我國(guó)鋼鐵企業(yè)余熱利用的現(xiàn)狀及對(duì)策分析

馮建英，劉忠利

（1 山西省節(jié)能監(jiān)察總隊(duì)，山西 太原 030001；2 山西省節(jié)能中心，山西 太原 030001）

當(dāng)前，隨著能源需求壓力的逐漸增大，節(jié)能減排的理念深入人心，中國(guó)各大鋼鐵企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中余熱資源的利用愈加重視。不過(guò)，目前鋼鐵企業(yè)在余熱利用方面仍然面臨很多困難，主要原因在于未能對(duì)鋼鐵生產(chǎn)主要流程的工藝和設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)分析，主要流程中的物質(zhì)流和能量流沒(méi)有定量的數(shù)據(jù)，使得節(jié)能工作者無(wú)法掌握實(shí)際生產(chǎn)狀況。

1 鋼鐵冶煉余熱利用現(xiàn)狀

1.1 鋼鐵冶煉的高溫和低溫余熱不協(xié)調(diào)

相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家而言，由于我國(guó)工業(yè)發(fā)展時(shí)間太短，工業(yè)發(fā)展能力的水平有限。在有限的工作技術(shù)中，鋼鐵冶煉余熱利用效率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到西方的發(fā)達(dá)國(guó)家的。經(jīng)過(guò)近幾年鋼鐵企業(yè)余熱利用的發(fā)展，鋼鐵冶煉在高溫（大于四百攝氏度）的情況下，利用率是有一些成效，但是由于技術(shù)的不成熟，在低溫（小于三百攝氏度）的情況下，利用率一直沒(méi)有什么顯著的成效。所以，現(xiàn)在鋼鐵冶煉余熱利用主要針對(duì)低溫余熱進(jìn)行研究，使高低溫余熱利用協(xié)調(diào)起來(lái)。

1.2 水平懸殊、設(shè)備陳舊

首先，各個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平都不一樣，每個(gè)企業(yè)的技術(shù)水平也都是不一樣，參差不齊的技術(shù)水平導(dǎo)致鋼鐵冶煉余熱利用方面的懸殊非常的大。尤其是對(duì)中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，它們可能還對(duì)鋼鐵冶煉余熱利用處于空白階段，所以接下來(lái)應(yīng)該著重關(guān)注中小型企業(yè)的余熱利用發(fā)展，對(duì)他們進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的支持，他們也是我國(guó)實(shí)行節(jié)能減排的重要一分子。其次，鋼鐵冶煉設(shè)備的陳舊，鋼鐵業(yè)短暫的發(fā)展時(shí)間，很難達(dá)到西方發(fā)達(dá)國(guó)家的設(shè)備水平。目前，在我國(guó)鋼鐵冶煉的主要設(shè)備還沒(méi)有得到開(kāi)發(fā)，多數(shù)是靠從西方發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)，高額的成本是設(shè)備使用時(shí)間非常長(zhǎng)久，反反復(fù)復(fù)的檢查和維修，導(dǎo)致設(shè)備變得非常陳舊。

1.3 狹隘的鋼鐵冶煉余熱利用領(lǐng)域

鋼鐵冶煉余熱利用中，將余熱集中利用制熱設(shè)備中是非常狹隘的。很多企業(yè)都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)在制冷領(lǐng)域中發(fā)展鋼鐵冶煉利用余熱，而制冷領(lǐng)域恰恰能帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。近幾年，夏季對(duì)電力的需求量是非常大的，有些時(shí)候我國(guó)的電力都會(huì)達(dá)到供不應(yīng)求的地步。如果說(shuō)，將鋼鐵冶煉余熱利用到制電領(lǐng)域或者應(yīng)用到制冷領(lǐng)域中，這將會(huì)在很大的程度上響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的目標(biāo)。

2 某鋼廠余熱利用實(shí)踐與開(kāi)發(fā)

2.1 余熱利用實(shí)踐

（1）燒結(jié)環(huán)冷余熱回收蒸汽。公司燒結(jié)廠建有2臺(tái)有效燒結(jié)面積550m2的燒結(jié)機(jī)，年生產(chǎn)燒結(jié)礦1093.4萬(wàn)t。每臺(tái)燒結(jié)機(jī)對(duì)應(yīng)配置一套580m2環(huán)冷機(jī)，采用環(huán)冷機(jī)廢氣余熱回收技術(shù)，充分利用燒結(jié)礦冷卻廢氣余熱。同時(shí)每套環(huán)冷機(jī)對(duì)應(yīng)設(shè)置一套雙壓余熱鍋爐（中壓鍋爐部分的參數(shù)：1.1MPa，230℃，40t/h；低壓鍋爐部分的參數(shù)0.3MPa，143℃，12t/h），中壓蒸汽直接送入S2蒸汽管網(wǎng)，低壓蒸汽用于燒結(jié)廠內(nèi)部混料及冬季采暖使用。

