1、55，北纬39514015之间，西距北京市195公里，天津市160公里，东至秦皇岛市75公里，南距京唐港90公里，与唐山市相距90公里，总面积1208平方公里。迁安市境内地势西北高，东南低，属暖温带、半湿润季风性气候，境内主要风景区有迁安博物馆、白羊峪、黄台山公园和黄台湖等。截至2015年，迁安市辖12个镇、7个乡，1个城区街道。2016年，迁安市户籍总人口77.3万人。2016年，迁安市地区生产总值918.8亿元，全市人均地区生产总值12万元。2016年11月，迁安市被国家旅游局评为第二批国家全域旅游示范区。12月7日，迁安市被列为第三批国家新型城镇化综合试点地区。 1、地形地貌迁安市境内地
2、形呈“簸箕状”，地势西北高，东南低。北部西起刘皮庄，经五重安、商庄子、雷庄、建昌营，至新房子，山峰连绵起伏；东从徐流营至五道沟乡均系低山丘陵；西从马兰庄向南，经蔡园、大五里、北营、崇家峪至太平庄，是一条纵向群山。北、东、西三面呈脊背状与中部和南部的开阔平原相衬托，形成了典型“簸箕”状地形。迁安市境内最高山峰海拔为695.70米（五重安乡的大嘴子山），最低平原海拔为32.30米（彭店子乡南丘村西）。迁安市属暖温带、半湿润季风性气候。全年平均气温11.5度。全年降水量711.9毫米。全年日照2292.5小时，无霜期198天。2、水文迁安市境内有滦河、青龙河、沙河等16条河流，分别属于滦河水系和冀东
3、沿海水系，其中滦河和青龙河为市域内两大河流，属于省级河道，其余14条河流均为县级河道。滦河自龟口入境，由西北向东南斜穿迁安全境，流经迁安54公里，流域面积260平方公里。西有西沙河蜿蜒，东有青龙河环绕，境内形成了三河并行互相辉映的自然景观。3、气候气象年平均气温：11.1 C；极端最高温度：39.6 C；极端最低温度： -21.9 C；日平均小于5的天数：137天；日平均小于5期间的平均温度：-1.5 C。1.2.4 项目投入总资金及效益情况本工程总投资1226万元，从评价结果看出，该项目全部投资内部收益率高于8%，投资回收期均小于15年,各项财务指标均符合要求，此项目有较大的社会效益，建设该
4、项目，将大大改善社会环境和投资环境，推动工业生产的发展及开发区城市建设。第二章 热 负 荷2.1 供热现状迁安市蔡园镇目前无集中供热，新建小区缺乏集中供热，轧一钢厂内冲渣水设备严重堵塞，陈旧，问题严重，急需解决。2.2 供热范围及供热面积本工程的供热范围为轧一钢厂外蔡园镇集中供热和轧一钢厂内的供热。供热分区及采暖面积的确定：采暖面积是由用地面积乘以建筑容积率，再乘以热化系数而得。民用建筑热化系数取0.7，工业区热化系数取0.4。本项目采暖面积为25万平方米。2.3 供热参数2.3.1 供热最大热指标的确定1、热负荷计算方法：采暖热负荷采用面积热指标估算法进行计算。2、耗热指标的选取：采暖热指标
5、是供热工程设计中一项重要参数,直接关系到热源的确定及热力网设计的经济性,然而由于地区的差异,建筑物类别的不同,本可研参考国家城市热力管网设计规范中所推荐的各类建筑的热指标,并参照民用建筑节能设计标准采暖居住部分河北省实施细则中有关热指标的标准，根据本工程为新规划的工业园区，按国家的节能政策应采用节能型外墙，考虑到目前建筑施工的实际情况以及保温墙体材料技术的逐步成熟过程，并结合一些工程实例,分别确定各类建筑的热指标为：工业80W/m2、公建70W/m2、住宅50W/m2，根据上表计算：本项目现有建筑的采暖热指标（包括5%的管网热损失）取值为：综合性热指标取67.73w/m2。本项目正建和规划建筑
