1 引言
高炉是钢铁企业的核心设备，其冶炼过程中产生约1300 ℃的热态红渣，每千克红渣蕴含959.85kJ/kg 热量。若高炉渣铁比为1:4，则日产5000 t 铁的高炉会产生1250 t 红渣，携带热量相当于41 t 标煤。
红渣沿沟道进入冲渣池，与冲渣水快速接触温度骤降，被破碎成细小渣粒，冲渣水温度被加热到85 ℃左右，同时产生一部分常压的冲渣蒸汽。冲渣水水温为60~95 ℃，蕴含了巨大热量，但其中含有大量固体颗粒和矿物纤维，并具有腐蚀性，很难利用其热量。在未利用冲渣水余热资源的情况下，冲渣水被送入冷却塔降温冷却至45 ℃，再次送到渣沟冲渣，而冲渣蒸汽则排入大气中。此循环造成余热资源浪费。
2 现行高炉冲渣水余热利用方式
2.1 采暖
高炉冲渣水采暖是国内比较成熟的技术，其基本工艺流程为：高炉冲渣水通过冲渣水泵输送至换热站，然后经冲渣水过滤器将冲渣水中的固体颗粒和悬浮物过滤，再通过换热器与采暖水换热回到冲渣池中。
这种利用方式技术简单、改造成本很低，但存在一些问题：(1)冲渣水水量大，蕴含的热量很大，而一般厂区办公楼的采暖负荷较小，不能够将冲渣水的余热能力完全发挥出来;(2)采暖只适用于北方的城市冬季使用，夏季不需要，而南方城市一年四季都不需要采暖，因此这种方式存在局限性;(3)冲渣水含有大量的杂质，进入管网后易造成堵塞，且供热管网系统庞大，清洗难度很高。
2.2 余热发电
冲渣水余热发电技术目前还处于研究实验阶段。系统工作原理为，高炉冲渣水排出时温度大约85 ℃，经过沉淀除杂预处理后进入特殊设计的换热器，在此将热量传递给工质，温度降到50 ℃左右，再送到高炉供冲渣使用，从而回收了一定量的余热。工质在换热器内吸收热量后变成80 ℃的过热蒸汽，然后进入气轮机膨胀做功，带动发电机转动，对外输出电能。做功后的工质变成低低压过热蒸汽，低低压过热蒸汽进入冷凝器放出热量，变成低温低压的液体工质，然后由工质泵送到热交换器中吸热，再次变成过热蒸汽去推动汽轮机作功。如此连续循环，将热水中的热量源源不断的提取出来，生成高品位的电能。
目前在其他行业已经有余热发电技术的成熟应用，系统工作温度都在100 ℃以上，而高炉冲渣水属于较低温的余热源，其利用温度只有70~80 ℃，因此该项技术仍在研究阶段。
3 高炉冲渣水余热利用新技术———用于热法海水淡化
高炉在炼铁工艺过程中，为实现冲渣水及冲渣蒸汽余热的有效利用，本着节能减排可持续发展的战略原则，某钢铁公司拟采用对高炉冲渣水余热进行回收用于海水淡化。低温多效蒸馏海水淡化技术具有可利用低温余热、变负荷调节能力大、系统热效率高等优点。将冲渣水余热作为多效蒸馏海水淡化热源，变废为宝的同时，可进一步降低公司总体能耗，具有可观的经济效益和社会效益。
3.1 工艺系统流程
结合钢铁厂低温多效蒸馏海水淡化装置蒸汽使用情况，提出以下工艺系统流程。冲渣废水温度约90 ℃，可用于换热的流量为2880 t/h，需要制备出温度为70 ℃，流量为100 t/h 的饱和蒸汽，根据上述数据，可采用如下的工艺方案，如图1 所示。炼铁高炉冲渣水经沉淀过滤后，进入换热器内与循环除盐水进行换热，被冷却下来的冲渣水流入凝结水池，进行循环冲渣使用;除盐水在换热器内与高炉冲渣水换热后，形成高温热水，通过管道进入闪蒸罐进行喷淋，高温热水在蒸发压力下闪蒸沸腾，一部分热水汽化成为蒸发压力下的饱和蒸汽，另一部分热水温度降低到蒸汽温度以下，继续回换热器中被加热。饱和蒸汽送往低温多效海水淡化进行蒸发制水。MED装置变负荷调节能力为50%~100%，可随高炉冶炼频率变负荷调节产水能力，稳定运行。
