鋼鐵企業(yè)余熱回收利用措施探討

＊丁 銳

（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司 黑龍江 150046）

余熱回收利用效率低，我國鋼鐵企業(yè)的耗能量占全國能耗量的10%左右，不僅造成能源的浪費，而且加大了對環(huán)境的污染。部分鋼鐵企業(yè)由于能耗較高導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下，企業(yè)缺乏有效的市場競爭力。受到資金、設(shè)備、技術(shù)等各種因素的限制，鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)中產(chǎn)生的余熱無法得到有效的回收利用，出現(xiàn)了高質(zhì)熱能低效使用，二次能源開發(fā)利用水平低等現(xiàn)象。我國鋼鐵企業(yè)每年消耗的能源量巨大，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的背景下，高能耗產(chǎn)業(yè)急需通過技術(shù)改進和工藝優(yōu)化等措施，實現(xiàn)節(jié)能降耗的生產(chǎn)目標(biāo)。為了改善這一現(xiàn)狀，鋼鐵企業(yè)應(yīng)該加大對生產(chǎn)流程各個工序的余熱回收利用，分析與優(yōu)化能耗，利用先進的節(jié)能技術(shù)提高二次能源的利用率，降低生產(chǎn)成本和能源損耗，提高生產(chǎn)效率，減少污染物的排放，最終促進鋼鐵企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1.影響鋼鐵企業(yè)余熱回收利用的因素

對于鋼鐵企業(yè)而言，實行余熱回收利用，可有效降低能源損耗和成本支出，同時通過余熱回收利用還能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。但是在進行余熱回收利用的過程中，會存在各種問題影響到余熱回收的效率。影響余熱回收的因素主要包括以下幾個方面：

(1)資金受限

由于鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)工藝、裝備配置、生產(chǎn)規(guī)模等存在一定的差異性，所以在制定余熱回收利用方案時就需要根據(jù)實際情況有針對性的進行規(guī)劃。一般情況下，余熱回收方案主要包括優(yōu)化生產(chǎn)工藝和工序，購置先進的余熱回收利用設(shè)備，但是這些都需要大量的資金投入。對于規(guī)模較小的鋼鐵企業(yè)而言，因為沒有足夠的資金用于余熱回收裝置的購置或者生產(chǎn)工藝的改進，所以影響到余熱回收項目的進展。在部分企業(yè)中，還有很多余熱回收利用項目已經(jīng)列入規(guī)劃，但是由于資金缺乏，遲遲無法落實，所以資金受限是影響鋼鐵企業(yè)余熱回收利用的重要原因之一。

(2)技術(shù)不成熟

經(jīng)過多年的技術(shù)改進和調(diào)整，鋼鐵企業(yè)已經(jīng)形成了較為成熟的生產(chǎn)工藝，而在余熱回收利用的措施中，技術(shù)優(yōu)化和改進就是其中之一。而生產(chǎn)流程的逐步優(yōu)化和產(chǎn)品能耗的不斷下降，為進一步節(jié)約能源增加了難度。從實際生產(chǎn)現(xiàn)狀出發(fā)，在鋼鐵生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生一定的能源損耗，從節(jié)能的角度出發(fā)主要有降低各生產(chǎn)環(huán)節(jié)第一類載能體的單耗及其載能量，降低各生產(chǎn)環(huán)節(jié)第二類載能體的能耗及其載能量，以及回收利用散失的各種余熱、余能和廢棄物，而不同的節(jié)能目標(biāo)就需要對應(yīng)不同的生產(chǎn)工序改進和余熱回收技術(shù)。技術(shù)上的改進和優(yōu)化是阻礙余熱回收利用的重要壁壘，部分鋼鐵企業(yè)由于技術(shù)和工藝上不夠成熟，在現(xiàn)階段難以有更大的提升和改進，存在余熱鍋爐回收的蒸汽轉(zhuǎn)化率低，以及高質(zhì)低用等問題，無法真正發(fā)揮余熱回收利用的價值。

