一种高炉冲渣水余热回收制冷系统及其使用方法与流程

1.本发明属于冶金热能回收技术领域，具体涉及一种高炉冲渣水余热回收制冷系统及其使用方法。


背景技术：

2.我国高炉渣的处理工艺主要采用水淬处理，大量高炉熔渣(～1500℃)通过冲渣水进行冷却粒化，产生大量温度在70～90℃左右的低温热水，经过底滤沉淀后引入空冷塔，冷却到温度低于60℃再次循环冲渣。由冲渣水带走的高炉渣的物理热量占炼铁能耗的8％左右，这部分热量没有得到有效利用，而是通过冷却塔蒸发散失到大气中，既造成了能源的浪费，又对环境造成了热污染，还增加了冲渣水系统的补水量和冷却塔电耗。
3.目前关于高炉冲渣水余热回收成功的案例，仅有北方一些地区用来进行冬季采暖，但采暖周期短，余热回收量有限，夏季还未见到有冲渣水余热回收利用的成功工程案例，主要是因为冲渣水含大量矿棉等杂质，同时富含大量cl-、so
42-、co
32-、oh-、ca
2+
、mg
2+
等离子，具有高悬浮物、腐蚀性、结垢性的特点，如果直接进入常规冷水机组，会在短时间内造成设备堵塞、结垢、腐蚀，如果采用热媒间接换热，则会降低机组换热效率，影响经济性。
4.经检索，关于高炉水渣的余热利用已有相关专利公开。如，中国专利申请号为201811609265.6的专利(名称为一种高炉水渣过滤池余热制冷利用系统)，该申请案的系统包括高空烟囱、过滤池、水泵房、冷却塔和储水池，过滤池外设有第一余热制冷单元，过滤池的上部设有蒸汽排放孔，蒸汽排放孔排出的高温蒸汽能够进入第一余热制冷单元中做功，过滤池的下部设有高温过滤水出口，该高温过滤水出口排出的高温过滤水能够进入该第二余热制冷单元中做功，能够充分利用过滤池中冲渣水和蒸汽的余热制冷。该专利使用过滤池出水作为热源，水温较低，冲渣水未经预处理直接进入制冷单元，对设备存在不良影响。
5.又如，中国专利申请号为202010509125.2的专利(名称为一种高炉冲渣水及乏汽余热利用系统)，该申请案的系统包括高炉和与高炉相连通的水渣池，水渣池上方设有乏汽放散塔，水渣池的一侧设有用于对水渣池内的高温熔渣冲击冷却的喷水泵，喷水泵与蓄水池相连通，还包括风机、抽水泵和余热回收装置，余热回收装置内设有相互换热的热介质通道和冷水通道，乏汽放散塔和水渣池分别通过风机和抽水泵与所述热介质通道的入口端相连通，通过回收高炉冲渣水及乏汽余热，利用余热回收装置的热量交换，输送出热水作为吸收式制冷机的能量使用，实现对软水进行冷却。该系统通过余热回收装置间接换热作为吸收式制冷机的热源，存在热能损耗，效率较低。
6.再如，中国专利申请号为202120019681.1的专利(名称为一种高炉冲渣水余热利用系统)，该申请案的系统中通过设置有调温蓄热装置，能有效解决余热利用过程中高炉冲渣水的水温波动问题，利用高炉冲渣水的余热进行用户采暖，或利用冲渣水余热驱动溴化锂制冷机制出冷水用于高炉鼓风脱湿，一年四季均能实现高炉冲渣水余热的高效回收利用。该系统同样未对冲渣水进行预处理，易造成设备堵塞结垢和腐蚀。
7.综上所述，因高炉冲渣水直接换热水质较差、水温不稳定，间接换热效率低等问
题，目前夏季利用高炉冲渣水进行余热制冷在国内还未见应用，因此，亟需提出一套新型的高炉冲渣水余热回收制冷系统。


技术实现要素：

8.1.要解决的问题
9.本发明目的在于提供一种高炉冲渣水余热回收制冷系统及其使用方法，以解决现有技术中高炉冲渣水余热回收过程中设备堵塞结垢腐蚀、换热效率低的问题，从而实现高炉冲渣水余热的高效回收利用。
10.2.技术方案
