鋼鐵企業(yè)余熱余能回收利用措施研究

孫文龍

（遼寧冶金設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧 鞍山 114051）

隨著當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋼鐵材料在各行各業(yè)中的需求量也在不斷提升，這就加大了鋼鐵企業(yè)的工作量。而在鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，良好的余熱余能回收不僅可以起到有效的節(jié)能作用，同時(shí)也可以進(jìn)一步降低鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)成本，提升其經(jīng)濟(jì)效益。因此，在具體的鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，鋼鐵企業(yè)一定要根據(jù)實(shí)際情況，采取合理的技術(shù)措施來(lái)確保余熱余能的回收利用效果。

1 鋼鐵企業(yè)余熱余能回收中的影響因素分析

其一，資金不足。通過(guò)相關(guān)研究與分析發(fā)現(xiàn)，目前很多鋼鐵企業(yè)的余熱余能回收利用項(xiàng)目都已經(jīng)被列入到了發(fā)展規(guī)劃中，但是由于資金不足，這些項(xiàng)目并未得到及時(shí)的開(kāi)展，尤其是在近幾年來(lái)，由于很多鋼鐵企業(yè)在資金方面存在明顯不足，所以對(duì)于一些節(jié)能型的項(xiàng)目，都并未及時(shí)進(jìn)行建設(shè)[1]。其二，區(qū)域供應(yīng)條件不佳。因?yàn)橛酂岷陀嗄軅鬏斨袝?huì)伴有一定程度的損耗，所以通常情況下，余熱余能最好應(yīng)就地回收利用。但是如果不能就地利用，就需要對(duì)運(yùn)輸中的損耗和成本加以考慮，運(yùn)輸?shù)木嚯x越大，余熱余能損耗越多，回收利用價(jià)值也就越小。在這樣的情況下，很多鋼鐵企業(yè)都因?yàn)閰^(qū)域供應(yīng)需求變化而無(wú)法運(yùn)行已經(jīng)建成的余熱余能回收利用項(xiàng)目。其三，余熱蒸汽得不到有效利用。在很多鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)中，余熱鍋爐都存在蒸汽回收轉(zhuǎn)化率低以及高質(zhì)低用等的問(wèn)題。比如，在干熄焦?fàn)t燃燒過(guò)程中，中溫中壓蒸汽通常會(huì)在減壓到0.45MPa之后才能夠得以利用，在這一過(guò)程中，大量的余熱余能都會(huì)散失。

2 我國(guó)鋼鐵企業(yè)余熱余能回收現(xiàn)狀分析

隨著我國(guó)工業(yè)節(jié)能理念的不斷深入，在鋼鐵企業(yè)運(yùn)營(yíng)中，余熱余能的科學(xué)回收已經(jīng)成為了一個(gè)重要方向，它不僅對(duì)鋼鐵企業(yè)自身的能耗降低與經(jīng)濟(jì)成本節(jié)約具有重大意義，同時(shí)也直接關(guān)系到我國(guó)的能源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。為了讓我國(guó)鋼鐵企業(yè)的高效化、優(yōu)質(zhì)化、低耗化、長(zhǎng)壽化以及環(huán)?；囊睙挿结樀靡载瀼芈鋵?shí)，鋼鐵企業(yè)開(kāi)始在確保正常生產(chǎn)的條件下，將資源與能源的節(jié)約作為中心，對(duì)新的生產(chǎn)模式進(jìn)行組織設(shè)計(jì)。自上世紀(jì)八十年代開(kāi)始，我國(guó)便開(kāi)始將國(guó)外的各種先進(jìn)技術(shù)引入到鋼鐵企業(yè)中，并對(duì)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)模式加以科學(xué)改革。在這40年來(lái)，我國(guó)每噸鋼鐵生產(chǎn)能量消耗可降低600 kg左右，節(jié)能率可達(dá)到生產(chǎn)模式改革之前的50%左右。

而降低的這一部分能耗主要通過(guò)余熱余能回收來(lái)實(shí)現(xiàn)，并達(dá)到了按質(zhì)回收、梯級(jí)利用以及熱盡其用的效果。具體回收中，首先將沒(méi)有經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換或者是經(jīng)少量轉(zhuǎn)換的余熱優(yōu)先應(yīng)用到鋼鐵生產(chǎn)工藝流程中，產(chǎn)品顯熱則會(huì)直接向下一道工序傳輸。比如，在通過(guò)高溫鐵水供轉(zhuǎn)爐進(jìn)行煉鋼的過(guò)程中，熱鋼坯會(huì)被送進(jìn)加熱爐中，通過(guò)煙氣顯熱來(lái)進(jìn)行煤氣、干燥物料以及助燃空氣等的預(yù)熱，其余熱將會(huì)被焦?fàn)t入煤調(diào)濕裝置以及高爐鼓風(fēng)脫濕裝置等利用。轉(zhuǎn)換之后的余能會(huì)再一次被用作熱能、動(dòng)能以及熱電聯(lián)合等方面。比如高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)形式的高爐鼓風(fēng)機(jī)、燒結(jié)余熱蒸汽驅(qū)動(dòng)形式的燒結(jié)抽風(fēng)機(jī)、高爐爐頂余壓發(fā)電機(jī)、干熄焦余熱發(fā)電機(jī)等的這些裝置，都可以對(duì)鋼鐵生產(chǎn)中的余能加以合理利用，使其達(dá)到良好的回收再利用效果。

