鋼鐵工業余熱余能資源利用途徑及潛力分析

文 // 李冰 冶金工業規劃研究院

1 前言

鋼鐵工業余熱余能資源是指鋼鐵生產過程中某一工藝系統未被利用的能量，包括余熱和余壓。其中余熱指工藝過程中未被利用而排放到周圍環境中的熱能，按載熱體形態的不同分為固態載體余熱（如焦炭、爐渣、燒結礦、球團礦、連鑄坯等）、液態載體余熱（如冷卻水、冷凝水等）以及氣態載體余熱（如高、焦、轉爐煤氣、廢煙氣、蒸汽等）三種；余壓指由工藝設備排出的有一定壓力的流體，按載體形態的不同分為氣態余壓（如高爐爐頂余壓）和液態余壓（如循環冷卻水余壓等）。

由于鋼鐵工業在消耗能源推動物料轉變的同時會產生大量的余熱余能，因此各類余熱余能的有效回收利用，是鋼鐵工業節能降耗的重要途徑。國內鋼鐵工業相關研究早在20世紀80年代就已開始，最初技術人員計算了1986年我國鋼鐵工業的余熱資源量及回收利用率，提出了余熱回收利用的潛力。隨后，寶鋼、本鋼等鋼鐵企業也對余熱余能回收利用進行了調查分析。

近年來，鋼鐵工業余熱余能資源回收利用水平快速提高，為中國鋼鐵工業節能降耗做出巨大貢獻。

2 余熱余能資源及利用途徑

2.1 焦化工序

焦化工序現階段已回收利用的余熱余能資源包括焦炭顯熱、焦爐煤氣潛熱、煙道氣顯熱和初冷水顯熱。

焦炭顯熱主要是采用干熄焦技術回收利用產生蒸汽用于發電，目前干熄焦發電技術在國內鋼鐵聯合企業的應用普及率已很高。

焦爐煤氣熱值高，是一種優質燃料，目前已得到充分利用，放散率很低，主要利用途徑是供各生產用戶使用，富余資源用于驅動鍋爐發電。同時，由于焦爐煤氣富含氫氣和甲烷，提升利用品位，將其作為化工原料生產甲醇、合成氨等化工產品及天然氣資源的利用方式近年來得到了更多的關注。

煙道氣顯熱的溫度一般在250～300℃，目前主要采用余熱回收設備回收蒸汽供生產、生活用戶或作為煤調濕熱源。

焦化初冷水顯熱溫度一般在60～70℃，主要采用換熱器回收熱量用于北方地區冬季采暖。

2.2 燒結工序

燒結工序現階段已回收利用的余熱余能資源包括燒結礦顯熱及燒結煙氣顯熱。

燒結礦顯熱的回收主要在環冷機部分，按煙氣溫度分高、中、低三部分。目前高溫段煙氣余熱回收利用較為充分，主要采用余熱鍋爐產生蒸汽用于發電或者供生產用戶；中、低溫煙氣余熱一般采用直接利用方式，用于預熱混料或熱風燒結等。

燒結煙氣顯熱的回收利用近幾年開始起步，在部分企業已有應用，主要集中在燒結大煙道高溫區（300～400℃）的回收，采用余熱鍋爐或熱管換熱器回收產生蒸汽。

2.3 球團工序

球團工序現階段已回收利用的余熱余能資源包括球團礦顯熱、煙氣顯熱及冷卻水顯熱。其中球團礦顯熱主要通過獲取熱風回用于生產，作為烘干、預熱等熱源；煙氣顯熱溫度較低（約120℃），少數企業采用熱管換熱器回收熱量用于職工洗浴等生活用戶；豎爐大水梁冷卻水顯熱通常采用汽化冷卻方式替代水冷方式，避免循環冷卻水消耗，并回收產生蒸汽。

