鋼鐵工業(yè)余熱余能資源利用途徑及潛力分析

文 // 李冰 冶金工業(yè)規(guī)劃研究院

1 前言

鋼鐵工業(yè)余熱余能資源是指鋼鐵生產(chǎn)過程中某一工藝系統(tǒng)未被利用的能量，包括余熱和余壓。其中余熱指工藝過程中未被利用而排放到周圍環(huán)境中的熱能，按載熱體形態(tài)的不同分為固態(tài)載體余熱（如焦炭、爐渣、燒結(jié)礦、球團礦、連鑄坯等）、液態(tài)載體余熱（如冷卻水、冷凝水等）以及氣態(tài)載體余熱（如高、焦、轉(zhuǎn)爐煤氣、廢煙氣、蒸汽等）三種；余壓指由工藝設(shè)備排出的有一定壓力的流體，按載體形態(tài)的不同分為氣態(tài)余壓（如高爐爐頂余壓）和液態(tài)余壓（如循環(huán)冷卻水余壓等）。

由于鋼鐵工業(yè)在消耗能源推動物料轉(zhuǎn)變的同時會產(chǎn)生大量的余熱余能，因此各類余熱余能的有效回收利用，是鋼鐵工業(yè)節(jié)能降耗的重要途徑。國內(nèi)鋼鐵工業(yè)相關(guān)研究早在20世紀80年代就已開始，最初技術(shù)人員計算了1986年我國鋼鐵工業(yè)的余熱資源量及回收利用率，提出了余熱回收利用的潛力。隨后，寶鋼、本鋼等鋼鐵企業(yè)也對余熱余能回收利用進行了調(diào)查分析。

近年來，鋼鐵工業(yè)余熱余能資源回收利用水平快速提高，為中國鋼鐵工業(yè)節(jié)能降耗做出巨大貢獻。

2 余熱余能資源及利用途徑

2.1 焦化工序

焦化工序現(xiàn)階段已回收利用的余熱余能資源包括焦炭顯熱、焦爐煤氣潛熱、煙道氣顯熱和初冷水顯熱。

焦炭顯熱主要是采用干熄焦技術(shù)回收利用產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電，目前干熄焦發(fā)電技術(shù)在國內(nèi)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的應(yīng)用普及率已很高。

焦爐煤氣熱值高，是一種優(yōu)質(zhì)燃料，目前已得到充分利用，放散率很低，主要利用途徑是供各生產(chǎn)用戶使用，富余資源用于驅(qū)動鍋爐發(fā)電。同時，由于焦爐煤氣富含氫氣和甲烷，提升利用品位，將其作為化工原料生產(chǎn)甲醇、合成氨等化工產(chǎn)品及天然氣資源的利用方式近年來得到了更多的關(guān)注。

煙道氣顯熱的溫度一般在250～300℃，目前主要采用余熱回收設(shè)備回收蒸汽供生產(chǎn)、生活用戶或作為煤調(diào)濕熱源。

焦化初冷水顯熱溫度一般在60～70℃，主要采用換熱器回收熱量用于北方地區(qū)冬季采暖。

2.2 燒結(jié)工序

燒結(jié)工序現(xiàn)階段已回收利用的余熱余能資源包括燒結(jié)礦顯熱及燒結(jié)煙氣顯熱。

燒結(jié)礦顯熱的回收主要在環(huán)冷機部分，按煙氣溫度分高、中、低三部分。目前高溫段煙氣余熱回收利用較為充分，主要采用余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電或者供生產(chǎn)用戶；中、低溫煙氣余熱一般采用直接利用方式，用于預(yù)熱混料或熱風燒結(jié)等。

燒結(jié)煙氣顯熱的回收利用近幾年開始起步，在部分企業(yè)已有應(yīng)用，主要集中在燒結(jié)大煙道高溫區(qū)（300～400℃）的回收，采用余熱鍋爐或熱管換熱器回收產(chǎn)生蒸汽。

