我國鋼鐵企業余熱利用的現狀及對策分析

馮建英，劉忠利

（1 山西省節能監察總隊，山西 太原 030001；2 山西省節能中心，山西 太原 030001）

當前，隨著能源需求壓力的逐漸增大，節能減排的理念深入人心，中國各大鋼鐵企業對生產過程中余熱資源的利用愈加重視。不過，目前鋼鐵企業在余熱利用方面仍然面臨很多困難，主要原因在于未能對鋼鐵生產主要流程的工藝和設備進行詳細分析，主要流程中的物質流和能量流沒有定量的數據，使得節能工作者無法掌握實際生產狀況。

1 鋼鐵冶煉余熱利用現狀

1.1 鋼鐵冶煉的高溫和低溫余熱不協調

相對于西方發達國家而言，由于我國工業發展時間太短，工業發展能力的水平有限。在有限的工作技術中，鋼鐵冶煉余熱利用效率是遠遠達不到西方的發達國家的。經過近幾年鋼鐵企業余熱利用的發展，鋼鐵冶煉在高溫（大于四百攝氏度）的情況下，利用率是有一些成效，但是由于技術的不成熟，在低溫（小于三百攝氏度）的情況下，利用率一直沒有什么顯著的成效。所以，現在鋼鐵冶煉余熱利用主要針對低溫余熱進行研究，使高低溫余熱利用協調起來。

1.2 水平懸殊、設備陳舊

首先，各個地區的經濟發展水平都不一樣，每個企業的技術水平也都是不一樣，參差不齊的技術水平導致鋼鐵冶煉余熱利用方面的懸殊非常的大。尤其是對中小型企業來說，它們可能還對鋼鐵冶煉余熱利用處于空白階段，所以接下來應該著重關注中小型企業的余熱利用發展，對他們進行技術和經濟的支持，他們也是我國實行節能減排的重要一分子。其次，鋼鐵冶煉設備的陳舊，鋼鐵業短暫的發展時間，很難達到西方發達國家的設備水平。目前，在我國鋼鐵冶煉的主要設備還沒有得到開發，多數是靠從西方發達國家引進，高額的成本是設備使用時間非常長久，反反復復的檢查和維修，導致設備變得非常陳舊。

1.3 狹隘的鋼鐵冶煉余熱利用領域

鋼鐵冶煉余熱利用中，將余熱集中利用制熱設備中是非常狹隘的。很多企業都沒有實現在制冷領域中發展鋼鐵冶煉利用余熱，而制冷領域恰恰能帶來更多的經濟效益。近幾年，夏季對電力的需求量是非常大的，有些時候我國的電力都會達到供不應求的地步。如果說，將鋼鐵冶煉余熱利用到制電領域或者應用到制冷領域中，這將會在很大的程度上響應國家節能減排的目標。

2 某鋼廠余熱利用實踐與開發

2.1 余熱利用實踐

（1）燒結環冷余熱回收蒸汽。公司燒結廠建有2臺有效燒結面積550m2的燒結機，年生產燒結礦1093.4萬t。每臺燒結機對應配置一套580m2環冷機，采用環冷機廢氣余熱回收技術，充分利用燒結礦冷卻廢氣余熱。同時每套環冷機對應設置一套雙壓余熱鍋爐（中壓鍋爐部分的參數：1.1MPa，230℃，40t/h；低壓鍋爐部分的參數0.3MPa，143℃，12t/h），中壓蒸汽直接送入S2蒸汽管網，低壓蒸汽用于燒結廠內部混料及冬季采暖使用。

（2）煉鋼轉爐汽化冷卻回收蒸汽。公司煉鋼系統建設的2座300t復吹脫磷轉爐，3座300t復吹脫碳轉爐，每座轉爐均配置一套汽化冷卻裝置，回收轉爐煙氣中的熱量、降低爐氣溫度，設計回收蒸汽88～100kg/t鋼。

（3）熱軋加熱爐汽化冷卻回收蒸汽。公司共有兩條熱軋生產線分別為2250熱軋和1580熱軋。其中2250熱軋建4座步進梁式加熱爐；1580熱軋建3座步進梁式加熱爐，加熱爐水平梁和立柱的冷卻方式均采用汽化冷卻，產生0.8～1.27MPa飽和蒸汽直接供給S2蒸汽管網。

（4）干熄焦余熱回收產汽發電。公司一期焦化配置70孔×7.63m焦爐4座，年產焦炭420萬t。并配套建成2套260t/h干熄焦裝置，干熄焦工藝采用高溫高壓自然循環的余熱鍋爐產生9.5MPa、540℃高溫高壓蒸汽（噸焦回收蒸汽550～600kg）。

