我国钢铁企业余热利用的现状及对策分析

冯建英，刘忠利

（1 山西省节能监察总队，山西 太原 030001；2 山西省节能中心，山西 太原 030001）

当前，随着能源需求压力的逐渐增大，节能减排的理念深入人心，中国各大钢铁企业对生产过程中余热资源的利用愈加重视。不过，目前钢铁企业在余热利用方面仍然面临很多困难，主要原因在于未能对钢铁生产主要流程的工艺和设备进行详细分析，主要流程中的物质流和能量流没有定量的数据，使得节能工作者无法掌握实际生产状况。

1 钢铁冶炼余热利用现状

1.1 钢铁冶炼的高温和低温余热不协调

相对于西方发达国家而言，由于我国工业发展时间太短，工业发展能力的水平有限。在有限的工作技术中，钢铁冶炼余热利用效率是远远达不到西方的发达国家的。经过近几年钢铁企业余热利用的发展，钢铁冶炼在高温（大于四百摄氏度）的情况下，利用率是有一些成效，但是由于技术的不成熟，在低温（小于三百摄氏度）的情况下，利用率一直没有什么显著的成效。所以，现在钢铁冶炼余热利用主要针对低温余热进行研究，使高低温余热利用协调起来。

1.2 水平悬殊、设备陈旧

首先，各个地区的经济发展水平都不一样，每个企业的技术水平也都是不一样，参差不齐的技术水平导致钢铁冶炼余热利用方面的悬殊非常的大。尤其是对中小型企业来说，它们可能还对钢铁冶炼余热利用处于空白阶段，所以接下来应该着重关注中小型企业的余热利用发展，对他们进行技术和经济的支持，他们也是我国实行节能减排的重要一分子。其次，钢铁冶炼设备的陈旧，钢铁业短暂的发展时间，很难达到西方发达国家的设备水平。目前，在我国钢铁冶炼的主要设备还没有得到开发，多数是靠从西方发达国家引进，高额的成本是设备使用时间非常长久，反反复复的检查和维修，导致设备变得非常陈旧。

1.3 狭隘的钢铁冶炼余热利用领域

钢铁冶炼余热利用中，将余热集中利用制热设备中是非常狭隘的。很多企业都没有实现在制冷领域中发展钢铁冶炼利用余热，而制冷领域恰恰能带来更多的经济效益。近几年，夏季对电力的需求量是非常大的，有些时候我国的电力都会达到供不应求的地步。如果说，将钢铁冶炼余热利用到制电领域或者应用到制冷领域中，这将会在很大的程度上响应国家节能减排的目标。

2 某钢厂余热利用实践与开发

2.1 余热利用实践

（1）烧结环冷余热回收蒸汽。公司烧结厂建有2台有效烧结面积550m2的烧结机，年生产烧结矿1093.4万t。每台烧结机对应配置一套580m2环冷机，采用环冷机废气余热回收技术，充分利用烧结矿冷却废气余热。同时每套环冷机对应设置一套双压余热锅炉（中压锅炉部分的参数：1.1MPa，230℃，40t/h；低压锅炉部分的参数0.3MPa，143℃，12t/h），中压蒸汽直接送入S2蒸汽管网，低压蒸汽用于烧结厂内部混料及冬季采暖使用。

（2）炼钢转炉汽化冷却回收蒸汽。公司炼钢系统建设的2座300t复吹脱磷转炉，3座300t复吹脱碳转炉，每座转炉均配置一套汽化冷却装置，回收转炉烟气中的热量、降低炉气温度，设计回收蒸汽88～100kg/t钢。

（3）热轧加热炉汽化冷却回收蒸汽。公司共有两条热轧生产线分别为2250热轧和1580热轧。其中2250热轧建4座步进梁式加热炉；1580热轧建3座步进梁式加热炉，加热炉水平梁和立柱的冷却方式均采用汽化冷却，产生0.8～1.27MPa饱和蒸汽直接供给S2蒸汽管网。

（4）干熄焦余热回收产汽发电。公司一期焦化配置70孔×7.63m焦炉4座，年产焦炭420万t。并配套建成2套260t/h干熄焦装置，干熄焦工艺采用高温高压自然循环的余热锅炉产生9.5MPa、540℃高温高压蒸汽（吨焦回收蒸汽550～600kg）。