(3)區(qū)域供需不平衡

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱在傳輸?shù)倪^程中會有一定的損耗，且傳輸?shù)木嚯x越遠，熱能損耗越大。為了保證余熱回收利用價值最大化，一般都會選擇就近進行余熱回收利用。雖然鋼鐵企業(yè)可以將部分余熱用于循環(huán)再生產(chǎn)，但是在余熱產(chǎn)量較大的情況下，就需要與其他企業(yè)或者項目進行對接。如果余熱需求企業(yè)距離生產(chǎn)企業(yè)較遠，會增加運輸成本和能源損耗。就需要對運輸成本和損耗進行計算，然后確定是否存在回收價值。

針對這些因素，我國部分地區(qū)已經(jīng)實行了鋼鐵企業(yè)聯(lián)合體和產(chǎn)業(yè)集群的做法，將鋼鐵生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)聚集到一起，既能夠?qū)崿F(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施、資金、技術(shù)、信息等資源共享，又能夠?qū)崿F(xiàn)余熱、余能回收利用的供需平衡，真正落實鋼鐵生產(chǎn)節(jié)能降耗的目的。

2.鋼鐵企業(yè)余熱回收利用現(xiàn)狀

從統(tǒng)籌規(guī)劃和資源共享的角度出發(fā)，我國鋼鐵企業(yè)逐漸向大型鋼鐵企業(yè)聯(lián)合體和產(chǎn)業(yè)集群方向發(fā)展，形成原料、冶煉、軋制、精深加工、市場集散為一體的完整產(chǎn)業(yè)鏈條，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。鋼鐵生產(chǎn)需要經(jīng)過原料、焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼等工序，在生產(chǎn)過程中，部分能源經(jīng)過加工、轉(zhuǎn)換和改質(zhì)等環(huán)節(jié)會從一次能源轉(zhuǎn)換為能源產(chǎn)品供生產(chǎn)使用，還有部分會形成二次能源，主要包括各種副產(chǎn)煤氣、余熱、余能。像焦炭和燒結(jié)礦顯熱等余熱已經(jīng)被回收利用，但有些余熱還沒有被開發(fā)利用，或者開發(fā)利用程度較低。從節(jié)能降耗的角度出發(fā)，目前鋼鐵企業(yè)可采用的余熱回收利用技術(shù)主要包括燒結(jié)環(huán)冷余熱回收蒸汽，煉鋼轉(zhuǎn)爐汽化冷卻回收蒸汽，熱軋加熱爐汽化冷卻回收蒸汽，干熄焦余熱回收產(chǎn)汽發(fā)電，高爐熱風(fēng)爐煙氣余熱回收干燥噴煤制粉等。

3.鋼鐵企業(yè)余熱回收利用的措施

(1)燒結(jié)環(huán)冷系統(tǒng)余熱回收利用

在鋼鐵生產(chǎn)的燒結(jié)工序中，燒結(jié)礦在經(jīng)過環(huán)冷機冷卻時，會產(chǎn)生大量溫度較高的熱煙氣，如果這部分煙氣直接排入大氣，不僅會造成較大的能源損失，還會對大氣造成嚴重污染。燒結(jié)工序的能耗僅次于煉鋼工序，約占總能耗的9%-15%，所以對燒結(jié)環(huán)冷機中的余熱進行回收利用具有很大的節(jié)能空間，并且可產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。