（5）高爐熱風爐煙氣余熱回收干燥噴煤制粉。每座高爐配置4座熱風爐，采取2燒2送運行，排煙溫度在200℃左右，產生煙氣量為410000m3/h，部分煙氣（80000×2m3/h）供噴煤制粉干燥使用，部分通過煙囪排空。

2.2 余熱利用開發與深度挖掘

（1）深度回收熱軋加熱爐煙氣余熱。熱軋加熱爐煙氣在加熱煤氣及助燃空氣后仍以300℃以上溫度外排，對煙氣系統進行改造，建設外置余熱鍋爐或內置蒸發器回收加熱爐預熱空氣、煤氣后的煙氣余熱，將加熱爐尾部煙氣溫度由300℃降至約150℃，改善爐壓調控，增產低壓蒸汽15～20kg/t鋼。

（2）減少燒結環冷風機漏風率，增加余熱回收率使用常規的密封裝置，在燒結機的正常檢修周期內，環冷系統漏風率可達30%～50%，造成環冷余熱回收量降低、電耗增加。改造完善燒結環冷密封裝置采用液體密封，減少漏風、增加余熱回收量，在現有余熱鍋爐基礎上實現提升余熱產汽能力10～15kg/t礦。

（3）回收低品質余熱供廠區采暖、制冷。高爐沖渣余熱屬低品位余熱，具有熱量大、品質低、間歇性特點且因易腐蝕、結垢、磨損特性而不易回收利用，采用專用抗腐蝕、結垢、磨損換熱器，回收高爐沖渣水余熱，用于廠區采暖，節約采暖用蒸汽60t/h。采用地源熱泵技術，汲取地下土壤熱量、冷量，替代燃煤鍋爐及螺桿制冷機組，冬季供熱、夏季供冷并全年制備生活熱水，用于廠前區公輔系統，年可節約燃煤耗量20000t。

（4）回收鍋爐除氧乏汽、排污水余熱加熱給水鍋爐除氧器排氧攜帶部分蒸汽，排污水高溫排放均存在熱能及水資源損失。在燃氣鍋爐、干熄焦鍋爐系統中，采用乏汽、熱水回收裝置回收除氧乏汽及排污水加熱給水，回收熱能的同時回收部分凝水，年可節約加熱給水、除氧蒸汽80000t。

3 加熱爐煙氣余熱利用改造

煙氣余熱利用及相關改造要根據具體溫度、煙氣側阻力損失等情況進行確定，對于上排煙而言，相關結構受到橫向風振荷載影響，整體抽力會受到限制，必須要首先保障排煙溫度，進而滿足在排煙方面需求，充分合理地進行改造與利用。一般操作過程中，可以采用更自然排煙方式，依靠產生抽力而進入大氣，當高度等方面情況差異，也會帶來抽力差異，由于溫度不同，溫度越高則抽力越大，因此在這一過程中，需要對諸多影響因素客觀認識，明確影響的關鍵節點與要點所在。一般情況下而言，余熱鍋爐排煙溫度不能特別低，如果低于一定范疇之后，則會出現自然排煙阻礙的問題。要做好各類阻力計算，損失要小于65Pa，而溫度則不能低于260攝氏度，才可以確保操作效果。另外一方面，還需要充分考慮到煙氣中所含硫量，對內部技術酸性腐蝕等情況充分關注，保障鍋爐受熱面使用壽命，減少出現腐蝕等一系列現象，避免出現在使用壽命、使用質量等諸多方面的損害。在這基礎上，蒸發器和過濾器布置也是相對重要一部分內容，對于長度較短煙道則不能布置過多受熱面，不能令溫度降低過多，由于煙氣與水會產生換熱，因此受熱面管壁溫度則取決于水的溫度。正因如此，此類溫度不應該低于230攝氏度，在實際操作過程中只能采用熱氣與蒸發器組合使用方式，不能再增加設置省煤器。

