CN107557506A - 一种高炉冲渣水余热利用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种实用有效高炉冲渣水余热利用系统及方法，能够充分利用高炉冲渣水余热，并从本质上解决了冲渣水换热过程中的结垢、腐蚀、堵塞问题，提高冲渣水余热利用的安全可靠性，具有节约能源、降低维护成本和保护环境等特点。

Description

一种高炉冲渣水余热利用系统及方法
技术领域
本发明涉及一种高炉冲渣水余热利用系统及方法，属于钢铁行业的节能环保技术领域。
背景技术
高炉炼铁工艺中产生大量高温熔渣，温度可达1500℃左右，是一种巨大的余热资源；钢厂常用水淬的方法将高炉渣进行冷却，冷却过程中产生70℃～90℃的冲渣水和乏蒸汽。目前，国内钢铁企业对高炉冲渣水余热主要应用于冬季取暖、加热生活热水、热泵供暖/制冷、海水淡化及余热发电等领域。其中，国内北方钢铁企业的冲渣水余热利用主要以冬季供暖为主，且主要采用的是冲渣水直接供暖技术。但高炉冲渣水直接用于采暖存在如下两个主要问题：
(1)水质的处理问题。我国高炉水渣处理多采用底滤式冲渣池，高炉水渣主要成分为CaO、SiO2、MgO、Al2O3以及少量的Fe2O3，pH值大于7，略显碱性。水渣杂质在冲渣水中以固体颗粒或悬浮物的形式存在。由于冲渣水在渣池中沉淀后仍然含有很多的炉渣杂质，不能满足采暖水质的要求，所以冲渣水必须经过过滤后才能进入采暖系统。一般过滤系统包括沉淀池和过滤池，占用场地大，投资大，不适合改造工程。
(2)管道的结垢问题，虽然经过过滤，但是冲渣水中仍有一定量的固体渣粒，会形成沉积垢，同时，系统腐蚀产物也会形成锈垢，由此引起的管道的腐蚀、堵塞、结垢问题，致使维护费用居高不下。如果在进入散热器的支管或者散热器内堵塞，就会直接影响室内供暖温度。
为了克服上述冲渣水直接供暖带来的弊端，冲渣水间接换热供暖技术逐渐发展起来。采用间接供暖工艺流程的关键在于冲渣水的处理及冲渣水-水换热器的选择。
通过查新，检索到一些相关的专利与文章，如专利CN101564616A公开一种高炉冲渣水净化系统及其方法。该方法设一个或几个过滤器进行含悬浮细渣的冲渣水净化，并以反冲洗水泵将净水逆向注入过滤器，恢复过滤性能。该方法实现了高效率的渣水净化，避免了细渣进入后续的换热系统，影响换热效果。但该方法没有考虑冲渣水中渣棉析出的问题，冲渣水进入换热系统后，仍会造成系统的结垢、堵塞。
CN102829656A公开一种高炉冲渣水换热器。该换热器是一种壳管式换热器，其中循环水进出口之间为换热器的板程，换热器的壳程为冲渣水流道。并认为该换热器热效率高，通污能力强，可随时清洗排污，便于检查维修。该换热器为壳管式换热器，壳程为冲渣水流道，由于壳程流道较宽，通污能力会较强，但换热效率不会太高。
CN103834754A公开一种高炉明特法冲渣水余热利用三联供系统。该系统粒化装置、渣水分离装置、沉淀池、沉淀蓄热池；沉淀蓄热池中冲渣水通过余热供水泵组进入换热装置换热，换热后的用户水用于供暖、制冷及脱湿鼓风机用户；该设有沉淀、蓄热及过滤装置可提高系统水质，设有化学清洗装置，可延长换热装置使用寿命。但该系统仍没有解决换热装置内的结垢、堵塞问题，只能通过化学清洗装置进行后处理，仍会降低换热装置的使用效率。
