八钢轧钢系统加热炉低品位余热的回收利用

石晓鑫，刘小军，冯宇阳

(新疆八一钢铁股份有限公司轧钢厂)

前言

钢铁工业中存在大量高温烟气、荒煤气、烧结矿、高炉渣等丰富的余热资源[1]。目前国外先进钢铁企业对余热资源的利用率已超过90%，而我国的余热资源回收利用率远低于国际水平[2、3]。因此，我国一些钢铁企业将提高余热资源利用率作为企业转型与升级的重要举措。

以轧钢热轧加热炉为例，其能耗约占总工序能耗的50%以上，并存在70%～80%的热量损失[4、5]，而燃气炉中的烟气所带走的热量约占炉子总热量的30%～50%[5、6]。因此，烟气余热的回收与利用不仅具有良好的环境效益，还具有显著的工程意义[7]。

近年来，八钢积极吸收国内外先进余热回收与利用技术，已采用空气加热器对轧钢加热炉烟道废气余热进行了有效回收利用，并在此基础上对低品位余热(温度低于400℃的低温尾气烟气)进行了回收利用，进一步完善了加热炉余热回收系统，更加有效地节约了生产成本，全面提升了企业效益。

1 八钢轧钢加热炉余热资源基本情况

目前八钢厂区内拥有7条轧钢产线，共配备10台加热炉，每台加热炉最高可利用废气总流量可达12万Nm3/h(标)，入口废气温度测点约350～450℃，余热资源量充足且稳定。

八钢轧钢系统加热炉采用混合煤气作为燃料，将产生大量的高温烟气，其流动路径如图1所示，加热炉温度参数如表1所示。

由图1和表1可知，加热炉炉内燃料燃烧后的高温区域温度为1200～1400℃，烟气随加热炉尾部排出时温度为600～750℃，尾部烟气余热相当于送入炉内热量的50%，余热开发空间可观；从加热炉尾部排出后的烟气将进入空气加热器，其可将空气温度加热至300～400℃，同时使烟气温度降低到350～450℃，再由烟囱排入大气。

表1 轧钢加热炉温度参数 ℃

图1 八钢轧钢系统加热炉烟气流动示意图

由此可知，加热炉排放的具有较高温度(600～750℃)的烟气通过空气加热器的作用已转换为热能，得到了合理回收利用。但通过烟囱排放入大气中具有较低温度(350～450℃)的烟气，其热量约为炉内热量的35%～25%，尚未得到有效的回收利用。

2 轧钢系统加热炉低品位余热利用

2.1 低品位余热利用工艺流程

八钢轧钢系统采用余热锅炉对加热炉所产生低品位余热进行回收利用，余热利用技术如图2所示。由图2可知，在保持原有工艺布局不变的基础上，首先在空气加热器至烟囱的烟气管道之间增设烟气阀门；其次在空气加热器至新增烟气阀门的烟气管道之间新增烟气管道，并接入余热锅炉，使烟气在新增烟气阀门关闭的条件下顺利流入余热锅炉；新增烟气管道将余热锅炉与烟囱连接，并安装引风机，确保经余热锅炉回收利用后的烟气顺利进入烟囱排出。余热锅炉主要性能参数如表2所示，烟气参数如表3所示。

表2 余热锅炉性能参数

表3 余热锅炉烟气参数

图2 轧钢加热炉余热利用技术示意图

加热炉在正常运行时，空气加热器与烟囱间气阀处于关闭状态，加热炉炉内产生的高温烟气先经空气加热器对其中、高品位余热进行回收，再经余热锅炉对其低品位余热进行回收，最后由引风机加压后通过烟囱进行排放。

低品位余热利用所产生蒸汽将直接送至汽机外，余热锅炉生产约0.8MPa，220℃的过热蒸汽并入蒸汽管网。工程中保留了原有烟道作为备用排烟道，当余热锅炉或电站故障检修时，锅炉控制系统将发送相应问题信号至加热炉控制系统，加热炉控制系统将切断内部气动调节阀与余热锅炉的连接，并打开与烟囱连接的气阀，调整系统按照改装前模式运行，保证了生产系统的继续运行。

2.2 低品位余热的综合利用

轧钢生产线加热炉外排废气低品位余热将通过余热锅炉进行回收，并将产生的过热蒸汽并入蒸汽管网，图3为加热炉余热利用技术示意图。在采暖季余热锅炉所生产过热蒸汽，经各自的主蒸汽母管并入厂区蒸汽管网全部用于生活区供暖；非采暖季余热锅炉所生产过热蒸汽，经各自的主蒸汽母管进入厂区蒸汽管网，再将蒸汽引出进入汽轮机系统用于发电，所发电量全部回用于生产区域。

表4为采暖季、非采暖季低品位余热回收参数。由表4可知，在采暖季本余热回收系统共运行3200小时，外送蒸汽量达133000t，蒸汽压力为0.8MPa，蒸汽温度为220℃；在非采暖季本余热回收系统通过电站将热能转换为电能，电站年发电量约2686万度，电站汽水系统补水量为6～8t/h。蒸汽余热回收收益及余热蒸汽发电收益可观。

图3 八钢轧钢系统加热炉余热利用技术示意图

表4 八钢轧钢系统加热炉采暖季、非采暖季余热回收参数

3 低品位余热的综合利用效益

轧钢低品位余热的回收以加热炉烟气低品位余热为原料，变废为宝、灵活使用资源。在采暖季热轧余热锅炉外送温度为220℃，压力为0.8MPa的蒸汽；在非采暖季热轧余热锅炉所产蒸汽用于发电，有效提高了企业能源的利用效率。

通过有效回收热轧加热炉低品位余热，在不产生新的污染物的基础上，将烟囱排放烟气温度从600～700℃将至约 140℃，降低了工作区域的环境温度，改善工作环境。

在采暖季节， 所产生蒸汽优先用于供暖，基本上解决了冬季优先八钢居民区供暖造成厂区内蒸汽不足的问题；在非采暖季节，所产生蒸汽用于发电，其所发电量主要用于生产区的用电，大大降低生产用电成本。

4 结束语

八钢轧钢系统加热炉低品位余热的回收及利用，有效提高热量利用率。在余热回收工程保留了原有烟道作为备用排烟道，当余热锅炉或电站故障检修时，可按原烟气处理系统进行运作，保证了生产系统的正常运行。采暖季节所产蒸汽全部用于生活区供暖，非采暖季节汽轮发电机组所发电回用于生产区域，具有优良的经济效益和环境效益。