冶金行業(yè)低溫余熱利用方向及建議

王 稱

（天津冶金集團(tuán)軋一制鋼有限公司，天津 300210）

冶金行業(yè)的余熱屬于二次能源，它是指在工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)生產(chǎn)工藝與各種設(shè)備所排出的氣體、液體所承載的熱量。如果能將余熱的利用發(fā)揮到最大程度，將大大推動(dòng)我國冶金行業(yè)的集約程度。然而我國目前對工業(yè)余熱的利用量僅為33%左右，與發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距。我們必須立足當(dāng)下，將冶金行業(yè)工業(yè)耗能的余熱充分利用起來，不斷深化研究余熱利用技術(shù)。

1 冶金行業(yè)余熱利用現(xiàn)狀

冶金行業(yè)一向?qū)儆诟吆哪苄推髽I(yè)，無論是對資源的消耗，還是工業(yè)廢物的產(chǎn)生量，比值向來居于國內(nèi)各種行業(yè)前茅。從國家發(fā)布的數(shù)據(jù)看，冶金行業(yè)對能源的消耗基本占全國能源消耗的10%左右，企業(yè)中所承擔(dān)的能耗費(fèi)用占整體成本的25%左右。因此，提高余熱利用的效率，是資源與成本的雙向要求。在冶金行業(yè)的生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量可利用的廢棄、廢水、廢渣，這部分廢棄物的熱量約占總能耗的30%，我國現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)還未達(dá)到前端水平，故而低溫余熱利用率低，能源未能得到充分的綜合利用勢必會(huì)帶來能源的高消耗。

2 冶金行業(yè)低溫余熱利用方向

2.1 熱交換

熱交換是指利用溫差引起幾個(gè)物體之間熱量傳遞的過程，在冶金行業(yè)的低溫余熱利用中應(yīng)優(yōu)先應(yīng)用于熱交換系統(tǒng)，以此可減少能量的轉(zhuǎn)換次數(shù)。在冶金企業(yè)往往通過加裝空氣預(yù)熱器、回?zé)崞鲗?shí)現(xiàn)對余熱的回收利用，并以回收的余熱為基礎(chǔ)對燃料、物料、工件進(jìn)行加熱，這有助于提高爐窖性能和熱能的使用效率。有時(shí)，還可以利用汽化冷卻器將余熱利用起來，進(jìn)而形成蒸汽、熱水，可以進(jìn)一步應(yīng)用于工藝流程。熱交換技術(shù)的本質(zhì)不會(huì)改變其對余熱能量的利用形式，只是在設(shè)備的輔助下實(shí)現(xiàn)余熱能量傳遞，與其他技術(shù)不同，熱交換技術(shù)能減少一次對能源的消耗，是低溫余熱利用最直接也是最便捷的方式。

2.2 廠城結(jié)合

冶金行業(yè)的生產(chǎn)工藝構(gòu)造復(fù)雜，不僅能源消耗量大，所產(chǎn)生的廢物也多，工藝循環(huán)水及工業(yè)廢水中含有大量的低品位熱量，如果能將這部分低品位熱量充分利用起來，可以增加生產(chǎn)效能，通過向建筑物提供生產(chǎn)及生活用水實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。譬如，可以將此應(yīng)用到為我們生活供熱的熱泵，一般熱泵的供熱溫度維持在100℃左右，冶金行業(yè)所產(chǎn)生的低溫余熱完全可以利用。在余熱供熱泵與熱源的選擇時(shí)，應(yīng)遵循就近原則，依照技術(shù)的難度與用戶的距離優(yōu)先選擇最經(jīng)濟(jì)的利用方式。以鞍鋼為例，鞍鋼是我國較大的冶金企業(yè)，他們通過利用水源熱泵技術(shù)回收工業(yè)低溫余熱資源，并將收集到的資源應(yīng)用于城市供暖，以此替代污染性高的燃煤鍋爐。從鞍鋼的低溫余熱利用程度看，通過水源熱泵系統(tǒng)可以回收利用余熱資源1514808kw，這部分能源產(chǎn)生的供熱能可達(dá)到2120730kw，由此觀之，借助水源熱泵技術(shù)可大大提高低溫余熱的回收利用。

2.3 變熱器

吸收式變熱器是近幾年發(fā)達(dá)國家研發(fā)的低溫余熱回收利用技術(shù)，冶金行業(yè)的生產(chǎn)復(fù)雜，涵蓋多個(gè)細(xì)節(jié)，在工藝循環(huán)過程中水量巨大，如果將這部分熱量通過冷卻系統(tǒng)釋放到大氣中去會(huì)帶來巨大的能源浪費(fèi)，如果想綜合利用這部分余熱就可以通過變熱器將低溫余熱轉(zhuǎn)化。一部分余熱可經(jīng)變熱器轉(zhuǎn)化為蒸汽或熱水，使廢熱向著高品位發(fā)展；另一部分經(jīng)變熱器篩選降至為廢棄余熱，經(jīng)變熱器的冷卻系統(tǒng)排棄?？偟膩碚f，變熱器的低溫余熱利用程度還是非常具有代表性的，我國現(xiàn)已將變熱器技術(shù)列入高科技研究項(xiàng)目，期望通過研發(fā)試驗(yàn)研制出適宜我冶金行業(yè)工藝流程的變熱器系統(tǒng)[1]。就我國目前的研究情況看，對變熱器研發(fā)的重點(diǎn)在于選取合適的工質(zhì)，難點(diǎn)在于如何控制攝取200℃左右的熱量。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)并分析國內(nèi)外數(shù)據(jù)后，我們現(xiàn)階段認(rèn)為含TEF的混合物最適合做變熱器的工質(zhì)，而溫度控制則須得在150℃熱量的吸收制冷技術(shù)上加以改進(jìn)。