6、的采暖热指标（包括5%的管网热损失）取值为：综合性热指标取52.1w/m2。2.3.2 平均及最小热指标迁安市临港工业聚集区采暖期室外计算温度为-13，室内采暖设计温度为18，采暖期5的天数为137天，采暖期室外平均温度为-2.2，设最大热指标为A，则：表2-1现有城区建筑采暖面积热指标表建筑物性质采暖热指标W/m2最大平均最小综合67.7359.4738.28表2-2新建及规划城区建筑采暖面积热指标表52.145.7429.452.4 热负荷2.4.1 新建项目热负荷表表2-3供热面积及热负荷序号企业项目名称面积（万m2）热负荷（MW）1轧一厂内1072轧一厂外蔡园镇152.4.2 采暖平均
7、热负荷系数采暖热负荷是随室外气温的变化而变化的,并不总在额定负荷下运行,本工程全年供热3288小时,采暖平均热负荷系数经计算为0.61。2.4.3 设计热负荷本工程从冲渣水中提取的余热为12MW，汽水换热器的热量为14MW。第三章 建设规模利用真空相变热能采集技术可以顺利高效地从高炉冲渣水中提取大概70%的热量。本项目设计2台直热机，单台直热机制热量为6MW，建设成后渣水余热利用总量可达12MW，同时设计2台7MW汽水换热器，可满足厂外建筑面积15万和厂内10万的采暖需求。同时厂外地埋8500米DN300的采暖循环水管道。第四章 项目选址4.1 场址现状本工程热源站设立在轧一钢厂内原有的冲渣水
8、热源站处，对原有的热源站机房进行改造，以达到现有工艺的要求。4.2 场址建设条件4.2.1 场址地址构造需查找原冲渣水热源站的地质勘查资料。4.2.2 场址外部条件1交通条件：轧一钢厂内，交通便利2、供电条件：本工程用电负荷为二级用电负荷，由轧一钢厂提供。3、通讯系统：满足热源站通讯需求。4、供水条件：轧一钢厂内，供水条件便利。5、排水条件：轧一钢厂内，利用钢厂的排水系统；生活污水排入市政水管网。第五章 技术方案5.1 方案设计依据中华人民共和国节约能源法中华人民共和国计量法 中华人民共和国计量法实施细则 工业企业能源管理导则GB/T 15587-2008企业节能量计算方法GB/T 13234
9、-2009 企业能量平衡统计方法GB/T 16614-1996 综合能源计算通则GB2589-2008锅炉大气污染物排放标准GB13271-2014民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB 50736-2012建筑给水排水设计规范GB50015-2003陆耀庆主编 供暖通风设计手册建设单位提供的相关参数5.2 方案设计原则5.2.1 实用性确保系统设计目标和设计结果都满足需求并行之有效。5.2.2 开放性系统设计采用开放标准、开放技术、开放结构、开放系统组件、开放用户接口。5.2.3 先进性 设计思想先进；软硬件设备先进。5.2.4 标准化全部设计符合有关的国际标准、国家标准或行业标准。5.2.
10、5 经济合理性系统具有最高的性能价格比和最低的生命周期成本。5.2.6 易用性和可维护性使用方便，维护简便。5.2.7 安全性确保系统安全可靠运行，防止人为误操作和外来干扰影响本系统安全。5.2.8 可靠性确保系统在其生命周期内可靠运行。5.3 方案内容5.3.1 方案设计原则充分利用工厂现有设施，采用先进、适用、成熟的节能环保技术，进行改造，以达到挖潜，节能降耗的目的，改善企业经济效益。5.3.2 余热分析高炉渣温度约1450，冲渣水喷洒在炉渣上，以淬渣蒸汽形式散失掉一部分炉渣热，小部分炉渣热量在水渣捞取、水面自然蒸发散热、池壁散热等方面散失，剩余热量均蕴含在池水中。本项目冲渣水采用冷却塔方
11、式散热。冲渣水在冲渣过程中使高温的炉渣不断降温，最先落在炉渣上的75的水吸收了少量的显热Q显，变为100的水，然后继续吸收大量的热，即汽化潜热Q潜变为100的蒸汽。随着炉渣温度的降低，后续的冲渣水大部分只吸收了显热，变为100的水流回渣池。本方案只做渣水的显热利用，设计提取渣池中15的温差热量，池水被提热后温度下降为60，这个温度的水在冲渣过程中会多吸收40的显热变为100的水，增加了显热吸收，然后再变为蒸汽，从炉渣总热量不变的角度做理论上的分析，降温后的冲渣水会减少汽化潜热量，即减少了蒸发量，节省了冲渣水的补水，同时因冲渣水的设计循环量大，会有更多的后续的水不能吸收炉渣表面的热量，这样会导致