（2）煉鋼轉(zhuǎn)爐汽化冷卻回收蒸汽。公司煉鋼系統(tǒng)建設(shè)的2座300t復(fù)吹脫磷轉(zhuǎn)爐，3座300t復(fù)吹脫碳轉(zhuǎn)爐，每座轉(zhuǎn)爐均配置一套汽化冷卻裝置，回收轉(zhuǎn)爐煙氣中的熱量、降低爐氣溫度，設(shè)計(jì)回收蒸汽88～100kg/t鋼。

（3）熱軋加熱爐汽化冷卻回收蒸汽。公司共有兩條熱軋生產(chǎn)線分別為2250熱軋和1580熱軋。其中2250熱軋建4座步進(jìn)梁式加熱爐；1580熱軋建3座步進(jìn)梁式加熱爐，加熱爐水平梁和立柱的冷卻方式均采用汽化冷卻，產(chǎn)生0.8～1.27MPa飽和蒸汽直接供給S2蒸汽管網(wǎng)。

（4）干熄焦余熱回收產(chǎn)汽發(fā)電。公司一期焦化配置70孔×7.63m焦?fàn)t4座，年產(chǎn)焦炭420萬(wàn)t。并配套建成2套260t/h干熄焦裝置，干熄焦工藝采用高溫高壓自然循環(huán)的余熱鍋爐產(chǎn)生9.5MPa、540℃高溫高壓蒸汽（噸焦回收蒸汽550～600kg）。

（5）高爐熱風(fēng)爐煙氣余熱回收干燥噴煤制粉。每座高爐配置4座熱風(fēng)爐，采取2燒2送運(yùn)行，排煙溫度在200℃左右，產(chǎn)生煙氣量為410000m3/h，部分煙氣（80000×2m3/h）供噴煤制粉干燥使用，部分通過(guò)煙囪排空。

2.2 余熱利用開(kāi)發(fā)與深度挖掘

（1）深度回收熱軋加熱爐煙氣余熱。熱軋加熱爐煙氣在加熱煤氣及助燃空氣后仍以300℃以上溫度外排，對(duì)煙氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，建設(shè)外置余熱鍋爐或內(nèi)置蒸發(fā)器回收加熱爐預(yù)熱空氣、煤氣后的煙氣余熱，將加熱爐尾部煙氣溫度由300℃降至約150℃，改善爐壓調(diào)控，增產(chǎn)低壓蒸汽15～20kg/t鋼。

（2）減少燒結(jié)環(huán)冷風(fēng)機(jī)漏風(fēng)率，增加余熱回收率使用常規(guī)的密封裝置，在燒結(jié)機(jī)的正常檢修周期內(nèi)，環(huán)冷系統(tǒng)漏風(fēng)率可達(dá)30%～50%，造成環(huán)冷余熱回收量降低、電耗增加。改造完善燒結(jié)環(huán)冷密封裝置采用液體密封，減少漏風(fēng)、增加余熱回收量，在現(xiàn)有余熱鍋爐基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)提升余熱產(chǎn)汽能力10～15kg/t礦。

（3）回收低品質(zhì)余熱供廠區(qū)采暖、制冷。高爐沖渣余熱屬低品位余熱，具有熱量大、品質(zhì)低、間歇性特點(diǎn)且因易腐蝕、結(jié)垢、磨損特性而不易回收利用，采用專用抗腐蝕、結(jié)垢、磨損換熱器，回收高爐沖渣水余熱，用于廠區(qū)采暖，節(jié)約采暖用蒸汽60t/h。采用地源熱泵技術(shù)，汲取地下土壤熱量、冷量，替代燃煤鍋爐及螺桿制冷機(jī)組，冬季供熱、夏季供冷并全年制備生活熱水，用于廠前區(qū)公輔系統(tǒng)，年可節(jié)約燃煤耗量20000t。

（4）回收鍋爐除氧乏汽、排污水余熱加熱給水鍋爐除氧器排氧攜帶部分蒸汽，排污水高溫排放均存在熱能及水資源損失。在燃?xì)忮仩t、干熄焦鍋爐系統(tǒng)中，采用乏汽、熱水回收裝置回收除氧乏汽及排污水加熱給水，回收熱能的同時(shí)回收部分凝水，年可節(jié)約加熱給水、除氧蒸汽80000t。

