鋼鐵企業(yè)低溫余熱利用現(xiàn)狀及技術(shù)展望

孫晉誠

（1.重慶市冶金節(jié)能環(huán)保企業(yè)工程技術(shù)研究中心，中國 重慶 400080；2.重慶鋼鐵集團(tuán)設(shè)計院有限公司，中國 重慶 400080）

1 鋼鐵企業(yè)能源發(fā)展現(xiàn)狀

在國家“十二五”時期面臨的資源環(huán)境約束將日益強(qiáng)化。從國內(nèi)看，隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級和進(jìn)程加快，我國能源需求呈剛性增長，受國內(nèi)環(huán)境容量和資源保障能力制約，我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展更加突出的面臨資源環(huán)境瓶頸約束，不斷加大節(jié)能減排工作難度。

目前可利用余熱資源和利用情況按燒結(jié)、焦化、煉鋼、壓延、煉鐵、發(fā)電等工序如下：

燒結(jié)工序的燒結(jié)礦顯熱、荒煤氣顯熱和焦?fàn)t煤氣顯熱、焦化工序的紅焦顯熱、燒結(jié)機(jī)煙氣顯熱。軋鋼工序的加熱爐等所排放的煙氣顯熱等。煉鋼工序的轉(zhuǎn)爐煤氣顯熱、鋼渣顯熱、連鑄坯顯熱等。煉鐵工序的高爐煤氣顯熱、高爐渣顯熱以及熱風(fēng)爐煙氣顯熱等。

2 工程概況

重慶鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司環(huán)保搬遷工程分兩期建設(shè)，工程完成后重鋼新區(qū)可形成年產(chǎn)600萬噸鋼的綜合生產(chǎn)能力。項目利用燒結(jié)工序、軋鋼、煉鋼工序排放的低溫?zé)煔庥酂帷柡驼羝瑢⑵滢D(zhuǎn)為優(yōu)質(zhì)電能，建設(shè)2座低溫余熱發(fā)電站。燒結(jié)工序低溫余熱發(fā)電站簡稱1#低溫余熱發(fā)電站（燒結(jié)區(qū)），軋鋼、煉鋼工序低溫余熱發(fā)電站簡稱2#低溫余熱發(fā)電站（軋鋼、煉鋼區(qū)）。

1#低溫余熱發(fā)電站 （燒結(jié)區(qū)）利用燒結(jié)工序一期及二期共3臺360m2燒結(jié)機(jī)之環(huán)冷機(jī)排放的煙氣，設(shè)置3臺低溫余熱鍋爐（1期2臺，2期1臺）；配置2×12MW的補(bǔ)汽凝汽式發(fā)電機(jī)組，及配套的公輔設(shè)施。

2#低溫余熱發(fā)電站（軋鋼、煉鋼區(qū)）利用煉鋼、軋鋼工序一期及二期共3臺210t轉(zhuǎn)爐、3臺1780軋鋼加熱爐、3臺4100軋鋼加熱爐之飽和蒸汽，設(shè)置蒸汽蓄能站，配置2×9MW級間再熱型飽和蒸汽汽輪發(fā)電機(jī)組，及配套公輔設(shè)施。

3 重鋼集團(tuán)經(jīng)過低溫余熱利用設(shè)計過程

3.1 主要工藝流程

（1）1#低溫余熱發(fā)電站（燒結(jié)區(qū)）

燒結(jié)項目將分兩期建設(shè)。一期新建燒結(jié)面積為360m2的燒結(jié)機(jī)2臺，二期新建相同生產(chǎn)能力的燒結(jié)機(jī)1臺。燒結(jié)機(jī)設(shè)計作業(yè)天數(shù)為330天/年，利用系數(shù)為1.25t/m2h。通過雙壓、雙煙道余熱鍋爐回收燒結(jié)礦冷卻高溫?zé)煔獾娘@熱而產(chǎn)生中壓、低壓過熱蒸汽，進(jìn)而驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。如圖1所示。

圖1

（2）2#低溫余熱發(fā)電站（軋鋼、煉鋼區(qū)）

重鋼公司煉鋼廠亦將分兩期建設(shè)。一期新建2臺210噸煉鋼轉(zhuǎn)爐，二期新建1臺210噸煉鋼轉(zhuǎn)爐。其平均冶煉周期均為38min(其中純吹氧時間15min)，轉(zhuǎn)爐年有效作業(yè)天數(shù)為276天。為了充分利用轉(zhuǎn)爐煤氣的熱量，在轉(zhuǎn)爐爐口上方的煙道部分均設(shè)有余熱鍋爐。產(chǎn)自轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道余熱鍋爐的蒸汽具有不連續(xù)、流量波動大、含濕量高等特點(diǎn)。通過蒸汽蓄能器將此蒸汽轉(zhuǎn)化為流量穩(wěn)定的低壓飽和蒸汽，以保證凝汽式同步發(fā)電機(jī)組的連續(xù)正常運(yùn)行。如圖2所示。

圖2

（3）自動化水平

整體工藝采用全過程的計算機(jī)自動化控制。所有的工藝設(shè)備采用分布式控制系統(tǒng)（DCS），全CRT操作，實(shí)現(xiàn)集中顯示，集中操作，集中管理和分散控制，控制功能先進(jìn)，系統(tǒng)安全可靠、運(yùn)用靈活，具有最優(yōu)的控制性能和綜合管理能力。

