高炉INBA废水节能技术的现状及趋势

周泳++李丽坤++黄建阳++张垒++王丽娜++付本全

摘 要：目前，我国钢铁企业经营利润率已降到2.5%左右，出现一批企业亏损，迫使钢铁企业要在节能降耗上下功夫。纵观整个钢铁生产工艺流程，炼铁系统能耗及生产成本分别占全流程的70%和73%，污染物排放占75%以上，所以炼铁系统要承担钢铁联合企业节能减排、降低成本、实现生产过程环境友好的重任。为此，干熄焦技术（CDQ）、高炉炉顶煤气发电技术（TRT）、高炉炉渣显热回收技术、高炉低热值煤气燃烧技术、高炉煤气脱除CO2循环利用技术等先进的节能技术应运而生。通过应用各类节能技术，国内钢铁企业对高炉区域的高品位余热资源的回收，已取得了一批可喜的成绩。即便如此，对水质波动较大、余热资源品位低的高炉冲渣水余热的回收还需要做大量创新性的摸索，尤其是应用这部分余热发电的技术，近年来已成为全行业急需解决的难题。本文将综合分析高炉INBA废水节能技术的现状，结合国内多家钢铁企业已有之经验，探讨高炉冲渣水余热回收技术的发展趋势，以期为钢铁企业在开展该项工作时提供重要参考。

关键词：高炉渣 水淬处理 节能

中图分类号：X756 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（a）-0063-02

高炉渣是高炉炼铁的副产品，其主要成分为氧化钙、氧化镁、三氧化二铝、二氧化硅，约占炉渣总量的95%，排出温度在1450 ℃ ～1650 ℃之间。现代高炉炼铁生产中，炉渣的处理主要采用水力冲渣方式进行，仅在事故应急处理时才采用干渣处理方法[1]。随着高炉工艺的不断发展和完善，应用水淬的形式处理高炉炉渣又可主要分为因巴法（INBA）、图拉法（TYNA）、拉萨法（RASA）、底滤法（COCP）、明特克法（MTC）等五种方法[2-5]。总体而言，采用以上这些方法通常都会导致大量的热量散失，并排放大量含尘蒸汽以及二氧化硫、硫化氢等危险有毒气体，可谓既浪费能源，又污染环境，因而如何实现高炉冲渣水的余热回收利用，已成为钢铁行业实施节能减排的主要课题。

我国北方地区的钢铁联合企业，结合该区域冬季有近4个月的采暖时间，已尝试采用高炉冲渣水的余热在冬季为厂区及周边职工生活区域供暖[3]，如鞍钢、首钢、邯钢、济钢、唐钢等，以此种方式，每年冬季这些钢铁联合企业可以节省大量采暖成本，同时也有效降低了煤和天然气的使用，减少了温室气体的排放。

宝钢通过不断跟踪节能技术发展及应用效果，积极推进成熟技术快速应用，适当提高研究难度，不断提高区域低品位余热资源梯级利用，目前正从高炉冲渣水供应热水、低温发电和余热制冷三个方面，逐步实现高炉区域低品位余热资源热电冷三联供方案[6]。

武钢作为中国中部特大型钢铁联合企业，为响应我国“中部崛起”的号召，针对武汉地区冬季采暖时间较短，高炉冲渣水水质波动大，高炉区域用地紧张等特点，正从技术的角度对如何科学使用这部分低品位的余热，节能改造，进行更深入的探索[7]。

随着技术的发展，仅通过简单的换热方式，将高炉冲渣水的热量回收用于采暖的思路必将成为一项成熟、便捷的方法，而通过更为先进的工艺和设备如：热泵、螺杆膨胀机等，将高炉冲渣水中低品位的热量源源不断地提取出来，转换成高品位的电能，必将成为一种发展趋势，推动我国节能环保技术向世界一流水平发展[5]。为此，本文将结合国内多家钢铁企业已有之经验，探讨高炉冲渣水余热回收技术的现状及发展趋势，以期为钢铁企业在开展该项工作时提供重要参考。目前，国内外有关这方面的综述和现场试验数据的报告鲜见报道。