12、池水的温度有所下降。本方案所选余热利用设备可直接换取渣水中热量，用于直接给厂区供暖。5.3.3 高炉渣热量计算项 目技术数据炉渣计算温度（）1450高炉炉容（m）5803利用系数3.84渣铁比0.3655炉渣热焓值（kJ/kg）18556日产铁量（t/日）2204日产高炉渣量（t/日）804.468火渣热量（MW）17.27 9提取比例70%提热量125.3.4 冲渣水余热提取设备的比选图 4-1冲渣水水质分析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。从渣水中取热即是对渣水的强制降温过程，随着渣水温度的降低，溶解于渣水中的
13、大量盐碱类物质不断析出。由于换热壁面即是冷壁面，因此粘稠的析出物必然挂附于换热壁面。造成换热壁面迅速污染，传热系数急剧下降，最终导致换热设备堵塞，系统瘫痪。由于渣水中含有大量氯离子、硫酸根离子等强腐蚀性物质，必然对金属换热壁面造成严重腐蚀；同时换热壁面结垢又导致垢下腐蚀发生，进一步加剧腐蚀速率。导致换热设备寿命极大缩短。高炉冲渣水换热必须解决冲渣水对换热器造成的污染、堵塞以及腐蚀等三个主要问题。金涛公司曾做过各种尝试，采用过滤、电子阻垢、超声波阻垢等方式配合常规板式、壳管式、宽通道等各类间壁式换热器进行渣水余热提取，均无法避免由于渣水析晶结垢导致换热避免污染、堵塞、腐蚀等问题。具体情况如下：过
14、滤器+钛合金板换+微波阻垢工艺1）滤网过滤效果极差高炉冲渣水往往既有大体积的絮状渣棉等污杂物，也有大量直径仅几十微米的玻璃丝悬浮物，如果滤网选择过于稀疏，玻璃丝类细小杂质将无法阻拦；滤网选择过密，将会在极短时间内被大量的污杂物堵死，导致系统瘫痪。图 4-2 过滤器+板式换热器+微波阻垢系统工艺流程图 2）过滤无法阻止结晶、结垢滤网式过滤装置无论过滤等级多高，均无法过滤掉溶解于渣水中的盐碱类物质，结晶结垢现象依然非常严重。3）过滤器大幅增加系统能耗过滤器阻力大，需在过滤器后增设加压泵，大幅增加系统能耗；另外还需配备大功率反冲洗泵，增加系统能耗同时消耗大量清洁水资源。4）板式换热器抗堵性能极差板式
15、换热器结构紧凑，内部为网格状支撑。因此，对水质要求极高，抗堵性能极差，少量的结晶结垢就会导致换热器严重堵塞。5）换热设备采用纳米涂层防垢无法实现目前各行各业都愿意拿纳米技术进行炒作，实际尚未形成工业化应用；纳米材料的防水、防污性能决定了其为疏水材料，而疏水性影响传热，因此换热材料上采用纳米技术是一种误导和炒作。6）微波阻垢设备对高炉冲渣水工况无效包含微波阻垢、超声波阻垢在内的各类电子阻垢技术仅适用于硬度1000mg/L以下水质，对硬度在1万mg/L以上的高炉冲渣水几乎无效；其次，该技术仅对碳酸盐类物质结晶产生一定干扰，对硅酸盐物质完全无效，而高炉冲渣水中结晶物主要为硅酸盐类。因此，微波阻垢在渣
16、水工况下无法起到阻垢作用。7）腐蚀机理异常复杂，廉价钛合金材料无法抵抗目前市场上钛合金材料牌号众多，价格及其抗腐蚀性能差距极大，价格性能对比见下表：表 3-1常温20%浓度盐酸下不同牌号钛合金腐蚀速率及价格牌号腐蚀率（mm/年）价格（万元/吨）1Cr18Ni9Ti （SUS321）溶解Ti6A14V1.29Ti-0.2Pd0.25532.5因此，并非所有钛合金材料都能抵抗冲渣水的腐蚀。综上所述，过滤器+钛合金板换+微波阻垢系统，能耗高、占地面积大、板换易堵塞、系统可靠性极差。宽通道换热器宽通道换热器对污水中常见的固体悬浮物具备较强的抗堵性能，但高炉冲渣水对换热器的堵塞并非固体悬浮物造成。1）易
