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工业余能回收利用造福社会
工业废水的水量很大,仅2013年我国工业废水排放总量就达到209.8亿吨。全国工业废水排放量中,50%以上是50℃以上的中高温工业废水,大量余热被释放到空气中。

    工业废水及工艺循环水中蕴含着大量热能,绝大多数未能得到有效的开发利用,直接排放到空气或者地表径流中,既造成了环境的破坏又是一种严重的浪费。
    工业废水水质成分复杂,因工艺不同而成分各异,但一般都属于酸碱性饱和离子水,极容易产生结晶析出现

    高炉冲渣是冶炼过程中最末端工艺,高炉炼铁后产生大量1400 ~ 1500℃的高温炉渣,高温炉渣通过冲渣水冷却,这一过程中能够产生大量温度在70-85℃的冲渣水。通常,为了保证冲渣水的循环利用效果,需要将这部分冲渣水在沉淀过滤后引入空冷塔,降温到50℃以下再次循环冲渣,或进行自然降温后继续循环利用,因此导致大量的热量浪费和环境的热污染。
反复使用的冲渣水中必然会溶解部分硅酸盐,同时溶进了炉渣中含有的多种无机盐和氧化物,形成了饱和状态的无机盐类水溶液。

冲渣水水质成分复杂


(1)易析晶、结垢
①溶解性总固体(TDS):是溶解在水里的无机盐和有机物的总称。其主要成分有钙、镁、钠、钾离子和碳酸离子、碳酸氢离子、氯离子、硫酸离子和硝酸离子。 TDS值越高,表示水中含有的杂质越多。本项目TDS高达31916mg/L,说明水中杂质含量及盐分极高。
②碱度:碱度是表示水中CO3  、HCO3  、OH  及其他一些弱酸盐类的总合。这些盐类的水溶液都呈碱性。一般冲渣水项目冲渣水中碱度高达1366mg/L,水中大量的Na2O、K2O等碱金属,碱金属与二氧化硅反应,结晶生成硅酸钠、铝硅酸钠、硅酸钾等。随着热的饱和溶液降温后,溶质以晶体的形式析出,在连续的生产过程中,挂附在设备上。同时在高炉冲渣水中含有的钙、镁离子,其易与酸式碳酸盐发生反应,生成MgCO3,CaCO3沉淀,这些沉积物易于沉积在设备表面。对换热壁面造成污染和导致传热系数的迅速降低,并持续恶化,严重会导致渣水通道堵塞及系统瘫痪。

(2)腐蚀机理复杂
①氯离子:氯离子引发点蚀的原因主要是由于不锈钢表面的钝化膜具有不均匀性,使得氯离子能够优先吸附于钝化膜薄弱的地方,使钝化膜破坏,当其吸附量较多时,钝化膜破坏严重无法自行修复时,点蚀就发生了。诱发点蚀的氯离子浓度达到1000mg/L。
②垢下腐蚀:由于冲渣水降温后必然导致水中的各类无机盐类出现过饱和析晶现象,同时又极易生成MgCO3、CaCO3沉淀,这些沉积物易于沉积在设备表面与晶体形成大量的污垢,对金属壁面造成垢下腐蚀。


通过对多家钢铁企业类似项目的广泛调研,发现以往很多采用板式、壳管式、螺旋板式等常规的换热设备的冲渣水余热利用项目的换热设备都出现了不同程度的污染甚至堵塞现象,另外大多存在比较严重的腐蚀情况。
虽然有些项目中也加设了前置过滤措施,但由于高炉冲渣水的堵塞并非由易沉固体、悬浮物等可见的固体污杂物造成的,而是在热能提取过程中由于渣水温度降低导致过饱和,从而产生析晶、结垢现象造成的,因此常规的物理过滤措施效果不佳。

工业废水热能采集技术关键点


    由于大多数工业废水以及工艺循环冷却水在使用和循环利用过程中被不断浓缩,大多属于饱和离子水。提热过程即是一个强制降温过程,溶解于水中的各类盐碱类物质由于温度的降低而必然出现过饱和,从而导致盐碱物质发生结晶析出现象。
    常规的各类接触式换热设备,由于换热金属壁面即是冷壁面,结晶析出的各类盐碱物质必然附着在这个冷壁面上,从而导致换热壁面的污染造成传热系数急剧下降甚至堵塞。
    同时工业废水中的各类阴阳离子成分复杂,一般都具有强烈的腐蚀性,腐蚀机理也异常复杂,而换热器的金属壁面为了保证高效传热,很难进行有效的防腐处理。
    为了避免上述问题,最简单有效的方法就是彻底杜绝工业废水与换热壁面直接接触。利用真空相变原理,使温度本来就很高的工业废水发生闪蒸,溶解于水中的各类盐碱离子以及固体污杂物仍然留存于废水中,以清洁的水蒸气携带大量的汽化潜热进入换热器进行冷凝放热,从而有效避免了换热壁面的污染与腐蚀等问题,而实现了高效换热。
    哈尔滨工大金涛公司基于上述原因发明了直热机,实现了工业余能的高效回收利用。

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