冶金余熱回收的熱效率研究

鄭興華

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200）

伴隨著深化改革步伐的進(jìn)一步深入，加快節(jié)能、環(huán)保型社會進(jìn)度，堅(jiān)持可持續(xù)、可循環(huán)性發(fā)展原則，成為了當(dāng)下各行業(yè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域發(fā)展遵循的行為準(zhǔn)則，一方面，快速的社會發(fā)展步伐使我國目前正面對著嚴(yán)峻的資源使用形勢，包括自然、社會等資源的承載力都達(dá)到了一定的限度，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)刻不容緩；一方面冶金行業(yè)作為資源消耗最大的行業(yè)領(lǐng)域，提高其資源的有效利用率推動可持續(xù)性循環(huán)進(jìn)程是未來其行業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)方向，因此加快冶金行業(yè)效能的有效利用，充分提高熱能的回收率，形成“熱能—回收—熱能”的良性循環(huán)，是當(dāng)下進(jìn)行冶金行業(yè)改革升級的重點(diǎn)工作之一[1]。

1 冶金余熱的主要內(nèi)容及特征

從行業(yè)領(lǐng)域劃分當(dāng)中我們得知，冶金余熱指的是在相關(guān)冶煉企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營運(yùn)作下，從礦物中提取金屬或金屬化合物，用各種加工方法將金屬制成具有一定性能的金屬材料的過程和工藝，而在此過程中產(chǎn)生的多余熱量，其產(chǎn)生過程主要包含兩個方面，一方面產(chǎn)生于在進(jìn)行礦物冶煉的過程中，受礦物本身的分子結(jié)構(gòu)變化以及冶煉設(shè)備的正常運(yùn)作所產(chǎn)生的熱量；一方面，就是在結(jié)束冶煉過程時產(chǎn)生的冶煉廢渣，由于剛剛進(jìn)行完冶煉進(jìn)程，其廢渣本體在運(yùn)作過程中形成了大量的熱能。相比之下后者所產(chǎn)生的余熱比前者所產(chǎn)生的余熱要多，前者的余熱在實(shí)施冶煉流程過程中被逐步散發(fā)掉，而作為冶煉后的產(chǎn)物保存了較多的余熱。

2 冶金余熱回收的發(fā)展現(xiàn)狀

作為支援社會改革發(fā)展重要的物資，包括鋼鐵等在內(nèi)的一系列金屬制品，其冶煉技術(shù)、效率以及質(zhì)量的提高則改變了社會建設(shè)發(fā)展的進(jìn)程。而當(dāng)下，快節(jié)奏的社會發(fā)展步伐，使得我國各行業(yè)領(lǐng)域建設(shè)對于金屬制品的要求不斷增高，從實(shí)踐過程當(dāng)中我們可以看到，傳統(tǒng)的冶金技術(shù)對于能源的消耗以及物資的使用依賴程度逐步提升，已經(jīng)不能夠適應(yīng)當(dāng)下以節(jié)能、環(huán)保為主題的生產(chǎn)建設(shè)，在金屬冶煉過程中所產(chǎn)生的大量熱能由于不能夠形成有效的回收利用，直接排放到空氣當(dāng)中，其熱氣內(nèi)所還有的微量金屬元素對于空氣質(zhì)量造成了污染。因此通過長期的實(shí)踐過程我們了解到，現(xiàn)有的余熱回收方式主要分為兩大類，一種是以通過增大壓強(qiáng)的方式將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽芰；绞絹磉M(jìn)行，這也是現(xiàn)階段冶金行業(yè)余熱回收所采用的主要形式；一種是用水或者是水與空氣的混合物使高爐熔渣冷卻，從而回收余熱的濕法回收形式，二者因作業(yè)效率、質(zhì)量以及受用環(huán)境的不同在冶金余熱回收中產(chǎn)生重要的影響作用。

3 熱效率的主要內(nèi)容及特征

熱效率在技術(shù)實(shí)踐過程當(dāng)中主要指的是在進(jìn)行熱量轉(zhuǎn)換的當(dāng)中有效輸出的熱量與輸入的總熱量之比稱之為熱效率，分別用20℃冷卻水和20℃干空氣兩種冷流體對冶金余熱進(jìn)行回收，并比較兩種余熱回收方法所產(chǎn)生的熱效率。在進(jìn)行數(shù)據(jù)理論計算的當(dāng)中，其對冷卻水、干空氣以及廢渣殘留物的數(shù)據(jù)指標(biāo)均表示為固定常數(shù)，同時在一定余熱轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)定，使其最終產(chǎn)生的熱效率數(shù)據(jù)參數(shù)做到科學(xué)化、合理化、公平化。而從實(shí)際冶煉余熱回收轉(zhuǎn)換過程中我們了解到，余熱回收的本質(zhì)其實(shí)就是通過對熱交換設(shè)備的使用進(jìn)行對流換熱，這也導(dǎo)致了在其數(shù)據(jù)參數(shù)確定當(dāng)中引用到包括雷諾數(shù)Re，普朗特數(shù)為Pr和努塞爾數(shù)Nu在內(nèi)的三種權(quán)重系數(shù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以20℃為衡量界限對其熱量轉(zhuǎn)換進(jìn)行參數(shù)測算，以確保實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中熱量回收工作的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。