11.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
12.本发明的一种高炉冲渣水余热回收制冷系统，包括依次相连的高炉、粒化塔、过滤池和冷却塔，还包括冲渣水预处理系统、吸收式制冷机和用户，所述过滤池通过管道与冲渣水预处理系统相连，冲渣水预处理系统的出口通过管道与吸收式制冷机入水口相连，吸收式制冷机的出口端与用户相连，且吸收式制冷机上设有再生器自动清洗保养系统，其中，所述冲渣水预处理系统用于对经过滤池处理后的冲渣水进行预处理，分级处理掉冲渣水中的悬浮物；所述再生器自动清洗保养系统使用制冷后的冲渣水冲洗吸收式制冷机，防止吸收式制冷机结垢和腐蚀，有效解决了现有技术中对高炉冲渣水余热进行回收利用时，存在容易造成设备堵塞、结垢和腐蚀的情况，大大提升了回收系统的使用效果及寿命。
13.作为本发明的进一步改进，所述冲渣水预处理系统包括的粗过滤模块和精过滤模块，所述粗过滤模块通过管道与过滤池相连，粗过滤模块与精过滤模块连通，且精过滤模块通过管道与吸收式制冷机相连，通过设置粗过滤模块和精过滤模块两部分，可以针对高炉冲渣水中的悬浮物特点进行分级处理，处理后的水中的悬浮物含量满足制冷机组的要求，水中悬浮物含量≤20mg/l，并能实现全自动反冲洗，确保系统高效稳定运行。
14.作为本发明的进一步改进，还设有取水泵，取水泵设于冲渣水预处理系统与过滤池之间的管道上。
15.作为本发明的进一步改进，所述再生器自动清洗保养系统进口端通过管道与吸收式制冷机的出口端相连，再生器自动清洗保养系统的出口端通过管道和清洗泵与吸收式制冷机的进口端相连，且再生器自动清洗保养系统还通过氮气管道与吸收式制冷机相连，利用冲渣水对吸收式制冷机进行冲洗，同时，设有氮气管道，可用于对吸收式制冷机进行高温高压氮气反冲烘干，且在停机时，还可以用于对机组进行充氮保压工作。
16.作为本发明的进一步改进，所述吸收式制冷机与用户相连的管道上设有冷冻水泵，用户的出口端通过管道与吸收式制冷机相连，且吸收式制冷机还通过管道与过滤池相连。
17.作为本发明的进一步改进，所述吸收式制冷机为热水型溴化锂制冷机，包括再生器冲渣水系统、蒸发器冷冻水系统、吸收器和冷凝器冷却水系统，制冷量为380
×
104kcal/h～400
×
104kcal/h。
18.作为本发明的进一步改进，所述吸收式制冷机中再生器冲渣水系统使用的换热管材质为ta2工业纯钛管，确保耐腐蚀；冲渣水入口温度为65～90℃、出口温度为60～75℃，流量为1000～1100m3/h；水系统最高工作压力0.8mpa，机内压损7.2mh2o～7.4mh2o。
19.蒸发器冷冻水系统使用的换热管材质为纯铜管，确保高效换热；冷冻水入口温度为12℃，出口温度为7℃，流量为750～850m3/h；水系统最高工作压力0.8mpa，机内压损7.4mh2o～7.6mh2o。
20.吸收器和冷凝器冷却水系统使用的换热管材质为不锈钢管，如316l不锈钢管；冷却水入口温度为29～33℃、出口温度为35～39℃，流量为1500～1600m3/h；水系统最高工作压力0.8mpa，机内压损7.4mh2o～7.6mh2o。
21.作为本发明的进一步改进，还包括冷水池和冲渣泵，所述冷水池的进口端通过自流管道与冷却塔出口端相连，冷水池的出口端通过管道及冲渣泵与粒化塔相连。
22.作为本发明的进一步改进，还包括渣沟和渣水混合物通道，所述高炉出渣口通过渣沟与粒化塔连通，且粒化塔通过渣水混合物通道与过滤池相连。