综上所述，高炉冲渣水余热利用系统或方法还存在诸多问题。主要体现在现有余热利用系统或方法没有从本质上解决冲渣水中的悬浮物、腐蚀性杂质等及冲渣水中渣棉析出问题，这会使得冲渣水造成换热系统中出现结垢、腐蚀、堵塞问题，造成冲渣水余热利用系统在运行方面存在安全、效率问题。因此，探寻更加实用有效的高炉冲渣水余热利用系统及方法是非常必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出了一种实用有效高炉冲渣水余热利用系统及方法，能够充分利用高炉冲渣水余热，从本质上解决了冲渣水换热过程中的结垢、腐蚀、堵塞问题，提高冲渣水余热利用的安全可靠性，并降低冲渣水中乏蒸汽对周边环境的不利影响。
本发明目的是通过下面的技术方案实现的：
本发明的一种高炉冲渣水余热利用系统，包括高炉渣淬化造粒装置，渣水分离装置，旋流除渣装置，药剂池，蒸汽换热装置，换热器和换热调控系统；高炉渣淬化造粒装置出口通过管道与渣水分离装置入口连接；渣水分离装置的水出口通过管道与旋流除渣装置入口连接；所述的旋流除渣装置上部是逆向流道和滤渣栅板，底部是排渣口，旋流除渣装置的另一侧通过管道与药剂池连接；旋流除渣装置顶部出口通过管道与换热器冲渣水侧入口连接；换热器冲渣水侧出口通过管道与高炉渣淬化造粒装置连接；换热器供暖水侧出口通过管道与供暖用户和其它热用户入口连接，供暖用户和其它热用户出口与换热器供暖水侧入口通过管道连接，渣水分离装置的蒸汽出口与蒸汽换热装置底部连接，旋流除渣装置顶部出口通过另一条管道伸入蒸汽换热装置的顶部并连接有喷头；蒸汽换热装置顶部蒸汽出口通过管道连接在高炉渣淬化造粒装置与渣水分离装置间的管道上，蒸汽换热装置底部水出口通过管道连接在渣水分离装置与旋流除渣装置间的管道上；在药剂池出口管道上、换热器入口管道上、蒸汽换热装置顶部喷头入口管道上、蒸汽换热装置底部水出口管道上及蒸汽换热装置顶部蒸汽出口管道上分别设有泵；换热器入口管道上、换热器出口管道上及供暖用户和其它热用户入口管道上分别设置有监测装置，监测装置与换热调控系统连接向其反馈信息，换热调控系统与泵连接向其输出控制信号。
所述换热器为板式换热器或螺旋管式换热器。
本发明的一种高炉冲渣水余热利用方法，高炉产生的高炉渣进入高炉渣淬化造粒装置中，高温熔融状态下的高炉渣进入冲渣水中进行水淬，产生65℃～90℃冲渣水和蒸汽；渣 水混合物和蒸汽进入渣水分离装置中进行渣水分离，分离后的冲渣水中仍会含有少部分高炉渣；分离出的冲渣水从渣水分离装置下部的水出口进入旋流除渣装置，进入旋流除渣装置的冲渣水会旋转流动，借助重力的作用去除冲渣水中的较大颗粒高炉渣，而后冲渣水通过逆向流道和滤渣栅板去除水中的小颗粒和微细颗粒高炉渣，去除的高炉渣颗粒从旋流除渣装置底部的排渣口排除；经过滤渣栅板处理后的冲渣水有75％～95％进入换热器进行换热，还有5％～25％进入蒸汽换热装置与蒸汽进行换热；
