高炉熔融炉渣的温度高达1400℃~1500℃，其热量大，属于高品质的余热资源。我国高炉渣的处理工艺主要采用水淬处理，大量高温炉渣通过冲渣水进行冷却，产生大量温度为70℃~85℃的热水。通常，为了保证冲渣水的循环利用，需要将这部分冲渣水沉淀过滤后引入空冷塔，降温到50℃以下再次循环冲渣，或自然降温后继续循环冲渣。这个过程损失了大量的热量，既造成了能源的浪费，又对环境造成了污染。
高炉冲渣水作为一种废热能源，因其温度稳定、流量大的特点，正逐渐成为余热回收利用的研究热点。目前，对冲渣水余热的回收方式有利用冲渣水采暖、浴池用水和余热发电。冲渣水余热发电是一种最有价值的研发方向，但因其技术要求相对较高，投资回收期较长，目前还处于研究开发阶段。利用冲渣水采暖或作浴池用水，已经被北方地区的部分钢厂使用，并带来较好的经济效益。
高炉水渣含有CaO、SiO2、MgO、Al2O3和少量的Fe2O3，pH值大于7，呈弱碱性。高炉水渣杂质在冲渣水中以固体颗粒或悬浮物的形式存在，日积月累，杂质会使采暖系统中的管道、阀门、散热器发生大面积淤积、堵塞，所以高炉冲渣水作为采暖热源时不适于直接使用。通过间接换热的形式重复利用冲渣水进行采暖或作为浴池用水是高炉冲渣水利用的技术点，而高炉冲渣水专用换热器适用于换热介质在高悬浮物、高黏度等恶劣工况下的实体应用。
冲渣水余热回收出利器
冲渣水专用换热器是由螺旋状扁管换热元件制造而成的新型高效换热器，螺旋扁管的截面为椭圆形，其管内外流道均呈螺旋状，获得国家实用新型专利。该换热器在使用过程中具有以下特点：
压降小。管壳式换热器在壳程为了减少死区和短路设置了一定数量的折流板，相应地增加了阻力，而螺旋扁管的应用使得壳程中介质的曲折流动变为直接螺旋流动，没有死区，不必设置折流板。取消折流板降低了阻力，并大大提高了热传递效率。冲渣水专用换热器和螺旋板式换热器的压降≤30kPa，而板式换热器和固定管板式换热器的压降均为50kPa~100kPa。
传热效率高。在管程，流体的螺旋流动增强了其湍流程度，减薄了作为传热主要热阻的滞流内层的厚度，使管内传热得到强化;在壳程，因螺旋扁管之间的流道也呈螺旋状，流体在其间运动时受离心作用而周期性地改变速度和方向，从而加强了流体的纵向混合。加之流体经过相邻管子的螺旋线接触点时形成脱离管壁的尾流，增强了流体自身的湍流程度，使得壳程的传热也得以强化。管内、管外传热同时强化使其传热效果大幅提高，特别对流体悬浮物较大、黏度较大、一侧或两侧呈滞流流动的换热过程体，其效果尤为突出。
不易结垢。换热管内外流体均呈螺旋状、离心式流动，不断冲刷管的内壁和外壁，使换热管不易结垢。壳程和管程上的涡流减少了污垢的沉积，同时由于流速改变，降低了换热管阻塞和结垢的几率。
不堵塞。特殊的换热元件具有自洁特性，一旦杂质进入换热器，尤其是冲渣水中丝状悬浮物的聚集，不易在换热元件内停留形成挂壁而使换热器堵塞，保持了换热器的长期正常运行。
检修维护简易。冲渣水专用换热器采用模块化设计，可根据需求自由组合成不同系统，每个模块由两台冲渣水专用换热器组成，正常运行时两台换热器同时工作，在采暖初期、末期或换热器维护时又可单独使用。同时，可在设计时预留换热能力，可增加模块，检修更换非常方便。由于换热器无污堵，减少了维护量，在正常运行使用时可做到无人值守。
