鋼鐵冶金余熱利用不足現(xiàn)狀及對策探討

張澤利，崔啟鵬

（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000）

1 近幾年鋼鐵冶金余熱利用的現(xiàn)狀

鋼鐵冶金行業(yè)是我國當(dāng)前基礎(chǔ)工業(yè)行業(yè)之一，也是為數(shù)不多耗能巨大的行業(yè)，因此對于鋼鐵行業(yè)的節(jié)能減排和資源二次利用成為了節(jié)能環(huán)保工作中的重點(diǎn)領(lǐng)域。由于鋼鐵行業(yè)的會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，因此在對于鋼鐵余熱利用的領(lǐng)域需要我們進(jìn)行重點(diǎn)改造。而這個(gè)工作在當(dāng)前存在著很大的問題，下面將一一列舉。

1.1 冶金行業(yè)中的高溫、低溫余熱利用存在不協(xié)調(diào)的情況

由于我國不同企業(yè)的工業(yè)發(fā)展水平存在差距，很多鋼鐵冶金企業(yè)對于冶金中產(chǎn)生的余熱沒有進(jìn)行良好的利用，不管是技術(shù)層面還是利用效率的層面都和發(fā)達(dá)國家有著較大的而差距。在冶金高于400℃的叫做高溫余熱，也是昂前余熱利用的重點(diǎn)領(lǐng)域。低于300℃的叫做低溫余熱，低溫余熱的利用往往被人們所忽視，因此近年來發(fā)展程度并不高。對于當(dāng)前余熱利用不足的問題業(yè)主要體現(xiàn)在低溫利用的領(lǐng)域，也是重點(diǎn)需要改造的地方。高溫余熱和低溫余熱的不協(xié)調(diào)導(dǎo)致了鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排工作的困難，需要我們盡快解決。

1.2 余熱技術(shù)利用水平差距較大，設(shè)備更新?lián)Q代不及時(shí)

導(dǎo)致余熱利用率不足的原因出了技術(shù)問題之外還有設(shè)備的老化問題。由于余熱利用是近幾年提出的概念，很多配套設(shè)備和技術(shù)還沒有得到良好的落實(shí)。當(dāng)前相關(guān)設(shè)備的研發(fā)技術(shù)大多是國外專利，需要我們進(jìn)行授權(quán)購買。因此導(dǎo)致當(dāng)前的設(shè)備使用時(shí)間過長，經(jīng)過反復(fù)的檢修已經(jīng)無法良好的提供余熱回收的服務(wù)。另外企業(yè)的技術(shù)水平也對利用成果有著極大的影響，對于部分中小型鋼鐵企業(yè)甚至不存在對于余熱的二次利用。因此設(shè)備和技術(shù)水平的差距也是導(dǎo)致余熱利用不足的原因。

1.3 設(shè)備余熱利用的方向存在局限性

最近幾年，雖然很多企業(yè)開展了余熱利用，但是利用的方向大多集中在利用余熱去制熱。利用領(lǐng)域的狹隘給余熱的應(yīng)用也造成了困擾。另外，對于不同的季節(jié)，人們對于資源的需求也不一樣。例如夏天通常需要消耗更多的資源，進(jìn)行電能和制冷等領(lǐng)域。而夏季的用電緊張成為了當(dāng)前民生問題之一，對于發(fā)達(dá)地區(qū)的用電緊張更是給電力行業(yè)帶來很大的負(fù)擔(dān)，此時(shí)如果能夠良好的利用鋼鐵行業(yè)的余熱進(jìn)行發(fā)電，則勢必能夠解決相當(dāng)一部分用電緊張的問題，并且在此過程中沒有污染物產(chǎn)生，起到了節(jié)能環(huán)保的效果，還能為企業(yè)帶來更大的利潤空間。

2 我國鋼鐵冶金行業(yè)余熱利用對策分析

2.1 引進(jìn)高端人才、技術(shù)、設(shè)備

面對市場需求和環(huán)境發(fā)展這一現(xiàn)實(shí)，我們需要大力引進(jìn)高科技人才和設(shè)備，同時(shí)向國外發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)相關(guān)的余熱利用技術(shù)。同時(shí)不斷建立和發(fā)達(dá)國家之間的友好關(guān)系，替身自身余熱利用水平的發(fā)展。而在這個(gè)環(huán)節(jié)中各行業(yè)的人才是重中之重，高端技術(shù)人才不僅僅可以帶來先進(jìn)的技術(shù)還能夠幫助培養(yǎng)更多的高科技人才，為鋼鐵行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