进入渣水分离装置的蒸汽一部分凝结成水，从渣水分离装置水出口流出，但大部分蒸汽会从渣水分离装置上部的蒸汽出口进入蒸汽换热装置，进入蒸汽换热装置的蒸汽是从下向上流动，而从旋流除渣装置出来的少部分冲渣水是从蒸汽换热装置顶部通过喷头喷洒下来，喷洒下来的冲渣水与从下向上流动的蒸汽充分接触换热，可以将65％～95％蒸汽冷却凝结成水；换热后形成的水通过泵进入到旋流除渣装置中，而未凝结的5％～35％蒸汽从蒸汽换热装置顶部蒸汽出口通过泵重新进入到渣水分离装置中。冲渣水中含有不溶性悬浮物，同时冲渣水蒸汽中含有大量H2S、SO2、HCL等酸性物质，当大部分蒸汽在蒸汽换热装置中冷却凝结成水后，这些酸性气体也会大部分溶于水随着冲渣水进入到旋流除渣装置中；如果这些物质不经过有效处理而进入到换热器中，会造成换热器的腐蚀、结垢和堵塞等问题；药剂池中加入了浓度为1～5mg/L的聚合氯化铁和氢氧化铁，聚合氯化铁和氢氧化铁是作为混凝剂和碱性药剂，由泵进入旋流除渣装置中，通过旋流除渣装置的旋转效果与冲渣水充分混合，对冲渣水中的酸性物资和不溶性悬浮物进行中和，同时由旋流除渣装置、逆向流道和滤渣栅板去除的高炉渣颗粒会从旋流除渣装置顶部落入底部的排渣口，在这个过程中会携带被中和的酸性物资和不溶性悬浮物从排渣口排除，进而实现了冲渣水中酸性物资和不溶性悬浮物的去除；
滤渣处理后75％～95％冲渣水通过泵与监测装置进入换热器与供暖用户和其它热用户使用后的低温水进行换热，换热后的冲渣水通过监测装置后直接进入高炉渣淬化造粒装置；虽然高炉冲渣水已经在旋流除渣装置中除去了悬浮物，但在换热器中随着冲渣水温度发生变化，仍会有渣棉析出，析出的渣棉易造成换热器的堵塞，进而影响换热效率。
本系统通过监测装置可以检测到换热前和换热后冲渣水的温度、流量参数，并将信号返回给换热调控系统，换热调控系统通过泵调节进入蒸汽换热装置和换热器中的冲渣水量，控制进入换热器的冲渣水温度、流量，进而实现了对换热器内雷诺数和用户水出口温度的控制；又通过调节供暖用户和其它热用户的热水使用量，实现对换热器出口冲渣水温度的控制；通过以上调控方法，控制用户水出口温度在50℃～60℃范围内，满足供暖用户和其它热用户的需求；同时控制冲渣水在换热器中的雷诺数在2.5×105～5.5×105的范围内；当冲渣水在换热器内的雷诺数在2.5×105～5.5×105范围内时，可以保证冲渣水中即使析出少部分渣棉也不会对换热器形成堵塞，又可以保证换热器有较高的换热效率。
以上所涉及的百分比数据都是体积百分比数据。
本发明通过对高炉冲渣水余热利用系统及方法的设计，提出了一种实用有效高炉冲渣水 余热利用系统及方法，能够充分利用高炉冲渣水余热，并从本质上解决了冲渣水换热过程中的结垢、腐蚀、堵塞问题，提高冲渣水余热利用的安全可靠性，并降低冲渣水中乏蒸汽对周边环境的不利影响。具有节约能源、降低维护成本和保护环境等特点。
附图说明
说明书附图
图1为高炉冲渣水余热利用系统的工艺流程图；
1高炉渣淬化造粒装置，2渣水分离装置，3旋流除渣装置，4排渣口，5逆向流道，6滤渣栅板，7药剂池，8蒸汽换热装置，9喷头，10换热器，11供暖用户，12其它热用户，13换热调控系统，14、15、16监测装置，17、18、19、20、21泵。
具体实施方式
下面结合具体实施例进行说明：