1 冲渣水余热回收技术的现状

通过综合分析已公开报道的信息得知：在国内钢铁联合企业中，高炉冲渣水余热回收技术发展至今已经历了以下几个阶段：浴池用水→冬季采暖→提高超滤进水温度（简称超滤暖水）→供海水淡化。由于将高炉冲渣水用于浴池用水（例如：宣钢[8]）和冬季采暖工艺（例如：鞍钢、首钢、邯钢、济钢、唐钢等[9-11]）已使用了近20多年，工艺非常成熟，因而本文介绍从略。

1.1 超滤暖水

唐钢不锈钢公司二期软水站采用河道水作为原水，经过高密澄清池+V形滤池工艺处理后，一部分作为生产用水，另一部分作为制备软水使用，该软水制备采用超滤+反渗透制水工艺。由于超滤要求进水温度为20 ℃，但唐山地区冬季平均气温在2℃左右，冬季河道水的温度不能满足超滤进水的需求，造成超滤系统制水能力大幅降低，只有设计能力的25%左右。为了满足超滤系统的需求，同时考虑厂区能源的综合利用，对高炉水冲渣余热进行回收利用，以提高超滤进水温度。高炉冲渣水余热回收工艺流程见图1。

唐钢二期高炉水冲渣项目经过近1个月的运行，换热效果明显，高炉水冲渣水的温度由60 ℃降低到30 ℃，超滤进水的温度由2 ℃提高到25 ℃以上，完全能够满足超滤对水温的要求，制水能力恢复到原来水平，比换热前的制水能力提高了近3倍。高炉余热利用运行仅增加了2台二次循环水泵运行费用，约为锅炉燃煤费用的6%，每年可节约l万t标煤，节能减排经济效益、环境效益明显[12]。

1.2 供海水淡化

首钢京唐钢铁联合有限责任公司（简称京唐钢铁公司）炼铁厂建设2座5500 m3高炉，其中1号高炉自2009年5月21日正式投产以来，高炉冲渣系统每小时循环冲渣水2880 t。

京唐钢铁公司同期建设了目前全国最大的海水淡化工程，一期建设规模5万t/d，其中一期一步产水规模2.5万t/d，并且已经投入使用，该工程选用热法工艺，带热压缩的低温多效（MED一TVC）工艺是基于入料海水的部分蒸发，蒸汽冷凝形成纯净的产品水，非挥发性的溶解物留存在浓盐水中。根据目前的情况，可以将高炉冲渣水的余热回收至海水淡化，用于制水工艺（见图2）。

该项目经实际运行总结到的经济数据知：高炉余热回收蒸汽量可满足海水淡化制水所需114 t/h蒸汽用量。海水淡化用电站抽汽制水时，电站抽汽成本100元/t。按高炉每年运行不少于7800 h计算，年余热节约费用889.2万元。endprint

热能转换系统投资概算如下：施工安装费用预算1000万元，热水循环泵100万元，换热器300万元，管道及支架100万元，附属设施100万元。合计1600万元。

海水淡化岗位定员4人，每年人工费用约需16万元；每年维修费用初步预算10万元，冷却风机节省的电费与热水循环泵耗电大约相抵，不计入效益；高炉冲渣水采用浊环水，为生产废水，节约的补水也暂不计入效益。因此，高炉冲渣水用于海水淡化年效益为863.2万元，2年即可收回成本[13]。

2 冲渣水余热回收技术的发展

目前，国内大型高炉已有热风炉余热回收、TRT余压发电、干熄焦等余热回收措施，但占高炉能耗5.5%的炉渣显热还没有回收利用。国际上不少研究机构已有意向将高炉余热回收的研究重点放在改变渣处理工艺上，但就这部分余热回收后直接用于发电目前尚未形成一套完整的工艺体系。因此，为了减少热能排放对环境的污染，降低炼铁工序能耗，发展高炉冲渣水余热发电技术，已成为一项刻不容缓的任务[14]。

经过一段时间的比较分析，高炉冲渣水余热发电有2种相对可行的途径：一种是将90 ℃～95 ℃冲渣热水直接闪蒸，闪蒸汽推动汽轮机发电。冲渣热水由泵打入闪蒸罐，热水通过喷淋装置小部分产生闪蒸汽，大部分水热量给闪蒸汽吸收降温后返回原冷却水系统。闪蒸汽由管道送到汽轮机作功发电，乏汽进冷凝器冷凝成水回到冲渣水系统，冷却水由新增的冷却水系统提供。如高炉冲渣水量：2600 t/h，温度：90 ℃。可产生的闪蒸汽压力：0.03 MPa，温度：69 ℃，蒸汽量：100 t/h，可发电功率：4000 kW。该系统的工艺结构简图如图3。