在燒結(jié)機生產(chǎn)線中都會配備相應(yīng)的環(huán)冷機，對于燒結(jié)礦經(jīng)過環(huán)冷機時產(chǎn)生的高溫?zé)煔饪梢圆捎脙煞N余熱回收利用措施。利用循環(huán)風(fēng)機將燒結(jié)環(huán)冷機一段和二段混合的高溫?zé)煔庖胗酂徨仩t，利用余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽發(fā)電。對于三段與四段的高溫?zé)煔?，其與經(jīng)過中壓過熱器后混合的煙氣再經(jīng)過加熱器后重新返回環(huán)冷機用于冷卻燒結(jié)礦，提高余熱利用效率。但是余熱發(fā)電方式增加了熱能轉(zhuǎn)化為電能的環(huán)節(jié)，且電能并網(wǎng)難度較大。還可以采用余熱驅(qū)動機械方案，因為余熱鍋爐會產(chǎn)生壓力和溫度不同的兩種蒸汽，所以可分別將這兩種蒸汽用于汽輪機的主蒸汽和補汽，利用汽輪機驅(qū)動水泵、風(fēng)機、壓縮機，可降低因為增加能量交換而產(chǎn)生的損失。在實際應(yīng)用的過程中，每種方法都存在各自的優(yōu)缺點，所以還需要根據(jù)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)實際進行相應(yīng)的改造。在環(huán)冷系統(tǒng)余熱回收利用中，受到各種因素的影響會降低余熱回收利用率，所以要根據(jù)實際情況進行調(diào)整。比如環(huán)冷系統(tǒng)漏風(fēng)會降低余熱回收量，可完善燒結(jié)環(huán)冷風(fēng)機的密封裝置，從而提升余熱產(chǎn)汽能力。

(2)焦化環(huán)節(jié)余熱回收利用

①上升管荒煤氣余熱利用

焦?fàn)t產(chǎn)生的荒煤氣溫度在800℃左右，對于荒煤氣顯熱回收是實現(xiàn)節(jié)能降耗的重要措施。在以往的荒煤氣生產(chǎn)中會采用噴灑循環(huán)氨水的方式對高溫荒煤氣進行冷卻，經(jīng)過冷卻后的荒煤氣進入煤氣初冷器，再次冷卻后回收化產(chǎn)品，但是高溫荒煤氣帶出的顯熱無法得到有效利用。而在化產(chǎn)脫苯工段，采用管式加熱爐的方式來燃燒煤氣進行富油和蒸汽的加熱，不僅存在安全隱患，而且能耗較大，排污較高。為了改善這種現(xiàn)狀，增強對荒煤氣余熱的回收利用，可在焦?fàn)t上采用上升管荒煤氣顯熱回收技術(shù)。利用除氧器將除鹽水送入汽包，再通過強制循環(huán)泵將汽包內(nèi)的水壓入上升管中，冷卻水可吸收高溫荒煤氣的顯熱，吸熱后的氣液混合物再次返回汽包。在汽包內(nèi)經(jīng)過汽水分離器得到的飽和蒸汽，一部分可以進入上升管換熱器進行二次加熱后送入蒸汽混合器，部分蒸汽可用于加熱富油，也可并入蒸汽管網(wǎng)。利用這種技術(shù)進行荒煤氣顯熱回收，余熱回收效率高，還可降低氨水用量和循環(huán)氨水泵的用電量，減少污染物的排放，節(jié)能環(huán)保效益較為顯著。

②干法熄焦余熱利用

除了上升管余熱回收利用外，干熄焦也是焦化環(huán)節(jié)常會采用的余熱回收方式。從焦?fàn)t炭化室推出的紅焦顯熱約為1000℃左右，為了實現(xiàn)對紅焦顯熱的回收利用，可以配置干熄焦裝置。將紅焦從頂部送入干熄焦?fàn)t內(nèi)，然后利用氮氣進行逆流冷卻。經(jīng)過加熱的氮氣在干熄焦?fàn)t的上部引出，經(jīng)過除塵、余熱回收以及換熱降溫后再次返回干熄焦?fàn)t進行循環(huán)使用。此種方式回收的蒸汽可以用于發(fā)電，也可以供給中壓蒸汽用戶。

③焦?fàn)t煙道氣余熱利用

對于焦?fàn)t煙氣的余熱可采用熱管技術(shù)進行顯熱回收，用于生產(chǎn)蒸汽，也可將焦?fàn)t煙氣顯熱用于煤調(diào)濕，由此來控制入爐煤的水分含量。鋼鐵企業(yè)也可根據(jù)實際情況，通過其他技術(shù)改進措施對焦化環(huán)節(jié)進行預(yù)熱回收利用，以此來降低能源損耗，提高生產(chǎn)經(jīng)濟效益。

