冶金余熱回收的熱效率研究

李延濤

摘 要：綠色環(huán)保、節(jié)能減排是我國冶金工業(yè)發(fā)展的主要方向。在冶金工業(yè)的生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量余熱，而這部分資源大多會被直接浪費。資源密集型是冶金工業(yè)的主要特性，在實際生產(chǎn)時，會產(chǎn)生大量的熱廢氣。據(jù)不完全統(tǒng)計，用在冶金行業(yè)的有效熱能僅占總能量的30%，生產(chǎn)時散失的熱能占總能量的9%，其余的大部分熱量則會直接被排出。這樣，不僅增加了能量的消耗，還加重了環(huán)境污染。鑒于此，簡要闡述了冶金行業(yè)余熱集中利用的方法，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：冶金余熱；廢氣；節(jié)能降耗；利用技術(shù)

中圖分類號：X706 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.125

在冶金工藝中，中間產(chǎn)品多以高溫熱狀態(tài)存在，當其進入下道工序時，需要先冷卻產(chǎn)品。此過程是余熱產(chǎn)生的主要階段，如果充分利用余熱，不僅能夠降低能耗，還能夠保護環(huán)境。

1 高效利用余熱的主要技術(shù)

1.1 高爐爐頂煤氣余壓發(fā)電技術(shù)（TRT）

該技術(shù)多用于鋼鐵冶煉方面，其原理是轉(zhuǎn)化高爐爐頂煤氣余壓，將得到的熱量作為發(fā)電能量。高爐煤氣除塵有濕式除塵法和干式除塵法2種。實踐證明，干式除塵法的應(yīng)用效果更好。

1.2 燒結(jié)余熱的高效利用技術(shù)

燒結(jié)工序所用能耗占整個生產(chǎn)過程噸鋼總能耗的10%左右，而冷卻劑、燒結(jié)機所產(chǎn)生的廢氣和煙氣熱量占到燒結(jié)工序熱量的50%以上。這說明，充分挖掘燒結(jié)工序余熱具有重要的意義。結(jié)合實際檢測數(shù)據(jù)可知，有60%的廢氣溫度低于300 ℃，僅有35%左右的廢氣溫度高于300 ℃。這說明，燒結(jié)部分的熱源多屬中低品質(zhì)。根據(jù)用戶的需求，燒結(jié)余熱可被當作動力源或是熱利用。隨著燒結(jié)余熱利用技術(shù)的不斷發(fā)展，前者處于余熱利用的主導位置，即鋼鐵企業(yè)充分應(yīng)用中低溫煙氣，使用中低品位熱源加熱水后，利用蒸汽推動汽輪機完成發(fā)電作業(yè)，由此而給企業(yè)帶來較好的經(jīng)濟效益。

1.3 干熄焦余熱高效利用技術(shù)

這項技術(shù)充分利用了循環(huán)氮氣，在設(shè)備上加裝氮氣實現(xiàn)熱交換。比如，焦炭熄滅可直接回收紅焦余熱，并保證將熱能轉(zhuǎn)化為電能。此外，該方法還能消除濕氣法熄焦造成的環(huán)境污染。以某焦化廠（1×106 t/a）為例，企業(yè)使用該技術(shù)可以每年減少1×105 t以上燃煤造成的大氣污染。該數(shù)據(jù)基本上與1 500t/a所產(chǎn)生的SO2或160 t/a煙塵量相當。數(shù)據(jù)證明，企業(yè)采用這種技術(shù)可以實現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟效益的雙豐收。

1.4 飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)

