浅析高炉冲渣水余热在焦化制冷中的应用

张福春 纪晓亮 李德权

摘 要：钢铁行业的炼铁高炉在生产过程中产生的高炉冲渣水排放了大量热量，合理地回收利用这些余热可有效降低钢铁企业能耗。针对高炉冲渣水余热回收研究现状，阐述了一种高炉冲渣水余热回收利用技术方案。通过对该技术方案的分析和经济效益测算得出，该方案解决了冲渣水余热回收供暖的地域局限和设备闲置周期长等问题，具有良好的经济效益，对实现高炉冲渣水余热回收利用以及推进钢铁行业节能减排具有良好的借鉴意义。

关键词：溴化锂吸收式机组;冲渣水余热;回收利用;工业节能;焦化制冷

0  引言

钢铁工业是高能耗产业，近年来国内能源形势日益紧张，这就要求钢铁行业加快从粗放型向集约型增长方式转变的步伐。钢铁厂在生产过程中产生的大量70～90 ℃的高炉冲渣水，一般采用池面露天降温或者冷却塔降温方式，这使冲渣水所蕴含的大量热量散失到环境中，从而造成了热污染和能源浪费。目前，部分钢铁企业实施的一些冲渣水余热回收改造工程，多为冬季供暖使用，存在供暖地域局限和设备闲置周期长等问题，实际使用效果并不理想。因此，本文以某钢铁集团焦化厂项目为例，探究高炉冲渣水余热回收利用技术方案在焦化制冷中的应用。

1  高炉冲渣水余热回收研究现状

国内很早就开展了冲渣水的余热回收研究，其技术方案主要分为两种：一种是通过回收余热进行供暖，直接利用冲渣水显热换热，这是目前应用最广泛的技术方案。另一种是利用余热进行发电，但目前的发电机技术尚不成熟，仍存在设备成本高、发电效率低、系统回收周期长、电力无法上网等诸多难题，该方案距离大规模应用仍需要很长一段时间。

冲渣水余热回收供暖原理如图1所示，冲渣水泵2从冲渣水池上层抽出冲渣水，冲渣水在冲渣水换热器中与供暖水通过热交换器（一般为管壳式或板式换热器）进行换热，放热后的冲渣水重新回到冲渣水池，被冷却后再通过冲渣水泵1回到高炉上水口。当冲渣水波动较大时，热负荷输出不稳定，系统则需要增加蓄热罐等储热设备。这种直接利用冲渣水显热换热的模式多应用于以冬季供暖为主、洗浴用卫生热水等为辅的场景，在某种程度上实现了能源的回收利用，具有系统简单、投资少、维修成本低等优点。但这种余热利用模式最主要的问题在于除了供暖季节使用外，余热资源浪费现象严重，易造成设备的长期闲置，从而延长项目投资回收期。

2  高炉冲渣水余热回收利用技术方案

为了解决上述问题，本文结合某钢铁集团项目实际情况，提出了以下方案：炼铁高炉产生的冲渣水，冬季可用于市政供暖（视地区是否有供暖需求而定），夏季可與生产工艺用冷结合，冲渣水余热驱动吸收式换热系统制冷，为焦化厂鼓冷工艺服务，达到充分利用余热、降低蒸汽消耗、延长设备使用周期及减少设备闲置时长的目的。

高炉冲渣水余热回收利用思路如图2所示。

3  应用案例分析

3.1   项目背景

某钢铁集团的冲渣水余热利用冬季供暖设计工况如表1所示。

某钢铁集团内焦化厂焦炉年产焦量近260万t，鼓冷工艺初冷器下段总制冷负荷在34 000 kW左右，焦化厂内鼓冷工艺段配备11台蒸汽型溴化锂吸收式机组，主要在夏季时间段开启，目前机组已经进入老化期。焦化厂蒸汽量不足，导致蒸汽型溴化锂吸收式机组制冷效果衰减严重，影响了后续煤净化工艺生产效果。

鼓冷工艺初冷器下段配备的蒸汽型制冷机组参数如表2所示。

3.2   技术方案内容

经过现场勘查等一系列技术调研，笔者分析认为：（1）高炉冲渣水池距离焦化厂鼓冷工艺段直线距离小于1 km，地理位置相距较近，适合热源的传输。（2）高炉冲渣水属于高品质的余热资源，使用时要注意结垢和杂质过滤问题。（3）高炉冲渣水余热利用型机组替换蒸汽型溴化锂机组用于鼓冷工艺制冷，形成一种利用高炉冲渣水余热为鼓冷工艺初冷器下段制冷的能源转化系统，该系统结合冬季供热系统，可使整套冲渣水余热利用系统形成夏季制冷、冬季采暖的全年运行模式。

高炉冲渣水余热应用于焦化制冷技术方案如图3所示。

冲渣水余热利用夏季制冷设计工况如表3所示。

3.3   应用效果

溴化锂吸收式换热系统通过利用冲渣水余热，制冷量可达34 890 kW，基本满足焦化厂鼓冷工艺的制冷负荷需求。设备更新后的制冷效果大幅提升，解决了制冷衰减问题。热源更改为冲渣水余热，缓解了焦化厂蒸汽供给不足的局面。

3.4   经济效益分析

该技术方案通过替换焦化厂原有6台蒸汽机组，回收高炉冲渣水余热用于焦化制冷，已基本满足焦化厂鼓冷工艺的制冷负荷需求。不考虑其他因素，每年仅夏季节省蒸汽资源费用就非常可观。该项目的蒸汽费用价格按照集团内蒸汽结算价格80元/t计算，节能效果如表4所示。

该套系统改造工程造价在1 500万元左右，系统运行每年仅夏季就可节省蒸汽费用近885万元，不考虑其他因素，系统回收期在2年以内。若考虑制冷效果提升后为焦化厂后续的鼓冷工艺提供了更好的冷却效果，促进煤净化工段生产经济效益大幅提升，整个系统的投资回收期会更短。

对于其他尤其是东部沿海和南方地区的焦化厂而言，蒸汽的结算价格在140～200元/t，若以该价格计算，整个项目的投资回收期会缩短至1年左右，这对企业来说无疑是优质的节能项目。

4  结语

综上所述，本文研究结论如下：

（1）回收高炉冲渣水余热用于焦化制冷是一种回收利用冲渣水余热的新思路，解决了目前冲渣水余热回收存在的供暖地域局限、设备闲置周期长、经济效益差等问题。

（2）工业余热回收应当考虑热源品质、生产工艺、地理位置等多方面因素，因地制宜地提出针对性的解决方案。

（3）这种回收高炉冲渣水余热用于焦化制冷的项目具有良好的节能和经济效益，在钢铁行业有着较好的应用前景。

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收稿日期：2020-10-09

作者简介：张富春（1987—），男，辽宁大连人，工程师，研究方向：基于吸收式换热的余热利用技术。