23.作为本发明的进一步改进，还包括提升泵，所述提升泵设于过滤池和冷却塔之间的管道上。
24.上述高炉冲渣水余热回收制冷系统的使用方法，包括如下步骤：
25.步骤一、冲渣水的初步处理；
26.将高炉排出的高温熔渣依次进入粒化塔及过滤池进行初步处理，经过滤池处理后的冲渣水一部分进入冷却塔中进行处置；另一部分进入吸收式制冷机进行换热制冷；
27.步骤二、冲渣水的过滤预处理；
28.进入吸收式制冷机的冲渣水，先经冲渣水预处理系统中进行冲渣水中悬浮物的分级处理，处理后满足制冷机组的使用要求；
29.步骤三、冲渣水制冷换热；
30.将经步骤二中处理后的冲渣水导入吸收式制冷机中进行换热制冷；
31.步骤四、对吸收式制冷机进行冲洗；
32.经换热制冷后的冲渣水大部分进入用户用于夏季供冷，包括高炉鼓风脱湿系统、焦化鼓冷系统、替代办公区域空调电制冷等，剩余部分冲渣水可作为清洗液冲洗吸收式制冷机；
33.步骤五、停机时，对吸收式制冷机进行化学清洗和保养；
34.采用再生器自动清洗保养系统自动对吸收式制冷机的换热管道进行化学清洗，可针对特定换热管材质及水垢的组成，采用专用的化学药品种类及方法进行清洗，如使用高效的分散剂。渗透剂、清洗剂、钝化剂、彻底清除系统内的结垢、生物污及锈等杂物，并在金属表面进行钝化生产保护膜。此外，更优化的，冲洗后还可以利用高温高压氮气对换热管道进行反冲烘干，若吸收式制冷机长期停机时，还可以对机组进行充氮保压工作。
35.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
36.(1)本发明解决了因高炉冲渣水水质差造成的换热设备堵塞腐蚀结垢问题，可直接利用高炉冲渣水余热生产冷冻水，换热效率高，设备使用寿命长，解决高炉冲渣水余热只能用于冬季采暖、夏季闲置的问题。
37.(2)本发明充分利用低品位余热满足焦化、炼铁专业冷却、除湿等工艺的制冷需求，替代电或蒸汽制冷，有利于降低电、蒸汽以及冲渣新水消耗，降低冷却塔水泵和风机能耗，能够降低生产成本，减少对环境的热污染，具有良好经济和环保效益。
38.(3)本发明设备及工艺流程简单，自动化程度高，操作难度、运行费用低，使用寿命
长，适合工业应用。
附图说明
39.图1为一种高炉冲渣水余热回收制冷系统的整体结构示意图；
40.图中：
41.1、高炉；2、渣沟；3、粒化塔；4、渣水混合物通道；5、过滤池；6、提升泵；7、冷却塔；8、自流管道；9、冷水池；10、冲渣泵；11、取水泵；12、冲渣水预处理系统；13、粗过滤模块；14、精过滤模块；15、吸收式制冷机；16、再生器自动清洗保养系统；17、清洗泵；18、氮气管道；19、冷冻水泵；20、用户。
具体实施方式
42.下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
43.实施例1
44.如图1所示，本实施例的一种高炉冲渣水余热回收制冷系统，包括依次相连的高炉1、粒化塔3、过滤池5、冷却塔7和冷水池9，高炉1通过渣沟2与粒化塔3连接，粒化塔3通过渣水混合物通道4与过滤池5入口端连接，过滤池5出口端通过提升泵6与冷却塔7连接，冷却塔7通过自流管道8与冷水池9入口端连接，所述冷水池9出口端还通过冲渣泵10与粒化塔3连接。
45.利用冲渣泵10将冷水池9内冷却后的冷水输送到粒化塔3，在塔内对1500℃左右的高温熔渣进行喷射冷却，冲渣水温度升高至70～90℃，渣水混合物通过渣水混合物通道4进入过滤池5过滤，过滤池5的进水水质如表1所示。
46.表1冲渣水水质检测结果