2.4 煉鐵工序

煉鐵工序是主要耗能大戶，同時也是余熱余能資源較為豐富的工序，現階段已回收利用的余熱余能資源包括高爐煤氣潛熱和余壓、熱風爐煙氣顯熱及高爐渣顯熱。

高爐煤氣熱值雖然不高，但產生量大，目前已得到較為充分的利用。由于放散率較低，主要供應各生產用戶使用，富余資源用于驅動鍋爐發電。

隨著高爐冶煉技術的發展，目前煉鐵高爐基本為高壓操作，高爐爐頂余壓的利用方式主要是通過TRT發電裝置回收發電，或采用BPRT方式回收能量減少高爐鼓風電耗。

熱風爐煙氣顯熱主要利用換熱器從煙氣中回收熱能，預熱助燃空氣和煤氣，從而提高風溫，降低焦比，實現節能降耗。

對于高爐渣自身顯熱的回收尚處于研究階段，目前的回收利用主要是針對80～90℃高爐沖渣水，采用換熱器換熱后用于采暖或煤氣、空氣預熱等。

2.5 煉鋼工序

煉鋼工序現階段已回收利用的余熱余能資源包括連鑄坯顯熱、轉爐煙氣顯熱、轉爐煤氣潛熱。

連鑄坯顯熱通過熱裝熱送技術回收利用，目前該技術在鋼鐵企業的普及率較高，但各企業熱裝熱送率和熱裝溫度的差別較大。

轉爐煙氣顯熱溫度約1400℃，主要采用汽化冷卻裝置將高溫煙氣降溫以滿足后續除塵要求，并進行蒸汽回收。

轉爐煤氣熱值介于高爐煤氣和焦爐煤氣之間，已得到較為充分的回收利用，目前行業重點統計企業轉爐煤氣平均鋼回收量約90m3/t，回收的轉爐煤氣主要供各生產用戶使用，富余資源用于驅動鍋爐發電。

2.6 軋鋼工序

軋鋼工序現階段已回收利用的余熱資源包括加熱爐煙氣顯熱和加熱爐冷卻水顯熱。

加熱爐煙氣顯熱主要通過蓄熱式燃燒裝置及換熱器回收利用，實現最大限度回收高溫煙氣的顯熱，降低加熱爐燃料消耗。

加熱爐冷卻水用于冷卻工業爐金屬構件，目前主要通過采用汽化冷卻替代水冷卻方式，避免冷卻水消耗，并回收產生蒸汽。

2.7 動力系統

動力系統是企業重要的能源加工轉換環節，負責各類能源介質的供配，同時其在能源加工轉換過程中也產生大量余熱余能資源，對于這部分余熱余能資源的回收利用往往被鋼鐵企業所忽視。現階段，除鍋爐排煙余熱回收利用普及率較高外，其他余熱余能資源，如動力鍋爐排煙余熱、空壓機余熱、循環冷卻水余熱及余壓等，仍未得到廣泛的回收利用，具有很大的發展潛力和空間。

3 余熱余能資源回收利用潛力分析

綜上分析，按余熱余能資源回收利用的應用普及程度和成熟性，鋼鐵企業余熱余能資源可分為三類。

一是品質較高且穩定，回收利用可行性高的余熱余能資源，如各類煤氣、高溫煙氣余熱等，目前已得到較為充分回收利用，如何進一步提高能效是其未來發展的主要方向。

二是品質略低但技術成熟，具有回收利用可行性的余熱余能資源，如焦化煙道余熱、燒結大煙道余熱、高爐沖渣水、空壓機余熱、循環冷卻水余壓等，目前應用普及率仍較低。因此，進一步推廣普及，同時不斷提高能源利用效率是其未來發展的主要方向。

三是現階段仍處于研究階段，回收利用尚有一定障礙的余熱余能資源，如：爐渣顯熱、焦爐荒煤氣顯熱、循環冷卻水等。針對此類余熱余能資源，進一步加強研發力量，實現回收利用的經濟性和可行性是其未來發展的主要方向。

因此，在未來一個階段內進一步強化鋼鐵工業余熱余能資源回收利用水平應重點在以下幾方面入手。

3.1 以不斷提升能效水平作為基本出發點

能效被認為是除煤炭、石油、天然氣、可再生能源之外的第五大能源，對于鋼鐵工業余熱余能資源的回收利用，在任何發展階段均應以提高能效水平為基本出發及立足點。

因此，無論是現階段已獲得廣泛推廣普及的，或是尚未廣泛推廣的，以及現階段回收利用尚有一定障礙的余熱余能資源，均應將不斷提升能效、提高回收利用品位作為未來發展的根本。

3.2 強化系統耦合及集成優化是提升水平的重點

我國鋼鐵工業發展至今，正面臨產能過剩嚴重以及日益嚴峻的生產經營形勢，經歷從單純追求數量向追求質量乃至科學發展的轉變。

鋼鐵生產過程各工藝流程相互緊密相連，因此余熱余能回收利用也同樣需要實現從簡單追求回收數量向注重回收質量，乃至科學合理回收利用方式的轉變。在未來的發展階段，多系統耦合分析、集成優化，實現優化配置將成為提升余熱余能回收利用水平的重要轉折點。

3.3 技術的不斷創新是突破節能瓶頸的關鍵

多年來，我國鋼鐵工業節能減排工作取得的長足進步，得益于節能減排技術的不斷創新。未來技術的不斷創新仍將是進一步提高余熱余能回收利用水平的關鍵。面對回收利用難度增大，空間縮小的嚴峻形勢，實現關鍵技術的突破是化解現階段節能瓶頸的關鍵，這需要相關科研院所、研究機構、設備生產制造企業以及鋼鐵生產企業的共同協作和努力。