余热回收技术在钢铁行业的应用及节能潜力分析

余热回收技术在钢铁行业的应用及节能潜力分析

王勇,韩涛,王臣,王振潭

身份证号：370281197411151554  身份证号：22018219901223371X  身份证号：372925199212063197  身份证号：370281197703193115

摘要：在炼钢生产中，废热是一种非常有价值的可再生资源。在钢铁工业中，由于余热回收技术的普及，这些余热被逐步循环使用，取得了显著的经济和节约效益。但是，与国外比较，中国的余热利用效率还不高，还有很大差异，本文结合余热回收进行了分析。

关键词：钢铁行业；余热回收；节约能源

钢铁行业作为国家的一个关键的基础行业和一个巨大的耗能大国，其能耗在我国的整个行业中占据了15%左右，而其能量利用率却只有30%-50%。炼钢厂的余热很多，但以往都是无人问津，大量的余热都是直接排出，造成了巨大的能量消耗。但是由于钢铁行业的萎缩，对公司的营业盈利造成了一定的压力。如何有效地减少生产费用，已经是提升我国钢铁公司在国际上的核心问题之一，因此，许多钢铁公司都在关注和采用一系列的节能技术，对生产中产生的余热进行循环使用，以实现节约能源、提升效率。

1.钢铁厂余热资源的类别

根据所处温度，钢铁行业的余热资源可以分为高温余热（>500 C）、中温余热（150 C~500 C）和低温余热（<150C）。其中：高温余热由焦炉煤气，转炉烟，电炉烟，加热炉烟，高温烧结料，高温焦炭，高温钢铁组成；中温余热主要由高炉煤气、烧结烟和热风炉一次余热处理后产生的废气组成；低温废蒸汽，热水，各种低温烟气，低温材料等都是低温物料。

2.一种常见的钢铁厂余热回收技术

当前，在钢铁企业中常用的废热回收技术包括：烧结废热发电技术、高炉炉顶废热发电（TRT）技术、转炉煤气回收利用技术等。

2.1利用余热法进行烧结机的工艺

烧结余热发电是将烧结生产过程中产生的高温废烟气经过余热锅炉产生中低压过热蒸汽，驱动汽轮机组发电。其流程如下：供水通过抽水机流入余热锅炉，通过对废气进行加热后，将其中的一部份转化成高温蒸汽，送入蒸汽涡轮进行动力输出;另外一种是通过余热锅炉在较低温度下对其进行加热，生成的过热度和水蒸气通过对应的水蒸气送到汽轮机的低压力入口进行工作。凝结水经过低压省煤器管，再通过中压炉送进高压鼓，实现了一个完整的蒸汽循环。

2.2 干熄焦(CDQ)技术

干燥熄焦工艺是将从焦炉中取出的高温焦碳放置在熄焦腔内，在熄焦腔内用反向流过的低温（主要成分为氮气，温度170-190 C）将其熄火，并将其加热至700-800 C，随后将其送入余热锅炉，利用余热蒸汽输送至透平上进行发电。

高炉炉头的温度一般为0.15-0.25 MPa，炉头烟气中含有较多的压力能。TRT是一种以汽轮机为动力，通过汽轮机的扩张，将汽轮机的压力与热量转化为动力，驱动汽轮机进行发电的技术。

2.3转炉煤气回收技术

转炉煤气回收是把转炉生产过程中的副产品CO进行回收再利用的生产工艺。转炉生产时氧枪顶吹脱碳过程中产生的CO高含量的烟气在经过冷却、除尘、分析、回收进柜、精除尘、利用(如发电)的全过程统称为转炉煤气回收利用 。

3.钢铁厂余热回收应用实例研究

3.1对公司的一般概况

一家中国北部著名的钢铁厂，拥有210平方米的烧结厂2座，年产450块104吨的烧结厂；1台10平方公尺大小的球形立式熔炼炉，每个球形可产50~104吨的能量；一台1580立方米的主炉，一台1780立方米的主炉，一台生产300立方米的铁水，一台生产300吨的铁水；120吨转炉一座，120吨 LF炉两座，板坯连铸机三台，生铁产量320吨104吨；拥有3500毫米中厚板生产线，年产290×104吨。

3.2工业余热的来源与应用

本公司现有两台210平方米的烧结机组和一套循环冷却器，其排放的废气在300℃至400℃之间，最高排气率为490万Nm3/h。此部分烟气的高温特性，以往都是由烟气中的烟气直接排出，从而导致能耗的增加。

