冶金行業低溫余熱利用方向及建議

王 稱

（天津冶金集團軋一制鋼有限公司，天津 300210）

冶金行業的余熱屬于二次能源，它是指在工業生產過程中經生產工藝與各種設備所排出的氣體、液體所承載的熱量。如果能將余熱的利用發揮到最大程度，將大大推動我國冶金行業的集約程度。然而我國目前對工業余熱的利用量僅為33%左右，與發達國家相比還有一定差距。我們必須立足當下，將冶金行業工業耗能的余熱充分利用起來，不斷深化研究余熱利用技術。

1 冶金行業余熱利用現狀

冶金行業一向屬于高耗能型企業，無論是對資源的消耗，還是工業廢物的產生量，比值向來居于國內各種行業前茅。從國家發布的數據看，冶金行業對能源的消耗基本占全國能源消耗的10%左右，企業中所承擔的能耗費用占整體成本的25%左右。因此，提高余熱利用的效率，是資源與成本的雙向要求。在冶金行業的生產過程中會產生大量可利用的廢棄、廢水、廢渣，這部分廢棄物的熱量約占總能耗的30%，我國現有的生產工藝與產業結構還未達到前端水平，故而低溫余熱利用率低，能源未能得到充分的綜合利用勢必會帶來能源的高消耗。

2 冶金行業低溫余熱利用方向

2.1 熱交換

熱交換是指利用溫差引起幾個物體之間熱量傳遞的過程，在冶金行業的低溫余熱利用中應優先應用于熱交換系統，以此可減少能量的轉換次數。在冶金企業往往通過加裝空氣預熱器、回熱器實現對余熱的回收利用，并以回收的余熱為基礎對燃料、物料、工件進行加熱，這有助于提高爐窖性能和熱能的使用效率。有時，還可以利用汽化冷卻器將余熱利用起來，進而形成蒸汽、熱水，可以進一步應用于工藝流程。熱交換技術的本質不會改變其對余熱能量的利用形式，只是在設備的輔助下實現余熱能量傳遞，與其他技術不同，熱交換技術能減少一次對能源的消耗，是低溫余熱利用最直接也是最便捷的方式。

2.2 廠城結合

冶金行業的生產工藝構造復雜，不僅能源消耗量大，所產生的廢物也多，工藝循環水及工業廢水中含有大量的低品位熱量，如果能將這部分低品位熱量充分利用起來，可以增加生產效能，通過向建筑物提供生產及生活用水實現建筑節能。譬如，可以將此應用到為我們生活供熱的熱泵，一般熱泵的供熱溫度維持在100℃左右，冶金行業所產生的低溫余熱完全可以利用。在余熱供熱泵與熱源的選擇時，應遵循就近原則，依照技術的難度與用戶的距離優先選擇最經濟的利用方式。以鞍鋼為例，鞍鋼是我國較大的冶金企業，他們通過利用水源熱泵技術回收工業低溫余熱資源，并將收集到的資源應用于城市供暖，以此替代污染性高的燃煤鍋爐。從鞍鋼的低溫余熱利用程度看，通過水源熱泵系統可以回收利用余熱資源1514808kw，這部分能源產生的供熱能可達到2120730kw，由此觀之，借助水源熱泵技術可大大提高低溫余熱的回收利用。

2.3 變熱器

吸收式變熱器是近幾年發達國家研發的低溫余熱回收利用技術，冶金行業的生產復雜，涵蓋多個細節，在工藝循環過程中水量巨大，如果將這部分熱量通過冷卻系統釋放到大氣中去會帶來巨大的能源浪費，如果想綜合利用這部分余熱就可以通過變熱器將低溫余熱轉化。一部分余熱可經變熱器轉化為蒸汽或熱水，使廢熱向著高品位發展；另一部分經變熱器篩選降至為廢棄余熱，經變熱器的冷卻系統排棄?？偟膩碚f，變熱器的低溫余熱利用程度還是非常具有代表性的，我國現已將變熱器技術列入高科技研究項目，期望通過研發試驗研制出適宜我冶金行業工藝流程的變熱器系統[1]。就我國目前的研究情況看，對變熱器研發的重點在于選取合適的工質，難點在于如何控制攝取200℃左右的熱量。經過大量的實驗并分析國內外數據后，我們現階段認為含TEF的混合物最適合做變熱器的工質，而溫度控制則須得在150℃熱量的吸收制冷技術上加以改進。