3 加熱爐煙氣余熱利用改造

煙氣余熱利用及相關(guān)改造要根據(jù)具體溫度、煙氣側(cè)阻力損失等情況進(jìn)行確定，對(duì)于上排煙而言，相關(guān)結(jié)構(gòu)受到橫向風(fēng)振荷載影響，整體抽力會(huì)受到限制，必須要首先保障排煙溫度，進(jìn)而滿足在排煙方面需求，充分合理地進(jìn)行改造與利用。一般操作過(guò)程中，可以采用更自然排煙方式，依靠產(chǎn)生抽力而進(jìn)入大氣，當(dāng)高度等方面情況差異，也會(huì)帶來(lái)抽力差異，由于溫度不同，溫度越高則抽力越大，因此在這一過(guò)程中，需要對(duì)諸多影響因素客觀認(rèn)識(shí)，明確影響的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)與要點(diǎn)所在。一般情況下而言，余熱鍋爐排煙溫度不能特別低，如果低于一定范疇之后，則會(huì)出現(xiàn)自然排煙阻礙的問(wèn)題。要做好各類阻力計(jì)算，損失要小于65Pa，而溫度則不能低于260攝氏度，才可以確保操作效果。另外一方面，還需要充分考慮到煙氣中所含硫量，對(duì)內(nèi)部技術(shù)酸性腐蝕等情況充分關(guān)注，保障鍋爐受熱面使用壽命，減少出現(xiàn)腐蝕等一系列現(xiàn)象，避免出現(xiàn)在使用壽命、使用質(zhì)量等諸多方面的損害。在這基礎(chǔ)上，蒸發(fā)器和過(guò)濾器布置也是相對(duì)重要一部分內(nèi)容，對(duì)于長(zhǎng)度較短煙道則不能布置過(guò)多受熱面，不能令溫度降低過(guò)多，由于煙氣與水會(huì)產(chǎn)生換熱，因此受熱面管壁溫度則取決于水的溫度。正因如此，此類溫度不應(yīng)該低于230攝氏度，在實(shí)際操作過(guò)程中只能采用熱氣與蒸發(fā)器組合使用方式，不能再增加設(shè)置省煤器。

4 余熱利用優(yōu)化探索

4.1 加強(qiáng)余熱回收、提升余熱回收利用率

焦?fàn)t荒煤氣溫度約700～800℃，其顯熱以冷卻外排形式流失?？刹捎贸}水為介質(zhì)，以水冷汽化（或?qū)嵊停┨坠芑蛩仔问礁脑旖範(fàn)t上升管，回收焦?fàn)t荒煤氣顯熱，建設(shè)余熱鍋爐系統(tǒng)生產(chǎn)中、低壓蒸汽。近年已有部分鋼企進(jìn)行回收改造，回收蒸汽可達(dá)100kg/t焦，但大型焦?fàn)t尚無(wú)成功應(yīng)用，須完善技術(shù)付諸實(shí)施。傳統(tǒng)煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱余能回收系統(tǒng)基于OG和LT除塵系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)。均采用汽化冷卻煙道將轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的煙氣由1600℃降至900℃，回收這部分煙氣的顯熱產(chǎn)生蒸汽。煙氣降至900℃以后：OG系統(tǒng)通過(guò)大量噴水降溫，將煙氣溫度迅速降至70℃左右；LT系統(tǒng)通過(guò)大量噴入霧化水，將煙氣溫度迅速降至300℃左右；顯而易見(jiàn)，900℃以下的煙氣余熱未能有效回收，造成了能源的浪費(fèi)。采取控制入爐空氣量、急冷換熱等技術(shù)，在克服爆炸等問(wèn)題的基礎(chǔ)上，以煙道旁路外置余熱鍋爐形式回收轉(zhuǎn)爐汽化冷卻后200～900℃間轉(zhuǎn)爐煤氣顯熱，生產(chǎn)中、低壓蒸汽，可大幅減少轉(zhuǎn)爐煤氣冷卻使用蒸汽量及冷卻水耗。

改造現(xiàn)有燒結(jié)環(huán)冷及余熱回收系統(tǒng)，模擬干熄焦模式新建密閉式豎爐冷卻燒結(jié)余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，減少系統(tǒng)漏風(fēng)、余熱散失，提高余熱品位（熱風(fēng)溫度保持500℃以上），相應(yīng)提高生產(chǎn)蒸汽參數(shù)至中溫中壓，增加余熱回收量及發(fā)電量。