我國多數(shù)鋼企產(chǎn)生的飽和蒸汽僅用于冬季的供暖和洗浴，在其他季節(jié)它們多被排放。飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)的出現(xiàn)解決了蒸汽外排的情況。大部分鋼企將軋鋼加熱爐由原水冷梁水冷卻方式逐漸改為汽化冷卻。這樣做的目的是提高加熱質(zhì)量，減少熱能損失，實現(xiàn)富裕飽和蒸汽并網(wǎng)發(fā)電。不僅如此，部分軋鋼加熱爐會在煙道中增加蒸發(fā)器、省煤器，必要時還增加過熱器，充分利用煙氣余熱生產(chǎn)蒸汽發(fā)電。相比加熱爐產(chǎn)汽穩(wěn)定的特性，轉(zhuǎn)爐煙氣余熱利用所產(chǎn)生的蒸汽具有明顯的不連續(xù)性和波動性。而在煙道式余熱鍋爐系統(tǒng)中增加變壓濕式蓄熱器設(shè)備，可以完全緩解由于蒸汽壓力波動而導致供汽量不均衡，以致發(fā)電系統(tǒng)不能平穩(wěn)運行的問題。該技術(shù)可以保證蒸汽的平穩(wěn)、連續(xù)輸出。使用變壓濕式蓄熱器可以保證蒸汽在均勻、穩(wěn)定和連續(xù)的狀態(tài)下輸出后，水氣分離時能夠直接推動汽輪機做功產(chǎn)生電能，而且利用富裕飽和蒸汽發(fā)電能夠?qū)崿F(xiàn)減排的目的。

1.5 燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術(shù)（CCPP）

我國中型以上的鋼鐵企業(yè)在冶、熱風爐和軋鋼加熱爐等工序中使用了高爐煤氣，而剩余余熱多被用于汽動鼓風機或者被排出。目前，燃燒低熱值高爐煤氣燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組可以完全利用高爐煤氣或高爐煤氣混合焦爐轉(zhuǎn)爐煤氣高效率發(fā)電。其工作原理是，壓縮機將混合煤氣或高爐煤氣送至燃燒室與壓縮后的空氣充分燃燒，從而產(chǎn)生大量的煙氣。當煙氣在燃氣輪機中做功時，會將熱能轉(zhuǎn)化為機械能帶動發(fā)電機發(fā)電，而做過功的煙氣（約570 ℃）則進入余熱鍋爐，由鍋爐產(chǎn)生的蒸汽送至蒸汽輪機做功帶動發(fā)電機發(fā)電。另外，在工作過程中要注意，煙氣與余熱鍋爐熱交換后降至150 ℃以下時才可排放。采用這種技術(shù)不僅能充分利用高爐煤氣，還能減少有害物質(zhì)的排放。

2 冶金余熱高效利用技術(shù)的發(fā)展趨勢

近幾年，原材料和外部環(huán)境因素制約著冶金企業(yè)的發(fā)展，行業(yè)利潤被逐漸壓縮。因此，企業(yè)要充分利用數(shù)量和種類較大的余熱資源獲得較好的經(jīng)濟效益。利用余熱資源不僅能實現(xiàn)節(jié)能減排的目的，還能找到實現(xiàn)企業(yè)利潤空間最大的出路。為了高效利用余熱資源，冶煉企業(yè)還需不斷挖掘余熱的應(yīng)用空間。從目前的情況看，在高效利用余熱資源時，要深入挖掘中低溫余熱。冶金企業(yè)在工作時還應(yīng)注意以下兩方面的內(nèi)容：①集成余熱回收系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用。冶金企業(yè)必須以現(xiàn)有技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合利用煙氣余熱、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煙氣干法除塵等技術(shù)，確保企業(yè)能夠良性運轉(zhuǎn)，最終實現(xiàn)社會發(fā)展與經(jīng)濟發(fā)展的雙豐收。②注重余熱資源的利用。冶金企業(yè)要積極開展多方合作，不斷提高余熱資源的利用率，實現(xiàn)余熱資源社會效益最大化。

3 結(jié)束語

總之，余熱資源是我國冶金企業(yè)中的重要資源之一，其開發(fā)應(yīng)用前景廣闊。如何科學、合理地利用余熱資源是企業(yè)亟待解決的難題之一。如果企業(yè)能夠充分利用余熱資源，不僅能滿足國家節(jié)能減排的要求，還能大幅提高企業(yè)的經(jīng)濟效益?，F(xiàn)階段，鑒于冶金企業(yè)余熱利用率較低，還需不斷創(chuàng)新技術(shù)和設(shè)備，充分借鑒國外的先進技術(shù)，使冶金企業(yè)走上健康、可持續(xù)發(fā)展的道路。

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