鋼鐵企業二次能源回收利用評述

王維興

鋼鐵企業二次能源回收利用評述

王維興

文章指出了余熱余能的轉換、回收和利用的原則，分析了我國鋼鐵工業二次能源利用現狀，提出了各工序節能技術和回收二次能源的技術裝備及相關指標。

鋼鐵工業 二次能源 回收利用

1.鋼鐵工業二次能源

鋼鐵生產過程中所使用的煤炭、石油類產品、天然氣等均屬于一次能源，電力是二次能源，一般是由煤炭、太陽光、水力、風力等能量轉換而來。鋼鐵生產過程中所用煤炭的能量，約有34%會轉換為副產煤氣（不包括發電所用的煤炭），包括高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣。二次能源，體現為產品的余熱、外排廢氣的顯熱、高爐爐頂煤氣的壓力能、冶煉設備冷卻水帶走的熱量以及爐體散熱等形式。因此，煤炭轉換為副產煤氣是鋼鐵生產能源轉換功能的體現。

當前，鋼鐵行業結構調整推動了節能降耗向深層次發展，即由單體設備節能向工藝系統優化節能轉變，由單一抓能耗量降低向抓能耗量降低和用能費用降低相結合的方向轉移。企業在產品結構調整中，更注重節能基建和技術改造，堅持重大項目的技術和節能的高起點，注意上下工序的優化配合和合理銜接，以實現系統優化節能。

2.二次能源回收利用

二次能源回收利用的溫度限制為，固體大于500℃，液體大于300℃，氣體大于200℃。隨著科學技術的進步，企業正不斷探索低溫余熱回收利用的途徑。如采用熱導油技術，應用溴化鋰在較低溫度時不進行蒸發膨脹做功等，用來回收鋼鐵生產過程中的低溫余熱能量。

目前國內外鋼鐵工業公認可回收利用的二次能源量（不包括副產煤氣），約占鋼鐵企業總用能的15%左右。新日鐵已將15%中的92%加以回收利用，寶鋼為77%。但我國大多數鋼鐵企業二次能源量回收利用率在50%以下。

3.鋼鐵工業二次能源回收利用現狀

余熱余能轉換、回收和利用的原則是：就近回收、就近轉換、就近使用、梯級利用、高質高用,實現“能質全價開發”。據統計，目前鋼鐵工業生產用總能約70%可以轉換為二次能源，30%左右的能源沒有得到充分回收利用（見表1）。

我國鋼鐵企業二次能源回收利用的主要工藝技術設備有：焦化工序：焦炭干法熄焦（CDQ）、煉焦煤調濕技術、焦爐煤氣上升管余熱回收、煙道氣和初冷水余熱回收等；燒結工序：紅燒結礦顯熱回收、煙氣余熱回收、點火器后5-7個臺面燒結表面輻射熱回收等；球團工藝：紅球團礦顯熱回收、煙氣和冷卻水余熱回收等；煉鐵工序：高爐爐頂煤氣余壓發電（TRT）、熱風爐廢氣余熱回收、沖渣水余熱回收、高爐煤氣脫除CO2循環利用技術等；轉爐工序：轉爐煤氣回收、轉爐蒸汽回收、爐渣顯熱回收等；電爐工序：廢氣余熱回收、冷卻水余熱回收、爐渣顯熱回收等；軋鋼工序：加熱爐蓄熱式燃燒技術、鋼坯熱送熱裝技術、冷卻水余熱回收等；動力工序：空氣壓縮機余熱、鍋爐廢氣余熱回收、各類換熱器冷卻水余熱回收、外排蒸汽蒸餾水回收，水和氣體的壓力能回收等。

表1 鋼鐵工業二次能源回收利用率情況 %

3.1 焦爐CDQ設備

我國目前投產和在建的CDQ有198套，處理焦炭能力為2.5萬噸/時，占我國焦炭產能的35.2%。重點鋼鐵企業焦化廠的干熄焦率已達80%。CDQ設備采用高溫高壓鍋爐，可使CDQ噸焦發電量提高15%左右。但采用高溫高壓鍋爐的企業只占30%。

3.2 高爐TRT發電

我國現有TRT裝備的高爐約700座，其中597座為煤氣干法除塵，其他為濕法除塵，平均噸鐵發電量低于30千瓦時/噸鐵。爐頂煤氣壓力大于120千帕的高爐應擁有TRT裝置，而不應限1000立方米以上容積的高爐才配置。因為壓力大于120千帕的TRT發電就可以產生經濟效益。

3.3 燒結廢氣余熱回收裝置

目前，我國生產和在建的燒結廢氣余熱回收裝置約200多套，占燒結機總數（重點企業）的20%。但大多數企業的裝置沒有達到設計水平，主要是燒結提供的廢氣溫度和氣量波動大，不能滿足汽輪機的要求，致使汽輪機運行不穩定。高爐和燒結生產均需要穩定、連續和高品質的氣體，這是發揮燒結余熱回收裝置經濟效益的關鍵。