2.3 球團工序

球團工序現(xiàn)階段已回收利用的余熱余能資源包括球團礦顯熱、煙氣顯熱及冷卻水顯熱。其中球團礦顯熱主要通過獲取熱風回用于生產(chǎn)，作為烘干、預(yù)熱等熱源；煙氣顯熱溫度較低（約120℃），少數(shù)企業(yè)采用熱管換熱器回收熱量用于職工洗浴等生活用戶；豎爐大水梁冷卻水顯熱通常采用汽化冷卻方式替代水冷方式，避免循環(huán)冷卻水消耗，并回收產(chǎn)生蒸汽。

2.4 煉鐵工序

煉鐵工序是主要耗能大戶，同時也是余熱余能資源較為豐富的工序，現(xiàn)階段已回收利用的余熱余能資源包括高爐煤氣潛熱和余壓、熱風爐煙氣顯熱及高爐渣顯熱。

高爐煤氣熱值雖然不高，但產(chǎn)生量大，目前已得到較為充分的利用。由于放散率較低，主要供應(yīng)各生產(chǎn)用戶使用，富余資源用于驅(qū)動鍋爐發(fā)電。

隨著高爐冶煉技術(shù)的發(fā)展，目前煉鐵高爐基本為高壓操作，高爐爐頂余壓的利用方式主要是通過TRT發(fā)電裝置回收發(fā)電，或采用BPRT方式回收能量減少高爐鼓風電耗。

熱風爐煙氣顯熱主要利用換熱器從煙氣中回收熱能，預(yù)熱助燃空氣和煤氣，從而提高風溫，降低焦比，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

對于高爐渣自身顯熱的回收尚處于研究階段，目前的回收利用主要是針對80～90℃高爐沖渣水，采用換熱器換熱后用于采暖或煤氣、空氣預(yù)熱等。

2.5 煉鋼工序

煉鋼工序現(xiàn)階段已回收利用的余熱余能資源包括連鑄坯顯熱、轉(zhuǎn)爐煙氣顯熱、轉(zhuǎn)爐煤氣潛熱。

連鑄坯顯熱通過熱裝熱送技術(shù)回收利用，目前該技術(shù)在鋼鐵企業(yè)的普及率較高，但各企業(yè)熱裝熱送率和熱裝溫度的差別較大。

轉(zhuǎn)爐煙氣顯熱溫度約1400℃，主要采用汽化冷卻裝置將高溫煙氣降溫以滿足后續(xù)除塵要求，并進行蒸汽回收。

轉(zhuǎn)爐煤氣熱值介于高爐煤氣和焦爐煤氣之間，已得到較為充分的回收利用，目前行業(yè)重點統(tǒng)計企業(yè)轉(zhuǎn)爐煤氣平均鋼回收量約90m3/t，回收的轉(zhuǎn)爐煤氣主要供各生產(chǎn)用戶使用，富余資源用于驅(qū)動鍋爐發(fā)電。

2.6 軋鋼工序

軋鋼工序現(xiàn)階段已回收利用的余熱資源包括加熱爐煙氣顯熱和加熱爐冷卻水顯熱。

加熱爐煙氣顯熱主要通過蓄熱式燃燒裝置及換熱器回收利用，實現(xiàn)最大限度回收高溫煙氣的顯熱，降低加熱爐燃料消耗。

加熱爐冷卻水用于冷卻工業(yè)爐金屬構(gòu)件，目前主要通過采用汽化冷卻替代水冷卻方式，避免冷卻水消耗，并回收產(chǎn)生蒸汽。

2.7 動力系統(tǒng)

