鋼鐵企業余熱余能回收利用措施研究

孫文龍

（遼寧冶金設計院有限公司，遼寧 鞍山 114051）

隨著當今社會經濟與科學技術的發展，鋼鐵材料在各行各業中的需求量也在不斷提升，這就加大了鋼鐵企業的工作量。而在鋼鐵企業的生產過程中，良好的余熱余能回收不僅可以起到有效的節能作用，同時也可以進一步降低鋼鐵企業的生產成本，提升其經濟效益。因此，在具體的鋼鐵生產過程中，鋼鐵企業一定要根據實際情況，采取合理的技術措施來確保余熱余能的回收利用效果。

1 鋼鐵企業余熱余能回收中的影響因素分析

其一，資金不足。通過相關研究與分析發現，目前很多鋼鐵企業的余熱余能回收利用項目都已經被列入到了發展規劃中，但是由于資金不足，這些項目并未得到及時的開展，尤其是在近幾年來，由于很多鋼鐵企業在資金方面存在明顯不足，所以對于一些節能型的項目，都并未及時進行建設[1]。其二，區域供應條件不佳。因為余熱和余能傳輸中會伴有一定程度的損耗，所以通常情況下，余熱余能最好應就地回收利用。但是如果不能就地利用，就需要對運輸中的損耗和成本加以考慮，運輸的距離越大，余熱余能損耗越多，回收利用價值也就越小。在這樣的情況下，很多鋼鐵企業都因為區域供應需求變化而無法運行已經建成的余熱余能回收利用項目。其三，余熱蒸汽得不到有效利用。在很多鋼鐵企業的生產中，余熱鍋爐都存在蒸汽回收轉化率低以及高質低用等的問題。比如，在干熄焦爐燃燒過程中，中溫中壓蒸汽通常會在減壓到0.45MPa之后才能夠得以利用，在這一過程中，大量的余熱余能都會散失。

2 我國鋼鐵企業余熱余能回收現狀分析

隨著我國工業節能理念的不斷深入，在鋼鐵企業運營中，余熱余能的科學回收已經成為了一個重要方向，它不僅對鋼鐵企業自身的能耗降低與經濟成本節約具有重大意義，同時也直接關系到我國的能源與環境可持續發展。為了讓我國鋼鐵企業的高效化、優質化、低耗化、長壽化以及環保化的冶煉方針得以貫徹落實，鋼鐵企業開始在確保正常生產的條件下，將資源與能源的節約作為中心，對新的生產模式進行組織設計。自上世紀八十年代開始，我國便開始將國外的各種先進技術引入到鋼鐵企業中，并對鋼鐵企業的生產模式加以科學改革。在這40年來，我國每噸鋼鐵生產能量消耗可降低600 kg左右，節能率可達到生產模式改革之前的50%左右。

而降低的這一部分能耗主要通過余熱余能回收來實現，并達到了按質回收、梯級利用以及熱盡其用的效果。具體回收中，首先將沒有經過轉換或者是經少量轉換的余熱優先應用到鋼鐵生產工藝流程中，產品顯熱則會直接向下一道工序傳輸。比如，在通過高溫鐵水供轉爐進行煉鋼的過程中，熱鋼坯會被送進加熱爐中，通過煙氣顯熱來進行煤氣、干燥物料以及助燃空氣等的預熱，其余熱將會被焦爐入煤調濕裝置以及高爐鼓風脫濕裝置等利用。轉換之后的余能會再一次被用作熱能、動能以及熱電聯合等方面。比如高壓蒸汽驅動形式的高爐鼓風機、燒結余熱蒸汽驅動形式的燒結抽風機、高爐爐頂余壓發電機、干熄焦余熱發電機等的這些裝置，都可以對鋼鐵生產中的余能加以合理利用，使其達到良好的回收再利用效果。

3 鋼鐵廠余熱余能回收利用關鍵技術分析

3.1 余熱余能回收與利用技術

就目前來看，我國在余熱余能方面的主流回收技術有高爐沖渣水余熱回收利用技術、吸收形式的熱泵技術、負壓形式的蒸氨技術、熱管換熱技術、循環氨水和初冷器循環水余熱夏季制冷技術、焦爐煤氣上升管余熱回收利用技術等[2]。通過這些關鍵技術的應用，可以讓鋼鐵企業中的燒結煙道煙氣余熱余能、高爐沖渣水余熱余能以及焦爐荒煤氣余熱余能進行有效的回收和再利用，以此來降低工藝蒸汽以及采暖消耗，實現工藝運行費用的顯著降低；同時也可以實現副產物價值的有效提升，具有非常顯著的綜合效益。

