提高余能、余热回收利用效率的研究与措施

张洪涛，李连欢，冯 曼

（天津市新天钢联合特钢有限公司，天津301500）

0 引言

钢铁行业是国民经济的基础，也是高能耗的资源密集型产业[1]。面对全球经济增长放缓、环保政策收紧、资源供需矛盾等问题，钢铁企业为提升核心竞争力，大力推广降本增效、节能降耗项目，以追求企业经济效益、社会效益、环境效益最大化。钢铁企业普遍拥有丰富的余能和余热资源，这些资源的回收可用于企业及周边居民的冬季供暖、饱和蒸汽发电、燃气锅炉发电等，这些节能降耗、降本增效的重要手段，已逐步应用到各大钢铁企业中。

天津市新天钢联合特钢有限公司（联合特钢公司）目前有多个余热、余能回收利用设施，但在余热、余能回收利用过程中存在一些问题，致使余热、余能资源不能充分回收利用，能源利用效率不高。本文分析了联合特钢公司能源利用效率不高的原因，提出了提高余热、余能资源回收利用效率的改进措施，助力于公司降本增效、节能降耗的目标实现。

1 余能、余热回收利用项目现状

1.1 冲渣水余热回收用于冬季供暖

联合特钢公司在2017 年实施了高炉冲渣水余热回收项目。将通过换热回收的热水用于公司内部供暖，同时将富裕的回收热水送入外网，经供暖换热站进行换热后为周边居民和企业供暖。通过公司对外供暖，改变了周边居民和企业原有燃煤取暖的方式，减少二氧化碳、二氧化硫等污染物的排放，冬季重污染天气天数明显减少，环境得以改善。同时余热能源的合理回收利用，有效改善广大居民的供暖效果，体现了联合特钢公司对社会的责任与担当。

1.2 烧结余热回收发电

联合特钢公司将烧结环冷机高温烟气通过风机输送至烧结余热锅炉，余热锅炉采用双压立式无补燃自然循环锅炉。锅炉产生的中温中压蒸汽和中温次中压蒸汽通过各自热力管网送入补汽凝汽式汽轮机，推动汽轮机运转，从而带动发电机组进行发电[2]。锅炉产生的中温中压蒸汽作为补汽凝汽式汽轮机的主汽源驱动汽轮机，中温次中压蒸汽作为辅助汽源送入汽轮机补汽口驱动汽轮机。在汽轮机内作完功的蒸汽被凝汽器冷却成凝结水，凝结水经水泵送到低温加热器，加热后再送到除氧器除氧，后经给水泵送到烧结余热锅炉继续进行热力循环。烧结余热发电机组年发电量约10 080 万kWh，外供电量约7 812 万kWh，所产生的电能全部用于厂区内用电设备。

1.3 饱和蒸汽回收发电

联合特钢公司饱和蒸汽发电项目是将转炉汽化冷却系统产生的大量饱和蒸汽回收，回收的0.9 MPa 饱和蒸汽用于驱动汽轮机组运转达到3 000转/分，带动发电机组进行发电[3]，电能全部用于厂区内用电设备。饱和蒸汽发电技术属于低品质余热发电，既回收了大量低品质蒸汽，避免了能源浪费，同时节省了用电成本。

1.4 高转炉煤气回收发电

高炉、转炉煤气是冶金工艺的副产品，其热值、流量不稳定，通过煤气柜将其收容均匀后，可作为燃料持续供应燃气锅炉生产蒸汽，实现能源转换利用。锅炉通过燃烧煤气产生蒸汽驱动汽轮机发电。煤气发电系统产生的电能用于公司内部用电设备，节省了公司外购电费，减少了煤气放散，避免了能源的浪费，保护了大气环境。

2 余能、余热回收利用中存在的问题

2.1 检修不同步造成浪费能源

钢铁企业需定期对部分主体工艺设备进行检修维护，在主体设备检修期间辅助设备也随之进行定修，但因检修程度不同，往往会出现检修不同步现象，例如烧结机环冷余热锅炉检修时间短，下道工序余热发电机组检修时间较长。但是不能因为辅助设备未完成检修而耽误主体设备开机投产，因此会造成大量高品质蒸汽放散，浪费能源，降低了发电量，增加了生产成本。

2.2 冬季蒸汽供需矛盾突出

（1）冬季蒸汽产量下降。按照生态环境部《攻坚行动方案》要求，联合特钢公司列入天津市冬季错峰生产企业，冬季错峰生产期间炼钢产能相比满负荷生产时期减少约25%，导致可各生产系统回收蒸汽产量随之下降。

（2）冬季生活供暖消耗蒸汽增大。每年供暖季，联合特钢肩负起为广大居民供暖的重任，为确保供暖工作正常进行，需大量蒸汽送到供暖换热站进行换热，保障广大居民冬季采暖，因此冬季蒸汽消耗显著增大，这导致生产过程中富余蒸汽量明显不足。

（3）冬季生产用蒸汽量增大。冬季的生产设施保温和原料系统防冻等都需要大量蒸汽，这也进一步加剧了蒸汽产量无法满足需求的情况。

终上所述，冬季因蒸汽供应不足，生产、生活需求量增大，导致用于低压饱和蒸汽发电的蒸汽量减少。冬季整个余热回收系统只有5～8 t/h 蒸汽可供发电，还需公司20 吨燃气锅炉向发电机组提供约17 t/h 蒸汽，总计供饱和蒸汽发电机组的蒸汽量只有22～25 t/h。而公司低压饱和蒸汽发电为6 MW 机组，按上述蒸汽供应量，发电机组负荷仅为3～3.7 MW，达不到满负荷运行状态，发电设施利用效率明显下降。