(3)高溫爐渣余熱回收利用

在高爐、轉(zhuǎn)爐和電爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的爐渣溫度較高，其中高爐渣顯熱約占余熱資源的30%左右。但是由于回收利用難度較高，所以回收利用率較低，目前對于這部分余熱資源的回收利用可分為物理回收法和化學(xué)回收法兩大類。

①物理回收方法

高爐渣在出爐時含有較高的物理潛熱，提升這部分余熱的回收利用會獲取較大的經(jīng)濟效益，同時可有效降低熱損失。目前比較常用的物理回收法主要包括風(fēng)淬法、水淬法、旋轉(zhuǎn)杯?；ǖ?。風(fēng)淬法是目前較為高效的回收方法，在高溫爐渣出爐后，對其進行粉碎處理，同時利用高速氣流沖擊粉碎后的爐渣，再利用多段流化床對粉碎后的爐渣進行回收。高速空氣在沖擊高溫爐渣時會形成高溫?zé)犸L(fēng)，這部分熱風(fēng)品質(zhì)較高，可以用于發(fā)電。風(fēng)淬法在獲取余熱的同時，還可以將粉碎后的爐渣用于水泥生產(chǎn)，進一步提升了經(jīng)濟效益；水淬法主要是利用水對高溫爐渣進行冷卻，冷卻水在吸收高溫爐渣的部分熱量后可達到50℃-100℃的余熱水或者中壓蒸汽，余熱水或者蒸汽可以用于冬季采暖。但是水淬法存在的問題就是將高品質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)化為了低品質(zhì)的熱水，且高溫爐渣在熱能全部散失的同時，還會造成部分水資源的浪費，在實際應(yīng)用中是否采用還需要根據(jù)生產(chǎn)情況而定；旋轉(zhuǎn)杯?；ㄖ饕抢酶咚傩D(zhuǎn)的多孔旋轉(zhuǎn)杯所產(chǎn)生的離心力，將其中的高溫熔渣甩出?；墼诒凰Τ龅耐瑫r，與高溫熔渣接觸的冷空氣會升溫，然后再對這部分高溫空氣進行利用。物理回收法還有雙鼓法、甲烷水蒸汽法、冶金熔渣射流干法粒化等，在實際應(yīng)用時，應(yīng)該根據(jù)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模，生產(chǎn)工藝，生長裝置等條件合理選擇，高效回收利用余熱以及防止再次造成能源消耗為準則，最終實現(xiàn)余熱的高效回收利用。

②化學(xué)回收方法

對于高爐渣顯熱的化學(xué)回收方法主要有高爐渣生產(chǎn)渣棉、高爐渣制備微晶玻璃、利用高爐渣顯熱制煤氣技術(shù)等。高爐渣生產(chǎn)渣棉主要是向高溫狀態(tài)下的爐渣中混入配置好的調(diào)質(zhì)劑，比如酸性物質(zhì)鐵尾礦、廢石等，在鐵尾礦或者廢石等處于融化狀態(tài)時，利用安置于高爐渣溝末端噴嘴處的壓縮空氣或蒸汽，將融化狀態(tài)的混合料吹成絲狀，從而形成渣棉纖維。這種回收方法不僅獲得可觀的經(jīng)濟效益，同時還能提高廢棄材料和余熱資源的利用效率，并有效提升了環(huán)境保護；對于高溫爐渣，還可以通過熔融法將其制備成微晶玻璃，或者將高爐渣作為陶瓷的助燒結(jié)劑，這種方法既能夠減少爐渣自身的浪費，還能夠間接利用爐渣的顯熱。因為化學(xué)回收方法的利用存在技術(shù)難度，且在生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)裝備方面需要進行改進，所以在實際應(yīng)用中還需要根據(jù)鋼鐵廠實際狀況進行改進和調(diào)整。