47.项目检测结果单位ph值5.7无量纲氯离子348mg/l硫酸根2020mg/l电导率4520mg/l总硬度1640mg/l钙580mg/l镁46mg/l悬浮物1200mg/l
48.本实施例中，高炉冲渣水余热回收制冷系统还包括取水泵11和冲渣水预处理系统12，冲渣水预处理系统12设有粗过滤模块13和精过滤模块14，冲渣水预处理系统12的入口端通过取水泵11与过滤池5的入水端相连接。因冲渣水中含有大量矿棉杂质及盐类物质，不适宜直接进入吸收式制冷机15，因此，首先通过取水泵11从过滤池5入水端取热水送入冲渣水预处理系统12进行智能化过滤，由粗过滤模块13和精过滤模块14针对冲渣水的悬浮物特点进行分级处理，确保处理后水中悬浮物含量不大于20mg/l，并能实现全自动反冲洗，确保系统高效稳定运行。
49.高炉冲渣水余热回收制冷系统还包括吸收式制冷机15和用户20，吸收式制冷机15
的进口端，也即热水入口通过管线与冲渣水预处理系统12的出口端连接，吸收式制冷机15的冷水出口通过管线与过滤池5的出水端连接，吸收式制冷机15的冷冻水出口和常温水入口分别通过冷冻水泵19和管线与用户20连接。
50.经过冲渣水预处理系统12处理后的温度65～90℃、流量为1000～1100m3/h的热水，吸收式制冷机15将其作为制冷能源，热水经过制冷机再生器换热后温度下降到60～75℃，重新作为喷射冷却高温熔渣的冷水源，通过管线与提升泵6进入冷却塔7，将大大降低冷却塔7的工作负荷。吸收式制冷机15的制冷量为380
×
104kcal/h～400
×
104kcal/h，由其将用户端循环回流的温度12℃的冷冻水制备为温度7℃、流量750～850m3/h的冷冻水，再通过冷冻水泵19输送至高炉鼓风脱湿系统、焦化鼓冷系统、办公区域等用户端，满足其制冷需求。
51.为进一步提升吸收式制冷机15的运行可靠性、高效性，吸收式制冷机15的再生器冲渣水换热管材质采用ta2工业纯钛管，确保耐腐蚀，蒸发器冷冻水换热管材质采用纯铜管，确保高效换热，吸收器和冷凝器冷却水换热管材质采用316l不锈钢管。
52.同时，本实施例中，高炉冲渣水余热回收制冷系统还包括制冷机再生器自动清洗保养系统16、清洗泵17和氮气管道18，再生器自动清洗保养系统16的出口端通过清洗泵17与吸收式制冷机15的热水入口连接，再生器自动清洗保养系统16的入口端通过管线与吸收式制冷机15的冷水出口连接，再生器自动清洗保养系统16还设置有氮气管道18与吸收式制冷机15的再生器连接。为避免冲渣水所含盐类物质对制冷机再生器换热管造成结垢腐蚀，再生器自动清洗保养系统16在停机季节自动对制冷机再生器换热管进行除垢清洗、烘干、氮气保压等维护，针对钙、镁、硅等水垢非常坚硬以及制冷的换热管管壁较脆薄，在停机季节使用药品进行化学清洗，针对特定换热管材质及水垢的组成，采用专用化学药品种类和处理方法，使用高效的分散剂、渗透剂、清洗剂、钝化剂、彻底清除系统内的结垢、生物污及锈等杂物，并在金属表面进行钝化生产保护膜，清洗结束后，进行高温高压氮气反冲烘干，若机制冷机组长时间不用，还可对机组进行充氮保压工作。
53.此外，本发明的高炉冲渣水余热回收制冷系统，其使用方法包括以下步骤：
54.步骤一、冲渣水的初步处理；
55.将高炉1排出的高温熔渣经渣沟2输送至粒化塔3中进行冷水喷射冷却，冷却后产生的渣水混合物通过渣混合物通道4进入过滤池5过滤，经过滤池5处理后的冲渣水一部分进入冷却塔7中进行冷却；另一部分进入吸收式制冷机5进行换热制冷；
