高炉冲渣水余热加热软水水源改造.doc

2011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集

高炉冲渣水余热加热软水水源改造

孙斌 艾新华 焦虎生
唐钢不锈钢有限责任公司

摘要：针对北方冬季生产水易结冰，造成软水系统效率低下的现状，利用高炉冲渣水余热对软水水源进行加热，使软水制水系统常年都能达到设计负荷，为企业创造客观的经济效益。
关键字：软水，高炉冲渣水，加热

1. 概述
唐山不锈钢有限责任公司现有2座450m3高炉，水冲渣循环一次系统由冲渣过滤至一个冲渣水池、冲渣泵及相应管路组成，运行时循环水量为2100m3/h。冬季过滤后冲渣水温度约70℃。
二期软水站设计软水制水能力为500t/h，用生产水作为软水水源。但每年11月至次年3月，气温（低于5℃）远远低于反渗透膜和超滤膜的安全使用温度，为保证设备使用寿命，不得不关闭大部分膜组，使得制水能力下降，无法满足正常生产。为满足超滤及RO的产水量，提高水源温度成为必然。
为此提出利用冲渣水余热对软水站V型滤池产水进行加热，水温提高到25℃以上，满足超滤系统对水温的要求，确保生产用水。
2.改造方案
软水站距离冲渣泵房距离约1000m。为减少管线投资，设计将选取部分V型滤池产水作为二次水跟一次水（冲渣水）进行换热，换热后二次水设计达到60℃，再跟另一部分V型滤池产水混合至水温25℃。从长远考虑，如果采用普通碳钢管道极易产生铁离子污染，导致超滤膜、反渗透膜不可逆的污染，加速膜的老化速度，而不锈钢管道投资太大，因此供
回水管道采用塑胶衬里，给水、回水管路全程做保温，如图1所示：
3.参数计算
3.1.冲渣水相关参数
2座450m³高炉共用一个冲渣泵房，采用底滤法，水质相对较好。
相关参数如表1所示
冲渣过程每小时产生的总热量为：
(1)
其中：
Cz：渣比热容；
mz：每天出渣量
冲渣时蒸发损失、与大气对流散热将损失掉30%的热量，则平均每小时冲渣水可利用的有效热量为：

图1 改造系统图
序号
项 目
单 位
正常工况
备 注
1
高炉炉容
m³
450

2
出渣次数
次
15

3
出渣温度
℃
1400

4
渣比热容
kJ/(kg·℃)
1.227

5
每天出渣量
t
1200
2座一共
6
冲渣水循环水量
t/h
2100
24小时运行
7
渣与冲渣水换热后温度
℃
70～90

表1 冲渣水相关参数
(2)
使500t/h的V型滤池产水从2℃加温至25℃所需热量为：
(3)
其中：
Cv：滤池产水比热容；
mv：滤池每小时产水量
可见，渣水带来的热量可以满足500t/h的V型滤池产水升温要求。
3.2.一次水量的选择
一次水作为热源，在换热量一定的情况下，一次水量和换热温差成反比关系。因受现有场地的限制，一次水量过大会增加泵的占地面积，不利于布置；一次水量过小，会增加换热器的换热面积，进而增加换热器
的投资。再考虑换热器换热面积的富裕量，选择一次水量为400t/h，换热面积约为250m2。
一次循环水换热后温度为：
(4)
3.3.二次水量的选择

为减少管网投资以及输送成本，选取一部分V型滤池产水作为二次水输送到换热站进行加热，然后返回软水站与剩余部分低温水混合。
二次水量的选择会直接影响二次水循环泵、换热器和管道的投资，下面分别按二次水量为200t/h、300t/h和400t/h进行投资比较，结果如表2，管路散热量计算方法见3.4节。

序号
项 目
单位
比 较
1
二次水量
t/h
200
300
400
2
二次水换热前温度
℃
2
2
2
3
二次水换热后温度
℃
62
42
33
4
换热器换热面积
m²
250
150
130
5
二次水管径

DN250
DN300
DN350
6
二次水循环泵电机功率
kW
45
75
90
7
投资(换热器+二次循环泵+管道)
万元
基准
增加～142
增加～315
8
二次水循环泵的运行电费(按采暖期连续运行)
万元
基准
增加～3.2
增加～6.3
表2 二次水量为200t/h、300t/h和400t/h时的投资比较
根据上表的计算比较，随着二次水量的降低，换热器、二次循环泵和不锈钢管道部分的总投资越低，运行电费也越低。为保证板式换热器的最小换热温差，并充分考虑投资成本，此次改造选取二次循环水量为200t/h。
3.4.管路散热量计算
二次循环水管路管路散热量为：
(5)
则经过换热器换热后二次水所需携带的热量为：
(6)
，可见考虑了管路散热损失后，渣水带来的热量足够满足500t/h的V型滤池产水升温要求。
该热量可使200t/h的二次水升温至：
(7)
利用t2校核二次循环水管路散热及温降，根据设计手册选取保温厚度为30mm，计算得温降＜2℃，说明按2℃考虑是合理的。
4.项目实施效果
4.1.提高软水产量，减少生产水消耗
提温前11月至次年3月日平均生产水消耗8464.7t，外供软水2856t，制水率33.74%；提温后11月至次年3月日平均生产水消耗5885t，外供软水4478，制水率76.09%。
可以看出，提温后增大了软水站的供给能力，同时减少了生产水消耗。
五个月共153天内将节约生产水2579*153=394587t，减少生产水投资394587*1.88=74.2万元；另外，共减少外购软水1622*153=248166t，减少软水投资248166*3.43=85.1万元。
3.5.参数汇总

序 号
项 目
单 位
正常工况
1
一次水量
t/h
400
2
一次水换热前温度
℃
70
3
一次水换热后温度
℃
40
4
二次水量
t/h
200
5
二次水换热前温度
℃
2
6
二次水换热后温度
℃
62
7
换热器换热面积
m²
≈250
表 3
每年生产水和软水投资共减少159.3万元。
4.2.延长设备使用寿命，减少设备投资
软水站陶氏SFR-2860超滤膜共58根，计116万元；陶氏反BW30-400-34i渗透膜共960根，计696万元。两种膜共计812万元。设计使用寿命10年，考虑冬季低水温影响，正常使用寿命7年。通过此次改造，对水源提温后，就能达到设计寿命，即增加了3年使用寿命。平均每年节约设备投资34.8万元（理论计算方法：70年内少换3回膜，节约2436万元）。
节水及设备投资每年平均增加194.1万元效益，不到3年时间即可收回投资。
5.结束语
项目改造完成投入运行至今，不仅能够满足工艺要求，超滤进口水源水温22~26℃，满足超滤膜的使用要求，制水率提高到69%~81%，而且设备运行稳定，完全达到了改造预期效果。此改造项目给唐山不锈钢公司的水量消耗及设备维修带来了很大收益。
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