高炉冲渣水余热利用系统，高炉渣淬化造粒装置1出口与渣水分离装置2入口连接；渣水分离装置2的水出口与旋流除渣装置3入口连接，所述的旋流除渣装置3上部是逆向流道5和滤渣栅板6，底部是排渣口4，旋流除渣装置3的另一侧通过泵17与药剂池7连接；旋流除渣装置3顶部出口通过管道与换热器10冲渣水侧入口连接，管道上装有泵18和监测装置14；换热器10冲渣水侧出口也装有监测装置16，并与高炉渣淬化造粒装置1连接；换热器10供暖水侧出口通过监测装置15与供暖用户11和其它热用户12入口连接，供暖用户11和其它热用户12出口与换热器10供暖水侧入口连接；渣水分离装置2的蒸汽出口与蒸汽换热装置8底部连接，旋流除渣装置3顶部出口通过另一条装有泵19的管道伸入蒸汽换热装置8顶部并连接有喷头9；蒸汽换热装置8顶部蒸汽出口通过泵20连接在高炉渣淬化造粒装置1与渣水分离装置2间的管道上，蒸汽换热装置8底部水出口通过泵20连接在渣水分离装置2与旋流除渣装置3间的管道上；监测装置14、15、16，供暖用户11、其它热用户12及泵19都和换热调控系统13连接。
本发明的最佳实施方式如下：
实施例1：
在高炉渣淬化造粒装置1中，高温熔融状态下的高炉渣进入冲渣水中进行水淬，产生75℃～90℃高温冲渣水和蒸汽；渣水混合物和蒸汽进入渣水分离装置2中进行渣水分离，分离出的冲渣水从渣水分离装置下部的水出口进入旋流除渣装置3，去除冲渣水中的较大颗粒高炉渣，而后通过逆向流道5和滤渣栅板6去除水中的小颗粒和微细颗粒高炉渣，去除的高炉渣颗粒从旋流除渣装置3底部的排渣口4排出；经过滤渣栅板处理后的冲渣水80％通过泵18进入换热器进行换热，20％通过泵19进入蒸汽换热装置与蒸汽进行换热；
渣水分离装置2中的蒸汽从上部的蒸汽出口进入蒸汽换热装置8，进入蒸汽换热装置的蒸汽是从下向上流动，而经过滤渣栅板处理后的20％冲渣水是从蒸汽换热装置顶部通过喷头 9喷洒下来，喷洒下来的冲渣水与从下向上流动的蒸汽充分接触换热，可将90％的蒸汽冷却凝结成水；换热后形成的水通过泵20进入到旋流除渣装置中，而未凝结的10％蒸汽从蒸汽换热装置8顶部蒸汽出口通过泵21重新进入到渣水分离装置2中。药剂池7通过泵17将浓度为5mg/L的聚合氯化铁和氢氧化铁药剂水溶液通入旋流除渣装置3中，通过旋流除渣装置3的旋转效果与冲渣水充分混合，对冲渣水中的酸性物资和不溶性悬浮物进行中和，并从排渣口4排出。
滤渣栅板处理后80％的冲渣水通过泵18与监测装置14进入换热器与供暖用户和其它热用户使用后的低温水进行换热，换热后的冲渣水通过监测装置16进入高炉渣淬化造粒装置1；监测装置14、15、16检测换热前、后冲渣水和换热后用户水的温度、流量参数，并将信号返回给换热调控系统13，如换热后用户水的温度低于供暖用户11和其它热用户12的需求的50℃，则增加进入换热器10中的冲渣水量或提高蒸汽换热装置8中的换热量进而提升进入换热器10冲渣水温度，实现提高换热器10用户水出口温度的目的。在以上调节工程中，换热调控系统13根据监测装置14、15、16检测的换热前、后冲渣水和换热后用户水的温度、流量参数计算冲渣水在换热器中的雷诺数，并保证雷诺数在2.5×105～5.5×105的范围内。
实施例2：
在高炉渣淬化造粒装置1中，高温熔融状态下的高炉渣进入冲渣水中进行水淬，产生65℃～80℃高温冲渣水和蒸汽；渣水混合物和蒸汽进入渣水分离装置2中进行渣水分离，分离出的冲渣水从渣水分离装置下部的水出口进入旋流除渣装置3，去除冲渣水中的较大颗粒高炉渣，而后通过逆向流道5和滤渣栅板6去除水中的小颗粒和微细颗粒高炉渣，去除的高炉渣颗粒从旋流除渣装置3底部的排渣口4排出；经过滤渣栅板处理后的冲渣水95％通过泵18进入换热器进行换热，5％通过泵19进入蒸汽换热装置与蒸汽进行换热；
