馬鋼余熱回收利用的成就與歷程

何世文

(馬鋼股份公司能源管控中心,安徽馬鞍山 243000）

1 概述

鋼鐵企業里的余熱是指在鋼鐵生產過程中，受生產工藝、熱能轉換技術水平、投資成本、管理經營理念等多因素的局限，在已投運的生產流程中，未被合理利用的熱能。在中國鋼鐵生產過程中，消耗的能源以化石燃料為主，其熱能利用率平均約為35%～40%，未被充分利用的余能主要以熱能形式存在，它包括顯熱、潛熱及化學熱，就形態而言，一般指高溫煙氣余熱、廢蒸汽及高溫水余熱、鋼材產品及鋼坯和爐渣等固態余熱、可燃廢氣廢液和廢料化學余熱等。

提高余熱回收率，對企業而言可以提高經濟效益，鋼鐵生產過程中能源成本一般占25%左右，加強余熱回收利用，減少一次能源的消耗，可減少成本支出，提高企業的市場競爭力；對社會而言，能源做為國家發展戰略規劃的重要內容，余熱回收利用被認為是一種“新能源”，提高余熱回收利用率，減少資源浪費，改善環境，是解決我國能源消耗問題的重要途徑之一。

鋼鐵工業耗能占全國能耗的11%～15%，生產過程中產生大量余熱余能，由于余熱品種多、溫度范圍廣、熱能載體的形式多樣；余熱回收技術從簡單的熱交換到系統性的能量轉換回收；在理念上經歷了從追求鋼鐵直接效益到企業整體效益和社會效益，投資方面從主要傾向產能擴張到關注能源環保等因素的影響，在余熱回收方面經歷了不回收余熱、回收容易回收的高中溫余熱、回收連續和零散的中低溫余熱、回收難回收的高溫熔渣余熱、零散及間歇余熱回收等階段。馬鋼是我國特大型鋼鐵聯合企業之一，伴隨著企業的發展，經過幾代能源人的努力，在余熱回收方面也取得了顯著的成績。

2 馬鋼余熱回收工作的歷程

馬鋼是一個靠自身積累、滾動發展起來的老國有企業，經過60 年的艱苦創業，形成了鐵、鋼、材1600 萬噸配套生產規模。隨著產能逐步擴張，能源消耗也逐步增加。在余熱資源回收利用方面，從理念的轉變、新技術的推廣應用和取得的成效，可大致分為3個階段：

（1）起步階段

時間段大約為20 世紀80 年代至2003 年馬鋼達到形成600萬t鋼配套生產能力期間。80年代初期，中國把“加強能源開發，大力節約能源消耗”確定為從1981 年起20 年經濟發展戰略重點之一。馬鋼在企業發展提速的同時，把提倡節能降耗做為企業發展的重要舉措，提高余熱回收利用的意識初步形成。1981 年馬鋼公司為加強余熱回收工作的管理，馬鋼動力廠成立了余熱車間，統一管理全公司余熱系統的設備和生產運行。期間二軋加熱爐余熱鍋爐和汽化冷卻系統、三軋線材余熱鍋爐、一鋼平爐余熱鍋爐、初軋余熱鍋爐、中板汽化冷卻系統、轉爐汽化冷卻系統等余熱回收裝置先后投入運行，生產的蒸汽全部并網。為提高余熱回收蒸汽的利用效果，公司投資對廠區的蒸汽管網進行徹底改造，一三廠區蒸汽聯網，分區域建立了10個熱力站，提出主要生產用戶由主管網接口，小用戶一律由熱力站接口，完善蒸汽計量的管理模式，通過改造，取消廠區15座生活小鍋爐，節能效果明顯。該階段主要是針對生產工藝的需求和回收技術相對簡單的中高溫煙氣余熱的余熱回收。