17、堵塞、易腐蚀、换热效率低、使用寿命短宽通道换热器对污水中常见的固体悬浮物具备较强的抗堵性能，但高炉冲渣水对换热器的堵塞并非固体悬浮物造成，而是溶解在渣水中的大量盐碱类物质在换热过程中饱和析出并与冲渣水中的悬浮物混合后附着在换热壁表面，对换热壁面造成污染、腐蚀甚至堵塞。轻则换热效率急剧下降，重则导致系统瘫痪。2）腐蚀机理异常复杂，廉价双相钢材料无法抵抗此类设备由于结构形式决定其耗钢量巨大，通常500换热面积，设备自重就高达20余吨，如采用能够耐受渣水腐蚀的高品质双相钢， 其造价根本无法承受。而采用廉价的2205双相钢材质，又无法抵御渣水的腐蚀。3）采暖水侧无法清洗由于采暖水水质较难控制，通常在一
18、定时间内也需要对采暖水侧进行清洗，宽通道换热器由于渣水侧必然频繁清洗，因此设置了清洗口，则导致采暖水侧只能采用全焊接工艺，全封闭结构根本无法清洗，设备传热系数衰减严重，最终将导致设备报废。设备承压低、维修难度大图4-7 直热机工作原理图图 46内部撕裂开天窗修补采暖水由于长距离输送，换热器采暖水侧必然要求具备较高的承压能力，但由于该换热器采用单侧支撑结构，导致此类换热器承压能力极低，容易造成换热器内部超压撕裂。一旦撕裂将导致冲渣水进入到采暖水一侧，对整个供暖系统造成巨大危害。全焊接结构设备，一旦内部撕裂，极难修复。因此，此类设备非常不适合用于高炉冲渣水换热。真空相变换热技术-直热机要想彻底避免
19、冲渣水在换热过程中对换热壁面造成的污染、堵塞与腐蚀，就不能让冲渣水与换热壁面直接接触！“真空相变换热”技术系利用水在真空状态下沸点降低的特性，利用极小的能耗在蒸发器内制造出真空环境，使29以上的冲渣水无需二次加热，在蒸发器内直接闪蒸成为负压蒸汽（闪蒸量约为23%）。这个过程中，冲渣水只进入到直径2米左右的蒸发器罐体内，闪蒸出的清洁蒸汽再进入到冷凝器中与采暖水进行冷凝放热，从渣水中析出的结晶物与污垢随着冲渣水排回到渣池中，不会接触到换热壁面。从而彻底避免了工业废水与换热壁面的直接接触，杜绝了堵塞、腐蚀、结晶挂垢等渣水换热中的瓶颈问题，为高效、可靠的提取高温工业废水余热提供了完美的解决方案。哈工大
20、金涛“真空相变直热机”设备具有以下特点：1）蒸发器罐体采用ND钢材质，壁厚10mm以上；冷凝器不与渣水接触，无污染、无腐蚀，传热效率高、水侧阻力小、承压能力可达2.0MPa（20kg）以上，不会出现采暖水侧超压泄露现象。设备使用寿命不低于10年。2）冲渣水的取热与放热在“两器”内分别进行，冲渣水只进入粗大的蒸发器罐体内，不接触换热壁面，所以高炉冲渣水无需过滤处理就能够进行直接换热，彻底避免了换热壁面结晶、结垢造成的污染、堵塞以及腐蚀问题；3）由于冲渣水温度通常在100以下，在这种温度下，溶解在冲渣水中的钙镁离子等物质不会发生闪蒸，因此闪蒸出的是纯净的水蒸气，无任何污染与腐蚀。因此，直热机设备从
21、原理上彻底杜绝了渣水与换热壁面的直接接触，换热壁面不会因渣水水质产生结晶、结垢及腐蚀等问题，整个采暖期之内无需清理维护，传热系数无衰减；4）“闪蒸不是必须在饱和线（水在不同压力下的沸点连成的曲线）上发生，只要达到饱和温度或在饱和温度以下都可以连续闪蒸”。哈工大金涛直热机配置的真空泵可保证直热机内达到96.7%的真空度，对应的闪蒸温度为29。所以，只要冲渣水温度不低于29并且高于采暖回水温度，闪蒸就可以持续发生。无论冲渣水以及采暖水温度如何波动，系统都会瞬时自适应、自调整，保证系统稳定运行；5）直热机采用“多级连续闪蒸、纯逆流换热”，设备呈纵向布置，占地面积小、换热效率高。6）一台额定换热量10