3.2 可行性分析
高炉冲渣水余热参数如下：
冲渣水循环量：2880 t/h
冲渣水进口温度≥85 ℃
冲渣水回水温度≤50 ℃
蒸汽外排温度≥130 ℃
蒸汽外排流量≥137 t/h
除盐水回水温度:50 ℃
外供蒸汽压力:0.035MPa
补水量:137 t/h
高炉可回收的冲渣水余热热量计算式如下：
Q 余=m1Δhr + m2Δhq(1)
式中：Q 余———余热回收量，kJ/h;
m1———冲渣水进换热器流量，t/h;
m2———蒸汽外排流量，t/h;
Δhr———换热器进、出口冲渣水焓差，kJ/kg;
Δhq———换热器进、出口蒸汽焓差，kJ/kg。
130 ℃时蒸汽焓为2736.3 kJ/kg，150 ℃时蒸汽焓为2752.8 kJ/kg;95 ℃时水焓为398 kJ/kg，50℃时水焓为209.4 kJ/kg。将冲渣水余热参数带入式(1)，得Q 余Q 余为86.35×108 kJ/h。
海水淡化所需热量计算公式如下：
Q 耗=MΔh 汽(2)
式中：Q 耗———海水淡化耗热量，kJ;
M———外供蒸汽量，t/h;
Δh 汽———外供蒸汽与冷凝水焓差，kJ/kg。
130 ℃、0.4 MPa 时蒸汽焓值为2752.8 kJ/kg，则Q 耗为2.90×108 kJ/h。比较可知，Q 余—Q 耗，所以经过换热器换热，高炉余热回收的热量完全满足海水淡化使用条件，此方案可行。
4 高炉冲渣水余热利用新技术———实现钢铁工业废水“零”排放
钢铁工业废水中有效成分的回收利用将是未来废水处理工艺的发展方向。在环保日益严格的情况下，冶金废水若要对环境零污染，必须经过蒸发、结晶这两个工序，而面临运行成本这个巨大难题时，机械式蒸汽再压缩(MVR)耦合OLSO 蒸发结晶工艺是最理想的选择。该工艺可取得优质冷凝水，补给钢铁工业循环水系统。利用蒸发结晶工艺产水对钢铁工业水系统的盐平衡起到稀释和勾兑的作用，并将部分盐分结晶析出，实现工业废水“零”排放。
废水综合处理站排放的高含盐废水进入经脱硬预处理后进入MVR 系统进行蒸发浓缩。系统热源为高炉冲渣水余热。物料预热后进入降膜蒸发器，部分水份蒸发变成二次蒸汽，物料得到浓缩。产生的二次蒸汽经压缩后进入降膜蒸发器，浓缩后物料进入结晶器进行二次蒸发。
废水经MVR 系统蒸发至接近饱和浓度，进入OLSO 结晶系统进行蒸发结晶。结晶器底部晶浆浓度达到15%~20%，排料至旋流器，经旋流器作用后晶浆浓度达到45%以上，物料在导流筒作用下进入结晶室，晶体颗粒很快长大，大颗粒晶体由于沉降速度大于悬浮速度，在结晶器底部形成一个悬浮密度稳定的晶浆区，得到颗粒较大的晶体，浓缩液和晶体颗粒进行固液离心分离，分离后的母液返回原液池或继续蒸发结晶，晶体进入离心干燥包装系统进行称量包装。其工艺流程见图2。
该工艺进水浓度由低到高均可适用，实现蒸发连续结晶排盐功能，出盐粒度较大且均匀。不仅对钢铁厂的余热资源进行梯级利用，而且实现高含盐废水中盐分固化，水量无外排，大大降低了运行成本。
5 结论
将冲渣水余热用于海水淡化及废水处理，不仅提高了能源利用率，而且能够降低运行成本。为沿海钢铁企业节能降耗，解决缺水、降低海水淡化成本和废水处理等问题提出了参考。面对节能减排任务和严峻的经营形式压力，迫切需要我们充分合理地利用余能资源，最大限度地降低能耗，缓冲当前经济形势对行业造成的冲击。
原标题：高炉冲渣水余热用于海水淡化技术探讨