3 鋼鐵廠(chǎng)余熱余能回收利用關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 余熱余能回收與利用技術(shù)

就目前來(lái)看，我國(guó)在余熱余能方面的主流回收技術(shù)有高爐沖渣水余熱回收利用技術(shù)、吸收形式的熱泵技術(shù)、負(fù)壓形式的蒸氨技術(shù)、熱管換熱技術(shù)、循環(huán)氨水和初冷器循環(huán)水余熱夏季制冷技術(shù)、焦?fàn)t煤氣上升管余熱回收利用技術(shù)等[2]。通過(guò)這些關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，可以讓鋼鐵企業(yè)中的燒結(jié)煙道煙氣余熱余能、高爐沖渣水余熱余能以及焦?fàn)t荒煤氣余熱余能進(jìn)行有效的回收和再利用，以此來(lái)降低工藝蒸汽以及采暖消耗，實(shí)現(xiàn)工藝運(yùn)行費(fèi)用的顯著降低；同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物價(jià)值的有效提升，具有非常顯著的綜合效益。

3.2 余熱鍋爐蒸汽過(guò)熱后的發(fā)電技術(shù)

該技術(shù)主要應(yīng)用原理是借助于高溫?zé)煔鈦?lái)進(jìn)行水的加熱處理，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)低壓余熱鍋爐蒸汽的形成，并通過(guò)蒸汽膨脹來(lái)對(duì)汽輪機(jī)做功，這樣便可帶動(dòng)汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。在此類(lèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，主要的組成部分有發(fā)電機(jī)、余熱鍋爐、冷凝器以及汽輪機(jī)等。將余熱鍋爐加以科學(xué)應(yīng)用，其中的蒸發(fā)器、過(guò)熱器以及省煤器等的這些構(gòu)件將會(huì)讓煙氣在鍋爐的上面進(jìn)入，在煙氣經(jīng)過(guò)了幾個(gè)構(gòu)件之后，低壓蒸汽便由此產(chǎn)生，而在汽輪機(jī)的做功下便可發(fā)電。

3.3 其他余熱回收利用技術(shù)

就目前來(lái)看，在一些大型鋼鐵企業(yè)中，焦化區(qū)域中的上升管煙氣余熱回收利用技術(shù)、燒結(jié)區(qū)域中的熱管換熱技術(shù)、初凝器循環(huán)水中的余熱回收技術(shù)以及煉鐵區(qū)域內(nèi)的吸收式熱泵技術(shù)等都得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用和推廣，且應(yīng)用效果也十分顯著。具體應(yīng)用中，對(duì)來(lái)自于余熱鍋爐中的蒸汽過(guò)熱之后的發(fā)電技術(shù)，可在薄板區(qū)域內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用；而對(duì)于負(fù)壓蒸氨技術(shù)，則可以在焦化區(qū)域內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用。

4 某鋼鐵企業(yè)的余熱余能回收利用措施分析

4.1 區(qū)域性余熱余能回收利用技術(shù)的優(yōu)化

在該鋼鐵企業(yè)的余熱余能回收利用中，通過(guò)各個(gè)生產(chǎn)區(qū)域中工藝余熱質(zhì)量和用戶(hù)實(shí)際用熱需求的綜合考慮，最終提出了區(qū)域性的余熱余能回收利用技術(shù)優(yōu)化措施。對(duì)于品質(zhì)較高的余熱，可借助于余熱鍋來(lái)實(shí)現(xiàn)飽和蒸汽的產(chǎn)生，并使其在發(fā)電中得以良好應(yīng)用；對(duì)于品質(zhì)較低的余熱，可將其回收起來(lái)，用于加熱高溫?zé)崴缓笫蛊湓谑姓膳?、軋鋼區(qū)域以及焦化區(qū)域中得以良好應(yīng)用。