2.3 煤气用户多，供气管网压力不平衡

联合特钢公司消耗煤气的设备较多，经常出现煤气供应不足的情况。因煤气供、用设备分布范围广且不均衡，导致不同区域煤气管网压差较大。厂区内循环经济区煤气管网压力偏高，而轧制区煤气管网压力较低，当轧制区煤气管网压力低、供应不足时，需要以降低发电负荷来确保轧制区4 条带钢生产线高产顺行，导致煤气发电量偏低。

3 余能、余热回收利用的改进方法

3.1 增设减温减压器，缓解蒸汽供应不足

由于部分生产设备低温低压蒸汽供应不足，而烧结余热锅炉中温中压蒸汽在发电设备检修或蒸汽富裕时经常大量放散。因中温中压蒸汽与低压饱和蒸汽温度和压力不同，两种蒸汽无法直接通用，因此在烧结余热锅炉蒸汽管道增设减温减压器。通过减温减压器可将烧结余热锅炉中温中压蒸汽送到外部低压蒸汽管网，缓解低压蒸汽供应不足的矛盾。低温低压蒸汽的外送能力可以达到90 t/h。

烧结余热锅炉中温中压蒸汽经减温减压后送入外网，可用于冬季生产设备的保温、物料的加热以及居民供暖。同时可以逐步减少炼钢汽化冷却系统送入外网蒸汽量，提高供低压饱和蒸汽发电设备的蒸汽量。通过改造，采暖季低压饱和蒸汽发电机组发电负荷可增加到6.3 MW，每小时增加发电量3 MW 左右，提高了冬季低压饱和蒸汽发电机组的利用效率，提高了烧结余热高炉蒸汽的利用率，降低了生产成本。

3.2 资源整合，统一平衡介质供应

为解决能源介质回收利用不充分，分布不平衡的问题，对全公司能源介质进行整合，统一调配，保证设备高产顺行，提高设备连续运行时间，减少低负荷运行以及停机时间。

3.2.1 合理利用冲渣水，节省蒸汽

2020 年联合特钢公司内部供暖全部改用高炉冲渣水，取消蒸汽供暖设备，将蒸汽用于生产和发电，有效提高了蒸汽能源的综合利用率，降低了各工序成本，提高了企业竞争力。

3.2.2 管路互通，协调软水供应

烧结余热锅炉蒸汽减温减压设施是通过软水降低蒸汽温度和压力，系统消耗软水约25 吨t/h，烧结余热锅炉软水站软水产量无法满足需求。为实现软水供应平衡，将炼钢厂汽化冷却系统的软水管道与烧结余热锅炉软水管道互通，既可以弥补烧结余热锅炉减温减压设施日常软水供应不足的缺陷，又能在检修时作为彼此的软水备用供给源，为设备的连续运行提供了有力保障。

3.2.3 蒸汽与软水循环利用

饱和发电机组做完功后的蒸汽冷凝水，经加药处理后符合软水标准，送回炼钢软水站。回收的软水继续供应20 t 燃气锅炉及炼钢汽化冷却锅炉生产蒸汽，实现了蒸汽冷凝水到蒸汽的循环利用，节省大量优质水资源。

在烧结余热发电机组未运行期间，烧结余热锅炉外送蒸汽需要大量软水补充。烧结送出的蒸汽发电后，其冷凝水可通过炼钢汽化冷却系统与烧结余热锅炉系统软水互通管道送回烧结余热锅炉系统，整体介质消耗处于平衡状态，未增加额外的费用消耗。通过减温减压设施将烧结余热锅炉蒸汽外送，既做到回收余热，又做到增加低压饱和蒸汽发电机组的发电量。因此，统筹能源利用平衡，挖掘设备潜能，提高设备利用率势在必行。

3.3 合理分配能源，平衡煤气管网压差

3.3.1 合理分配能源，提高高效机组发电效率

比较现有煤气发电机组的装机参数。2 5MW 煤气发电属于高温高压燃气锅炉发电机组，65 MW 煤气发电机组属于高温超高压燃气锅炉发电机组。因65 MW 煤气发电机组配有煤气加热器等热能回收设备，热能利用率高，所以发电煤气单耗更低。因此在平衡煤气时，应优先满足65 MW 煤气发电机组高负荷运行需求，煤气不足时可减少低效率发电机组负荷，提高煤气利用率，增加整体发电量。

3.3.2 提高混配煤气热值，弥补煤气量不足

25 MW 发电区域与65 MW 发电区域煤气管网压差较大，导致65 MW 发电区域煤气压力偏低。当65 MW 发电供气不足限制发电负荷时，通过调整现有转炉煤气输送管道的阀门，提高转炉煤气混配比例，弥补煤气量不足对65 MW 发电产能造成的不利影响，增加发电量。

3.3.3 优化煤气输送管道

针对25 MW 发电区域与65 MW 发电区域煤气压差大的问题，统筹公司煤气主管网布局，查找煤气输送阻碍部位，利用在不停气状态下的管网贯通技术，使整体煤气外管网煤气处于压力平衡状态。通过公司煤对气主管道的重新调整，解决了煤气输送压差大的问题，提高了高效机组发电效率，增加了发电量。

5 结语

联合特钢公司拥有丰富的余能和热源资源，同时建有完善的余能、余热回收利用设施，但由于检修不同步、冬季蒸汽供需矛盾突出、煤气管网压差大等原因，现有余能、余热回收利用系统没有发挥出应有的效率，能源介质回收利用空间还很大。

联合特钢公司通过资源整合，统一平衡，合理回收余能、余热及技术改造等措施，解决了优质蒸汽放散、煤气管网压力不平衡、蒸汽与软水循环利用等问题，将分布于厂区各处的能源聚沙成塔、提高了余能、余热能源介质的回收利用率，实现了降本增效、节能降耗的目标。