（2）快速發展階段

時間段大約從2005 年起，馬鋼進行大規模的產業結構調整，淘汰部分能耗大、污染大的設備，到2014 年馬鋼公司能控中心成立。期間馬鋼產能快速擴張，2006 年馬鋼年鋼產量突破1000 萬噸，到2008 年馬鋼形成1600 萬噸鋼配套生產規模。隨著產能的擴張和產品結構的調整，汽車板、硅鋼等長流程生產工藝投運，生產耗能及產生的余熱量也發生了較大的變化，同時在這期間隨著科技的進步，國內余熱余能回收技術得到快速的發展和應用。為降低能耗，馬鋼公司在余熱余能回收方面投入大量資金，多個余熱余能回收項目建成投運。其中燒結帶冷廢氣余熱利用項目，是我國鋼鐵企業第一個在燒結系統實施低溫廢氣余熱發電技術；轉爐汽化飽和蒸汽發電項目，采用前壓加自立式調節技術的應用，獲國家發明專利授權，同時獲中國金屬協會科技進步二等獎；利用富裕蒸汽采用溴化鋰制冷進行高爐鼓風脫濕，有效降低煉鐵焦比，該技術應用穩定，并形成行業標準；干熄焦及TRT 技術的應用，不僅有效地進行了余熱余能的回收，也提高了高爐生產的穩定性；轉爐通過增加回收蒸汽和煤氣，實現轉爐負能煉鋼；采用蓄熱式燃燒，使低熱值的高爐煤氣得到充分利用；全燒高爐煤氣鍋爐發電及CCPP 機組投運，大量消化富裕副產煤氣轉化為優質電能；北區和南區能源中心（EMS）先后投入運行；轉爐汽化自循環高效利用技術，滿足了RH 爐高壓蒸汽需求；焦化乏汽及蒸汽冷凝水回收、鍋爐排污回收再利用技術；軋鋼方面采用紅送熱裝，有效降低軋鋼能耗等等。這期間余熱回收的特點是，多項余熱回收技術得到廣泛應用，通過結合工藝的技術改造，余熱回收項目投入產出比較高，經濟效益明顯。

（3）深度余熱回收階段

標志時間段為自2014 年馬鋼能控中心成立開始。隨著國家對鋼鐵企業能源環保要求越來越嚴格，鋼鐵行業市場競爭也日益激烈，企業生存壓力和社會責任越來越大。馬鋼為了適應發展的要求，為進一步做好能源環保管理工作，適時進行能源管理方面的調整，對承擔能源動力生產運行及管理方面的能環部和一、二能源總廠進行整合，組建新的能源管控中心，減少管理層次，實現能源管控一體化模式。新的能源管控中心對全公司的余熱回收項目，從規劃立項、組織實施到項目的后評價實施全方位管理，有效地推進余熱回收工作。馬鋼經過前一階段的大規模余熱回收項目的實施，目前的余熱主要表現形式為中低溫且零散間歇式余熱為主，受投資回收率低的影響，余熱回收難度越來越大。為進一步推進余熱回收工作，在管理方面進行新的嘗試，全面推行合同能源管理模式，通過合作引進技術和資金，使余熱回收工作向深度發展，目前實施和投運的項目有：1580 煙氣余熱回收、棒材加熱爐余熱回收、電爐余熱煙氣回收項目、高效煤氣發電項目等，一鋼轉爐余熱深度回收項目正在合作研究過程之中。該階段由于余熱品質低且分散，回收難度大，需要進一步突破技術和資金制約的瓶頸。

3 余熱回收存在的不足

馬鋼余熱回收工作經過30多年的發展，取得了非常明顯的成果，噸鋼綜合能耗逐年降低，從2004年761 kgce/t 降到目前573 kgce/t。但余熱做為一種“新能源”，在充分回收和使用方面與國際高水平相比，還存在較大差距，主要有：

3.1 余熱回收技術相對單一，制約了回收工作的開展。目前針對中低溫煙氣余熱回收基本采用換熱生產蒸汽的方式。對于工業爐煙氣而言，余熱回收途徑一般為：預熱空氣和燃料、設置余熱鍋爐產生蒸汽、預熱爐料等，在設置預熱空氣和燃料裝置以及余熱鍋爐后，由于煙道阻力增加，需要增加引風機的功率而消耗電能，因此在技術方案的采用上，要通過技術經濟比較綜合評判；高爐沖渣水方面，目前受技術經濟的制約，應用不廣泛，高爐生產每噸鐵約產生85～95℃的沖渣水20t 左右，將這部分熱水通過閃蒸產生低壓蒸汽發電，每噸90℃熱水可發電1.5kWh，折標煤0.6kg。煉鐵及煉鋼產生的高溫爐渣顯熱的回收技術，還有待于進一步研究。

