马钢余热回收利用的成就与历程

何世文

(马钢股份公司能源管控中心,安徽马鞍山 243000）

1 概述

钢铁企业里的余热是指在钢铁生产过程中，受生产工艺、热能转换技术水平、投资成本、管理经营理念等多因素的局限，在已投运的生产流程中，未被合理利用的热能。在中国钢铁生产过程中，消耗的能源以化石燃料为主，其热能利用率平均约为35%～40%，未被充分利用的余能主要以热能形式存在，它包括显热、潜热及化学热，就形态而言，一般指高温烟气余热、废蒸汽及高温水余热、钢材产品及钢坯和炉渣等固态余热、可燃废气废液和废料化学余热等。

提高余热回收率，对企业而言可以提高经济效益，钢铁生产过程中能源成本一般占25%左右，加强余热回收利用，减少一次能源的消耗，可减少成本支出，提高企业的市场竞争力；对社会而言，能源做为国家发展战略规划的重要内容，余热回收利用被认为是一种“新能源”，提高余热回收利用率，减少资源浪费，改善环境，是解决我国能源消耗问题的重要途径之一。

钢铁工业耗能占全国能耗的11%～15%，生产过程中产生大量余热余能，由于余热品种多、温度范围广、热能载体的形式多样；余热回收技术从简单的热交换到系统性的能量转换回收；在理念上经历了从追求钢铁直接效益到企业整体效益和社会效益，投资方面从主要倾向产能扩张到关注能源环保等因素的影响，在余热回收方面经历了不回收余热、回收容易回收的高中温余热、回收连续和零散的中低温余热、回收难回收的高温熔渣余热、零散及间歇余热回收等阶段。马钢是我国特大型钢铁联合企业之一，伴随着企业的发展，经过几代能源人的努力，在余热回收方面也取得了显著的成绩。

2 马钢余热回收工作的历程

马钢是一个靠自身积累、滚动发展起来的老国有企业，经过60 年的艰苦创业，形成了铁、钢、材1600 万吨配套生产规模。随着产能逐步扩张，能源消耗也逐步增加。在余热资源回收利用方面，从理念的转变、新技术的推广应用和取得的成效，可大致分为3个阶段：

（1）起步阶段

时间段大约为20 世纪80 年代至2003 年马钢达到形成600万t钢配套生产能力期间。80年代初期，中国把“加强能源开发，大力节约能源消耗”确定为从1981 年起20 年经济发展战略重点之一。马钢在企业发展提速的同时，把提倡节能降耗做为企业发展的重要举措，提高余热回收利用的意识初步形成。1981 年马钢公司为加强余热回收工作的管理，马钢动力厂成立了余热车间，统一管理全公司余热系统的设备和生产运行。期间二轧加热炉余热锅炉和汽化冷却系统、三轧线材余热锅炉、一钢平炉余热锅炉、初轧余热锅炉、中板汽化冷却系统、转炉汽化冷却系统等余热回收装置先后投入运行，生产的蒸汽全部并网。为提高余热回收蒸汽的利用效果，公司投资对厂区的蒸汽管网进行彻底改造，一三厂区蒸汽联网，分区域建立了10个热力站，提出主要生产用户由主管网接口，小用户一律由热力站接口，完善蒸汽计量的管理模式，通过改造，取消厂区15座生活小锅炉，节能效果明显。该阶段主要是针对生产工艺的需求和回收技术相对简单的中高温烟气余热的余热回收。

（2）快速发展阶段

时间段大约从2005 年起，马钢进行大规模的产业结构调整，淘汰部分能耗大、污染大的设备，到2014 年马钢公司能控中心成立。期间马钢产能快速扩张，2006 年马钢年钢产量突破1000 万吨，到2008 年马钢形成1600 万吨钢配套生产规模。随着产能的扩张和产品结构的调整，汽车板、硅钢等长流程生产工艺投运，生产耗能及产生的余热量也发生了较大的变化，同时在这期间随着科技的进步，国内余热余能回收技术得到快速的发展和应用。为降低能耗，马钢公司在余热余能回收方面投入大量资金，多个余热余能回收项目建成投运。其中烧结带冷废气余热利用项目，是我国钢铁企业第一个在烧结系统实施低温废气余热发电技术；转炉汽化饱和蒸汽发电项目，采用前压加自立式调节技术的应用，获国家发明专利授权，同时获中国金属协会科技进步二等奖；利用富裕蒸汽采用溴化锂制冷进行高炉鼓风脱湿，有效降低炼铁焦比，该技术应用稳定，并形成行业标准；干熄焦及TRT 技术的应用，不仅有效地进行了余热余能的回收，也提高了高炉生产的稳定性；转炉通过增加回收蒸汽和煤气，实现转炉负能炼钢；采用蓄热式燃烧，使低热值的高炉煤气得到充分利用；全烧高炉煤气锅炉发电及CCPP 机组投运，大量消化富裕副产煤气转化为优质电能；北区和南区能源中心（EMS）先后投入运行；转炉汽化自循环高效利用技术，满足了RH 炉高压蒸汽需求；焦化乏汽及蒸汽冷凝水回收、锅炉排污回收再利用技术；轧钢方面采用红送热装，有效降低轧钢能耗等等。这期间余热回收的特点是，多项余热回收技术得到广泛应用，通过结合工艺的技术改造，余热回收项目投入产出比较高，经济效益明显。