渣水分离装置2中的蒸汽从上部的蒸汽出口进入蒸汽换热装置8，进入蒸汽换热装置的蒸汽是从下向上流动，而经过滤渣栅板处理后的5％冲渣水是从蒸汽换热装置顶部通过喷头9喷洒下来，喷洒下来的冲渣水与从下向上流动的蒸汽接触换热，将65％的蒸汽冷却凝结成水；换热后形成的水通过泵20进入到旋流除渣装置中，而未凝结的35％蒸汽从蒸汽换热装置8顶部蒸汽出口通过泵21重新进入到渣水分离装置2中。药剂池7通过泵17将浓度为2mg/L的聚合氯化铁和氢氧化铁药剂水溶液通入旋流除渣装置3中，通过旋流除渣装置3的旋转效果与冲渣水充分混合，对冲渣水中的酸性物资和不溶性悬浮物进行中和，并从排渣口4排出。
滤渣栅板处理后95％的冲渣水通过泵18与监测装置14进入换热器与供暖用户和其它热用户使用后的低温水进行换热，换热后的冲渣水通过监测装置16进入高炉渣淬化造粒装置；监测装置14、15、16检测换热前、后冲渣水和换热后用户水的温度、流量参数，并将信号返回给换热调控系统13，如换热后用户水的温度满足供暖用户11和其它热用户12的需求，但冲渣水在换热器中的雷诺数高于5.5×105，则通过减少进入换热器10的冲渣水量或消弱蒸 汽换热装置8中的换热量降低进入换热器10冲渣水温度，进而实现降低雷诺数目的，并保证用户水出口温度仍能满足供暖用户和其它热用户的需求。

Claims (3)

1.一种高炉冲渣水余热利用系统，包括高炉渣淬化造粒装置(1)，渣水分离装置(2)，旋流除渣装置(3)，药剂池(7)，蒸汽换热装置(8)，换热器(10)和换热调控系统(13)；高炉渣淬化造粒装置(1)出口通过管道与渣水分离装置(2)入口连接；渣水分离装置(2)的水出口通过管道与旋流除渣装置(3)入口连接；所述的旋流除渣装置(3)上部是逆向流道(5)和滤渣栅板(6)，底部是排渣口(4)，旋流除渣装置(3)的另一侧通过管道与药剂池(7)连接；旋流除渣装置(3)顶部出口通过管道与换热器(10)冲渣水侧入口连接；换热器(10)冲渣水侧出口通过管道与高炉渣淬化造粒装置(1)连接；换热器(10)供暖水侧出口通过管道与供暖用户(11)和其它热用户(12)入口连接，供暖用户和其它热用户出口与换热器(10)供暖水侧入口通过管道连接，渣水分离装置(2)的蒸汽出口与蒸汽换热装置(8)底部连接，旋流除渣装置(3)顶部出口通过另一条管道伸入蒸汽换热装置(8)的顶部并连接有喷头(9)；蒸汽换热装置(8)顶部蒸汽出口通过管道连接在高炉渣淬化造粒装置(1)与渣水分离装置(2)间的管道上，蒸汽换热装置(8)底部水出口通过管道连接在渣水分离装置(2)与旋流除渣装置(3)间的管道上；在药剂池(7)出口管道上、换热器(10)入口管道上、蒸汽换热装置(8)顶部喷头入口管道上、蒸汽换热装置(8)底部水出口管道上及蒸汽换热装置(8)顶部蒸汽出口管道上分别设有泵(17、18、19、20、21)；换热器(10)入口管道上、换热器(10)出口管道上及供暖用户(11)和其它热用户(12)入口管道上分别设置有监测装置(14、15、16)，监测装置(14、15、16)与换热调控系统(13)连接向其反馈信息，换热调控系统(13)与泵(19)连接向其输出控制信号。