3.4 副產煤氣的回收利用

今年上半年，重點鋼鐵企業高爐煤氣利用率在98.54%，比去年同期提高0.28%；轉爐煤氣回收量為114m3/t，比去年同期提高1.00 m3/t。焦爐煤氣利用率為98.73%，比去年同期提高0.10%。

3.5 冶金爐窯廢氣余熱利用

熱風爐廢氣量大，溫度一般在300℃。其廢氣可用于高爐噴吹煤的干燥、煉焦煤的脫濕以及北方精礦粉的解凍等。轉爐煤氣的溫度一般在1600℃左右，可以通過換熱設備，對其顯熱進行熱交換，產生中壓蒸汽。這部分蒸汽可以進入企業蒸汽管網，用于鋼水精煉爐的真空脫氣、RH設備的動力等。焦爐廢氣的溫度在1000℃以上，可用于煤干燥脫濕。軋鋼加熱爐的廢氣溫度偏低，特別是蓄熱式加熱爐的廢氣溫度更低，難以利用。

4.二次能源回收利用的潛力分析

總體來說，我國鋼鐵企業有30%左右的二次能源沒有得到回收利用，潛力較大。

4.1 焦化工序

目前，焦爐煤氣上升管的溫度在1200℃以上，其顯熱占煉焦能耗的36%，僅次于干熄焦所回收的能量。武鋼已對這部分顯熱進行回收利用，仍在不斷改進。鞍山焦耐院等單位已開發研究成功，已在一些企業實現工業化實驗。

煤調濕（水分從11%降到6%），可降低煉焦工序能耗10.6千克標煤/噸，提高焦爐生產能力4%-11%，改善焦炭質量，擴大煉焦用煤資源等。煤料水分穩定在一定水平，使煤料堆密度和干餾速度穩定，有益于改善焦爐操作和延長焦爐壽命。目前，攀鋼、寶鋼、太鋼、云南曲靖焦化廠等少數企業有煤脫濕裝置，應大力推廣普及。

焦爐煙道余熱產生蒸汽的回收，目前大多數焦化廠是將其從煙囪中排放，余熱被白白浪費。近期我國已研發用熱管鍋爐回收焦爐煙道廢氣余熱、生產蒸汽的技術，并應用于國內焦化廠，取得了可觀的經濟效益和社會效益。

以焦爐煙道氣為熱源的負壓蒸氨，是將焦爐煙道廢氣余熱通過熱管換熱器提供熱源，在負壓條件下蒸氨，充分利用了焦爐煙道氣廢熱，節能效果好，環保效果好，經濟環保社會效益顯著。

4.2 燒結工序

燒結工序中固體燃耗約占80%，電力約占13%，點火燃耗約占6.5%，其他約為0.5%。由此可見，降低固體燃耗是燒結節能工作的重點。目前我國已實現冷燒結礦的生產，熱燒結礦余熱回收利用得到普及，但小燒結機的余熱回收裝置還不多。東北大學熱能工程系仿照CDQ的罐式熱燒結礦顯熱回收裝置生產的設備，余熱回收率可達84%，高于傳統的50%，噸燒結礦發電量可達24kwh-28kwh。

4.3 煉鐵工序

煉鐵工序節能的重點是降低燃料比。上半年中鋼協會員單位燃料比為541.63kg/t，比去年同期高2.64kg/t。寶鋼燃料比低于500kg/t，部分高爐達到或接近國際先進水平。但大多數高爐燃料比偏高,最高的企業達635.95kg/t。

燃料比高的主要因素有：入爐礦含鐵品位低，熱風溫度偏低，高爐生產不穩定（主要是原燃料質量和供應量不穩定），焦炭灰分高等。我國煉鐵指標中與國際先進水平差距最大的就是熱風溫度偏低。熱風溫度提高100℃，可降焦比10kg/t-15kg/t。

4.4 .轉爐工序

據統計，上半年重點鋼鐵企業轉爐煤氣回收為114m3/t，蒸汽回收低于50kg/t。而先進水平的轉爐煤氣回收大于120m3/t，蒸汽大于80kg/t，可見其中的差距。。

4.5 電爐工序

上半年重點鋼鐵企業電爐用熱鐵水比達507.85kg/t，比例較高。由于電爐企業要建高爐、燒結，如使用焦炭煉鐵，短流程的電爐企業又回到長流程的生產工藝，這不符合鋼鐵聯合企業技術發展的方向。

4.6 副產煤氣的綜合利用

高質、高效利用煤氣是關鍵。如焦爐煤氣最好專用于提取氫氣，以生產直接還原鐵或噴入高爐（代替焦炭），或生產甲醇、天然氣。由于煤氣發電的能源轉化率只有30%-45%，所以最好把煤氣供給大機組的發電廠，使熱電效率和能源利用得到提高，實現鋼廠和發電廠的雙贏。

(作者單位：中國金屬學會)