（3）深度余热回收阶段

标志时间段为自2014 年马钢能控中心成立开始。随着国家对钢铁企业能源环保要求越来越严格，钢铁行业市场竞争也日益激烈，企业生存压力和社会责任越来越大。马钢为了适应发展的要求，为进一步做好能源环保管理工作，适时进行能源管理方面的调整，对承担能源动力生产运行及管理方面的能环部和一、二能源总厂进行整合，组建新的能源管控中心，减少管理层次，实现能源管控一体化模式。新的能源管控中心对全公司的余热回收项目，从规划立项、组织实施到项目的后评价实施全方位管理，有效地推进余热回收工作。马钢经过前一阶段的大规模余热回收项目的实施，目前的余热主要表现形式为中低温且零散间歇式余热为主，受投资回收率低的影响，余热回收难度越来越大。为进一步推进余热回收工作，在管理方面进行新的尝试，全面推行合同能源管理模式，通过合作引进技术和资金，使余热回收工作向深度发展，目前实施和投运的项目有：1580 烟气余热回收、棒材加热炉余热回收、电炉余热烟气回收项目、高效煤气发电项目等，一钢转炉余热深度回收项目正在合作研究过程之中。该阶段由于余热品质低且分散，回收难度大，需要进一步突破技术和资金制约的瓶颈。

3 余热回收存在的不足

马钢余热回收工作经过30多年的发展，取得了非常明显的成果，吨钢综合能耗逐年降低，从2004年761 kgce/t 降到目前573 kgce/t。但余热做为一种“新能源”，在充分回收和使用方面与国际高水平相比，还存在较大差距，主要有：

3.1 余热回收技术相对单一，制约了回收工作的开展。目前针对中低温烟气余热回收基本采用换热生产蒸汽的方式。对于工业炉烟气而言，余热回收途径一般为：预热空气和燃料、设置余热锅炉产生蒸汽、预热炉料等，在设置预热空气和燃料装置以及余热锅炉后，由于烟道阻力增加，需要增加引风机的功率而消耗电能，因此在技术方案的采用上，要通过技术经济比较综合评判；高炉冲渣水方面，目前受技术经济的制约，应用不广泛，高炉生产每吨铁约产生85～95℃的冲渣水20t 左右，将这部分热水通过闪蒸产生低压蒸汽发电，每吨90℃热水可发电1.5kWh，折标煤0.6kg。炼铁及炼钢产生的高温炉渣显热的回收技术，还有待于进一步研究。

3.2 回收蒸汽未得到充分合理利用。目前对大宗回收蒸汽发电技术是成熟的，但对于零散的回收蒸汽一般采用并网的方式，对于蒸汽管网在运行过程中会产生热损失，包括：沿程损失、蒸汽泄漏损失、散热损失、凝结水排放热损失等，特别是南方生活用汽量波动较大的地区，并网蒸汽往往会冷凝为水而排放。从局部看是余热回收，但并没有充分发挥效益，其实不仅是无效的回收，而且增加消耗能源。所以必须用系统工程的观点做好回收蒸汽转换使用工作。

3.3 新建工程热能利用评价不足。目前对于新建项目一般要求在可行性研究文本中有能源评价专篇，但在实际设计审查和实施过程中，往往只重视能源的平衡和保供，对于新建工程投运后实际产生的余热及其回收很少做全面的评价。造成的结果是新项目投入生产后再投资进行余热回收。这不仅造成重复投资，也使后续的余热回收由于生产工艺、总图布置等多方面的制约很难实施。新建项目中设计阶段，应通过对能源消耗装置的合理设计，在提高能源利用效率减少余热发生量的同时，同步设计余热回收系统，余热优先在本系统内充分利用，使其发挥最大效益。

3.4 在新的节能减排形势下，各企业在余热回收工作方面取得明显进展。但从与国际先进企业指标相比，以及在生产流程中尚未回收的余热方面来看，余热回收项目的资金投入、企业的重视程度还有差距。主要体现在针对回收难度大、投资回收率低的零散的中低温余热回收方面，企业及其决策者，往往把资金投入的回报做为项目决策唯一依据，忽视余热资源浪费对环境和社会的影响。

3.5 运营模式单一，对于大型国有企业，由于受资产管理等制度方面的限制，目前的余热回收装置和回收后的余热基本在企业内部运转，即使是通过合同能源管理模式的回收项目，其投资回收后设备也归企业所有。单一的运作模式，很多由于余热回收项目往往受资金、投资回收率以及回收后余热使用等方面的因素，直接影响到方案的经济评价和最终决策。如果把余热做为商品，开放商业化运营模式，由有技术和自己的企业进行余热利用开发，将会有利推进余热回收工作。

4 结束语

做好余热回收和回收余热的合理利用工作，对钢铁企业节能降耗是非常重要的。目前在国家强力推进节能减排的新形势下，对钢铁企业的余热回收工作提出了更高的要求。马钢在现有的余热回收水平和成果的基础上，今后工作的重点主要有：

4.1 积极推进余热回收新技术的应用。针对目前余热点多、量小、载体多样、中低温余热占比高的特点，大力推广热媒式余热回收系统、可移动热载体、余热冷热电联产、热能储存技术，大宗或者零散集中发电、高效换热器等技术。

4.2 充分利用分布能源系统理念，合理利用回收的余热，使其发挥最高效益。按分布式能源系统的理念，余热回收必须按“就地回收、就地转换、就地使用”的原则，根据余热的特点和周边生产工序系统对能源的需求，建立多个独立的“能源岛”，形成结构联网，独立运行的小供能系统，避免回收的热能长距离输送。

4.3 运用系统工程概念，根据余热的形态及特点结合生产工艺，推进高效余热转换，以工艺改造为推动力，优先推广工序直接使用、就地高效转换为优质电能等最佳合理流程和工艺技术。

4.4 充分利用国家对节能减排方面的优惠政策。

4.5 引入多元化的管理运营模式，使余热回收的资金和技术得到保障。