56.步骤二、冲渣水的过滤预处理；
57.进入吸收式制冷机5的冲渣水，先经冲渣水预处理系统12中进行冲渣水中悬浮物的分级处理，以确保处理后水中悬浮物含量不大于20mg/l；
58.步骤三、冲渣水制冷换热；
59.将经步骤二中处理后的冲渣水导入吸收式制冷机5中作为制冷热源进行制冷；
60.步骤四、对吸收式制冷机5进行冲洗；
61.经制冷后的冲渣水大部分进入用户20用于供冷，剩余部分作为清洗液冲洗吸收式制冷机5；
62.步骤五、停机时，对吸收式制冷机5进行化学清洗和保养；
63.在停机季节自动对制冷机再生器换热管进行除垢清洗、烘干、氮气保压等维护，提
高设备的使用寿命。
64.本发明通过增设冲渣水预处理系统，其由粗过滤模块和精过滤模块两部分组成，可以针对高炉冲渣水的悬浮物特点进行分级处理，处理后水中悬浮物含量满足制冷机组要求，并通过全自动反冲洗确保系统高效稳定运行。同时，针对冲渣水水质特点，溴化锂制冷机组冲渣水、冷冻水、冷却水系统换热管采用特殊材质，提高了耐腐蚀。此外，溴化锂制冷机组再生器采用自动清洗保养系统，对再生器换热管进行除垢清洗、烘干、氮气保压等维护，提高了设备换热效率，延长使用寿命。
65.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种高炉冲渣水余热回收制冷系统，包括依次相连的高炉(1)、粒化塔(3)、过滤池(5)和冷却塔(7)，其特征在于：还包括冲渣水预处理系统(12)、吸收式制冷机(15)和用户(20)，所述过滤池(5)通过管道与冲渣水预处理系统(12)相连，冲渣水预处理系统(12)的出口端通过管道与吸收式制冷机(15)入水口相连，吸收式制冷机(15)的出口端与用户(20)相连，且吸收式制冷机(15)上设有再生器自动清洗保养系统(16)，其中，所述冲渣水预处理系统(12)用于对经过滤池(5)处理后的冲渣水进行预处理，分级处理掉冲渣水中的悬浮物；所述再生器自动清洗保养系统(16)用于冲洗、保养吸收式制冷机(15)，防止吸收式制冷机(15)结垢和腐蚀。2.根据权利要求1所述的一种高炉冲渣水余热回收制冷系统，其特征在于：所述冲渣水预处理系统(12)包括的粗过滤模块(13)和精过滤模块(14)，所述粗过滤模块(13)通过管道与过滤池(5)相连，粗过滤模块(13)与精过滤模块(14)连通，且精过滤模块(14)通过管道与吸收式制冷机(15)相连。3.根据权利要求2所述的一种高炉冲渣水余热回收制冷系统，其特征在于：还设有取水泵(11)，取水泵(11)设于冲渣水预处理系统(12)与过滤池(5)之间的管道上。4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种高炉冲渣水余热回收制冷系统，其特征在于：所述再生器自动清洗保养系统(16)进口端通过管道与吸收式制冷机(15)的出口端相连，再生器自动清洗保养系统(16)的出口端通过管道和清洗泵(17)与吸收式制冷机(15)的进口端相连，且再生器自动清洗保养系统(16)还通过氮气管道(18)与吸收式制冷机(15)相连。5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种高炉冲渣水余热回收制冷系统，其特征在于：所述吸收式制冷机(15)与用户(20)相连的管道上设有冷冻水泵(19)，用户(20)的出口端通过管道与吸收式制冷机(15)相连，且吸收式制冷机(15)还通过管道与过滤池(5)相连。6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种高炉冲渣水余热回收制冷系统，其特征在于：所述吸收式制冷机(15)为热水型溴化锂制冷机，包括再生器冲渣水系统、蒸发器冷冻水系统、吸收器和冷凝器冷却水系统，制冷量为380