動力系統(tǒng)是企業(yè)重要的能源加工轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，負責各類能源介質(zhì)的供配，同時其在能源加工轉(zhuǎn)換過程中也產(chǎn)生大量余熱余能資源，對于這部分余熱余能資源的回收利用往往被鋼鐵企業(yè)所忽視?，F(xiàn)階段，除鍋爐排煙余熱回收利用普及率較高外，其他余熱余能資源，如動力鍋爐排煙余熱、空壓機余熱、循環(huán)冷卻水余熱及余壓等，仍未得到廣泛的回收利用，具有很大的發(fā)展?jié)摿涂臻g。

3 余熱余能資源回收利用潛力分析

綜上分析，按余熱余能資源回收利用的應(yīng)用普及程度和成熟性，鋼鐵企業(yè)余熱余能資源可分為三類。

一是品質(zhì)較高且穩(wěn)定，回收利用可行性高的余熱余能資源，如各類煤氣、高溫煙氣余熱等，目前已得到較為充分回收利用，如何進一步提高能效是其未來發(fā)展的主要方向。

二是品質(zhì)略低但技術(shù)成熟，具有回收利用可行性的余熱余能資源，如焦化煙道余熱、燒結(jié)大煙道余熱、高爐沖渣水、空壓機余熱、循環(huán)冷卻水余壓等，目前應(yīng)用普及率仍較低。因此，進一步推廣普及，同時不斷提高能源利用效率是其未來發(fā)展的主要方向。

三是現(xiàn)階段仍處于研究階段，回收利用尚有一定障礙的余熱余能資源，如：爐渣顯熱、焦爐荒煤氣顯熱、循環(huán)冷卻水等。針對此類余熱余能資源，進一步加強研發(fā)力量，實現(xiàn)回收利用的經(jīng)濟性和可行性是其未來發(fā)展的主要方向。

因此，在未來一個階段內(nèi)進一步強化鋼鐵工業(yè)余熱余能資源回收利用水平應(yīng)重點在以下幾方面入手。

3.1 以不斷提升能效水平作為基本出發(fā)點

能效被認為是除煤炭、石油、天然氣、可再生能源之外的第五大能源，對于鋼鐵工業(yè)余熱余能資源的回收利用，在任何發(fā)展階段均應(yīng)以提高能效水平為基本出發(fā)及立足點。

因此，無論是現(xiàn)階段已獲得廣泛推廣普及的，或是尚未廣泛推廣的，以及現(xiàn)階段回收利用尚有一定障礙的余熱余能資源，均應(yīng)將不斷提升能效、提高回收利用品位作為未來發(fā)展的根本。

3.2 強化系統(tǒng)耦合及集成優(yōu)化是提升水平的重點

我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展至今，正面臨產(chǎn)能過剩嚴重以及日益嚴峻的生產(chǎn)經(jīng)營形勢，經(jīng)歷從單純追求數(shù)量向追求質(zhì)量乃至科學發(fā)展的轉(zhuǎn)變。

鋼鐵生產(chǎn)過程各工藝流程相互緊密相連，因此余熱余能回收利用也同樣需要實現(xiàn)從簡單追求回收數(shù)量向注重回收質(zhì)量，乃至科學合理回收利用方式的轉(zhuǎn)變。在未來的發(fā)展階段，多系統(tǒng)耦合分析、集成優(yōu)化，實現(xiàn)優(yōu)化配置將成為提升余熱余能回收利用水平的重要轉(zhuǎn)折點。

3.3 技術(shù)的不斷創(chuàng)新是突破節(jié)能瓶頸的關(guān)鍵

多年來，我國鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排工作取得的長足進步，得益于節(jié)能減排技術(shù)的不斷創(chuàng)新。未來技術(shù)的不斷創(chuàng)新仍將是進一步提高余熱余能回收利用水平的關(guān)鍵。面對回收利用難度增大，空間縮小的嚴峻形勢，實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的突破是化解現(xiàn)階段節(jié)能瓶頸的關(guān)鍵，這需要相關(guān)科研院所、研究機構(gòu)、設(shè)備生產(chǎn)制造企業(yè)以及鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的共同協(xié)作和努力。