4.2 區(qū)域性余熱鍋爐蒸汽回收利用措施

首先是焦化區(qū)域中的熱力系統(tǒng)余熱余能回收利用措施，為了讓焦化區(qū)域中的熱力系統(tǒng)余熱余能得到良好的回收利用，該鋼鐵廠(chǎng)進(jìn)行了焦化上升管煙氣余熱余能回收項(xiàng)目的建設(shè)，并對(duì)原有的25 MW抽凝汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化，使其抽氣功能得以有效實(shí)現(xiàn)，在采暖季里，可將150 t/h的蒸汽用來(lái)進(jìn)行發(fā)電，在非采暖季里，可將180 t/h的蒸汽全部用來(lái)進(jìn)行發(fā)電。同時(shí)，該鋼鐵企業(yè)也對(duì)焦化區(qū)域中的余熱余能資源裝置進(jìn)行了合理改進(jìn)，讓蒸汽達(dá)到了自平衡效果。在焦化區(qū)域的內(nèi)部，初冷循環(huán)水以及煤氣上升管中回收到的余熱余能可直接消化，并逐漸達(dá)到外部中壓蒸汽的焦化停送條件，讓蒸汽達(dá)到良好的自平衡效果。

其次是對(duì)燒結(jié)區(qū)域內(nèi)的熱力系統(tǒng)蒸汽余熱余能加以科學(xué)利用，在該鋼鐵企業(yè)中，燒結(jié)機(jī)內(nèi)的高溫?zé)煔庥酂崴a(chǎn)生的蒸汽量在78 t/h左右。在進(jìn)行區(qū)域性的余熱鍋爐蒸汽回收利用中，這一部分的蒸汽主要被用到發(fā)電或者是燒結(jié)工序中。

最后是軋鋼以及煉鋼區(qū)域內(nèi)的熱力系統(tǒng)蒸汽回收利用，在對(duì)工藝用汽、生活用汽以及煉鋼用汽進(jìn)行回收利用之后，對(duì)于非采暖季節(jié)，工藝用汽以及生活用汽量將會(huì)明顯降低，此時(shí)的蒸汽就會(huì)出現(xiàn)富余現(xiàn)象。為了讓富余蒸汽中的余熱余能得到良好的回收與再利用，該企業(yè)建設(shè)了一個(gè)凝汽形式的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，其規(guī)模是6 MW，主要的配套設(shè)施包括冷卻循環(huán)水系統(tǒng)以及凝汽器，通過(guò)這樣的方式，便可讓冷凝水實(shí)現(xiàn)全部的回收與再利用，讓轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過(guò)程中的軟化水補(bǔ)水需求量得以顯著降低。同時(shí)，該鋼鐵企業(yè)也進(jìn)行了薄板區(qū)域凝汽形式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的建立，其規(guī)模是4 MW，其主要作用是在非采暖季節(jié)里進(jìn)行發(fā)電[3]。對(duì)于轉(zhuǎn)爐工藝中所形成的余熱余能，可通過(guò)外管網(wǎng)中蒸汽同步停用的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)就地的回收與再利用。

4.3 對(duì)區(qū)域內(nèi)的供熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化

在該鋼鐵廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)余熱余能利用效率進(jìn)一步提升，特對(duì)每一個(gè)生產(chǎn)區(qū)域中的工藝用熱進(jìn)行了優(yōu)化，使其達(dá)到一個(gè)良好的平衡效果。通過(guò)這樣的方式，也可以將該區(qū)域內(nèi)的蒸汽外部供應(yīng)情況得以有效減少，并進(jìn)一步降低外部管網(wǎng)中的蒸汽供給量，讓蒸汽在運(yùn)輸過(guò)程中的損耗得以顯著降低。在此過(guò)程中，該鋼鐵企業(yè)也對(duì)老系統(tǒng)以及新系統(tǒng)中的供熱結(jié)構(gòu)做出了合理調(diào)整，讓蒸汽遠(yuǎn)距離傳輸和低效率利用等的問(wèn)題得以有效解決，實(shí)現(xiàn)了蒸汽余熱余能的良好回收與再利用。

4.4 洗浴和采暖系統(tǒng)中的余熱回收利用措施

在進(jìn)行鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的余熱余能回收利用中，為使其在洗浴以及采暖系統(tǒng)中得到合理利用，該鋼鐵企業(yè)對(duì)軋鋼、高爐、焦?fàn)t和各個(gè)區(qū)域中的共輔系統(tǒng)凈環(huán)水進(jìn)行了低質(zhì)余熱的充分回收，對(duì)蒸汽熱源進(jìn)行置換，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)供暖能力的進(jìn)一步提升，讓廠(chǎng)區(qū)和市區(qū)內(nèi)的冬季供暖需求得以有效滿(mǎn)足。通過(guò)調(diào)查與分析發(fā)現(xiàn)，其冬季供暖中的熱量可以達(dá)到400 MW。同時(shí)，洗浴對(duì)于熱量的需求量也非常大。基于此，考慮到洗浴系統(tǒng)中大量的蒸汽消耗問(wèn)題，該鋼鐵企業(yè)便對(duì)洗浴池中的蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行了合理優(yōu)化，將蒸汽用量小的用戶(hù)消減掉，通過(guò)用戶(hù)數(shù)量減少的方式對(duì)洗浴系統(tǒng)區(qū)域進(jìn)行科學(xué)整合，對(duì)于管網(wǎng)比較偏遠(yuǎn)的位置，單獨(dú)用戶(hù)的供熱從傳統(tǒng)的蒸汽供熱轉(zhuǎn)變成了目前的熱力車(chē)供熱以及電鍋爐供熱等的形式。通過(guò)這樣的方式，便可讓熱能在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中實(shí)現(xiàn)損耗的進(jìn)一步降低，讓各個(gè)區(qū)域內(nèi)的熱力供應(yīng)都能夠達(dá)到平衡。