3.2 回收蒸汽未得到充分合理利用。目前對大宗回收蒸汽發電技術是成熟的，但對于零散的回收蒸汽一般采用并網的方式，對于蒸汽管網在運行過程中會產生熱損失，包括：沿程損失、蒸汽泄漏損失、散熱損失、凝結水排放熱損失等，特別是南方生活用汽量波動較大的地區，并網蒸汽往往會冷凝為水而排放。從局部看是余熱回收，但并沒有充分發揮效益，其實不僅是無效的回收，而且增加消耗能源。所以必須用系統工程的觀點做好回收蒸汽轉換使用工作。

3.3 新建工程熱能利用評價不足。目前對于新建項目一般要求在可行性研究文本中有能源評價專篇，但在實際設計審查和實施過程中，往往只重視能源的平衡和保供，對于新建工程投運后實際產生的余熱及其回收很少做全面的評價。造成的結果是新項目投入生產后再投資進行余熱回收。這不僅造成重復投資，也使后續的余熱回收由于生產工藝、總圖布置等多方面的制約很難實施。新建項目中設計階段，應通過對能源消耗裝置的合理設計，在提高能源利用效率減少余熱發生量的同時，同步設計余熱回收系統，余熱優先在本系統內充分利用，使其發揮最大效益。

3.4 在新的節能減排形勢下，各企業在余熱回收工作方面取得明顯進展。但從與國際先進企業指標相比，以及在生產流程中尚未回收的余熱方面來看，余熱回收項目的資金投入、企業的重視程度還有差距。主要體現在針對回收難度大、投資回收率低的零散的中低溫余熱回收方面，企業及其決策者，往往把資金投入的回報做為項目決策唯一依據，忽視余熱資源浪費對環境和社會的影響。

3.5 運營模式單一，對于大型國有企業，由于受資產管理等制度方面的限制，目前的余熱回收裝置和回收后的余熱基本在企業內部運轉，即使是通過合同能源管理模式的回收項目，其投資回收后設備也歸企業所有。單一的運作模式，很多由于余熱回收項目往往受資金、投資回收率以及回收后余熱使用等方面的因素，直接影響到方案的經濟評價和最終決策。如果把余熱做為商品，開放商業化運營模式，由有技術和自己的企業進行余熱利用開發，將會有利推進余熱回收工作。

4 結束語

做好余熱回收和回收余熱的合理利用工作，對鋼鐵企業節能降耗是非常重要的。目前在國家強力推進節能減排的新形勢下，對鋼鐵企業的余熱回收工作提出了更高的要求。馬鋼在現有的余熱回收水平和成果的基礎上，今后工作的重點主要有：

4.1 積極推進余熱回收新技術的應用。針對目前余熱點多、量小、載體多樣、中低溫余熱占比高的特點，大力推廣熱媒式余熱回收系統、可移動熱載體、余熱冷熱電聯產、熱能儲存技術，大宗或者零散集中發電、高效換熱器等技術。

4.2 充分利用分布能源系統理念，合理利用回收的余熱，使其發揮最高效益。按分布式能源系統的理念，余熱回收必須按“就地回收、就地轉換、就地使用”的原則，根據余熱的特點和周邊生產工序系統對能源的需求，建立多個獨立的“能源島”，形成結構聯網，獨立運行的小供能系統，避免回收的熱能長距離輸送。

4.3 運用系統工程概念，根據余熱的形態及特點結合生產工藝，推進高效余熱轉換，以工藝改造為推動力，優先推廣工序直接使用、就地高效轉換為優質電能等最佳合理流程和工藝技術。

4.4 充分利用國家對節能減排方面的優惠政策。

4.5 引入多元化的管理運營模式，使余熱回收的資金和技術得到保障。