余熱回收技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用及節(jié)能潛力分析

張 敏

（天津市節(jié)能中心 天津 300051）

鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是耗能大戶，能源消耗約占全國工業(yè)總能耗的15%[1]，但能源利用效率僅為30%-50%。鋼鐵企業(yè)有著豐富的余熱資源，以前這部分資源不被重視，大部分被直接排放，造成極大的能源浪費(fèi)。但隨著鋼材市場收縮，打壓了企業(yè)的經(jīng)營利潤。努力降低生產(chǎn)成本已成為提高鋼鐵企業(yè)市場競爭力的關(guān)鍵，越來越多的鋼鐵企業(yè)開始重視并采取一系列節(jié)能技術(shù)回收利用生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱，達(dá)到節(jié)能增效的目的。

1 鋼鐵行業(yè)余熱資源分類

鋼鐵行業(yè)的余熱資源按照溫度可劃分為高溫余熱（＞500℃）、中溫余熱（150℃～500℃）和低溫余熱（＜150℃）。 其中：高溫余熱包括焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煙氣、電爐煙氣、加熱爐煙氣、高溫?zé)Y(jié)料、高溫焦炭和高溫鋼材等；中溫余熱包括高爐煤氣、燒結(jié)煙氣、熱風(fēng)爐尾氣初級余熱回收后的煙氣等；低溫余熱包括廢蒸汽、熱水、各種低溫?zé)煔夂偷蜏匚锪系取?/p>

據(jù)統(tǒng)計，我國大中型企業(yè)噸鋼產(chǎn)生的余熱總量為8.44GJ，約占噸鋼能耗的37%，其中最終產(chǎn)品或中間產(chǎn)品所攜帶的顯熱約占余熱總量的39%，各種熔渣的顯熱約占9%，各種廢（煙）氣的顯熱占37%，冷卻水?dāng)y帶的顯熱約占15%，余熱資源豐富。

2 鋼鐵行業(yè)常用的余熱回收技術(shù)

目前，鋼鐵企業(yè)常用的余熱回收技術(shù)包括：燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)、高爐爐頂余熱發(fā)電（TRT）技術(shù)、轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用技術(shù)等。

2.1 燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)

燒結(jié)余熱發(fā)電是將燒結(jié)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高溫廢煙氣經(jīng)過余熱鍋爐產(chǎn)生中低壓過熱蒸汽，驅(qū)動汽輪機(jī)組發(fā)電。具體流程是:給水經(jīng)給水泵進(jìn)入余熱鍋爐，經(jīng)廢氣加熱后，一部分變?yōu)檫^熱蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)做功發(fā)電；另一部分經(jīng)余熱鍋爐低溫段加熱后，產(chǎn)生過熱飽和蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)相應(yīng)的低壓進(jìn)氣口做功發(fā)電。冷凝水經(jīng)低壓省煤器后由中壓鍋爐給水泵供給低壓汽包，實(shí)現(xiàn)一個完整的熱力循環(huán)。

2.2 干熄焦（CDQ)技術(shù)

干熄焦技術(shù)是首先將焦?fàn)t推出的大約為1050℃的熾熱焦炭置于熄焦室中，在熄焦室中被逆向流動的冷惰性氣體（主要成分為氮?dú)?，溫?70℃～190℃）熄滅，同時惰性氣體被加熱到700℃～800℃，然后經(jīng)除塵后進(jìn)入余熱鍋爐，最后將產(chǎn)生的余熱蒸汽再送往汽輪機(jī)發(fā)電。

2.3 高爐爐頂余熱發(fā)電（TRT）技術(shù)

高爐爐頂壓力高達(dá)0.15MPa～0.25MPa，爐頂煤氣中存在著大量壓力能。TRT是利用高爐爐頂煤氣的壓力能和熱能經(jīng)過透平機(jī)膨脹做功，從而拖動發(fā)電機(jī)發(fā)電。

2.4 轉(zhuǎn)爐煤氣回收技術(shù)

轉(zhuǎn)爐煤氣回收是把轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品CO進(jìn)行回收再利用的生產(chǎn)工藝。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)時氧槍頂吹脫碳過程中產(chǎn)生的CO高含量的煙氣在經(jīng)過冷卻、除塵、分析、回收進(jìn)柜、精除塵、利用（如發(fā)電）的全過程統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用。