4 余熱利用優化探索

4.1 加強余熱回收、提升余熱回收利用率

焦爐荒煤氣溫度約700～800℃，其顯熱以冷卻外排形式流失。可采用除鹽水為介質，以水冷汽化（或導熱油）套管或水套形式改造焦爐上升管，回收焦爐荒煤氣顯熱，建設余熱鍋爐系統生產中、低壓蒸汽。近年已有部分鋼企進行回收改造，回收蒸汽可達100kg/t焦，但大型焦爐尚無成功應用，須完善技術付諸實施。傳統煉鋼轉爐余熱余能回收系統基于OG和LT除塵系統發展而來。均采用汽化冷卻煙道將轉爐產生的煙氣由1600℃降至900℃，回收這部分煙氣的顯熱產生蒸汽。煙氣降至900℃以后：OG系統通過大量噴水降溫，將煙氣溫度迅速降至70℃左右；LT系統通過大量噴入霧化水，將煙氣溫度迅速降至300℃左右；顯而易見，900℃以下的煙氣余熱未能有效回收，造成了能源的浪費。采取控制入爐空氣量、急冷換熱等技術，在克服爆炸等問題的基礎上，以煙道旁路外置余熱鍋爐形式回收轉爐汽化冷卻后200～900℃間轉爐煤氣顯熱，生產中、低壓蒸汽，可大幅減少轉爐煤氣冷卻使用蒸汽量及冷卻水耗。

改造現有燒結環冷及余熱回收系統，模擬干熄焦模式新建密閉式豎爐冷卻燒結余熱回收發電系統，減少系統漏風、余熱散失，提高余熱品位（熱風溫度保持500℃以上），相應提高生產蒸汽參數至中溫中壓，增加余熱回收量及發電量。

4.2 增強低品位余熱回收利用時效，優化利用方式

沖渣水、空壓機冷卻等余熱僅限于冬季采暖使用，導致全年大部分時間設備閑置、余熱流失，宜采用長效利用方式回收。如：以除鹽水換取高溫沖渣水熱量后，進一步回收空壓機冷卻熱、各鍋爐窯爐排煙余熱，經提溫后送至海水淡化裝置，閃蒸制備負壓蒸汽作為海水淡化熱源制備淡水。形成全年長效運行，低成本高產出回收利用低品位余熱，是海濱鋼企的優選方案。

4.3 控制降低蒸汽管網熱損失，減少蒸汽損耗

鋼企蒸汽管道保溫多采用硅酸鋁礦物棉或玻璃纖維等材料，設計計算管壁散熱造成的蒸汽損失約為流通量的3%，而由于保溫材料的性能衰減等問題蒸汽損失往往遠大于設計值。采用多凝泡沫、陶瓷纖維等高性能保溫材料替代傳統保溫材料，可保證效果的前提下減薄保溫層厚度減少散熱面積、延長使用壽命、降低性能衰減，進而將蒸汽損失控制在3%以下，可大幅降低蒸汽消耗并有利于保障用戶使用參數。

4.4 引進技術性綜合性人才

首先解決鋼鐵冶煉余熱利用不足，技術綜合性人才的引進是必須的步驟，不僅要引進，還要加大力度引進國內外技術性綜合性專業性人才。鋼鐵業冶煉余熱利用效率低在一定程度上可以說是促進技術創新，改革的催化劑。因此我國各個企業都應該培養專業性人才，引進西方發達國家的高端技術和專業綜合性人才，提升我國的鋼鐵冶煉余熱利用效率。

4.5 國家投入資金加大扶持企業技術性改革

中小型企業和大企業相比，技術水平的懸殊就是非常巨大的，國家應該加大對這些企業的扶持，給與經濟和技術的支持，幫助他們及時更新設備，同時也不能放棄對大企業節能減排成效的監督。此外，國家還應該鼓勵企業之間進行自主創新，開發屬于我國自己的關鍵性技術和必要性設備，形成知識產權，從而提供中小型企業技術支持。

4.6 對鋼鐵冶煉余熱領域進行大力拓展

既然說目前我國對于鋼鐵冶煉領域還處于狹隘的現狀，那么我國就應該大力拓展鋼鐵冶煉余熱利用的領域。我國所有企業應團結一心，認識到經濟發展的狀況，聯合實際狀況打破制熱領域的局限性，將鋼鐵冶煉余熱利用到制電領域和制冷領域當中去。我相信，在國家大力支持和扶持下，采用這樣的方針和政策，是可以滿足我國節能減排的目標，實現真正意義上的可持續發展。

5 結束語

綜上所述，做好余熱回收和余熱的合理利用對鋼鐵冶煉企業節能降耗是十分重要的。低壓蒸汽作為在鋼鐵冶煉領域中的主要載體，在生產中是非常重要的。鋼鐵企業做到真正意義上的蒸汽平衡，合理安排蒸汽人熱能的使用，在一定程度上真正做到“熱盡其用”。我相信，在國家和企業之間的共同努力，我們一定可以做到真正的節能減排，實現最終的零污染零排放目標。