这家企业拥有三条120吨的转炉生产生产线（开2，备1)，都配备了烟道气化的冷凝设备，在经过气化的冷却后，每个转炉的烟雾都能在2.45 MPa中生成16.7吨/小时的蒸汽，扣除气化的制冷设备的自耗蒸汽2.4吨/小时，整个转炉总共可以生成30吨/小时的富余蒸汽。前述的蒸气通过汽鼓而流入储存器，通过分汽筒产生的生压力为0.3 MPa至0.5 MPa，并且温度为130℃至200℃的饱和蒸气被出售给外部。除此之外，公司还拥有两座160 t/h的蓄热式推铁温度炉，以及一座250 t/h的蓄热式步进温度炉，它们的每小时可产生80吨的饱和蒸汽。而且，大部分的水蒸气并没有被充分地使用，反而浪费掉了，形成了巨大的浪费。

该企业的2台1580m3高炉，每小时可产生57}104m3/h的高炉煤气，供应全厂的高炉自用热风炉、喷煤、烧结、竖炉、加热炉、锅炉使用，每小时用量为43.69}104m3/h，剩余的高炉燃气由放散塔进行焚烧释放。

3.3企业余热回收利用计划

根据该公司目前的余热、余能资源的实际情况，该公司在2012年启动了余热、余能循环利用的项目，其具体的工程内容有：

3.3.1.利用新的循环冷却技术，在两台235m2的烧结机上建立一个循环冷却装置，并配套两台30吨/小时的双压式余热锅，使从烧结机中排出的高温气体通过两个循环冷却装置，通过两个循环冷却装置，生成一种饱和的蒸气，从而带动汽轮机发电。

3.3.2将3台120 t转炉的储热体与加热炉蒸发降温技术相匹配，在4个炼钢厂的加热炉中安装一套余热回收设备，利用该设备将炼钢厂的加热炉以及钢渣蒸发所生成的饱和水蒸气用于汽轮机的动力。

3.3.3建造一套炉气回收率较高的炉气储存器，并应用新型的炉气储存器的动态操作技术。

3.4工程投资分析及节能效果分析

该工程的实际投资总额为一千八百六十一万，其中：烧结余热的回收工艺投入6233万，转炉余热的利用2151万，加热炉的利用1090万，富余的炉子气体利用7948万，其他费用投入639万。该工程完成后，每年可获得当量发电4.67×108 kW h (.)/a、4.21×108 kW h (.)/a、折合合标煤年能耗149620 tce/a。

3.4.1烧结机余热机组的经济性与经济性

烧结余热电站，每年可产生8457.45×104 kW h (.)，每年向外部供电7073.09×104 kW h (.)，每年可节约的能量约为23341.18 tce。

3.4.2转炉，加热炉，钢渣余热利用工程的能耗与效益

转炉余热蒸汽、加热炉余热饱和蒸汽、钢渣汽髓所生成的饱和蒸汽，以及钢渣汽髓所生成的饱和蒸汽，每年对外部的供电量为7898.42x104kW h （·），年节能源折算为标准煤26064.78 tce。

3.4.3高炉余热利用装置的能源节约与经济效果

在一个年度内，可以将释放出来的高炉煤气为116630.64 x 104m3，实际的年发电量为25775.36×104 kW. h，年对外供电量为23487.98x104kW. h（·），年节能量折算为标准煤78698.33 tce。

项目完成后，公司的年综合能源消耗将会下降5.84×104 tce，能源费用将会下降3407.74万元，在5.3年内就可以将公司的投入完全回收。

4. 钢铁行业余热回收的节能潜力分析

我国目前所利用的工业余热中，大部分都是以高温余热为主，其回收率为44.4%；其次为中温的热能回收，回收比例可达30.2%；低温下的余热回收量小于1%.如果以所载余热的形式计算，则以产物的显热为主，其回收率可达50.04%；其次为发烟量的显热值，发烟量的回收率可达14.92%；结果表明，循环水汽的显热回收率仅为1.90%；不同炉料的显热值较低，仅为1.59%。

我国钢铁厂的余热回收效率仅为40%左右，而国际上主要的余热回收效率（含煤层气）已经超过90%，因此，如何提高我国余热回收效率具有重要意义。与国外先进国家相比，国内钢厂的余热利用还有较大的发展潜力。

结语

目前，余热回收在许多钢铁厂得到了广泛的关注，并取得了显著的节能效果。目前，我国的钢铁厂还存在着大量的余热回收利用的潜能，应成为钢铁企业重点关注的节能方向。

参考文献

[1] 张鑫,冯浚小 .合同能源管理新进展及在工业炉领域的发 展 建 议 [ J] .冶金能源,2013,32(6):3- 6.

[2] 吴 春 华 .  钢铁企业余热余能资源利用现状分析 .  冶 金 能 源 [J]. 2014.33( 2)：54- 57.