3 鋼鐵企業(yè)余熱余能回收利用案例分析

3.1 企業(yè)總體情況介紹

某企業(yè)為我國北方一知名鋼鐵企業(yè)，該企業(yè)有2臺210m2燒結(jié)機(jī)，燒結(jié)礦生產(chǎn)能力450×104t；1座10m2球團(tuán)豎爐，球團(tuán)生產(chǎn)能力50×104t；1580m3高爐和1780m3高爐各1座，煉鐵生產(chǎn)能力 300×104t；3座 120t轉(zhuǎn)爐、2座 120t LF 爐、3臺板坯連鑄機(jī)，煉鋼生產(chǎn)能力320×104t；2條3500mm中厚板軋機(jī)生產(chǎn)線，中厚板年生產(chǎn)能力290×104t。

3.2 企業(yè)余熱資源及利用情況

該企業(yè)有2臺210m2燒結(jié)機(jī)及環(huán)冷機(jī)，環(huán)冷機(jī)出口煙氣溫度為300℃～400℃，每小時最大煙氣量為490000 Nm3/h。這部分煙氣溫度較低，以前一直直接排放，造成了能源浪費(fèi)。

該企業(yè)的3條120t轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)線（開2備1）均配有煙道汽化冷卻裝置，每臺轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)汽化冷卻系統(tǒng)可產(chǎn)生2.45MPa、16.7t/h蒸汽，扣除汽化冷卻裝置自耗汽2.4t/h外，轉(zhuǎn)爐總計產(chǎn)生約30t/h富余蒸汽。上述蒸汽經(jīng)由汽包進(jìn)入蓄熱器，并由分汽缸產(chǎn)生壓力為0.3MPa～0.5MPa，溫度為130℃～200℃飽和蒸汽對外銷售。另外公司軋鋼生產(chǎn)線有160t/h蓄熱式推鋼加熱爐2座、250t/h蓄熱式步進(jìn)加熱爐1座，每小時可產(chǎn)生1.0MPa的飽和蒸汽80t。而這些蒸汽未得到有效利用，大部分被放散，造成了極大的浪費(fèi)。

該企業(yè)的2臺1580 m3高爐每小時產(chǎn)生高爐煤氣57×104m3/h，供全廠的高爐自用熱風(fēng)爐、噴煤、燒結(jié)、豎爐、加熱爐、鍋爐使用，每小時用量為43.69×104m3/h,剩余的高爐煤氣則通過放散塔燃燒放散。

3.3 企業(yè)余熱資源回收方案

針對企業(yè)的余熱余能資源利用現(xiàn)狀，企業(yè)于2012年開工建設(shè)了余熱余能回收利用項目，主要建設(shè)內(nèi)容包括：

3.3.1 采用新型環(huán)冷技術(shù)，對2臺235m2燒結(jié)機(jī)建設(shè)煙氣余熱回收裝置，并配套建設(shè)2臺30t/h雙壓余熱鍋爐，將燒結(jié)環(huán)冷機(jī)的高溫?zé)煔馔ㄟ^2臺30t/h余熱燃?xì)忮仩t將產(chǎn)生飽和蒸汽并用于驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

3.3.2 3臺120t轉(zhuǎn)爐蓄熱器配套及采用加熱爐汽化冷卻技術(shù)對4座軋鋼加熱爐設(shè)置余熱回收裝置，回收轉(zhuǎn)爐、加熱爐及鋼渣汽粹產(chǎn)生的飽和蒸汽帶動汽輪機(jī)發(fā)電。

3.3.3建設(shè)高爐煤氣回收裝置,采用高爐煤氣柜動態(tài)運(yùn)行新技術(shù)高效

3.4 技術(shù)指標(biāo)

3.4.1 燒結(jié)煙氣余熱回收主要技術(shù)參數(shù)

表1 燒結(jié)煙氣余熱回收主要技術(shù)參數(shù)表

3.4.2 轉(zhuǎn)爐、加熱爐及鋼渣余熱回收主要技術(shù)參數(shù)