（5）高炉热风炉烟气余热回收干燥喷煤制粉。每座高炉配置4座热风炉，采取2烧2送运行，排烟温度在200℃左右，产生烟气量为410000m³/h，部分烟气（80000×2m³/h）供喷煤制粉干燥使用，部分通过烟囱排空。

2.2 余热利用开发与深度挖掘

（1）深度回收热轧加热炉烟气余热。热轧加热炉烟气在加热煤气及助燃空气后仍以300℃以上温度外排，对烟气系统进行改造，建设外置余热锅炉或内置蒸发器回收加热炉预热空气、煤气后的烟气余热，将加热炉尾部烟气温度由300℃降至约150℃，改善炉压调控，增产低压蒸汽15～20kg/t钢。

（2）减少烧结环冷风机漏风率，增加余热回收率使用常规的密封装置，在烧结机的正常检修周期内，环冷系统漏风率可达30%～50%，造成环冷余热回收量降低、电耗增加。改造完善烧结环冷密封装置采用液体密封，减少漏风、增加余热回收量，在现有余热锅炉基础上实现提升余热产汽能力10～15kg/t矿。

（3）回收低品质余热供厂区采暖、制冷。高炉冲渣余热属低品位余热，具有热量大、品质低、间歇性特点且因易腐蚀、结垢、磨损特性而不易回收利用，采用专用抗腐蚀、结垢、磨损换热器，回收高炉冲渣水余热，用于厂区采暖，节约采暖用蒸汽60t/h。采用地源热泵技术，汲取地下土壤热量、冷量，替代燃煤锅炉及螺杆制冷机组，冬季供热、夏季供冷并全年制备生活热水，用于厂前区公辅系统，年可节约燃煤耗量20000t。

（4）回收锅炉除氧乏汽、排污水余热加热给水锅炉除氧器排氧携带部分蒸汽，排污水高温排放均存在热能及水资源损失。在燃气锅炉、干熄焦锅炉系统中，采用乏汽、热水回收装置回收除氧乏汽及排污水加热给水，回收热能的同时回收部分凝水，年可节约加热给水、除氧蒸汽80000t。

3 加热炉烟气余热利用改造

烟气余热利用及相关改造要根据具体温度、烟气侧阻力损失等情况进行确定，对于上排烟而言，相关结构受到横向风振荷载影响，整体抽力会受到限制，必须要首先保障排烟温度，进而满足在排烟方面需求，充分合理地进行改造与利用。一般操作过程中，可以采用更自然排烟方式，依靠产生抽力而进入大气，当高度等方面情况差异，也会带来抽力差异，由于温度不同，温度越高则抽力越大，因此在这一过程中，需要对诸多影响因素客观认识，明确影响的关键节点与要点所在。一般情况下而言，余热锅炉排烟温度不能特别低，如果低于一定范畴之后，则会出现自然排烟阻碍的问题。要做好各类阻力计算，损失要小于65Pa，而温度则不能低于260摄氏度，才可以确保操作效果。另外一方面，还需要充分考虑到烟气中所含硫量，对内部技术酸性腐蚀等情况充分关注，保障锅炉受热面使用寿命，减少出现腐蚀等一系列现象，避免出现在使用寿命、使用质量等诸多方面的损害。在这基础上，蒸发器和过滤器布置也是相对重要一部分内容，对于长度较短烟道则不能布置过多受热面，不能令温度降低过多，由于烟气与水会产生换热，因此受热面管壁温度则取决于水的温度。正因如此，此类温度不应该低于230摄氏度，在实际操作过程中只能采用热气与蒸发器组合使用方式，不能再增加设置省煤器。

