提高余能、余熱回收利用效率的研究與措施

張洪濤，李連歡，馮 曼

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

鋼鐵行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，也是高能耗的資源密集型產(chǎn)業(yè)[1]。面對(duì)全球經(jīng)濟(jì)增長放緩、環(huán)保政策收緊、資源供需矛盾等問題，鋼鐵企業(yè)為提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，大力推廣降本增效、節(jié)能降耗項(xiàng)目，以追求企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益最大化。鋼鐵企業(yè)普遍擁有豐富的余能和余熱資源，這些資源的回收可用于企業(yè)及周邊居民的冬季供暖、飽和蒸汽發(fā)電、燃?xì)忮仩t發(fā)電等，這些節(jié)能降耗、降本增效的重要手段，已逐步應(yīng)用到各大鋼鐵企業(yè)中。

天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司（聯(lián)合特鋼公司）目前有多個(gè)余熱、余能回收利用設(shè)施，但在余熱、余能回收利用過程中存在一些問題，致使余熱、余能資源不能充分回收利用，能源利用效率不高。本文分析了聯(lián)合特鋼公司能源利用效率不高的原因，提出了提高余熱、余能資源回收利用效率的改進(jìn)措施，助力于公司降本增效、節(jié)能降耗的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

1 余能、余熱回收利用項(xiàng)目現(xiàn)狀

1.1 沖渣水余熱回收用于冬季供暖

聯(lián)合特鋼公司在2017 年實(shí)施了高爐沖渣水余熱回收項(xiàng)目。將通過換熱回收的熱水用于公司內(nèi)部供暖，同時(shí)將富裕的回收熱水送入外網(wǎng)，經(jīng)供暖換熱站進(jìn)行換熱后為周邊居民和企業(yè)供暖。通過公司對(duì)外供暖，改變了周邊居民和企業(yè)原有燃煤取暖的方式，減少二氧化碳、二氧化硫等污染物的排放，冬季重污染天氣天數(shù)明顯減少，環(huán)境得以改善。同時(shí)余熱能源的合理回收利用，有效改善廣大居民的供暖效果，體現(xiàn)了聯(lián)合特鋼公司對(duì)社會(huì)的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。

1.2 燒結(jié)余熱回收發(fā)電

聯(lián)合特鋼公司將燒結(jié)環(huán)冷機(jī)高溫?zé)煔馔ㄟ^風(fēng)機(jī)輸送至燒結(jié)余熱鍋爐，余熱鍋爐采用雙壓立式無補(bǔ)燃自然循環(huán)鍋爐。鍋爐產(chǎn)生的中溫中壓蒸汽和中溫次中壓蒸汽通過各自熱力管網(wǎng)送入補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電[2]。鍋爐產(chǎn)生的中溫中壓蒸汽作為補(bǔ)汽凝汽式汽輪機(jī)的主汽源驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)，中溫次中壓蒸汽作為輔助汽源送入汽輪機(jī)補(bǔ)汽口驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)。在汽輪機(jī)內(nèi)作完功的蒸汽被凝汽器冷卻成凝結(jié)水，凝結(jié)水經(jīng)水泵送到低溫加熱器，加熱后再送到除氧器除氧，后經(jīng)給水泵送到燒結(jié)余熱鍋爐繼續(xù)進(jìn)行熱力循環(huán)。燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組年發(fā)電量約10 080 萬kWh，外供電量約7 812 萬kWh，所產(chǎn)生的電能全部用于廠區(qū)內(nèi)用電設(shè)備。

1.3 飽和蒸汽回收發(fā)電

聯(lián)合特鋼公司飽和蒸汽發(fā)電項(xiàng)目是將轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的大量飽和蒸汽回收，回收的0.9 MPa 飽和蒸汽用于驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到3 000轉(zhuǎn)/分，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電[3]，電能全部用于廠區(qū)內(nèi)用電設(shè)備。飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)屬于低品質(zhì)余熱發(fā)電，既回收了大量低品質(zhì)蒸汽，避免了能源浪費(fèi)，同時(shí)節(jié)省了用電成本。