3.2 余熱鍋爐蒸汽過熱后的發電技術

該技術主要應用原理是借助于高溫煙氣來進行水的加熱處理，以此來實現低壓余熱鍋爐蒸汽的形成，并通過蒸汽膨脹來對汽輪機做功，這樣便可帶動汽輪機進行發電。在此類系統結構中，主要的組成部分有發電機、余熱鍋爐、冷凝器以及汽輪機等。將余熱鍋爐加以科學應用，其中的蒸發器、過熱器以及省煤器等的這些構件將會讓煙氣在鍋爐的上面進入，在煙氣經過了幾個構件之后，低壓蒸汽便由此產生，而在汽輪機的做功下便可發電。

3.3 其他余熱回收利用技術

就目前來看，在一些大型鋼鐵企業中，焦化區域中的上升管煙氣余熱回收利用技術、燒結區域中的熱管換熱技術、初凝器循環水中的余熱回收技術以及煉鐵區域內的吸收式熱泵技術等都得到了越來越廣泛的應用和推廣，且應用效果也十分顯著。具體應用中，對來自于余熱鍋爐中的蒸汽過熱之后的發電技術，可在薄板區域內進行應用；而對于負壓蒸氨技術，則可以在焦化區域內進行應用。

4 某鋼鐵企業的余熱余能回收利用措施分析

4.1 區域性余熱余能回收利用技術的優化

在該鋼鐵企業的余熱余能回收利用中，通過各個生產區域中工藝余熱質量和用戶實際用熱需求的綜合考慮，最終提出了區域性的余熱余能回收利用技術優化措施。對于品質較高的余熱，可借助于余熱鍋來實現飽和蒸汽的產生，并使其在發電中得以良好應用；對于品質較低的余熱，可將其回收起來，用于加熱高溫熱水，然后使其在市政采暖、軋鋼區域以及焦化區域中得以良好應用。

4.2 區域性余熱鍋爐蒸汽回收利用措施

首先是焦化區域中的熱力系統余熱余能回收利用措施，為了讓焦化區域中的熱力系統余熱余能得到良好的回收利用，該鋼鐵廠進行了焦化上升管煙氣余熱余能回收項目的建設，并對原有的25 MW抽凝汽輪發電機進行了優化，使其抽氣功能得以有效實現，在采暖季里，可將150 t/h的蒸汽用來進行發電，在非采暖季里，可將180 t/h的蒸汽全部用來進行發電。同時，該鋼鐵企業也對焦化區域中的余熱余能資源裝置進行了合理改進，讓蒸汽達到了自平衡效果。在焦化區域的內部，初冷循環水以及煤氣上升管中回收到的余熱余能可直接消化，并逐漸達到外部中壓蒸汽的焦化停送條件，讓蒸汽達到良好的自平衡效果。

其次是對燒結區域內的熱力系統蒸汽余熱余能加以科學利用，在該鋼鐵企業中，燒結機內的高溫煙氣余熱所產生的蒸汽量在78 t/h左右。在進行區域性的余熱鍋爐蒸汽回收利用中，這一部分的蒸汽主要被用到發電或者是燒結工序中。

最后是軋鋼以及煉鋼區域內的熱力系統蒸汽回收利用，在對工藝用汽、生活用汽以及煉鋼用汽進行回收利用之后，對于非采暖季節，工藝用汽以及生活用汽量將會明顯降低，此時的蒸汽就會出現富余現象。為了讓富余蒸汽中的余熱余能得到良好的回收與再利用，該企業建設了一個凝汽形式的汽輪機發電機組，其規模是6 MW，主要的配套設施包括冷卻循環水系統以及凝汽器，通過這樣的方式，便可讓冷凝水實現全部的回收與再利用，讓轉爐生產過程中的軟化水補水需求量得以顯著降低。同時，該鋼鐵企業也進行了薄板區域凝汽形式汽輪機發電機組的建立，其規模是4 MW，其主要作用是在非采暖季節里進行發電[3]。對于轉爐工藝中所形成的余熱余能，可通過外管網中蒸汽同步停用的方式來實現就地的回收與再利用。

4.3 對區域內的供熱結構進行合理優化

在該鋼鐵廠實際生產過程中，為實現余熱余能利用效率進一步提升，特對每一個生產區域中的工藝用熱進行了優化，使其達到一個良好的平衡效果。通過這樣的方式，也可以將該區域內的蒸汽外部供應情況得以有效減少，并進一步降低外部管網中的蒸汽供給量，讓蒸汽在運輸過程中的損耗得以顯著降低。在此過程中，該鋼鐵企業也對老系統以及新系統中的供熱結構做出了合理調整，讓蒸汽遠距離傳輸和低效率利用等的問題得以有效解決，實現了蒸汽余熱余能的良好回收與再利用。