另一种是冲渣水加热用可调沸点工质、使其产生蒸汽，工质蒸汽推动高效率汽轮机或螺杆膨胀机发电[15]，汽轮机出口工质乏汽进板式冷凝器冷凝成工质液体，液体进入储液罐，由泵打到闪蒸换热器加热蒸发，重复上述过程。冷却水由新增的冷却水系统提供。如高炉冲渣水量：2600 t/h，温度：90 ℃，可发电功率：3200 kW。该系统的工艺结构简图如图4。

3 结语

高炉冲渣水余热回收技术发展的阶段为：浴池用水→冬季采暖→提高超滤进水温度（简称超滤暖水）→供海水淡化→余热发电。从能源的品质上分析，将低品位的余热转化为高品位的电能，高炉冲渣水余热发电的经济性非常明显[16]。同时，冲渣水温度越低，其炉渣制成的水泥活性越高。因此提取冲渣水余热，降低其循环使用温度，既有利于提高炉渣品质，又能降低原有冷却塔负荷，节约其水泵和风机耗功，进一步增强了该技术的发展潜力。

但高炉冲渣水余热发电技术的应用，在国际尚属起步阶段，目前想做这方面开发的单位还不少，但都停留在技术论证，还没有实质性推进，是否能与高炉工艺结合还有大量的技术问题需研究。为此，我们利用武钢人对炼铁工艺熟悉的优势，结合外部的一些技术手段，在技术上可以最大化的回收利用高温冲渣水余热，且工况可以根据具体情况进行设计；在经济效益方面回收冲渣水余热用于发电，从而降低了高炉的吨铁能耗。

综上所述高炉冲渣水余热发电技术具有较大的推广意义，应该抓住国家大力发展节能减排技术的时机，通过开发和优化系统配置，完成该系统的自主集成开发，从而转化为公司的核心技术。

参考文献

[1] 张有礼，王维兴.钢铁工业能源结构与节能[J].中国冶金，2006，10：1-4.

[2] 冯会玲，孙宸，贾利军.高炉渣处理技术的现状及发展趋势[J].工业炉，2012，34（4）：16-18.

[3] 王海风，张春霞.高炉渣处理技术的现状与新的发展趋势[J].钢铁，2007，42（6）：83-87.

[4] 周传典.高炉炼铁生产技术手册[M].北京：冶金工业出版社，2005：596-605.

[5] 李方贵，贺维琼.高炉渣处理方法比较[J].冶金环境保护，2008，4：50-54.

[6] 朱凡，李国俊，桂其林，等.溴化锂蒸汽制冷在宝钢应用的可行性研究[J].能源研究与信息，2006，22（3）：149-154.

[7] 周泳，段建峰，刘荣，等.钢铁企业循环冷却水系统节能技术探讨[C]//2012年全国冶金安全环保暨能效优化学术交流会议论文集，2008：925-932.

[8] 马元武，田立章.冲渣水余热的夏季利用[J].河北冶金，2002，6：22-24.

[9] 柳江春，朱延群.济钢高炉冲渣水余热采暖的应用[J].甘肃冶金，2012，34（1）：118-121.

[10] 臧传宝.高炉冲渣水余热采暖的利用[J].山东冶金，2003，1：18-20.

[11] 曲毅.高炉冷却系统与余热利用探讨[J].鞍钢技术，2000，5：1-4.

[12] 王少东.高炉水冲渣余热利用[J].河北冶金，2011，191（11）：68-69.

[13] 贾希存，陈素君.高炉冲渣余热回收的可行性分析[J].山东冶金，2010，32（2）：17-18.

[14] 耿春景，李汛，朱强.高炉冲渣水发电项目的可行性研究[J].节能技术，2005，23（3）：228-231.

[15] 曹滨斌，李惟毅.螺杆膨胀机双循环低温余热回收系统分析[J].天津大学学报，2010，43（4）：309-314.