2.根据权利要求1所述的高炉冲渣水余热利用系统，其特征在于：所述换热器(10)为板式换热器或螺旋管式换热器。
3.一种根据权利要求1或2所述高炉冲渣水余热利用系统的利用方法，其特征在于：高炉产生的高炉渣进入高炉渣淬化造粒装置(1)中，高温熔融状态下的高炉渣进入冲渣水中进行水淬，产生65℃～90℃冲渣水和蒸汽；渣水混合物和蒸汽进入渣水分离装置(2)中进行渣水分离，分离后的冲渣水中仍会含有少部分高炉渣；分离出的冲渣水从渣水分离装置下部的水出口进入旋流除渣装置(3)，进入旋流除渣装置(3)的冲渣水会旋转流动，借助重力的作用去除冲渣水中的较大颗粒高炉渣，而后冲渣水通过逆向流道(5)和滤渣栅板(6)去除水中的小颗粒和微细颗粒高炉渣，去除的高炉渣颗粒从旋流除渣装置(3)底部的排渣口排除；经过滤渣栅板(6)处理后的冲渣水有75％～95％进入换热器(10)进行换热，还有5％～25％进入蒸汽换热装置(8)与蒸汽进行换热；
进入渣水分离装置(2)的蒸汽一部分凝结成水，从渣水分离装置(2)水出口流出，但大部分蒸汽会从渣水分离装置(2)上部的蒸汽出口进入蒸汽换热装置(8)，进入蒸汽换热装置(8)的蒸汽是从下向上流动，而从旋流除渣装置(3)出来的少部分冲渣水是从蒸汽换热装置(8)顶部通过喷头喷洒下来，喷洒下来的冲渣水与从下向上流动的蒸汽充分接触换热，可以将65％～95％蒸汽冷却凝结成水；换热后形成的水通过泵(20)进入到旋流除渣装置(3)中，而未凝结的5％～35％蒸汽从蒸汽换热装置(8)顶部蒸汽出口通过泵(21)重新进入到渣水分离装置(2)中；当大部分蒸汽在蒸汽换热装置(8)中冷却凝结成水后，这些酸性气体也会大部分溶于水随着冲渣水进入到旋流除渣装置(3)中；药剂池(7)中加入了浓度为1～5mg/L的聚合氯化铁和氢氧化铁，聚合氯化铁和氢氧化铁是作为混凝剂和碱性药剂，由泵(17)进入旋流除渣装置(3)中，通过旋流除渣装置(3)的旋转效果与冲渣水充分混合，对冲渣水中的酸性物资和不溶性悬浮物进行中和，同时由旋流除渣装置(3)、逆向流道(5)和滤渣栅板(6)去除的高炉渣颗粒会从旋流除渣装置顶部落入底部的排渣口(4)，在这个过程中会携带被中和的酸性物资和不溶性悬浮物从排渣口(4)排除，进而实现了冲渣水中酸性物资和不溶性悬浮物的去除；
滤渣处理后75％～95％冲渣水通过泵(18)与监测装置(14)进入换热器(10)与供暖用户(11)和其它热用户(12)使用后的低温水进行换热，换热后的冲渣水通过监测装置(16)后直接进入高炉渣淬化造粒装置(1)；
通过监测装置(14、15、16)检测到换热前和换热后冲渣水的温度、流量参数，并将信号返回给换热调控系统(13)，换热调控系统(13)通过泵(18、19)调节进入蒸汽换热装置(8)和换热器(10)中的冲渣水量，控制进入换热器(10)的冲渣水温度、流量，进而实现了对换热器内雷诺数和用户水出口温度的控制；又通过调节供暖用户(11)和其它热用户(12)的热水使用量，实现对换热器(10)出口冲渣水温度的控制；通过以上调控方法，控制用户水出口温度在50℃～60℃范围内，满足供暖用户(11)和其它热用户(12)的需求；同时控制冲渣水在换热器(10)中的雷诺数在2.5×105～5.5×105的范围内。
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