铁厂至今尚未普遍利用的最好的余热资源。因此，设置环冷余热利用装置及烧结烟气回收装置环进行余热回收，既符合《中华人民共和国节约能源法》和中央有关节能减排的政策，又具有一定的社会和经济效益。

该工程项目针对钢铁工业产能废热，设计回收用于市政冬季供暖。利用1、2#高炉冲渣水余热建设两座冲渣水换热站、1、2#高炉冲渣乏气余热建设四座冲渣乏气换热站、1、2#烧结机烧结环冷热风余热建设两座烧结环冷热风换热站，以及蒸汽换热站。

在邯宝公司余热利用项目中，结合公司生产实际，进行工艺优化调整，针对热值不足的现状，加设蒸汽站，设置于总体工艺的最后一个站区，起到整个系统的保安作用，确保了冬季市政复兴区供热温度的稳定保障。该项目年回收热能146.8MW，冬季全部用于厂区及市政复兴区300万平居民供暖。

市政供暖工艺设计图如下：

三、系统优化改造

在技术改造实施期间，根据实际生产情况，进行了工艺优化改进。技术协议中1、2#烧结机烟气余热无法回收，热值不足成为制约建设和生产的主要原因。因邯宝炼铁厂烧结烟气脱硫脱硝项目要求，烧结机主抽烟气入口温度不可低于130℃，受其影响1、2#烧结机主抽烟气余热热量无法回收利用。这一变故造成设计热值不足，最终改为由蒸汽代为补充。

根据初步设计，单系列烧结机大烟道烟气量（与主抽排烟量相同）100-120万m3/h，排烟温度100-170℃。投标文件中此部分的热量取平均值烟气平均流量按108万m3/h，排烟平均温度按135℃，换热后排烟温度为90℃。根据烟气焓值表得出：135℃烟气焓值183.61kJ/Nm3；90℃烟气焓值121.61kJ/Nm3；因此，焓值差62kJ/Nm3。

因此，单系列大烟道烟气热量=（135℃烟气焓值-90℃烟气焓值）*烟气流量*换热效率=（183.61kJ/Nm3-121.61kJ/Nm3）*1080000Nm3*0.85=15.81MW。由此得出2台360m2烧结机大烟道烟气可提取热量31.62MW；按照热力计算通用的单位换算方式，1MW/h=1.43吨蒸汽，则对应每小时蒸汽量：31.62*1.43=45.2452t/h

蒸汽换热站主要工艺采用管壳式汽水换热器，回收利用烧结余热发电高低压蒸汽量45t/h后，额外补充主蒸汽管网蒸汽35t/h，用于应急补充。主要工艺图如下：

主要供气方案和参数说明：1）蒸汽供热主要分为保安蒸汽供热和持续蒸汽供热两路；2）蒸汽主管道介质参数：压力0.8～1.0Mpa，温度196～260℃的过热蒸汽；3）烧结发电站的工况说明：冬季单台锅炉的产蒸汽量约30t/h，温度300～350℃，压力1.5～1.7Mpa的过热蒸汽；4）烧结余热发电双压锅炉低压汽包产生的蒸汽可提供使用，蒸汽参数：冬季期间两台锅炉合计流量15t/h，压力0.3～0.5Mpa，温度100-200℃；5）保安蒸汽接入点在主管网上，从主管网管取两个接入点和并为一根DN300作为保安蒸汽，保安蒸汽供热35t/h。此保安蒸汽平常不允许使用，只有在高炉计划休风情况使用。

其中，蒸汽换热站的系统优化点还有一处，在于后期生成的冷凝水回收去向：由于烧结余热发电所用冷凝水水质必须保证二级除盐水（硬度≦10umol/L；氯根≦15；电导率≦20μs/cm）及以上，因此，采用单供单回的方式，避免二次污染，其余冷凝水实测水质达到一级除盐水水质（硬度≦45umol/L；氯根≦50；电导率≦150μs/cm），温度达到95℃以上，采用加压泵打入市政采暖主管网作为补充水，水质优于市政采暖热媒循环水水质，充分回收热源，提高热值利用率，并很好的解决了热媒水末端管路压力低的问题，保证末端压力0.5MPa以上运行。同时另设置一路或排入厂区排水主管网，当冷凝水无排放途径时，利用预压打入生产水主管网，也是优质补水水源，这样可避免冷凝水外排下水道造成的浪费和废热二次污染。

四、项目实施创效情况

该项目作为一项重大的民生工程，有着斥资几个亿的庞大建设规模，建成难度巨大，在克服了重重困难后，实现项目按期投产，保证了复兴区400万㎡居民采暖需求，为城市大气治理、防治雾霾、减少有害气体排放量等方面将作出积极贡献。按照季末热值总数8831600GJ，按照低于市场价20元/GJ计，年可创效8831600*20=17663万元。

蒸汽站的热值补足和备用，很好的解决了烧结大烟道热值无法回收利用的客观不利条件，并且在高炉休风或烧结环冷机检修过程中，热值不够时，作为很好的补充，值得国内同类改造项目借鉴，年可创造经济价值150万元左右。

五、结语

河钢邯钢邯宝公司余热利用项目的建成投产，为市政400万㎡复兴区居民送去温暖，为邯郸市的大气治理、防治雾霾、减少有害气体排放量等方面将作出积极贡献。成功体现了我公司以技术创新、管理提升为驱动，成为了钢铁企业生产发展与城市建设和谐发展、相互依存的企业典范。助推了我公司环保转型的步伐，打造我公司成为生产建设与城市发展有机结合、和谐并进、相互依存的企业典范。

参考文献

[1]李德英.供热工程[J].中国建筑工业出版社，2006（4）：68