白洪周
（六安鋼鐵控股集團(tuán)有限公司）
摘要:隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)能源的需求日益增多，但目前國(guó)內(nèi)的能源供應(yīng)多以犧牲環(huán)境為主，這與中國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背道相馳，面對(duì)目前能源需求緊張的問(wèn)題，節(jié)約能源、降低能耗愈顯重要。文章主要分析了余熱余能回收與再利用的影響因素、回收利用中的關(guān)鍵技術(shù)以及某鋼鐵企業(yè)余熱余能回收利用措施。希望通過(guò)本次的研究與分析，可以為鋼鐵企業(yè)中的余熱余能回收利用以及鋼鐵企業(yè)自身的良好經(jīng)營(yíng)與發(fā)展提供有效的參考與幫助[1]。
關(guān)鍵詞：鋼鐵企業(yè)；余熱余能；回收利用；技術(shù)措施
0 引言
目前，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，鋼鐵材料在各個(gè)領(lǐng)域的需求量也在增加，眾所周知，鋼鐵行業(yè)是一個(gè)高耗能的產(chǎn)業(yè)鏈。在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，需要消耗大量的能量，而這些能量其實(shí)際利用起來(lái)的只占其中的一部分，另一部分更多的是以余熱、余能的形式被浪費(fèi)。鋼鐵行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是耗能大戶，能源消耗約占全國(guó)工業(yè)總能耗的15%，但能源利用率僅為 30%-50%[2-3]。
良好的余熱回收不僅具有有效的節(jié)能作用，還能進(jìn)一步降低鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高其經(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)要根據(jù)實(shí)際情況，采取合理的技術(shù)措施，確保余熱余能的回收利用效果。
1 鋼鐵企業(yè)余熱余能回收的影響因素
1.1 資金問(wèn)題
通過(guò)相關(guān)研究分析，目前很多鋼鐵企業(yè)的余熱和余能回收項(xiàng)目已經(jīng)納入發(fā)電計(jì)劃，但多數(shù)都因?yàn)橘Y金問(wèn)題，導(dǎo)致項(xiàng)目被擱置，畢竟這種項(xiàng)目雖說(shuō)能有效的利用生產(chǎn)過(guò)程中的余熱、余能，但前期投資較大，效益的產(chǎn)生需經(jīng)歷一個(gè)緩慢的過(guò)程。特別是近年來(lái)，很多鋼鐵企業(yè)的資金明顯不足，許多企業(yè)就需要更加慎重的考慮資金的投放，跟多傾向于哪些能即刻得到收益的項(xiàng)目。
1.2 區(qū)域條件影響
由于余熱和能量轉(zhuǎn)移涉及一定程度的損失，余熱和余能通常應(yīng)在當(dāng)?shù)鼗厥?。然而，如果不能在?dāng)?shù)厥褂?，則必須考慮運(yùn)輸?shù)膿p失和成本。運(yùn)輸距離越遠(yuǎn)，余熱和殘余能量損失越多，回收價(jià)值越低。在這種情況下，由于區(qū)域供需變化，許多鋼鐵公司無(wú)法運(yùn)營(yíng)已完成的余熱和余能回收項(xiàng)目。
1.3 余熱蒸汽利用率低
在許多鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)中，余熱鍋爐存在蒸汽回收率和轉(zhuǎn)化率低、高質(zhì)低用、利用率低等問(wèn)題。例如，在干熄焦?fàn)t內(nèi)燃燒時(shí)，只有在壓力降至0.45MPa后，才能使用中溫中壓蒸汽。在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)損失大量的余熱和能量。
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)“低碳、減排”理念的不斷深入，在鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)中，余熱和余能的有效回收成為重要的方向。這不僅對(duì)鋼鐵企業(yè)的能源消費(fèi)削減和經(jīng)濟(jì)成本削減具有重大意義，而且直接關(guān)系到我國(guó)能源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。為了實(shí)施鋼鐵業(yè)高效、高質(zhì)量、低消費(fèi)、長(zhǎng)壽命、環(huán)保的冶煉政策，鋼鐵企業(yè)以資源和能源的保護(hù)為中心，在確保正常生產(chǎn)的條件下，開(kāi)始實(shí)施新生產(chǎn)方式的組織設(shè)計(jì)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，中國(guó)在鋼鐵業(yè)引進(jìn)了各種外國(guó)先進(jìn)技術(shù)，科學(xué)地改革了鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)形態(tài)。在過(guò)去的40年里，中國(guó)鋼鐵生產(chǎn)的每噸能源消耗量可以減少約600kg，節(jié)能率可以達(dá)到生產(chǎn)模式改革之前的約50%。