4.4 洗浴和采暖系統中的余熱回收利用措施

在進行鋼鐵生產過程中的余熱余能回收利用中，為使其在洗浴以及采暖系統中得到合理利用，該鋼鐵企業對軋鋼、高爐、焦爐和各個區域中的共輔系統凈環水進行了低質余熱的充分回收，對蒸汽熱源進行置換，以此來實現供暖能力的進一步提升，讓廠區和市區內的冬季供暖需求得以有效滿足。通過調查與分析發現，其冬季供暖中的熱量可以達到400 MW。同時，洗浴對于熱量的需求量也非常大。基于此，考慮到洗浴系統中大量的蒸汽消耗問題，該鋼鐵企業便對洗浴池中的蒸汽系統進行了合理優化，將蒸汽用量小的用戶消減掉，通過用戶數量減少的方式對洗浴系統區域進行科學整合，對于管網比較偏遠的位置，單獨用戶的供熱從傳統的蒸汽供熱轉變成了目前的熱力車供熱以及電鍋爐供熱等的形式。通過這樣的方式，便可讓熱能在運輸的過程中實現損耗的進一步降低，讓各個區域內的熱力供應都能夠達到平衡。

4.5 燃氣和蒸汽高效能發電中余熱余能的回收利用措施

在對鋼鐵生產余熱余能進行回收利用的過程中，借助于用能結構的合理優化與用能方案的科學調整，便可使其余熱余能實現利用率得到顯著提升。具體回收利用中，該鋼鐵企業將高爐鼓風形式從傳統的啟動模式轉變為現在的電動模式，以此來實現蒸汽用量的有效消減，讓煤氣鍋爐以及煤粉鍋爐徹底淘汰，并將置換獲得到的燃氣在高效能發電中加以合理利用。為達到這一目標，該鋼鐵企業特進行了兩臺CCPP機組的建設，其規模是165 MW，在將這兩臺PPCC機組應用到實際生產中以后，其電力功能能力達到了1.9*109kW·h/a。在冬季里，余熱鍋爐能夠提供出的中壓蒸汽可達150 t/h，其壓力是3.82 MPa，溫度是450 ℃；在夏季里，余熱鍋爐能夠提供出的低壓蒸汽可達60 t/h，其壓力是0.3 MPa，溫度是175 ℃，可以為公司中的每一道工序進行熱能供應。

5 某鋼鐵企業的余熱余能回收利用成果分析

在該鋼鐵企業通過以上措施進行鋼鐵生產中余熱余能的回收利用之后，其主要的成果包括以下三個方面：第一，實現了鋼鐵生產過程中余熱以及余能的就近回收與利用，讓區域之內的供熱需求得以良好滿足，并有效確保了供熱的均勻性。第二，對于鋼鐵生產中的余熱余能，將充分回收并利用到了采暖系統中，用來進行采暖蒸汽的置換，同時也使其在發電等方面得到了合理應用。第三，將小的蒸汽用戶消減掉，對整個區域內的洗浴用戶數量進行了全面整合，實現了蒸汽管網的科學布設。尤其是在將偏遠管網端的蒸汽供熱轉變成電鍋爐和熱電力車供熱之后，更是實現了熱能運輸中損耗情況的顯著降低。由此可見，在該鋼鐵企業的余熱余能回收利用改造優化之后，其回收和利用效果都得到了顯著提升。

6 結語

綜上所述，在鋼鐵企業的生產過程中，余熱余能如果得不到有效利用，不僅會造成很大程度的能量損失，同時也會加大鋼鐵企業的生產運營成本。基于此，鋼鐵企業應明確余熱余能回收利用中的主要影響因素，充分掌握其回收利用方面的關鍵技術，并結合自身的實際情況，采取合理的措施來進行余熱余能回收利用，比如區域性余熱余能回收利用技術的優化、區域性余熱鍋爐蒸汽回收利用、區域內供熱結構的合理優化、洗浴和采暖系統中的余熱回收利用以及燃氣和蒸汽高效能發電中余熱余能的回收利用等。通過這樣的方式，才可以讓鋼鐵生產過程中的余熱余能得到合理的回收與再利用，在確保鋼鐵企業節能效果的同時實現其經濟效益的提升，以此來促進鋼鐵企業的良好發展。