4.2 增強(qiáng)低品位余熱回收利用時(shí)效，優(yōu)化利用方式

沖渣水、空壓機(jī)冷卻等余熱僅限于冬季采暖使用，導(dǎo)致全年大部分時(shí)間設(shè)備閑置、余熱流失，宜采用長(zhǎng)效利用方式回收。如：以除鹽水換取高溫沖渣水熱量后，進(jìn)一步回收空壓機(jī)冷卻熱、各鍋爐窯爐排煙余熱，經(jīng)提溫后送至海水淡化裝置，閃蒸制備負(fù)壓蒸汽作為海水淡化熱源制備淡水。形成全年長(zhǎng)效運(yùn)行，低成本高產(chǎn)出回收利用低品位余熱，是海濱鋼企的優(yōu)選方案。

4.3 控制降低蒸汽管網(wǎng)熱損失，減少蒸汽損耗

鋼企蒸汽管道保溫多采用硅酸鋁礦物棉或玻璃纖維等材料，設(shè)計(jì)計(jì)算管壁散熱造成的蒸汽損失約為流通量的3%，而由于保溫材料的性能衰減等問(wèn)題蒸汽損失往往遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值。采用多凝泡沫、陶瓷纖維等高性能保溫材料替代傳統(tǒng)保溫材料，可保證效果的前提下減薄保溫層厚度減少散熱面積、延長(zhǎng)使用壽命、降低性能衰減，進(jìn)而將蒸汽損失控制在3%以下，可大幅降低蒸汽消耗并有利于保障用戶使用參數(shù)。

4.4 引進(jìn)技術(shù)性綜合性人才

首先解決鋼鐵冶煉余熱利用不足，技術(shù)綜合性人才的引進(jìn)是必須的步驟，不僅要引進(jìn)，還要加大力度引進(jìn)國(guó)內(nèi)外技術(shù)性綜合性專業(yè)性人才。鋼鐵業(yè)冶煉余熱利用效率低在一定程度上可以說(shuō)是促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，改革的催化劑。因此我國(guó)各個(gè)企業(yè)都應(yīng)該培養(yǎng)專業(yè)性人才，引進(jìn)西方發(fā)達(dá)國(guó)家的高端技術(shù)和專業(yè)綜合性人才，提升我國(guó)的鋼鐵冶煉余熱利用效率。

4.5 國(guó)家投入資金加大扶持企業(yè)技術(shù)性改革

中小型企業(yè)和大企業(yè)相比，技術(shù)水平的懸殊就是非常巨大的，國(guó)家應(yīng)該加大對(duì)這些企業(yè)的扶持，給與經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的支持，幫助他們及時(shí)更新設(shè)備，同時(shí)也不能放棄對(duì)大企業(yè)節(jié)能減排成效的監(jiān)督。此外，國(guó)家還應(yīng)該鼓勵(lì)企業(yè)之間進(jìn)行自主創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)屬于我國(guó)自己的關(guān)鍵性技術(shù)和必要性設(shè)備，形成知識(shí)產(chǎn)權(quán)，從而提供中小型企業(yè)技術(shù)支持。

4.6 對(duì)鋼鐵冶煉余熱領(lǐng)域進(jìn)行大力拓展

既然說(shuō)目前我國(guó)對(duì)于鋼鐵冶煉領(lǐng)域還處于狹隘的現(xiàn)狀，那么我國(guó)就應(yīng)該大力拓展鋼鐵冶煉余熱利用的領(lǐng)域。我國(guó)所有企業(yè)應(yīng)團(tuán)結(jié)一心，認(rèn)識(shí)到經(jīng)濟(jì)發(fā)展的狀況，聯(lián)合實(shí)際狀況打破制熱領(lǐng)域的局限性，將鋼鐵冶煉余熱利用到制電領(lǐng)域和制冷領(lǐng)域當(dāng)中去。我相信，在國(guó)家大力支持和扶持下，采用這樣的方針和政策，是可以滿足我國(guó)節(jié)能減排的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，做好余熱回收和余熱的合理利用對(duì)鋼鐵冶煉企業(yè)節(jié)能降耗是十分重要的。低壓蒸汽作為在鋼鐵冶煉領(lǐng)域中的主要載體，在生產(chǎn)中是非常重要的。鋼鐵企業(yè)做到真正意義上的蒸汽平衡，合理安排蒸汽人熱能的使用，在一定程度上真正做到“熱盡其用”。我相信，在國(guó)家和企業(yè)之間的共同努力，我們一定可以做到真正的節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)最終的零污染零排放目標(biāo)。