由于分布式控制系統(tǒng)（DCS）具有豐富的控制和監(jiān)視功能，控制回路增減，方案的改變，可由軟件實(shí)現(xiàn)，帶CRT顯示的操作站能取代以往大量的模擬儀表盤，從而改善了人機(jī)聯(lián)系；帶CRT顯示的操作站和工程師站均設(shè)在控制室內(nèi)。

DCS系統(tǒng)分1#低溫余熱發(fā)電站 （燒結(jié)區(qū)）DCS系統(tǒng)和2#低溫余熱發(fā)電站（軋鋼、煉鋼區(qū)）DCS系統(tǒng)，共2套。選用國內(nèi)先進(jìn)的DCS系統(tǒng)，CUP、電源、通訊采用冗余設(shè)計，通訊系統(tǒng)采用兩級網(wǎng)絡(luò)形式，中央控制系統(tǒng)與現(xiàn)場控制站之間構(gòu)成多用戶工業(yè)以太環(huán)網(wǎng),各控制主站與遠(yuǎn)程I/O站、設(shè)備配套PLC之間通過現(xiàn)場總線網(wǎng)進(jìn)行通訊。

3.2 綜合效益

（1）經(jīng)濟(jì)效益

重鋼集團(tuán)環(huán)保搬遷工程低溫余熱發(fā)電站工程運(yùn)營后經(jīng)濟(jì)效果顯著，年平均銷售收入：17086萬元，年平均利潤總額：5401萬元。

項目建成運(yùn)營后，年外供電量：23313×104kW·h（已扣除自用電）

（2）社會效益

通過此項目的實(shí)施，回收重鋼環(huán)保搬遷工程中新建燒結(jié)廠、煉鋼轉(zhuǎn)爐和軋鋼加熱爐的余熱用于發(fā)電，達(dá)到充分利用生產(chǎn)過程中的廢棄資源，減少能源浪費(fèi)、節(jié)約能源和降低污染物排放的目的，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

本項目把燒結(jié)、轉(zhuǎn)爐及軋鋼加熱爐等低溫余熱再利用，將形成裝機(jī)容量為44MW的節(jié)能減排綜

合利用項目，年減排二氧化碳27.74萬噸，相當(dāng)于年節(jié)約標(biāo)煤9.42萬噸，總投資約2.78億。

本項目是典型的余熱回收再利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)環(huán)保項目，利用新建燒結(jié)廠、煉鋼轉(zhuǎn)爐和軋鋼加熱爐的余熱用于發(fā)電，采用高效發(fā)電技術(shù)，產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的電能，扣除企業(yè)自身用電外，年向重新區(qū)電網(wǎng)供電約23313萬 kW·h。

低溫余熱發(fā)電能將燒結(jié)廢氣中的熱能轉(zhuǎn)化為電能，可有效的減少燒結(jié)生產(chǎn)過程中的能源消耗，節(jié)能效果顯著。同時，廢氣通過余熱鍋爐降低了排放的溫度，含塵濃度也大大降低，可有效的減輕燒結(jié)生產(chǎn)對環(huán)境的污染，環(huán)保效果顯著。

圖3 煉鐵區(qū)域余熱發(fā)電系統(tǒng)流程圖

項目做到了資源綜合利用，改善了環(huán)境，達(dá)到實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)提高能源轉(zhuǎn)換率的目的，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想。

圖4 煉鋼區(qū)域余熱發(fā)電系統(tǒng)流程圖

4 余熱利用技術(shù)的最新進(jìn)展

將零散的間歇或大宗集中的余熱產(chǎn)生蒸汽,然后通過一種新方法相對集中的發(fā)電。一般應(yīng)控制在3.0-15MW之間余熱回收利用的區(qū)域發(fā)電的裝機(jī)規(guī)模為宜。進(jìn)行回收發(fā)電各種不同參數(shù)的低溫余熱，應(yīng)采取的措施和技術(shù)與之相適應(yīng)，一般鋼鐵企業(yè)廠區(qū)根據(jù)布置情況，大致可分為煉鋼和鐵前兩大區(qū)域。

煉鐵區(qū)域包括：荒煤氣顯熱回收蒸汽、焦?fàn)t煙氣顯熱回收蒸汽、高爐熱風(fēng)爐廢氣余熱鍋爐蒸汽、冷卻機(jī)及燒結(jié)機(jī)煙氣余熱鍋爐蒸汽等。

煉鋼區(qū)域包括：各種加熱爐煙氣余熱鍋爐蒸汽、轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽、連鑄坯結(jié)晶汽化冷卻裝置蒸汽等。

5 鋼鐵企業(yè)低溫余熱利用建議

通過開展綜合利用和節(jié)能降耗，循環(huán)經(jīng)濟(jì)大力發(fā)展，能耗最少的目標(biāo)以期實(shí)現(xiàn)，具有巨大的節(jié)能潛力在余熱余能利用方面。尊重?zé)崃W(xué)第二定律，對能量梯級利用原則嚴(yán)格遵循。盡快實(shí)施燒結(jié)余熱蒸汽、煉鋼余熱飽和蒸汽發(fā)電，有效利用實(shí)踐經(jīng)驗取得飽和蒸汽。科學(xué)、準(zhǔn)確的對廢熱資源進(jìn)行分析，為余熱回收電站建設(shè)提供可靠數(shù)據(jù)。