2.4 制冷

目前我國的技術(shù)更傾向于回收煙氣溫度較高的部分，溫度較高的部分在預(yù)熱助燃空氣上的確大有裨益，但是低溫余熱部分并未恰當(dāng)利用，空氣預(yù)熱器后400℃左右的煙氣大多被排棄，溫度更低的則更不可能利用。發(fā)達(dá)國家近幾年致力于研究200℃以下的低溫?zé)煔庥酂?，從西方國家的研發(fā)方向看，除了收集低溫余熱制熱，還可以依托低溫余熱制冷，尤其在酷熱季節(jié)，剩余低溫蒸汽較多，完全可以用于制冷，通過循環(huán)利用節(jié)約更多能量。通過分析我國的制冷機(jī)可知，溴化鋰制冷機(jī)只需要0.6MPa以下的低壓蒸汽或熱水即可實(shí)現(xiàn)作業(yè)，因此，可以將熱源廣泛的冶金企業(yè)與制冷企業(yè)相結(jié)合。譬如大連的松下制冷就通過技術(shù)研發(fā)成功的將循環(huán)氨水作為驅(qū)動(dòng)熱源，并將這種啟動(dòng)熱源應(yīng)用于溴化鋰吸收式制冷機(jī)，制冷機(jī)應(yīng)用后通過與傳統(tǒng)蒸汽熱源制冷機(jī)作對比發(fā)現(xiàn)，新研發(fā)的循環(huán)氨水驅(qū)動(dòng)熱源不必再度消耗蒸汽，故而該公司每年可節(jié)省至少36000t的蒸汽消耗量。

2.5 低溫有機(jī)朗肯循環(huán)

與火力發(fā)電不同，冶金行業(yè)幾乎每天都在持續(xù)不斷的向大氣排放200℃～300℃的低溫廢熱，尤其是有機(jī)介質(zhì)的低品位熱量，完全無法在現(xiàn)有的技術(shù)下得到很好的應(yīng)用。如果能將這部分低品位的余熱轉(zhuǎn)化成高級能源——電能，就可充分調(diào)動(dòng)大部分低溫余熱的再回收、再利用，這種工藝需要將冶金企業(yè)與電網(wǎng)企業(yè)緊密結(jié)合起來，通過將冶金企業(yè)中煉鐵、燒結(jié)、軋鋼、沖渣等環(huán)節(jié)利用起來，就可將大量的低品質(zhì)余熱組織進(jìn)行發(fā)電。通過數(shù)據(jù)顯示，一個(gè)年產(chǎn)鋼鐵500萬噸的冶金企業(yè)可利用的發(fā)電余熱可達(dá)到2億kwh，換言之，若將這部分余熱利用起來，除去各項(xiàng)成本能為企業(yè)增收至少7000萬元。這種低溫有機(jī)朗肯循環(huán)技術(shù)已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注，南京某熱能技術(shù)企業(yè)對HCFC類、烷類、CFC類三類有機(jī)循環(huán)工質(zhì)進(jìn)行了研究，通過對照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱源溫度在90℃～120℃之間時(shí)，完全可以利用有機(jī)朗肯循環(huán)的發(fā)電特性，將熱效率和凈工量作為評價(jià)工質(zhì)做工能力和衡量系統(tǒng)發(fā)電的指標(biāo)，經(jīng)研究的三類有機(jī)循環(huán)工質(zhì)具有極大的應(yīng)用優(yōu)勢，尤其是烷類中的R600具有強(qiáng)大的工質(zhì)凈工量，無論是從工作效率，還是從環(huán)保性能上都無可挑剔，非常適用于冶金行業(yè)的低溫余熱利用，適合長期使用發(fā)展[2]。

3 冶金行業(yè)低溫余熱利用的建議

3.1 增加資金投入，更新技術(shù)設(shè)備

自上個(gè)世紀(jì)末，國家已經(jīng)開始重視生態(tài)環(huán)境與節(jié)能減排的問題，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮，應(yīng)用到冶金行業(yè)低溫余熱利用的技術(shù)和資金越來越多，一般技術(shù)的革新必須有強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)后盾支持。大企業(yè)的資金狀況良好，人才、物質(zhì)的儲(chǔ)備豐富，革新能力加強(qiáng)，研發(fā)周期的長短都能應(yīng)付自如，但對于冶金中小企業(yè)而言，經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的集成程度并不足以制成技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)[3]。因此，我國為推動(dòng)低溫余熱技術(shù)的利用就必須重視中小冶金企業(yè)的經(jīng)濟(jì)投入，保護(hù)中小企業(yè)的發(fā)展，幫助其自主創(chuàng)新。

3.2 引入高端人才，注重人才培養(yǎng)

與發(fā)達(dá)國家相比，我國的低溫余熱利用技術(shù)研發(fā)程度相對較低，面對這種技術(shù)、設(shè)備的革新，必須重視人才的引進(jìn)，一方面通過提高薪資待遇引起國外高端人才；另一方面可大力培養(yǎng)專項(xiàng)的國內(nèi)人才，通過教育與繼續(xù)教育加強(qiáng)技術(shù)學(xué)習(xí)。使我國迅速建立一支高精尖的復(fù)合型人才隊(duì)伍，為未來低溫余熱利用的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

綜上，我們對冶金行業(yè)低溫余熱利用方向及建議有了簡單認(rèn)識，冶金行業(yè)所涉及的低溫余熱資源相當(dāng)豐富，回收利用潛力巨大，我們必須在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷加深研發(fā)力度，將提高能源綜合利用率作為能源發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的重要內(nèi)容，不斷提升技術(shù)層級，進(jìn)而推動(dòng)國內(nèi)冶金行業(yè)低溫余熱的回收利用發(fā)展。