能源消耗削減的這一部分主要是通過(guò)余熱和余能的回收來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并達(dá)到了按質(zhì)回收、梯級(jí)利用以及熱盡其用的效果。在具體的回收中，首先將轉(zhuǎn)爐或少量轉(zhuǎn)用的余熱應(yīng)用于鋼鐵制造工序，將其顯熱直接傳遞給下一工序。例如，在將高溫的熔鐵供給轉(zhuǎn)爐進(jìn)行煉鐵的過(guò)程中，將熱鋼坯送入加熱爐，用流動(dòng)氣體的顯熱對(duì)煤氣、干燥材料、燃燒支撐空氣進(jìn)行預(yù)熱。余熱用于焦?fàn)t燃煤加濕裝置和高爐噴砂除濕裝置。轉(zhuǎn)換后的殘余能量再次用作熱能動(dòng)能和熱電耦合。例如，由高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)的高爐鼓風(fēng)機(jī)、將廢排熱蒸汽燒結(jié)而成的燒結(jié)排氣扇、高爐爐頂余壓發(fā)電機(jī)、干熄焦余熱發(fā)電機(jī)以及其他裝置，可以合理利用鋼鐵生產(chǎn)中的殘留能量，獲得良好的再循環(huán)效果。
3 余熱余能回收利用技術(shù)現(xiàn)狀
3.1 煤氣的回收及利用
目前鋼鐵行業(yè)使用的煤氣回收技術(shù)有煤氣回收技術(shù)包括高爐煤氣干法除塵、轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵、焦?fàn)t煤氣凈 化處理技術(shù)等，回收煤氣的利用實(shí)現(xiàn)了各種爐加熱、煤氣發(fā)電、焦?fàn)t煤氣制氫技術(shù)等。通過(guò)設(shè)計(jì)高爐煤氣柜，能夠吞吐煤氣有效緩解在實(shí)際生產(chǎn)中不平衡引起的瞬時(shí)煤氣相關(guān)參數(shù)波動(dòng)，有效地改善高爐介質(zhì)的總應(yīng)用率，降低煤氣釋放率，很大程度改善了高爐媒體的供應(yīng)量。
3.2 CDQ（干熄焦）發(fā)電
兩臺(tái)焦?fàn)t通常配置為一組，共有四臺(tái)焦?fàn)t，三臺(tái)焦?fàn)t用于干熄焦，兩臺(tái)焦?fàn)t用于干熄焦，一臺(tái)焦?fàn)t用于干熄焦備用。每組設(shè)置響應(yīng)干熄焦生產(chǎn)點(diǎn)系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，考慮了焦?fàn)t余熱鍋爐，發(fā)電系統(tǒng)采用年修基本在25d/n、年維修過(guò)程中運(yùn)用了濕式焦?fàn)t發(fā)電技術(shù)。因此，實(shí)際上CDQ的發(fā)電配置率只有93%，噸焦回收率在500kg中壓蒸汽以上，發(fā)電量在115-120kWh范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換配置率為100%，則約需535kg、125kWh。
3.3 焦?fàn)t上升管余熱回收
利用焦?fàn)t上升管余熱回收系統(tǒng)，主要解決焦?fàn)t荒煤氣吸收的大量熱量，占總釋放熱量的36%，解決熱能浪費(fèi)情況回收利用荒煤氣顯熱，提高能源利用率，通過(guò)使用除鹽水作為荒煤氣的冷卻處理，吸收熱量可以轉(zhuǎn)換蒸汽，實(shí)現(xiàn)回收利用。
3.4 燒結(jié)環(huán)冷、大煙道余熱回收
燒結(jié)礦顯熱是指可以從燒結(jié)機(jī)尾取出的燒結(jié)餅達(dá)到800℃的表面溫度，經(jīng)過(guò)單輥、熱篩、溜槽、環(huán)冷器等工藝設(shè)備部分產(chǎn)生的大量輻射熱，即燒結(jié)礦顯熱過(guò)程。利用燒結(jié)礦發(fā)熱可以生產(chǎn)蒸汽，達(dá)到節(jié)能效果。在燒結(jié)環(huán)冷大煙道余熱回收利用中，在各燒結(jié)機(jī)上配置相應(yīng)的余熱鍋爐設(shè)備，將冷卻機(jī)或環(huán)冷卻機(jī)設(shè)備的一段、兩段冷卻廢氣余熱，在折合噸礦回收低 壓蒸汽約為70kg ?？梢圆捎脽Y(jié)余熱蒸汽發(fā)電這種比較成熟的方法，企業(yè)也可以結(jié)合自身情況綜合回收利用余熱。
3.5 高爐干法布袋除塵及 TRT發(fā)電
與文氏系統(tǒng)、肖普凈化系統(tǒng)相比，高爐干式布袋除塵及TRT發(fā)電系統(tǒng)能有效減少不必要的消耗處理洗滌水過(guò)程，充分提高TRT進(jìn)口煤溫度。在運(yùn)用TRT發(fā)電技術(shù)的過(guò)程中，所能達(dá)到的噸鐵發(fā)電效率比濕式除塵凈化系統(tǒng)高出一半以上。一般來(lái)說(shuō)，TRT發(fā)電完成噸位鐵處理后可達(dá)到約40kWh/t，短時(shí)間內(nèi)也可超過(guò)50kWh/t。