2.4 制冷

目前我國的技術更傾向于回收煙氣溫度較高的部分，溫度較高的部分在預熱助燃空氣上的確大有裨益，但是低溫余熱部分并未恰當利用，空氣預熱器后400℃左右的煙氣大多被排棄，溫度更低的則更不可能利用。發達國家近幾年致力于研究200℃以下的低溫煙氣余熱，從西方國家的研發方向看，除了收集低溫余熱制熱，還可以依托低溫余熱制冷，尤其在酷熱季節，剩余低溫蒸汽較多，完全可以用于制冷，通過循環利用節約更多能量。通過分析我國的制冷機可知，溴化鋰制冷機只需要0.6MPa以下的低壓蒸汽或熱水即可實現作業，因此，可以將熱源廣泛的冶金企業與制冷企業相結合。譬如大連的松下制冷就通過技術研發成功的將循環氨水作為驅動熱源，并將這種啟動熱源應用于溴化鋰吸收式制冷機，制冷機應用后通過與傳統蒸汽熱源制冷機作對比發現，新研發的循環氨水驅動熱源不必再度消耗蒸汽，故而該公司每年可節省至少36000t的蒸汽消耗量。

2.5 低溫有機朗肯循環

與火力發電不同，冶金行業幾乎每天都在持續不斷的向大氣排放200℃～300℃的低溫廢熱，尤其是有機介質的低品位熱量，完全無法在現有的技術下得到很好的應用。如果能將這部分低品位的余熱轉化成高級能源——電能，就可充分調動大部分低溫余熱的再回收、再利用，這種工藝需要將冶金企業與電網企業緊密結合起來，通過將冶金企業中煉鐵、燒結、軋鋼、沖渣等環節利用起來，就可將大量的低品質余熱組織進行發電。通過數據顯示，一個年產鋼鐵500萬噸的冶金企業可利用的發電余熱可達到2億kwh，換言之，若將這部分余熱利用起來，除去各項成本能為企業增收至少7000萬元。這種低溫有機朗肯循環技術已經受到了廣泛的關注，南京某熱能技術企業對HCFC類、烷類、CFC類三類有機循環工質進行了研究，通過對照試驗發現，當熱源溫度在90℃～120℃之間時，完全可以利用有機朗肯循環的發電特性，將熱效率和凈工量作為評價工質做工能力和衡量系統發電的指標，經研究的三類有機循環工質具有極大的應用優勢，尤其是烷類中的R600具有強大的工質凈工量，無論是從工作效率，還是從環保性能上都無可挑剔，非常適用于冶金行業的低溫余熱利用，適合長期使用發展[2]。

3 冶金行業低溫余熱利用的建議

3.1 增加資金投入，更新技術設備

自上個世紀末，國家已經開始重視生態環境與節能減排的問題，隨著經濟的不斷繁榮，應用到冶金行業低溫余熱利用的技術和資金越來越多，一般技術的革新必須有強大的經濟后盾支持。大企業的資金狀況良好，人才、物質的儲備豐富，革新能力加強，研發周期的長短都能應付自如，但對于冶金中小企業而言，經濟與技術的集成程度并不足以制成技術與設備的研發[3]。因此，我國為推動低溫余熱技術的利用就必須重視中小冶金企業的經濟投入，保護中小企業的發展，幫助其自主創新。

3.2 引入高端人才，注重人才培養

與發達國家相比，我國的低溫余熱利用技術研發程度相對較低，面對這種技術、設備的革新，必須重視人才的引進，一方面通過提高薪資待遇引起國外高端人才；另一方面可大力培養專項的國內人才，通過教育與繼續教育加強技術學習。使我國迅速建立一支高精尖的復合型人才隊伍，為未來低溫余熱利用的研發奠定基礎。

4 結語

綜上，我們對冶金行業低溫余熱利用方向及建議有了簡單認識，冶金行業所涉及的低溫余熱資源相當豐富，回收利用潛力巨大，我們必須在現有技術的基礎上不斷加深研發力度，將提高能源綜合利用率作為能源發展戰略規劃的重要內容，不斷提升技術層級，進而推動國內冶金行業低溫余熱的回收利用發展。