4.余熱回收利用方案

以上是對鋼鐵企業(yè)在燒結(jié)工序和焦化工序的余熱回收利用進行分析，在煉鐵、煉鋼、連鑄和軋鋼工序中，也有大量可回收利用的余熱，可根據(jù)實際情況制定相應(yīng)的余熱回收利用措施，提高余熱的利用效率。為了提高余熱回收利用率，可根據(jù)余熱熱能的品級以及熱力用戶的需求，制定完善的利用方案，最終有效提升余熱利用效率。對于高品質(zhì)余熱，可以通過余熱鍋爐產(chǎn)生飽和蒸汽用來發(fā)電，低品質(zhì)余熱可產(chǎn)生高溫?zé)崴糜诮够瘏^(qū)域、軋鋼區(qū)域以及市政區(qū)域的采暖，避免高質(zhì)低用造成熱能的損失。通過對區(qū)域內(nèi)焦化、燒結(jié)、煉鋼、軋鋼余熱鍋爐蒸汽的流向進行調(diào)整，可增加發(fā)電用戶，實現(xiàn)余熱鍋爐蒸汽的高效利用。為了解決余熱區(qū)域供需不平衡問題，應(yīng)該對各生產(chǎn)區(qū)域的用熱情況進行平衡，盡量實現(xiàn)蒸汽在區(qū)域內(nèi)平衡供給，減少蒸汽因為遠距離運輸造成的損耗。

5.余熱回收利用中的注意問題

鋼鐵企業(yè)的余熱回收有多種措施，但是受到地域限制、企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)工藝等方面的限制，不同地區(qū)鋼鐵企業(yè)的余熱回收技術(shù)會存在一定的差異性。下面對于余熱回收過程中需要進一步優(yōu)化的問題進行分析，有助于進一步改善余熱回收利用效率。環(huán)冷機作為燒結(jié)工序中的重要冷卻設(shè)備，在實際生產(chǎn)運行過程中，由于環(huán)冷機底部、欄板、橫梁和煙罩等部位漏風(fēng)，會導(dǎo)致燒結(jié)環(huán)冷余熱回收效率低一級電耗增加的現(xiàn)象。對于這種現(xiàn)象，應(yīng)該有針對性的改善燒結(jié)環(huán)冷裝置的密封性，降低漏風(fēng)量，從而提升余熱回收利用率；部分鋼鐵企業(yè)的低溫余熱一般會通過空冷器或者冷卻塔等方式直接排入大氣，不僅造成大氣污染，而且還會造成資源浪費。對于低溫余熱，可以將其用于廠區(qū)內(nèi)部的制冷和采暖，能夠達到節(jié)能和環(huán)保的雙重效果；對于軋鋼加熱爐中的高溫?zé)煔鈸p失，可通過外置余熱鍋爐或者鍋爐中的內(nèi)置蒸發(fā)器改造，對加熱爐中的預(yù)熱空氣以及煤氣后的煙氣余熱進行回收利用；提高對副產(chǎn)煤氣資源的優(yōu)化與利用，也是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中對伴生煤氣高效利用的方向。

6.結(jié)語

經(jīng)濟發(fā)展不能以犧牲環(huán)境為代價，這是促進我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要原則。尤其是在不可再生能源日益緊缺的背景下，降低能源消耗是經(jīng)濟發(fā)展的首要目標(biāo)。鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中會消耗大量能源，對鋼鐵企業(yè)而言是巨大的成本支出，高能耗的背后是高排放，對生態(tài)環(huán)境也造成了一定的污染。通過技術(shù)改進和工藝優(yōu)化等手段，加大對鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中二次能源的開發(fā)利用，不僅能夠降低生產(chǎn)成本，還能夠減少對環(huán)境的污染，最終實現(xiàn)經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益共同增長，為促進我國社會的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造有利條件。