3.6 高爐渣顯熱回收
高爐爐渣顯熱回收技術(shù)可以利用高爐爐渣的顯熱作為電路板的基材，并可以利用產(chǎn)生熱解反應(yīng)的化學(xué)能，實(shí)現(xiàn)高爐爐渣高效顯熱回收，減少水資源浪費(fèi)，提高回收率。
4 某鋼鐵企業(yè)的余熱余能回收利用措施分析
4.1 背景
安徽首礦大昌金屬材料有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“首礦大昌”）是一家集礦山資源選采、燒結(jié)、焦化、煉鐵、煉鋼、軋鋼及配套的供配電、發(fā)電、制氧、煤氣柜、集中空壓站、綜合水處理于一體的綜合性民營(yíng)鋼鐵企業(yè)。
2022年3月，該公司已建成的生產(chǎn)設(shè)施主要包括：2座65孔5.5m焦?fàn)t、2座240m2燒結(jié)機(jī)、5座600t/d雙膛窯、1780m3高爐2座、150t轉(zhuǎn)爐2座、150t精煉爐1 座、2臺(tái)12流方坯連鑄機(jī)，軋鋼工序包括60×104t/a優(yōu)質(zhì)高速線材生產(chǎn)線2條、 100×104t/a 高 強(qiáng) 度 棒 材 生 產(chǎn) 線 1 條 、 80×104t/a 高 強(qiáng) 度 棒 材 生 產(chǎn) 線 1 條 、 300×104t/a3500mm中厚板生產(chǎn)線1條、水渣微粉工序包括120×104t/a生產(chǎn)線2條， 自備電廠包括12MW燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組1套、15MW的高爐余壓發(fā)電機(jī)組(TRT)2 套、25MW干熄焦發(fā)電機(jī)組(CDQ)1套、2×260t/h亞臨界超高溫帶中間一次再熱鍋爐配2×80MW純凝式汽輪發(fā)電機(jī)組、1×12MW純余熱凝汽式發(fā)電機(jī)組以及其他相關(guān)配套設(shè)施。
4.2 余熱余能回收利用主要措施
（1）煤氣電站（一期）
煤氣電站共有 2 臺(tái) 260t/h 燃混合煤氣亞臨界超高溫帶中間一次再熱鍋爐、2 臺(tái) 80MW 純凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，利用全廠富余焦?fàn)t、高爐和轉(zhuǎn)爐煤氣發(fā)電。
圖 4-1 煤氣電站生產(chǎn)工藝流程圖
（2）余熱發(fā)電站
余熱蒸汽發(fā)電設(shè)置一套 1×12MW 純余熱凝汽式發(fā)電機(jī)組，利用全廠富余蒸汽發(fā)電。
圖 4-2 純余熱發(fā)電工藝流程圖
4.3 主要成果
鋼鐵企業(yè)通過(guò)上述措施回收利用鋼鐵生產(chǎn)中的余熱和能源后，其主要成果包括以下三個(gè)方面：第一，在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，將余熱和能源近距離回收利用，很好地滿足了該地區(qū)的供熱需求。有效保證供熱的均勻性。二是充分回收鋼鐵生產(chǎn)中的余熱和能源，用于供熱系統(tǒng)，替代供熱蒸汽。同時(shí)也使其在發(fā)電等方面得到合理應(yīng)用與發(fā)展。三是淘汰小蒸汽用戶，實(shí)現(xiàn)蒸汽管網(wǎng)的科學(xué)布局。特別是將遠(yuǎn)程管網(wǎng)末端的蒸汽加熱用電鍋爐和熱電汽車(chē)加熱，熱能輸送損失明顯減少?？梢?jiàn)，通過(guò)對(duì)鋼鐵企業(yè)余熱和能源回收利用的改造和優(yōu)化，其回收利用效果明顯提高。
5 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，在鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，如果不能有效利用余熱余能，不僅會(huì)造成一定程度的能源損失，還會(huì)增大鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本。在此基礎(chǔ)上，鋼鐵企業(yè)應(yīng)明確余熱余能回收利用的主要影響因素，充分掌握其回收利用的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合自身實(shí)際情況，采取合理措施進(jìn)行余熱余能回收利用。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、洗浴和供暖系統(tǒng)中的余熱回收利用、燃?xì)夂驼羝咝Оl(fā)電中的余熱余熱余熱回收利用等。通過(guò)這種方式，可以合理回收和再利用鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的余熱，在保證鋼鐵企業(yè)節(jié)能效果的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)效益的提高，促進(jìn)鋼鐵企業(yè)的良性發(fā)展。
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