1.4 高轉(zhuǎn)爐煤氣回收發(fā)電

高爐、轉(zhuǎn)爐煤氣是冶金工藝的副產(chǎn)品，其熱值、流量不穩(wěn)定，通過煤氣柜將其收容均勻后，可作為燃料持續(xù)供應(yīng)燃?xì)忮仩t生產(chǎn)蒸汽，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換利用。鍋爐通過燃燒煤氣產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。煤氣發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能用于公司內(nèi)部用電設(shè)備，節(jié)省了公司外購電費(fèi)，減少了煤氣放散，避免了能源的浪費(fèi)，保護(hù)了大氣環(huán)境。

2 余能、余熱回收利用中存在的問題

2.1 檢修不同步造成浪費(fèi)能源

鋼鐵企業(yè)需定期對(duì)部分主體工藝設(shè)備進(jìn)行檢修維護(hù)，在主體設(shè)備檢修期間輔助設(shè)備也隨之進(jìn)行定修，但因檢修程度不同，往往會(huì)出現(xiàn)檢修不同步現(xiàn)象，例如燒結(jié)機(jī)環(huán)冷余熱鍋爐檢修時(shí)間短，下道工序余熱發(fā)電機(jī)組檢修時(shí)間較長。但是不能因?yàn)檩o助設(shè)備未完成檢修而耽誤主體設(shè)備開機(jī)投產(chǎn)，因此會(huì)造成大量高品質(zhì)蒸汽放散，浪費(fèi)能源，降低了發(fā)電量，增加了生產(chǎn)成本。

2.2 冬季蒸汽供需矛盾突出

（1）冬季蒸汽產(chǎn)量下降。按照生態(tài)環(huán)境部《攻堅(jiān)行動(dòng)方案》要求，聯(lián)合特鋼公司列入天津市冬季錯(cuò)峰生產(chǎn)企業(yè)，冬季錯(cuò)峰生產(chǎn)期間煉鋼產(chǎn)能相比滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)期減少約25%，導(dǎo)致可各生產(chǎn)系統(tǒng)回收蒸汽產(chǎn)量隨之下降。

（2）冬季生活供暖消耗蒸汽增大。每年供暖季，聯(lián)合特鋼肩負(fù)起為廣大居民供暖的重任，為確保供暖工作正常進(jìn)行，需大量蒸汽送到供暖換熱站進(jìn)行換熱，保障廣大居民冬季采暖，因此冬季蒸汽消耗顯著增大，這導(dǎo)致生產(chǎn)過程中富余蒸汽量明顯不足。

（3）冬季生產(chǎn)用蒸汽量增大。冬季的生產(chǎn)設(shè)施保溫和原料系統(tǒng)防凍等都需要大量蒸汽，這也進(jìn)一步加劇了蒸汽產(chǎn)量無法滿足需求的情況。

終上所述，冬季因蒸汽供應(yīng)不足，生產(chǎn)、生活需求量增大，導(dǎo)致用于低壓飽和蒸汽發(fā)電的蒸汽量減少。冬季整個(gè)余熱回收系統(tǒng)只有5～8 t/h 蒸汽可供發(fā)電，還需公司20 噸燃?xì)忮仩t向發(fā)電機(jī)組提供約17 t/h 蒸汽，總計(jì)供飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組的蒸汽量只有22～25 t/h。而公司低壓飽和蒸汽發(fā)電為6 MW 機(jī)組，按上述蒸汽供應(yīng)量，發(fā)電機(jī)組負(fù)荷僅為3～3.7 MW，達(dá)不到滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電設(shè)施利用效率明顯下降。

2.3 煤氣用戶多，供氣管網(wǎng)壓力不平衡

聯(lián)合特鋼公司消耗煤氣的設(shè)備較多，經(jīng)常出現(xiàn)煤氣供應(yīng)不足的情況。因煤氣供、用設(shè)備分布范圍廣且不均衡，導(dǎo)致不同區(qū)域煤氣管網(wǎng)壓差較大。廠區(qū)內(nèi)循環(huán)經(jīng)濟(jì)區(qū)煤氣管網(wǎng)壓力偏高，而軋制區(qū)煤氣管網(wǎng)壓力較低，當(dāng)軋制區(qū)煤氣管網(wǎng)壓力低、供應(yīng)不足時(shí)，需要以降低發(fā)電負(fù)荷來確保軋制區(qū)4 條帶鋼生產(chǎn)線高產(chǎn)順行，導(dǎo)致煤氣發(fā)電量偏低。