4 余热利用优化探索

4.1 加强余热回收、提升余热回收利用率

焦炉荒煤气温度约700～800℃，其显热以冷却外排形式流失。可采用除盐水为介质，以水冷汽化（或导热油）套管或水套形式改造焦炉上升管，回收焦炉荒煤气显热，建设余热锅炉系统生产中、低压蒸汽。近年已有部分钢企进行回收改造，回收蒸汽可达100kg/t焦，但大型焦炉尚无成功应用，须完善技术付诸实施。传统炼钢转炉余热余能回收系统基于OG和LT除尘系统发展而来。均采用汽化冷却烟道将转炉产生的烟气由1600℃降至900℃，回收这部分烟气的显热产生蒸汽。烟气降至900℃以后：OG系统通过大量喷水降温，将烟气温度迅速降至70℃左右；LT系统通过大量喷入雾化水，将烟气温度迅速降至300℃左右；显而易见，900℃以下的烟气余热未能有效回收，造成了能源的浪费。采取控制入炉空气量、急冷换热等技术，在克服爆炸等问题的基础上，以烟道旁路外置余热锅炉形式回收转炉汽化冷却后200～900℃间转炉煤气显热，生产中、低压蒸汽，可大幅减少转炉煤气冷却使用蒸汽量及冷却水耗。

改造现有烧结环冷及余热回收系统，模拟干熄焦模式新建密闭式竖炉冷却烧结余热回收发电系统，减少系统漏风、余热散失，提高余热品位（热风温度保持500℃以上），相应提高生产蒸汽参数至中温中压，增加余热回收量及发电量。

4.2 增强低品位余热回收利用时效，优化利用方式

冲渣水、空压机冷却等余热仅限于冬季采暖使用，导致全年大部分时间设备闲置、余热流失，宜采用长效利用方式回收。如：以除盐水换取高温冲渣水热量后，进一步回收空压机冷却热、各锅炉窑炉排烟余热，经提温后送至海水淡化装置，闪蒸制备负压蒸汽作为海水淡化热源制备淡水。形成全年长效运行，低成本高产出回收利用低品位余热，是海滨钢企的优选方案。

4.3 控制降低蒸汽管网热损失，减少蒸汽损耗

钢企蒸汽管道保温多采用硅酸铝矿物棉或玻璃纤维等材料，设计计算管壁散热造成的蒸汽损失约为流通量的3%，而由于保温材料的性能衰减等问题蒸汽损失往往远大于设计值。采用多凝泡沫、陶瓷纤维等高性能保温材料替代传统保温材料，可保证效果的前提下减薄保温层厚度减少散热面积、延长使用寿命、降低性能衰减，进而将蒸汽损失控制在3%以下，可大幅降低蒸汽消耗并有利于保障用户使用参数。

4.4 引进技术性综合性人才

首先解决钢铁冶炼余热利用不足，技术综合性人才的引进是必须的步骤，不仅要引进，还要加大力度引进国内外技术性综合性专业性人才。钢铁业冶炼余热利用效率低在一定程度上可以说是促进技术创新，改革的催化剂。因此我国各个企业都应该培养专业性人才，引进西方发达国家的高端技术和专业综合性人才，提升我国的钢铁冶炼余热利用效率。

4.5 国家投入资金加大扶持企业技术性改革

中小型企业和大企业相比，技术水平的悬殊就是非常巨大的，国家应该加大对这些企业的扶持，给与经济和技术的支持，帮助他们及时更新设备，同时也不能放弃对大企业节能减排成效的监督。此外，国家还应该鼓励企业之间进行自主创新，开发属于我国自己的关键性技术和必要性设备，形成知识产权，从而提供中小型企业技术支持。

4.6 对钢铁冶炼余热领域进行大力拓展

既然说目前我国对于钢铁冶炼领域还处于狭隘的现状，那么我国就应该大力拓展钢铁冶炼余热利用的领域。我国所有企业应团结一心，认识到经济发展的状况，联合实际状况打破制热领域的局限性，将钢铁冶炼余热利用到制电领域和制冷领域当中去。我相信，在国家大力支持和扶持下，采用这样的方针和政策，是可以满足我国节能减排的目标，实现真正意义上的可持续发展。

5 结束语

综上所述，做好余热回收和余热的合理利用对钢铁冶炼企业节能降耗是十分重要的。低压蒸汽作为在钢铁冶炼领域中的主要载体，在生产中是非常重要的。钢铁企业做到真正意义上的蒸汽平衡，合理安排蒸汽人热能的使用，在一定程度上真正做到“热尽其用”。我相信，在国家和企业之间的共同努力，我们一定可以做到真正的节能减排，实现最终的零污染零排放目标。