2.2 國家與企業(yè)加大扶持并及時(shí)更新設(shè)備

上文我們提出了當(dāng)前設(shè)備存在老舊等問題，而設(shè)備的更換需要消耗大量的資金，因此為了減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)需要國家進(jìn)行相應(yīng)的資金支持和技術(shù)扶持。而我國當(dāng)前堅(jiān)定不移的堅(jiān)持綠色發(fā)展觀，對于相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)都有著直接和簡介的技術(shù)資金投入，并且這一點(diǎn)已經(jīng)收獲了良好的效果。但是，隨著科技的發(fā)展，很多技術(shù)和設(shè)備的更新?lián)Q代速度變得越來越快，關(guān)鍵技術(shù)更是頻繁更新。而頻繁的學(xué)習(xí)和引進(jìn)設(shè)備勢必給企業(yè)的生產(chǎn)成本帶來極大的負(fù)擔(dān)。對于大型鋼鐵冶金行業(yè)而言，有著足夠的技術(shù)團(tuán)隊(duì)和資金去進(jìn)行設(shè)備的更新?lián)Q代，并且能夠?qū)崿F(xiàn)成本和利潤的完美平衡。但是對于中小型冶金企業(yè)，則離不開政府的監(jiān)督和支持。政府需要幫助這些企業(yè)及時(shí)接觸到新的余熱利用技術(shù)，并提供技術(shù)培訓(xùn)等機(jī)會(huì)。另外在政策上，國家需要鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)行自主研發(fā)和制造，在結(jié)合國外先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制造出屬于我國自身的科技產(chǎn)物。通過上述措施不僅僅為企業(yè)提供了便利，也降低了我國對于國外技術(shù)設(shè)備的依賴，提升了我國自身的技術(shù)發(fā)展水平。

2.3 大力拓展鋼鐵冶金余熱的應(yīng)用領(lǐng)域

面對當(dāng)前企業(yè)對于冶金余熱應(yīng)用范圍較窄的情況需要企業(yè)和相關(guān)行業(yè)能偶建立動(dòng)態(tài)聯(lián)系，提升余熱利用的交流機(jī)會(huì)和利用空間。具體而言，鋼鐵冶金行業(yè)和周邊企業(yè)需要準(zhǔn)確了解當(dāng)前能源緊缺的現(xiàn)狀，同時(shí)意識到余熱在利用空間上的可行性，把單一的制熱利用，發(fā)展到制冷等領(lǐng)域。在這一過程中需要企業(yè)結(jié)合自身發(fā)展需求，同時(shí)要準(zhǔn)確了解當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的趨勢和相關(guān)政策等。通過技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的相結(jié)合，使得鋼鐵余熱能夠發(fā)揮最大的效果。通過上述措施，不但能夠滿足余熱利用不足的窘境還能夠?qū)崿F(xiàn)鋼業(yè)行業(yè)乃至全社會(huì)的節(jié)能減排生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和自然環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

3 鋼鐵冶金行業(yè)余熱利用方向

3.1 熱交換

對于鋼鐵冶煉產(chǎn)生的余熱在利用過程中需要考慮優(yōu)先級的情況，通常要線用于本地設(shè)備和生產(chǎn)，降低熱能損耗和能量轉(zhuǎn)換損失。因此對于常用的空氣預(yù)熱系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)都可以利用余熱來進(jìn)行相應(yīng)的生產(chǎn)和加工，通過利用余熱能夠提高空氣余熱等性能，進(jìn)一步提升了鍋爐的生產(chǎn)性能，提升了熱效率。同時(shí)也能夠減少煤炭等資源消耗，降低污染物的而排放。另外對于高溫氣體還可以應(yīng)用到冷卻裝置中，生成的高溫蒸汽和熱水可以循環(huán)參與到生產(chǎn)中，也不失為一種良好的余熱利用技術(shù)。在應(yīng)用過程中需要大量的換熱器設(shè)備，常見的有熱管換熱器、余熱蒸汽發(fā)生裝置等。另外換熱器可以根據(jù)其不同的原理分為混合式、蓄熱式、以及間壁式。

3.2 廠城結(jié)合

對于鋼鐵的冶煉過程中，需要經(jīng)過多種生產(chǎn)流程，在此期間需要耗費(fèi)大量的水資源，而生產(chǎn)后的水資源通常溫度較高，如果能夠良好的利用這些工業(yè)熱水，則勢必能夠解決城市周邊的很多問題，例如生活用水和生產(chǎn)用水等，從而降低其他能源的消耗。例如對于供暖的熱泵而言，對于水溫要求通常在100 度左右，這一點(diǎn)冶煉廢水能夠輕易滿足。因此如果能夠吧冶金行業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢水和周邊的熱泵裝置相結(jié)合，則勢必能夠降低其他能源的消耗，同時(shí)由于余熱廢水 是直接利用，因此沒有其他污染物和氣體排放出來，因此對于周邊環(huán)境也起到了很好的把控作用。

在進(jìn)行廠城的結(jié)合過程中，要注意熱能利用的優(yōu)先級，通常優(yōu)先供應(yīng)近距離的居民區(qū)和企業(yè)，優(yōu)先供應(yīng)技術(shù)要求較低的企業(yè)，通過合理安排優(yōu)先級，實(shí)現(xiàn)余熱資源的最大化利用。通過利用余熱，熱泵可以實(shí)現(xiàn)清潔資源的利用，同時(shí)做到0 污染0 排放。這一點(diǎn)對比于傳統(tǒng)的鍋爐具有明顯的環(huán)保效益。以當(dāng)前鞍鋼為例，鞍鋼企業(yè)通過水源熱泵技術(shù)實(shí)現(xiàn)了余熱利用，通過熱泵給周邊城市提供供暖服務(wù)。這一舉措使得居民供暖由傳統(tǒng)的鍋爐燃煤轉(zhuǎn)向利用余熱能源，大大降低了燃煤鍋爐帶來的污染，實(shí)現(xiàn)大范圍的節(jié)能減排工作。通過對于當(dāng)?shù)毓╇姽岬淖咴L調(diào)查我們獲得了如下數(shù)據(jù)，2019 年鞍鋼通過該技術(shù)成功利用了余熱資源約151.48 萬KW，供熱能源達(dá)到了212.07 萬KW，水源熱泵的消耗功率為60.59 萬KW。成為了廠城結(jié)合的經(jīng)典案例，值得我們學(xué)習(xí)借鑒。

