一、爐沖渣水余熱利用背景及螺桿膨脹機余熱發(fā)電

鋼鐵廠(chǎng)在爐煉鐵工藝中，產(chǎn)生的爐渣溫度約為1000℃。目前，多數煉鐵企業(yè)的處理方法是：將此爐渣在沖渣箱內由沖渣泵提供的速水流急冷沖成水渣并粒化，以供生產(chǎn)水泥之用。這一過(guò)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(guò)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，又對環(huán)境造成了熱污染。

目前，爐沖渣水余熱回收利用主要應用于余熱發(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(chǎng)爐沖渣水排出時(shí)溫度為80～95℃，經(jīng)沉淀雜預處理進(jìn)人殊設計的蒸發(fā)換熱器和預熱換熱器，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。換熱介在換熱器內吸收熱量變成80℃的過(guò)熱蒸氣，然進(jìn)入氣輪機膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機轉動(dòng)，輸出電能。做功的換熱介變成壓過(guò)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(guò)熱蒸氣推動(dòng)氣輪機膨脹做功。如此連續循環(huán)，將爐沖渣水中的熱量源源不斷地提取出來(lái)，轉換成電能。

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，但運行過(guò)程需補充冷卻水;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。

2.2螺桿膨脹機余熱發(fā)電簡(jiǎn)介

螺桿膨脹機是一種專(zhuān)門(mén)回收各種品位熱能發(fā)電的發(fā)電機組，有通用性強、熱能適用廣、使用維護安全便捷、節能等特點(diǎn)，在不影響用戶(hù)正常生產(chǎn)的前提下實(shí)現節能減排和經(jīng)濟增效的投運。

工業(yè)熱液(75℃以上)的應用范圍：

熱水溫度150℃以上，可以直接用“螺桿膨脹動(dòng)力機組+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(mǎn)足采暖系統水要求，所以爐沖渣水必須過(guò)濾才能進(jìn)入采暖系統。采暖循環(huán)水泵應采用熱水泵，1用1備。對于流量較的采暖系統，可增設l臺流量為設計流量70%的熱水泵，在室外采暖計算溫度較時(shí)使用，使采暖系統的溫度調節實(shí)現分階段調節。采暖蓄水池水溫通常可達70℃以上，當室外溫度升時(shí)，水溫也會(huì )隨之升，所以采暖系統供水溫度可達7O一8O℃，供水和回水溫差為10℃。當采暖期室外溫度較時(shí)，可向采暖蓄水池補充蒸汽，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，使水溫達到浴池用水溫度。

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

3)換熱器安裝方便。渣水分離系統設有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?jì)H為標準換熱器重量的1/6，價(jià)格僅為標準換熱器重量的1/7。

4)換熱效率。渣水分離系統有充足的給水水源，能使給水在不加壓的情況下通過(guò)換熱器進(jìn)入蓄水池，從而很經(jīng)濟地完成換熱功能。其中，換熱器結構采用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。因為沖渣過(guò)程對循環(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，在爐沖渣水系統中，可將空冷塔設計成只有補充水系統而無(wú)排污系統的循環(huán)系統。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，使爐渣和爐沖渣水通過(guò)濾池時(shí)將爐渣截流在濾池內，并將爐沖渣水過(guò)濾排出。過(guò)濾的爐沖渣水中懸浮物含量很少，且在渣濾過(guò)程中可降爐沖渣水的暫時(shí)硬度，濾料也不必反復沖洗，故爐沖渣水循環(huán)使用較易實(shí)現。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，槽底和槽壁均由不銹鋼絲網(wǎng)制成，猶如濾池，但脫水面積遠于濾池，且占地面積較小。脫水的水渣由脫水槽下部的閥門(mén)控制排出，裝車(chē)外運;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轉鼓脫水法

轉鼓脫水法是將爐渣和爐沖渣水的渣水混合物引至1個(gè)轉動(dòng)的圓筒形設備內，使爐渣和爐沖渣水均勻分配進(jìn)人轉鼓。轉鼓的外筒是由不銹鋼絲編織的網(wǎng)格結構，所以進(jìn)入轉鼓的爐渣和爐沖渣水很快得到分離。爐沖渣水通過(guò)爐渣和轉鼓外筒從轉鼓的下部流出，爐渣則隨轉鼓一起做圓周運動(dòng)。當爐渣被帶到轉鼓的上部時(shí)，依靠自重落至轉鼓中心的輸出皮帶機上，由輸出皮帶機將爐渣運出，實(shí)現爐沖渣水與爐渣的分離。由于所有的爐渣均在轉鼓內被分離，沒(méi)有浮渣產(chǎn)生，所以不必再設置沉淀設施，明顯提高了渣水分離效率。

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