表2 轉(zhuǎn)爐、加熱爐及鋼渣余熱回收主要技術(shù)參數(shù)表

3.4.3 富余高爐煤氣回收主要技術(shù)參數(shù)

表3 富余高爐煤氣回收主要技術(shù)參數(shù)表

3.5 項目投資及節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益分析

項目實(shí)際投資總投資為18061萬元，其中：燒結(jié)余熱回收工程投資6233萬元，轉(zhuǎn)爐余熱回收投資2151萬元，加熱爐余熱回收1090萬元，富裕高爐煤氣回收投資7948萬元，其他費(fèi)用639萬元。項目建成達(dá)產(chǎn)后，年實(shí)現(xiàn)廢氣余熱回收利用換算可實(shí)現(xiàn)等值轉(zhuǎn)化電量 4.67×108kW·h/a，外供電量 4.21×108kW·h/a，折合標(biāo)準(zhǔn)煤年節(jié)能量149620tce/a。

3.5.1 燒結(jié)余熱發(fā)電項目節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益分析

燒結(jié)余熱發(fā)電項目年發(fā)電量8457.45×104kW·h，年對外供電量7073.09×104kW·h，年節(jié)能折合標(biāo)準(zhǔn)煤23341.18tce。

3.5.2 轉(zhuǎn)爐、加熱爐、鋼渣余熱回收項目節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益分析

轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽、加熱爐余熱飽和蒸汽、鋼渣汽粹產(chǎn)生的飽和蒸汽回收再利用項目年發(fā)電量8421.23×104kW·h，年對外供電量7898.42×104kW·h，年節(jié)能量折合標(biāo)準(zhǔn)煤26064.78tce。

3.5.3 富余高爐煤氣回收項目節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益分析

富余高爐煤氣回收項目年回收放散的高爐煤氣116630.64×104m3，實(shí)現(xiàn)年發(fā)電量 25775.36×104kW·h，年對外供電量23487.98×104kW·h，年節(jié)能量折合標(biāo)準(zhǔn)煤78698.33tce。

項目建成后企業(yè)年綜合能耗可減少5.84×104tce，能源成本降低3407.74萬元，5.3年即可全部收回投資成本。

4 鋼鐵行業(yè)余熱回收的節(jié)能潛力分析

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中的各種余熱資源量和回收利用量如下表所示：（單位：tce/t）[2]

表4 鋼鐵行業(yè)余熱資源量及回收利用量

由上表可看出，目前國內(nèi)鋼鐵企業(yè)可回收的余熱資源量為249.8tce/t,而已回收的余熱資源量為52.6tce/t，僅為可回收余熱資源總量的21.06%,還有78.94%的余熱有待回收。

據(jù)統(tǒng)計資料顯示，在已回收的余熱資源中以高溫余熱居多，回收率為44.4%；其次是中溫余熱，回收率為30.2%；低溫余熱的回收率還不足1%。若按攜帶余熱的物質(zhì)形態(tài)統(tǒng)計，回收最多的是產(chǎn)品顯熱，回收率為50.04%；其次是煙氣顯熱，回收率為14.92%；冷卻水的顯熱回收率只有1.90%；各種渣顯熱的回收率更少，為1.59%。

“十一五”期間鋼鐵企業(yè)余熱資源的利用率大約在40%左右，而國外先進(jìn)國家對余熱余能資源(包括副產(chǎn)煤氣)的回收率已達(dá)到90%以上。與國外先進(jìn)國家相比，我國鋼鐵企業(yè)余熱回收仍有很大的發(fā)展空間。

5 結(jié)語

目前，余熱回收已經(jīng)受到越來越多的鋼鐵企業(yè)重視，并為鋼鐵企業(yè)帶來了可觀的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益。目前，鋼鐵行業(yè)余熱回收仍有較大的潛力可挖，應(yīng)成為鋼鐵企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的節(jié)能方向。

[1]張鑫,馮浚小.合同能源管理新進(jìn)展及在工業(yè)爐領(lǐng)域的發(fā)展建議[J].冶金能源,2013,32(6):3-6.

[2]吳春華.鋼鐵企業(yè)余熱余能資源利用現(xiàn)狀分析.冶金能源[J].2014.33（2）：54-57.