一个采暖期即可收回投资
某公司3座高炉冲渣水的循环水量为4200m3/h、70℃~85℃的低温热水，最少可提供48800千瓦的热量，按利用95%的热效率，可供近60万平方米的居民采暖、8万平方米的厂区采暖或者3000人的职工洗浴。如果将冲渣水的余热代替住宅区的锅炉房，不但有采暖收益，还节约了锅炉燃煤，减轻了热污染，杜绝了SO2、NOX、CO2和粉尘等大气污染及锅炉房排污造成的水污染。冲渣水温度降低，可提高高炉渣的品质，提高炉渣制成的水泥活性。另外，厂区内8万平方米的综合楼、办公楼、宿舍、车间等可采用蒸汽采暖，如果将高炉冲渣水的余热代替原来用于采暖的蒸汽，将蒸汽用于发电，可有效缓解电力不足。投资1025万元，约3个月或一个采暖期即可收回投资。
目前我国北方地区钢厂高炉冲渣水的余热利用多以采暖为主，国内已有多家钢铁企业采用高炉冲渣水专用换热器，利用高炉冲渣水为居民小区和厂区供暖，取得了良好的运行效果。
效益情况分析
高炉冲渣水拥有巨大的余热资源，其余热回收高效利用的经济效益、环保效益和社会效益显著。
经济效益。目前高炉冲渣水余热可用于钢铁企业的鼓风预热、除盐水预热、混料加热、设备的除湿和食堂澡堂热水等供应。该技术在钢铁企业推广可减轻钢企节能减排的压力，增加钢企收入。高炉冲渣水余热利用项目投资回收期仅为一个采暖期，还能申请国家节能资金补助，并且通过收取采暖费的方式，为钢企创造效益，节约成本。同时，由于回收期短，经济效益显著，为钢厂发展非钢产业提供了新途径。
环境效益。高炉冲渣水高效回收利用技术可大大减少雾霾产生。北方地区采用高炉冲渣水余热回收替换燃煤锅炉采暖(或置换燃气锅炉的煤气用于发电)，杜绝了燃煤锅炉外排废气、SO2等污染物的排放，减少雾霾的发生。同时，不需要购买大量的燃气或不需要储存燃煤的仓库，也没有运输燃煤的物流环节，人力、物力成本也大大减少，同时减轻城市运转压力。南方地区钢厂发展低温余热资源产业化的有机朗肯低温余热发电技术(ORC)，将高炉冲渣水余热回收用于低温余热发电，其市场前景广阔。
社会效益。高炉冲渣水余热回收利用技术和创新管理驱动了钢厂与城市的绿色融合，为城市与钢铁企业融合发展提供了新途径。据不完全统计，全国有39家城市型钢厂或都市型钢铁企业。钢厂为城市居民小区供热采暖或制冷，城市中水或其它工业废水供城市型钢铁企业进行处理回用，钢企与城市水资源形成梯级循环利用、和谐发展。城市型钢铁企业与城市形成互相依存、和谐共融的健康发展局面，走出一条钢厂与环境、城市和谐发展的新道路。
推广高炉冲渣水余热利用项目以来，2013年有20余家企业签订并实施了该项目，当年为用户节煤15.43万吨，减排二氧化碳55.87万吨，减排二氧化硫178吨，减排氮氧化物1550吨，减排粉尘349.2吨。预计2015年我国年产7.6亿吨生铁，则每年高炉渣量约为2.43亿吨，若其中30%的高炉炉渣余热高效回收利用，则每年可利用的高炉渣量有0.73亿吨。1吨高炉渣所含的热量相当于0.058吨标准煤，年节能能力为423万吨，碳减排量为1117万吨CO2。目前高炉冲渣水专用换热器可实现规模化生产，年产1000台(套)，生产能力完全能够满足用户需求。
原标题：余热变能源———高炉冲渣水余热回收技术的创新与应用