4.5 燃?xì)夂驼羝咝馨l(fā)電中余熱余能的回收利用措施

在對(duì)鋼鐵生產(chǎn)余熱余能進(jìn)行回收利用的過(guò)程中，借助于用能結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化與用能方案的科學(xué)調(diào)整，便可使其余熱余能實(shí)現(xiàn)利用率得到顯著提升。具體回收利用中，該鋼鐵企業(yè)將高爐鼓風(fēng)形式從傳統(tǒng)的啟動(dòng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的電動(dòng)模式，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)蒸汽用量的有效消減，讓煤氣鍋爐以及煤粉鍋爐徹底淘汰，并將置換獲得到的燃?xì)庠诟咝馨l(fā)電中加以合理利用。為達(dá)到這一目標(biāo)，該鋼鐵企業(yè)特進(jìn)行了兩臺(tái)CCPP機(jī)組的建設(shè)，其規(guī)模是165 MW，在將這兩臺(tái)PPCC機(jī)組應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中以后，其電力功能能力達(dá)到了1.9*109kW·h/a。在冬季里，余熱鍋爐能夠提供出的中壓蒸汽可達(dá)150 t/h，其壓力是3.82 MPa，溫度是450 ℃；在夏季里，余熱鍋爐能夠提供出的低壓蒸汽可達(dá)60 t/h，其壓力是0.3 MPa，溫度是175 ℃，可以為公司中的每一道工序進(jìn)行熱能供應(yīng)。

5 某鋼鐵企業(yè)的余熱余能回收利用成果分析

在該鋼鐵企業(yè)通過(guò)以上措施進(jìn)行鋼鐵生產(chǎn)中余熱余能的回收利用之后，其主要的成果包括以下三個(gè)方面：第一，實(shí)現(xiàn)了鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中余熱以及余能的就近回收與利用，讓區(qū)域之內(nèi)的供熱需求得以良好滿(mǎn)足，并有效確保了供熱的均勻性。第二，對(duì)于鋼鐵生產(chǎn)中的余熱余能，將充分回收并利用到了采暖系統(tǒng)中，用來(lái)進(jìn)行采暖蒸汽的置換，同時(shí)也使其在發(fā)電等方面得到了合理應(yīng)用。第三，將小的蒸汽用戶(hù)消減掉，對(duì)整個(gè)區(qū)域內(nèi)的洗浴用戶(hù)數(shù)量進(jìn)行了全面整合，實(shí)現(xiàn)了蒸汽管網(wǎng)的科學(xué)布設(shè)。尤其是在將偏遠(yuǎn)管網(wǎng)端的蒸汽供熱轉(zhuǎn)變成電鍋爐和熱電力車(chē)供熱之后，更是實(shí)現(xiàn)了熱能運(yùn)輸中損耗情況的顯著降低。由此可見(jiàn)，在該鋼鐵企業(yè)的余熱余能回收利用改造優(yōu)化之后，其回收和利用效果都得到了顯著提升。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，余熱余能如果得不到有效利用，不僅會(huì)造成很大程度的能量損失，同時(shí)也會(huì)加大鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本?；诖?，鋼鐵企業(yè)應(yīng)明確余熱余能回收利用中的主要影響因素，充分掌握其回收利用方面的關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合自身的實(shí)際情況，采取合理的措施來(lái)進(jìn)行余熱余能回收利用，比如區(qū)域性余熱余能回收利用技術(shù)的優(yōu)化、區(qū)域性余熱鍋爐蒸汽回收利用、區(qū)域內(nèi)供熱結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化、洗浴和采暖系統(tǒng)中的余熱回收利用以及燃?xì)夂驼羝咝馨l(fā)電中余熱余能的回收利用等。通過(guò)這樣的方式，才可以讓鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的余熱余能得到合理的回收與再利用，在確保鋼鐵企業(yè)節(jié)能效果的同時(shí)實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)效益的提升，以此來(lái)促進(jìn)鋼鐵企業(yè)的良好發(fā)展。