3 余能、余熱回收利用的改進(jìn)方法

3.1 增設(shè)減溫減壓器，緩解蒸汽供應(yīng)不足

由于部分生產(chǎn)設(shè)備低溫低壓蒸汽供應(yīng)不足，而燒結(jié)余熱鍋爐中溫中壓蒸汽在發(fā)電設(shè)備檢修或蒸汽富裕時(shí)經(jīng)常大量放散。因中溫中壓蒸汽與低壓飽和蒸汽溫度和壓力不同，兩種蒸汽無法直接通用，因此在燒結(jié)余熱鍋爐蒸汽管道增設(shè)減溫減壓器。通過減溫減壓器可將燒結(jié)余熱鍋爐中溫中壓蒸汽送到外部低壓蒸汽管網(wǎng)，緩解低壓蒸汽供應(yīng)不足的矛盾。低溫低壓蒸汽的外送能力可以達(dá)到90 t/h。

燒結(jié)余熱鍋爐中溫中壓蒸汽經(jīng)減溫減壓后送入外網(wǎng)，可用于冬季生產(chǎn)設(shè)備的保溫、物料的加熱以及居民供暖。同時(shí)可以逐步減少煉鋼汽化冷卻系統(tǒng)送入外網(wǎng)蒸汽量，提高供低壓飽和蒸汽發(fā)電設(shè)備的蒸汽量。通過改造，采暖季低壓飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組發(fā)電負(fù)荷可增加到6.3 MW，每小時(shí)增加發(fā)電量3 MW 左右，提高了冬季低壓飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組的利用效率，提高了燒結(jié)余熱高爐蒸汽的利用率，降低了生產(chǎn)成本。

3.2 資源整合，統(tǒng)一平衡介質(zhì)供應(yīng)

為解決能源介質(zhì)回收利用不充分，分布不平衡的問題，對(duì)全公司能源介質(zhì)進(jìn)行整合，統(tǒng)一調(diào)配，保證設(shè)備高產(chǎn)順行，提高設(shè)備連續(xù)運(yùn)行時(shí)間，減少低負(fù)荷運(yùn)行以及停機(jī)時(shí)間。

3.2.1 合理利用沖渣水，節(jié)省蒸汽

2020 年聯(lián)合特鋼公司內(nèi)部供暖全部改用高爐沖渣水，取消蒸汽供暖設(shè)備，將蒸汽用于生產(chǎn)和發(fā)電，有效提高了蒸汽能源的綜合利用率，降低了各工序成本，提高了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3.2.2 管路互通，協(xié)調(diào)軟水供應(yīng)

燒結(jié)余熱鍋爐蒸汽減溫減壓設(shè)施是通過軟水降低蒸汽溫度和壓力，系統(tǒng)消耗軟水約25 噸t/h，燒結(jié)余熱鍋爐軟水站軟水產(chǎn)量無法滿足需求。為實(shí)現(xiàn)軟水供應(yīng)平衡，將煉鋼廠汽化冷卻系統(tǒng)的軟水管道與燒結(jié)余熱鍋爐軟水管道互通，既可以彌補(bǔ)燒結(jié)余熱鍋爐減溫減壓設(shè)施日常軟水供應(yīng)不足的缺陷，又能在檢修時(shí)作為彼此的軟水備用供給源，為設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行提供了有力保障。

3.2.3 蒸汽與軟水循環(huán)利用

飽和發(fā)電機(jī)組做完功后的蒸汽冷凝水，經(jīng)加藥處理后符合軟水標(biāo)準(zhǔn)，送回?zé)掍撥浰??；厥盏能浰^續(xù)供應(yīng)20 t 燃?xì)忮仩t及煉鋼汽化冷卻鍋爐生產(chǎn)蒸汽，實(shí)現(xiàn)了蒸汽冷凝水到蒸汽的循環(huán)利用，節(jié)省大量優(yōu)質(zhì)水資源。

在燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組未運(yùn)行期間，燒結(jié)余熱鍋爐外送蒸汽需要大量軟水補(bǔ)充。燒結(jié)送出的蒸汽發(fā)電后，其冷凝水可通過煉鋼汽化冷卻系統(tǒng)與燒結(jié)余熱鍋爐系統(tǒng)軟水互通管道送回?zé)Y(jié)余熱鍋爐系統(tǒng)，整體介質(zhì)消耗處于平衡狀態(tài)，未增加額外的費(fèi)用消耗。通過減溫減壓設(shè)施將燒結(jié)余熱鍋爐蒸汽外送，既做到回收余熱，又做到增加低壓飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量。因此，統(tǒng)籌能源利用平衡，挖掘設(shè)備潛能，提高設(shè)備利用率勢(shì)在必行。

3.3 合理分配能源，平衡煤氣管網(wǎng)壓差

3.3.1 合理分配能源，提高高效機(jī)組發(fā)電效率

比較現(xiàn)有煤氣發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)參數(shù)。2 5MW 煤氣發(fā)電屬于高溫高壓燃?xì)忮仩t發(fā)電機(jī)組，65 MW 煤氣發(fā)電機(jī)組屬于高溫超高壓燃?xì)忮仩t發(fā)電機(jī)組。因65 MW 煤氣發(fā)電機(jī)組配有煤氣加熱器等熱能回收設(shè)備，熱能利用率高，所以發(fā)電煤氣單耗更低。因此在平衡煤氣時(shí)，應(yīng)優(yōu)先滿足65 MW 煤氣發(fā)電機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行需求，煤氣不足時(shí)可減少低效率發(fā)電機(jī)組負(fù)荷，提高煤氣利用率，增加整體發(fā)電量。

3.3.2 提高混配煤氣熱值，彌補(bǔ)煤氣量不足

25 MW 發(fā)電區(qū)域與65 MW 發(fā)電區(qū)域煤氣管網(wǎng)壓差較大，導(dǎo)致65 MW 發(fā)電區(qū)域煤氣壓力偏低。當(dāng)65 MW 發(fā)電供氣不足限制發(fā)電負(fù)荷時(shí)，通過調(diào)整現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐煤氣輸送管道的閥門，提高轉(zhuǎn)爐煤氣混配比例，彌補(bǔ)煤氣量不足對(duì)65 MW 發(fā)電產(chǎn)能造成的不利影響，增加發(fā)電量。

3.3.3 優(yōu)化煤氣輸送管道

針對(duì)25 MW 發(fā)電區(qū)域與65 MW 發(fā)電區(qū)域煤氣壓差大的問題，統(tǒng)籌公司煤氣主管網(wǎng)布局，查找煤氣輸送阻礙部位，利用在不停氣狀態(tài)下的管網(wǎng)貫通技術(shù)，使整體煤氣外管網(wǎng)煤氣處于壓力平衡狀態(tài)。通過公司煤對(duì)氣主管道的重新調(diào)整，解決了煤氣輸送壓差大的問題，提高了高效機(jī)組發(fā)電效率，增加了發(fā)電量。

5 結(jié)語

聯(lián)合特鋼公司擁有豐富的余能和熱源資源，同時(shí)建有完善的余能、余熱回收利用設(shè)施，但由于檢修不同步、冬季蒸汽供需矛盾突出、煤氣管網(wǎng)壓差大等原因，現(xiàn)有余能、余熱回收利用系統(tǒng)沒有發(fā)揮出應(yīng)有的效率，能源介質(zhì)回收利用空間還很大。

聯(lián)合特鋼公司通過資源整合，統(tǒng)一平衡，合理回收余能、余熱及技術(shù)改造等措施，解決了優(yōu)質(zhì)蒸汽放散、煤氣管網(wǎng)壓力不平衡、蒸汽與軟水循環(huán)利用等問題，將分布于廠區(qū)各處的能源聚沙成塔、提高了余能、余熱能源介質(zhì)的回收利用率，實(shí)現(xiàn)了降本增效、節(jié)能降耗的目標(biāo)。