22、MW直热机设备，真空泵、冷凝水泵等耗电设备最大用电负荷仅为31.5KW，远远小于一台水泵的能耗，折合约为0.88KW.h/GJ。同时，直热机为负压系统，对冲渣水入口带有2-5米的自吸程，节省渣水泵能耗。因此，直热机设备系统能耗通常远小于“过滤+板换”方式；与宽通道换热器相比，由于“直热机”是负压运行，设备阻力小，系统能耗也略低；7）冲渣水在罐体内由于温度降低也必然产生结晶结垢物，但因为蒸发器罐体内只提热，不放热，没有换热壁面的存在，因此污垢无处附着，大部分污杂物会随着渣水冲回到渣池内。即便有少量的污杂物附着在罐体内壁，也不影响系统运行。罐体设计时即预留出了50mm直径的裕量，保证一个采暖期之内
23、不需要进行清理维护；8）蒸发器罐体内关键部位均配备了自动排污装置（专利产品），即便发生了局部位置的污染物堆积，也可以做到快速排出，并且完全做到了自动化在线排污，无需停机，无需人工清理，且快速排污过程中不影响供热运行。9）设备自带控制系统，操作简便，可做到 “一键启动”，且在整个采暖期内无需维护清理，不受冲渣水水质影响，始终保持高效换热。10）该设备既可做渣水侧全流量取热，又可小流量大温差取热，渣水侧最大温降可达30以上，可广泛应用于各种工况。11）直热机渣水换热系统既可用于冬季供暖，又可在非采暖季直接从工业废水、海水中制取软化水，同时实现了工业废水的浓缩处理。哈工大金涛真空相变换热器，适应各类
24、温度波动工况，在高炉冲渣水余热回收项目中不仅彻底避免了冲渣水对换热设备造成的污染、堵塞、腐蚀等难题，同时可以根据冲渣水以及采暖水的温度波动，自动瞬时自适应，是目前高炉冲渣水换热项目中的最佳技术。5.3.5 主要设备选型和工艺配置（1）设计依据建设单位提供的相关参数；GB50736-2012 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50015-2003 建筑给水排水设计规范（2）设备选型根据上述计算结果得知：针对迁安扎一钢厂580m3高炉冲渣水余热资源的提取，我们选择2台6MW的直热机组，总制热量为12MW。热源侧进出水温度为75-65；系统水侧进出水温度为45-65。单台直热机运行参数如下：表4
25、 高炉单台直热机运行参数机组型号JTHR-Z-6-3名义制热量kW6000机组输入功率19控制系统微电脑全自动控制PID调节热源水侧工况额定工况进出口温度75-65流量m/h516渣水引退水管径mmDN300采暖水侧45-65258采暖水供回水管径DN250本次设计以提取580m3高炉全部可利用冲渣水余热为基准进行设计，当极寒期余热无法满足厂外和厂内供暖负荷时，启动汽水换热器设备，利用蒸汽补充供热。5.3.6 热源站系统设计（1）主要设备本项目主要设备为2台直热机组，以及配套的渣水引退水泵、循环水泵、水箱等设备，构成一个完全以余热、废热资源供热的热源站。同时，为了便于在高炉检修时不间断供暖，我
26、们在热源站选择了一台汽-水换热设备，用以备用。由于本项目为改造项目，有些设备利用原有设备。主要设备如下表：表5 高炉热源站主要设备选型表设备名称规格型号单位数量备注直热机JTHRZ-6-3 制热量6MW台哈工大金涛渣水泵H=35m Q=550m/h P=110kw厂外采暖水循环泵H=50m Q=300m/h P=75kw1用1备，利旧厂内采暖水循环泵利旧一用一备H=44m Q=374m厂外快速除污器个厂内快速除污器DN350厂外补水定压泵H=36m Q=6m/h P=2.2kw一用一备变频厂内补水定压泵软化水箱2.5m3.5m11软化水装置处理水量24m套冷却水泵H=15m Q=5.6m/h P=1.1kw1用1备13冷却水箱V=6m冷却真空泵14空冷器散热量195kw P=6.6kw汽水换热器7MW，蒸汽0.4MPa16凝结水回收器回收水量24m17Q=24m/h H=32mH2O P=5.5kW一用一备，变频备注：由于目前热源站位置、渣水取退水位置、系统水接入点等暂未确定，表中所列举水泵扬程等参数均为估算值，具体数值待相关位置
