高爐沖渣水余熱利用方案的比較與分析

湯雯

引言

我國鋼鐵企業(yè)的能源消耗約占全國能源總消耗的10%～15%，而我國鋼鐵企業(yè)對能源的利用率低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家的水平。目前，國內(nèi)多數(shù)鋼鐵企業(yè)通常采用水淬沖洗方式處理熔融態(tài)鐵渣，處理工藝中未設(shè)置獨(dú)立的余熱回收裝置，沖渣水直接排放。不僅導(dǎo)致大量的資源的浪費(fèi)；且產(chǎn)生含腐蝕性氣體的蒸汽對廠內(nèi)的設(shè)備造成破壞。對沖渣水的余熱回收是鋼鐵企業(yè)一個(gè)亟需解決的問題。

現(xiàn)階段，鋼鐵企業(yè)沖渣水余熱回收利用主要有集中供暖和低溫余熱發(fā)電兩種方式。本文以北方某鋼鐵企業(yè)1#高爐沖渣水余熱資源為例，分別采用集中供暖和余熱發(fā)電（本文選用有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電）兩種方案展開計(jì)算，對比了兩種方案的項(xiàng)目投資、投資收益、投資回收期以及節(jié)能減排綜合社會(huì)效益，可為今后鋼鐵企業(yè)余熱回收利用提供參考。

1、余熱利用方案的計(jì)算與比較

北方某鋼鐵企業(yè)1#高爐沖渣水量為2650m3/h，沖渣后水溫為85℃，平均每天沖渣12小時(shí)。

方案一：集中供暖

沖渣水經(jīng)過沉淀和過濾，由循環(huán)水泵經(jīng)長距離供熱管網(wǎng)輸送至采暖用戶。因管網(wǎng)散熱損失，沖渣水實(shí)際進(jìn)入采暖用戶的溫度比沖渣后水溫低15℃左右，采暖用戶的供回水溫差通常為15℃，根據(jù)公式（1）可計(jì)算出沖渣水提供的有效熱量：

Q=hG（Tg-Th） （1）

式中，Q為有效熱量，KW/h；h為單位換算系數(shù)，取h=1.16；G為沖渣水流量，kg/h；Tg、Th分別為管網(wǎng)供水、回水溫度，℃。

可供采暖的建筑面積S由式（2）計(jì)算：

方案二：低溫有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）發(fā)電利用

圖1為對應(yīng)的ORC循環(huán)T-s圖，如圖所示，工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)定壓吸熱（4-1過程），然后在膨脹機(jī)內(nèi)絕熱做功（1-2過程），乏汽在冷凝器內(nèi)定壓放熱（2-3過程），最后在工質(zhì)泵內(nèi)絕熱壓縮（4-1過程），再回到蒸發(fā)器，完成整個(gè)ORC動(dòng)力循環(huán)。

（

兩種方案的綜合社會(huì)效率按國家發(fā)改委提供的數(shù)據(jù)計(jì)算：工業(yè)鍋爐煤燃燒一噸標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生二氧化碳2620kg，二氧化硫8.5kg，氮氧化物7.4kg，煙塵58.7kg。

從表1可知，對鋼鐵企業(yè)沖渣水進(jìn)行余熱回收，采用集中供暖的方案無論在經(jīng)濟(jì)效益還是在社會(huì)效益上都要優(yōu)于余熱發(fā)電方案。且經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電的效率不高，只有15%左右。因此，鋼鐵企業(yè)沖渣水余熱回收應(yīng)優(yōu)先考慮采用集中供暖的方案。

2、結(jié)論

本文以北方某鋼鐵企業(yè)1#高爐沖渣水余熱資源為例，采用集中供暖和余熱發(fā)電兩種方案展開計(jì)算，對比了兩種方案的項(xiàng)目投資、投資收益、投資回收期以及節(jié)能減排綜合社會(huì)效益，發(fā)現(xiàn)沖渣水余熱回收采用集中供暖優(yōu)于余熱發(fā)電，本文研究結(jié)果可為今后鋼鐵企業(yè)余熱回收利用提供參考。

（作者單位：昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司）