3.3 烘干

烘干是能耗非常高的一項(xiàng)工藝，其能耗占發(fā)達(dá)國家總能源消耗的9%～25%。傳統(tǒng)的烘干技術(shù)中，排放的熱是空氣中含有大量的顯熱與潛熱，以及物料雜質(zhì)，其能源利用率僅為35%左右，而且易于污染環(huán)境。如果將鋼鐵冶金工序余熱應(yīng)用于熱泵系統(tǒng)進(jìn)行烘干，更能發(fā)揮熱泵烘干技術(shù)的優(yōu)勢。

3.4 變熱器

吸收式變熱器是國外近年發(fā)展的一種低溫?zé)峄厥绽眉夹g(shù)。冶金企業(yè)生產(chǎn)工藝復(fù)雜，工藝循環(huán)水量巨大，如果大量的熱量通過冷卻塔釋放到大氣中，會(huì)造成熱量極大浪費(fèi)。通過變熱器將低溫?zé)幔ㄈ?0℃熱水）轉(zhuǎn)化為兩部分，一部分轉(zhuǎn)化為高品位的蒸汽或者熱水;一部分降質(zhì)為廢棄的低溫?zé)崃?，通過冷卻排棄。我國已將變熱器技術(shù)列入高科技研究項(xiàng)目，研究的焦點(diǎn)是選用合適的工質(zhì)，其難點(diǎn)是制取200℃左右的熱量。目前普遍認(rèn)為以含TFE（2，2，22 三氟乙醇）的混合物作為工質(zhì)較適宜，制取150℃熱量的變熱器在吸收制冷技術(shù)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)即可實(shí)現(xiàn)。

3.5 制冷

各企業(yè)一般只回收利用了煙氣溫度較高的部分，如用它來預(yù)熱助燃空氣，而空氣預(yù)熱器后約400℃～500℃的中溫?zé)煔鈩t大部分企業(yè)沒有加以利用，至于溫度更低的如300℃以下的低溫?zé)煔飧劜簧铣浞掷?。而國外對?00℃以下的低溫?zé)煔庥酂?，已有研究利用其集中供暖及制冷。以往回收的熱量都是用來制熱（產(chǎn)生熱風(fēng)、熱煤氣、蒸汽或熱水等），很少涉及制冷。特別是夏季剩余蒸汽多，用于制冷可以節(jié)約更多的能量，其意義十分重大。由于溴化鋰制冷機(jī)只需要0.6MPa 以下的低壓蒸汽或熱水，因而對熱源廣泛的冶金企業(yè)尤為適用。松下制冷（大連）有限公司成功地將以循環(huán)氨水為驅(qū)動(dòng)熱源的溴化鋰吸收式制冷機(jī)組應(yīng)用于焦化廠制冷系統(tǒng)中，并就節(jié)能環(huán)保情況與傳統(tǒng)的以蒸汽為熱源的制冷機(jī)組進(jìn)行了比較。改造后溴冷機(jī)驅(qū)動(dòng)熱源更換為焦化廠內(nèi)部能源高溫氨水，完全不需要再消耗蒸汽，每年減少蒸汽消耗量36720t。

3.6 低溫有機(jī)朗肯循環(huán)

與大中型的火力發(fā)電不同，基于有機(jī)介質(zhì)的低溫余熱發(fā)電是通過回收冶金企業(yè)幾乎每天都在持續(xù)不斷地向大氣環(huán)境中排放的溫度低于200℃～300℃的中低溫廢蒸汽、煙氣所含的低品位的熱量來發(fā)電，將生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的低品位的或廢棄的熱能轉(zhuǎn)化為高級能源— —電能，充分利用鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)（如：煉鐵、煉鋼、燒結(jié)、軋鋼和沖渣）產(chǎn)生的大量低品質(zhì)或廢棄的熱能進(jìn)行發(fā)電，給鋼鐵企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 結(jié)語

我國鋼鐵冶金工業(yè)余熱資源十分豐富，回收利用的潛力相當(dāng)大。國家相關(guān)職能部門應(yīng)當(dāng)與企業(yè)一起積極面對這一問題，盡可能地為企業(yè)提供技術(shù)上的支持；各鋼鐵企業(yè)也應(yīng)當(dāng)重視這一方面的工作，不能陽奉陰違，要把工作落到實(shí)處，畢竟我國鋼鐵冶金行業(yè)余熱利用還任重而道遠(yuǎn)。