×
104～400
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104kcal/h。7.根据权利要求6所述的一种高炉冲渣水余热回收制冷系统，其特征在于：所述吸收式制冷机(15)中再生器冲渣水系统使用的换热管材质为ta2工业纯钛管，蒸发器冷冻水系统使用的换热管材质为纯铜管，吸收器和冷凝器冷却水系统使用的换热管材质为不锈钢管。8.根据权利要求6所述的一种高炉冲渣水余热回收制冷系统，其特征在于：还包括冷水池(9)和冲渣泵(10)，所述冷水池(9)的进口端通过自流管道(8)与冷却塔(7)出口端相连，冷水池(9)的出口端通过管道及冲渣泵(10)与粒化塔(3)相连；还包括渣沟(2)和渣水混合物通道(4)，所述高炉(1)出渣口通过渣沟(2)与粒化塔(3)连通，且粒化塔(3)通过渣水混合物通道(4)与过滤池(5)相连。9.根据权利要求6所述的一种高炉冲渣水余热回收制冷系统，其特征在于：还包括提升泵(6)，所述提升泵(6)设于过滤池(5)和冷却塔(7)之间的管道上。10.一种如权利要求1-9中任一项所述的高炉冲渣水余热回收制冷系统的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、冲渣水的初步处理；将高炉(1)排出的高温熔渣依次进入粒化塔(3)及过滤池(5)进行初步处理，经过滤池(5)处理后的冲渣水一部分进入冷却塔(7)中进行处置；另一部分进入吸收式制冷机(5)进
行换热制冷；步骤二、冲渣水的过滤预处理；进入吸收式制冷机(5)的冲渣水，先经冲渣水预处理系统(12)中进行冲渣水中悬浮物的分级处理；步骤三、冲渣水制冷换热；将经步骤二中处理后的冲渣水导入吸收式制冷机(5)中进行换热制冷；步骤四、对吸收式制冷机(5)进行冲洗；经换热制冷后的冲渣水大部分进入用户(20)用于供冷，剩余部分作为清洗液冲洗吸收式制冷机(5)；步骤五、停机时，对吸收式制冷机(5)进行化学清洗和保养；采用再生器自动清洗保养系统(16)对吸收式制冷机(5)的换热管道进行化学清洗，并利用高温高压氮气反冲烘干，若吸收式制冷机(5)长期停机时，对机组进行充氮保压工作。

技术总结
本发明公开了一种高炉冲渣水余热回收制冷系统及其使用方法，属于冶金热能回收技术领域。本发明的系统包括依次相连的高炉、粒化塔、过滤池、冷却塔、冲渣水预处理系统、吸收式制冷机和用户，过滤池通过管道与冲渣水预处理系统相连，冲渣水预处理系统与吸收式制冷机相连，冲渣水预处理系统用于对冲渣水进行预处理，分级处理掉冲渣水中的悬浮物。吸收式制冷机与用户相连，且吸收式制冷机上设有再生器自动清洗保养系统，用于对吸收式制冷机进行冲洗保养，防止吸收式制冷机结垢和腐蚀。本发明的技术方案能够有效解决冲渣水余热回收过程中设备堵塞结垢腐蚀、换热效率低的问题，实现了高炉冲渣水余热的高效回收利用。渣水余热的高效回收利用。渣水余热的高效回收利用。


技术研发人员：邱全山 刘自民 郁雷 王思维 曹曲泉 裴永红 曹欣川洲 刘晓军 唐嘉瑞 陈璐 程峰
受保护的技术使用者：马鞍山钢铁股份有限公司
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/10/7