[16] 程云，李菊香.高炉冲渣水余热回收的可行性研究[J].低温与超导，2010，38（3）：78-80.endprint

热能转换系统投资概算如下：施工安装费用预算1000万元，热水循环泵100万元，换热器300万元，管道及支架100万元，附属设施100万元。合计1600万元。

海水淡化岗位定员4人，每年人工费用约需16万元；每年维修费用初步预算10万元，冷却风机节省的电费与热水循环泵耗电大约相抵，不计入效益；高炉冲渣水采用浊环水，为生产废水，节约的补水也暂不计入效益。因此，高炉冲渣水用于海水淡化年效益为863.2万元，2年即可收回成本[13]。

2 冲渣水余热回收技术的发展

目前，国内大型高炉已有热风炉余热回收、TRT余压发电、干熄焦等余热回收措施，但占高炉能耗5.5%的炉渣显热还没有回收利用。国际上不少研究机构已有意向将高炉余热回收的研究重点放在改变渣处理工艺上，但就这部分余热回收后直接用于发电目前尚未形成一套完整的工艺体系。因此，为了减少热能排放对环境的污染，降低炼铁工序能耗，发展高炉冲渣水余热发电技术，已成为一项刻不容缓的任务[14]。

经过一段时间的比较分析，高炉冲渣水余热发电有2种相对可行的途径：一种是将90 ℃～95 ℃冲渣热水直接闪蒸，闪蒸汽推动汽轮机发电。冲渣热水由泵打入闪蒸罐，热水通过喷淋装置小部分产生闪蒸汽，大部分水热量给闪蒸汽吸收降温后返回原冷却水系统。闪蒸汽由管道送到汽轮机作功发电，乏汽进冷凝器冷凝成水回到冲渣水系统，冷却水由新增的冷却水系统提供。如高炉冲渣水量：2600 t/h，温度：90 ℃。可产生的闪蒸汽压力：0.03 MPa，温度：69 ℃，蒸汽量：100 t/h，可发电功率：4000 kW。该系统的工艺结构简图如图3。

另一种是冲渣水加热用可调沸点工质、使其产生蒸汽，工质蒸汽推动高效率汽轮机或螺杆膨胀机发电[15]，汽轮机出口工质乏汽进板式冷凝器冷凝成工质液体，液体进入储液罐，由泵打到闪蒸换热器加热蒸发，重复上述过程。冷却水由新增的冷却水系统提供。如高炉冲渣水量：2600 t/h，温度：90 ℃，可发电功率：3200 kW。该系统的工艺结构简图如图4。

3 结语

高炉冲渣水余热回收技术发展的阶段为：浴池用水→冬季采暖→提高超滤进水温度（简称超滤暖水）→供海水淡化→余热发电。从能源的品质上分析，将低品位的余热转化为高品位的电能，高炉冲渣水余热发电的经济性非常明显[16]。同时，冲渣水温度越低，其炉渣制成的水泥活性越高。因此提取冲渣水余热，降低其循环使用温度，既有利于提高炉渣品质，又能降低原有冷却塔负荷，节约其水泵和风机耗功，进一步增强了该技术的发展潜力。

但高炉冲渣水余热发电技术的应用，在国际尚属起步阶段，目前想做这方面开发的单位还不少，但都停留在技术论证，还没有实质性推进，是否能与高炉工艺结合还有大量的技术问题需研究。为此，我们利用武钢人对炼铁工艺熟悉的优势，结合外部的一些技术手段，在技术上可以最大化的回收利用高温冲渣水余热，且工况可以根据具体情况进行设计；在经济效益方面回收冲渣水余热用于发电，从而降低了高炉的吨铁能耗。

综上所述高炉冲渣水余热发电技术具有较大的推广意义，应该抓住国家大力发展节能减排技术的时机，通过开发和优化系统配置，完成该系统的自主集成开发，从而转化为公司的核心技术。

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[15] 曹滨斌，李惟毅.螺杆膨胀机双循环低温余热回收系统分析[J].天津大学学报，2010，43（4）：309-314.

