泰钢高炉冲渣乏汽回收供暖及消白技术应用

郑 伟，亓庆台，窦 倩

（山东泰山钢铁集团有限公司 设计院，山东 济南271100）

1 前 言

高炉冲渣过程中，产生的1 400～1 500 ℃的熔渣经过水淬快速冷却，产生大量温度在90～120 ℃范围的冲渣蒸汽，冲渣蒸汽中含有渣棉、粉尘颗粒、酸性成分等杂质，以及一些有毒有害气体，这部分白烟造成了能源浪费，又对环境造成了污染。为消除高炉冲渣水产生的白烟废气，泰钢集团于2018年9月引入冲渣乏汽回收供暖技术，消除了大气污染，取得了良好的经济效益与社会效益。

2 消白原理及优势

高炉冲渣乏汽为视线可见的“白烟”，除含有水蒸汽外，主要还含有大量的超微粉与微液滴呈现雾状。该技术基于稀土催化吸附机理的捕捉超微粉和超微液滴消雾霾消白技术，目前已经成功应用电厂脱硫烟气清洁排放、炼钢转炉一次除尘消白等领域。该技术改变传统降温＋升温的消白的技术路线，革新采用催化吸附技术，采用先消除烟气中的微液滴，再降温＋升温的新法消白工艺；在同样的工况下，消除白烟的效果明显高于传统单纯降温＋升温的技术路线。该技术更深远的意义是吸附烟气微液滴的同时能够捕捉烟气中绝大部分的微粉和可溶性盐，除尘效果远远高于目前超低排放颗粒物标准，能够从源头大大减轻微粉的排放，治理国内雾霾天气。该技术可以应用到冶金、石化、水泥等各种烟气处理领域，帮助生产企业实现“无烟排放、清洁生产、绿色工厂”的环保目标。

越来越多的研究和数据显示，弥漫在空气中的微粉和超微粉颗粒是造成中国雾霾天气的主要原因。微粉和超微粉主要来自两个方面：1）湿法烟气处理排放的雾滴携带；2）干法烟气处理末级布袋除尘器排放的＜1 μm 的微粉和超微粉（布袋除尘器最高的过滤精度不超过1 μm）。

消灭空气中弥漫的微粉和超微粉是从源头上攻克雾霾的关键，如何捕捉微粉和超微粉是目前环境治理的难题。稀土催化吸附技术的出现为解决这一难题提供了可能，该技术能够吸附白烟中的微液滴和微液滴中含有的超微粉和纳米粉颗粒，从而捕捉绝大部分烟气粉尘颗粒［1］。其主要技术路线首先是催化吸附白烟中的微液滴，使微液滴相互吸附变成大液滴，大液滴一部分降落，其余的经过高效除雾器进行二次除雾，在此过程中同时完成捕捉含在烟气中的微粉颗粒，能达到60%～70%的消白效果；然后降温，降温可以加强消除白烟和捕捉微粉的效果，能达到15%～30%的消白效果；最后升温。如此，烟气中的粉尘含量能够从20 mg/m3降低到0.4 mg/m3。

3 概况与基本参数

本项目利用泰钢集团2座1 780 m3高炉冲渣乏汽余热进行回收综合利用，建设供热首站1座用于冬季供暖，并具备夏季用于制冷的接口条件，同时具有消白功能。1#、2#高炉冲渣乏汽，现场冲渣乏汽可回收的平均温度为95 ℃，回收热源详见表1。

表1 冲渣乏汽回收热源

高炉冲渣乏汽余热资源回收供热负荷见表2。

表2 冲渣乏汽余热资源回收供热负荷

根据CJJ 34—2010《城镇供热管网设计规范》、DB13（J）185—2015《居住建筑节能设计标准》、GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》，采暖热指标按50 W/m2计算，该余热热源可满足32万m2的供暖需求。

4 主要设备选用及工艺流程

4.1 主要设备配置

本项目新建供热首站1 座，供热首站主要设备有：2 座乏汽吸收塔，2 台12 MW 乏汽回收专用换热器，2 台12 MW 蒸汽换热器，以及配套相关热煤循环泵、乏汽风机、采暖循环水泵、补水泵、冷凝水泵等。

乏汽吸收塔内设稀土催化吸附反映器及高效除雾器，稀土催化吸附反映器可吸附乏汽中的微液滴，高效除雾器利用降温＋升温的原理进一步消除乏汽中的水蒸汽，同时加热热媒水。乏汽回收专用换热器端差在5 ℃范围内，并能在增加抗氯离子腐蚀的同时，加大过流面的光滑性，减少表面结垢。采暖水供、回水温度冬季为70/50 ℃、夏季为85/70 ℃；采暖系统补水使用高炉区域现有生活新水。供热首站换热机组供热设备负荷16.4 MW，设计供热能力为32万m2。

4.2 供热站工艺流程

乏汽由风机吸入乏汽吸收塔后对热媒水进行加热，经冷却和吸附处理后的空气重新进入高炉粒化塔经过烟囱排走；加热后的热媒水进入乏汽回收专用换热器对采暖水进行加热，换热后的采暖供水经市政管网供至各用户；用户回水进入采暖回水除污器，经采暖循环泵供至专用换热器重新换热循环使用，其工艺流程见图2。另外，乏汽吸收塔将高炉冲渣乏汽中的渣棉、微液滴、重金属及二噁英等有害气体吸附消除。

图2 供热站工艺流程

供热首站另设置2台12 MW汽水换热器，可对采暖水进行加热用于调整采暖负荷。厂区生产蒸汽进入汽水换热器后转化为冷凝水回至冷凝水箱，经冷凝水泵进入补水罐，后经补水泵进入采暖系统补水。冷凝水泵根据冷凝水箱液位变频控制，补水泵根据供暖水系统压力变频控制，实现自动补水，达到安全可靠节能的目的。

系统设有温度控制装置，根据室外温度变化来调节采暖供水温度，调节采暖系统的热负荷，避免室内温度受气候变化而出现过冷、过热，维持温暖、舒适的室内环境，最大程度地节省能耗。

5 实施效果

项目实施后，利用稀土催化吸附机理消白烟效果显著，利用乏汽余热增加城镇供暖面积32万m2。按照目前22元/m2采暖收费标准计算，1个采暖季可实现供热收入约704 万元。通过高炉冲渣乏汽的余热综合回收利用，把废弃能源变废为宝，实现工业余热暖民，减少吨钢成本，提高泰钢经济效益；同时消白功能可降低粒化塔顶的湿汽排放效果，并且减轻对高炉本体钢制设备的腐蚀，对大幅降低钢铁企业大气污染，实现生产清洁化、制造绿色化的目标具有重要意义。

随着我国环境保护和雾霾治理的力度不断加大，高炉冲渣乏汽回收供暖技术的应用以其投资成本低、无排放的优势得到越来越多钢铁企业的重视，该技术还可应用于炼钢转炉一次除尘消白等多个领域。另外，除北方地区的一些钢铁企业可将乏汽余热用于冬季供暖外，中国南方地区的钢铁企业也可将该部分余热余能用于采暖、洗浴、生活热水或者加热电厂冷凝水，经济效益比较可观，有广阔的应用前景。余热回收设备选材要适应高炉冲渣恶劣的高含盐腐蚀性水质要求，一般选择双相不锈钢材质为宜。余热回收系统不仅是一个回收热量的过程，也是一个回收工质的过程，运行过程中要注意整个高炉冲渣水系统的水量平衡，防止冲渣水系统出现溢水现象。