4 冶金余熱回收的熱量轉(zhuǎn)換內(nèi)容

通過對冶金過程的詳細(xì)了解我們得知，在具體產(chǎn)生并進(jìn)行余熱回收的過程中，主要表現(xiàn)為在完成冶金產(chǎn)生的礦渣當(dāng)中含有大量的熱量會通過相關(guān)技術(shù)處理，會轉(zhuǎn)化成水蒸氣中的熱量，主要通過以下兩個步驟實(shí)施完成：一方面，在風(fēng)力設(shè)備的作用下，環(huán)境空氣中會將礦渣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行穿透，期間在20℃的界限標(biāo)準(zhǔn)下溫度會迅速攀升，礦渣中沒有完全得到提煉燃燒的礦物質(zhì)會與空氣當(dāng)中的氧份發(fā)生物理反應(yīng)充分年燃燒，從而使得將穿透的冷空氣轉(zhuǎn)化為具有高溫度的氣體物質(zhì)，吸收礦渣中的熱量此后，高溫?zé)釤煔庠阱仩t換熱面積中穿過，對換熱管當(dāng)中的常溫水進(jìn)行加熱，使其轉(zhuǎn)化為 水蒸氣。此時熱煙氣的溫度會下降，并將其中的熱量傳遞給 水蒸氣。在整個余熱回收過程當(dāng)中，這兩個步驟的效率，將會對熱回收的效率產(chǎn)生直接的影響。

另一方面在第二部分轉(zhuǎn)化過程當(dāng)中，承擔(dān)燃燒作業(yè)的鍋爐將會對余熱回收轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化熱效率數(shù)據(jù)參數(shù)形成直接的影響作用，從現(xiàn)階段進(jìn)行余熱回收轉(zhuǎn)化過程里，生產(chǎn)企業(yè)對于產(chǎn)生的熱效率占比來講其數(shù)值能夠達(dá)到80%—85%之間，在此當(dāng)中我們要將諸如風(fēng)力設(shè)備、環(huán)冷機(jī)密閉、燒結(jié)礦透氣性等方面的因素納入到余熱回收的影響范圍，運(yùn)轉(zhuǎn)正常風(fēng)力較強(qiáng)的設(shè)備以及密閉效果好的器械對于提高余熱的熱效率數(shù)值具有重要的作用，反之由于操作和技術(shù)上的失誤使得礦渣熱量會被空氣帶走很多，熱效率轉(zhuǎn)化數(shù)值下降很多，其回收轉(zhuǎn)換效能得不到提高。

5 探討提高冶金余熱回收方法的主要路徑

為了能夠進(jìn)一步提高冶金余熱的回收效率，促使熱效率轉(zhuǎn)化數(shù)值能夠保持在較高的水平線上，在今后的作業(yè)當(dāng)中積極采取有效措施，使余熱回收效能充分發(fā)揮到最大，一方面我們應(yīng)當(dāng)對現(xiàn)有的冶金技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)升級，創(chuàng)新其冶煉方式方法，盡可能的將冶金資源使用效率發(fā)揮到最大，以節(jié)能、環(huán)保、節(jié)材降耗為衡量標(biāo)準(zhǔn)，在不影響產(chǎn)量的基礎(chǔ)上堅(jiān)持可持續(xù)、可循環(huán)的發(fā)展布局；一方面，以現(xiàn)有的余熱回收技術(shù)為基礎(chǔ)，通過長期的實(shí)踐過程發(fā)現(xiàn)其中存在的問題和發(fā)展瓶頸，將余熱回收技術(shù)的設(shè)計與推廣進(jìn)行創(chuàng)新升級，使其更具有實(shí)用推廣價值可操作性更好，轉(zhuǎn)換更加有效；一方面在進(jìn)行回收作業(yè)過程時進(jìn)一步加強(qiáng)對相關(guān)設(shè)備的檢測力度，加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)措施，確保轉(zhuǎn)換的機(jī)械設(shè)備能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保障余熱回收效率能夠得到有效提高。

6 結(jié)語

綜上所述，加強(qiáng)冶金余熱回收的工作效率，對于提高熱效率轉(zhuǎn)化的發(fā)展具有重要的意義，在現(xiàn)階段隨著節(jié)能環(huán)保風(fēng)潮的進(jìn)一步涌動，節(jié)能意識不斷深入社會各個層面，同時熱效率作為能夠反映設(shè)備的正常運(yùn)行狀況以及技術(shù)應(yīng)用執(zhí)行情況的綜合數(shù)據(jù)，成為了加快余熱回收的重要技術(shù)參數(shù)保障，因此我們要通過相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)、設(shè)備投入等方面的措施，推動熱效率轉(zhuǎn)化的提升進(jìn)程，為提高熱能的有效利用提供保障。

[1]劉軍祥,于慶波,謝華清等.冶金渣顆粒余熱回收的實(shí)驗(yàn)研究[J].東北大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2014,35(2):245-248.

[2]張鵬,鄒漢偉.液態(tài)渣顯熱回收技術(shù)現(xiàn)狀及前景分析--簡述冶金渣資源化[C].//第23屆全國鐵合金學(xué)術(shù)研討會論文集.2014:794-798.