[16] 程云，李菊香.高炉冲渣水余热回收的可行性研究[J].低温与超导，2010，38（3）：78-80.endprint

热能转换系统投资概算如下：施工安装费用预算1000万元，热水循环泵100万元，换热器300万元，管道及支架100万元，附属设施100万元。合计1600万元。

海水淡化岗位定员4人，每年人工费用约需16万元；每年维修费用初步预算10万元，冷却风机节省的电费与热水循环泵耗电大约相抵，不计入效益；高炉冲渣水采用浊环水，为生产废水，节约的补水也暂不计入效益。因此，高炉冲渣水用于海水淡化年效益为863.2万元，2年即可收回成本[13]。

2 冲渣水余热回收技术的发展

目前，国内大型高炉已有热风炉余热回收、TRT余压发电、干熄焦等余热回收措施，但占高炉能耗5.5%的炉渣显热还没有回收利用。国际上不少研究机构已有意向将高炉余热回收的研究重点放在改变渣处理工艺上，但就这部分余热回收后直接用于发电目前尚未形成一套完整的工艺体系。因此，为了减少热能排放对环境的污染，降低炼铁工序能耗，发展高炉冲渣水余热发电技术，已成为一项刻不容缓的任务[14]。

经过一段时间的比较分析，高炉冲渣水余热发电有2种相对可行的途径：一种是将90 ℃～95 ℃冲渣热水直接闪蒸，闪蒸汽推动汽轮机发电。冲渣热水由泵打入闪蒸罐，热水通过喷淋装置小部分产生闪蒸汽，大部分水热量给闪蒸汽吸收降温后返回原冷却水系统。闪蒸汽由管道送到汽轮机作功发电，乏汽进冷凝器冷凝成水回到冲渣水系统，冷却水由新增的冷却水系统提供。如高炉冲渣水量：2600 t/h，温度：90 ℃。可产生的闪蒸汽压力：0.03 MPa，温度：69 ℃，蒸汽量：100 t/h，可发电功率：4000 kW。该系统的工艺结构简图如图3。

另一种是冲渣水加热用可调沸点工质、使其产生蒸汽，工质蒸汽推动高效率汽轮机或螺杆膨胀机发电[15]，汽轮机出口工质乏汽进板式冷凝器冷凝成工质液体，液体进入储液罐，由泵打到闪蒸换热器加热蒸发，重复上述过程。冷却水由新增的冷却水系统提供。如高炉冲渣水量：2600 t/h，温度：90 ℃，可发电功率：3200 kW。该系统的工艺结构简图如图4。

3 结语

高炉冲渣水余热回收技术发展的阶段为：浴池用水→冬季采暖→提高超滤进水温度（简称超滤暖水）→供海水淡化→余热发电。从能源的品质上分析，将低品位的余热转化为高品位的电能，高炉冲渣水余热发电的经济性非常明显[16]。同时，冲渣水温度越低，其炉渣制成的水泥活性越高。因此提取冲渣水余热，降低其循环使用温度，既有利于提高炉渣品质，又能降低原有冷却塔负荷，节约其水泵和风机耗功，进一步增强了该技术的发展潜力。

但高炉冲渣水余热发电技术的应用，在国际尚属起步阶段，目前想做这方面开发的单位还不少，但都停留在技术论证，还没有实质性推进，是否能与高炉工艺结合还有大量的技术问题需研究。为此，我们利用武钢人对炼铁工艺熟悉的优势，结合外部的一些技术手段，在技术上可以最大化的回收利用高温冲渣水余热，且工况可以根据具体情况进行设计；在经济效益方面回收冲渣水余热用于发电，从而降低了高炉的吨铁能耗。

综上所述高炉冲渣水余热发电技术具有较大的推广意义，应该抓住国家大力发展节能减排技术的时机，通过开发和优化系统配置，完成该系统的自主集成开发，从而转化为公司的核心技术。

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[6] 朱凡，李国俊，桂其林，等.溴化锂蒸汽制冷在宝钢应用的可行性研究[J].能源研究与信息，2006，22（3）：149-154.

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[8] 马元武，田立章.冲渣水余热的夏季利用[J].河北冶金，2002，6：22-24.

[9] 柳江春，朱延群.济钢高炉冲渣水余热采暖的应用[J].甘肃冶金，2012，34（1）：118-121.

[10] 臧传宝.高炉冲渣水余热采暖的利用[J].山东冶金，2003，1：18-20.

[11] 曲毅.高炉冷却系统与余热利用探讨[J].鞍钢技术，2000，5：1-4.

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[16] 程云，李菊香.高炉冲渣水余热回收的可行性研究[J].低温与超导，2010，38（3）：78-80.endprint