钢铁企业余热余能回收利用措施研究

孙文龙

（辽宁冶金设计院有限公司，辽宁 鞍山 114051）

随着当今社会经济与科学技术的发展，钢铁材料在各行各业中的需求量也在不断提升，这就加大了钢铁企业的工作量。而在钢铁企业的生产过程中，良好的余热余能回收不仅可以起到有效的节能作用，同时也可以进一步降低钢铁企业的生产成本，提升其经济效益。因此，在具体的钢铁生产过程中，钢铁企业一定要根据实际情况，采取合理的技术措施来确保余热余能的回收利用效果。

1 钢铁企业余热余能回收中的影响因素分析

其一，资金不足。通过相关研究与分析发现，目前很多钢铁企业的余热余能回收利用项目都已经被列入到了发展规划中，但是由于资金不足，这些项目并未得到及时的开展，尤其是在近几年来，由于很多钢铁企业在资金方面存在明显不足，所以对于一些节能型的项目，都并未及时进行建设[1]。其二，区域供应条件不佳。因为余热和余能传输中会伴有一定程度的损耗，所以通常情况下，余热余能最好应就地回收利用。但是如果不能就地利用，就需要对运输中的损耗和成本加以考虑，运输的距离越大，余热余能损耗越多，回收利用价值也就越小。在这样的情况下，很多钢铁企业都因为区域供应需求变化而无法运行已经建成的余热余能回收利用项目。其三，余热蒸汽得不到有效利用。在很多钢铁企业的生产中，余热锅炉都存在蒸汽回收转化率低以及高质低用等的问题。比如，在干熄焦炉燃烧过程中，中温中压蒸汽通常会在减压到0.45MPa之后才能够得以利用，在这一过程中，大量的余热余能都会散失。

2 我国钢铁企业余热余能回收现状分析

随着我国工业节能理念的不断深入，在钢铁企业运营中，余热余能的科学回收已经成为了一个重要方向，它不仅对钢铁企业自身的能耗降低与经济成本节约具有重大意义，同时也直接关系到我国的能源与环境可持续发展。为了让我国钢铁企业的高效化、优质化、低耗化、长寿化以及环保化的冶炼方针得以贯彻落实，钢铁企业开始在确保正常生产的条件下，将资源与能源的节约作为中心，对新的生产模式进行组织设计。自上世纪八十年代开始，我国便开始将国外的各种先进技术引入到钢铁企业中，并对钢铁企业的生产模式加以科学改革。在这40年来，我国每吨钢铁生产能量消耗可降低600 kg左右，节能率可达到生产模式改革之前的50%左右。

而降低的这一部分能耗主要通过余热余能回收来实现，并达到了按质回收、梯级利用以及热尽其用的效果。具体回收中，首先将没有经过转换或者是经少量转换的余热优先应用到钢铁生产工艺流程中，产品显热则会直接向下一道工序传输。比如，在通过高温铁水供转炉进行炼钢的过程中，热钢坯会被送进加热炉中，通过烟气显热来进行煤气、干燥物料以及助燃空气等的预热，其余热将会被焦炉入煤调湿装置以及高炉鼓风脱湿装置等利用。转换之后的余能会再一次被用作热能、动能以及热电联合等方面。比如高压蒸汽驱动形式的高炉鼓风机、烧结余热蒸汽驱动形式的烧结抽风机、高炉炉顶余压发电机、干熄焦余热发电机等的这些装置，都可以对钢铁生产中的余能加以合理利用，使其达到良好的回收再利用效果。

3 钢铁厂余热余能回收利用关键技术分析

3.1 余热余能回收与利用技术

就目前来看，我国在余热余能方面的主流回收技术有高炉冲渣水余热回收利用技术、吸收形式的热泵技术、负压形式的蒸氨技术、热管换热技术、循环氨水和初冷器循环水余热夏季制冷技术、焦炉煤气上升管余热回收利用技术等[2]。通过这些关键技术的应用，可以让钢铁企业中的烧结烟道烟气余热余能、高炉冲渣水余热余能以及焦炉荒煤气余热余能进行有效的回收和再利用，以此来降低工艺蒸汽以及采暖消耗，实现工艺运行费用的显著降低；同时也可以实现副产物价值的有效提升，具有非常显著的综合效益。

3.2 余热锅炉蒸汽过热后的发电技术

该技术主要应用原理是借助于高温烟气来进行水的加热处理，以此来实现低压余热锅炉蒸汽的形成，并通过蒸汽膨胀来对汽轮机做功，这样便可带动汽轮机进行发电。在此类系统结构中，主要的组成部分有发电机、余热锅炉、冷凝器以及汽轮机等。将余热锅炉加以科学应用，其中的蒸发器、过热器以及省煤器等的这些构件将会让烟气在锅炉的上面进入，在烟气经过了几个构件之后，低压蒸汽便由此产生，而在汽轮机的做功下便可发电。

3.3 其他余热回收利用技术

就目前来看，在一些大型钢铁企业中，焦化区域中的上升管烟气余热回收利用技术、烧结区域中的热管换热技术、初凝器循环水中的余热回收技术以及炼铁区域内的吸收式热泵技术等都得到了越来越广泛的应用和推广，且应用效果也十分显著。具体应用中，对来自于余热锅炉中的蒸汽过热之后的发电技术，可在薄板区域内进行应用；而对于负压蒸氨技术，则可以在焦化区域内进行应用。

4 某钢铁企业的余热余能回收利用措施分析

4.1 区域性余热余能回收利用技术的优化

在该钢铁企业的余热余能回收利用中，通过各个生产区域中工艺余热质量和用户实际用热需求的综合考虑，最终提出了区域性的余热余能回收利用技术优化措施。对于品质较高的余热，可借助于余热锅来实现饱和蒸汽的产生，并使其在发电中得以良好应用；对于品质较低的余热，可将其回收起来，用于加热高温热水，然后使其在市政采暖、轧钢区域以及焦化区域中得以良好应用。

4.2 区域性余热锅炉蒸汽回收利用措施

首先是焦化区域中的热力系统余热余能回收利用措施，为了让焦化区域中的热力系统余热余能得到良好的回收利用，该钢铁厂进行了焦化上升管烟气余热余能回收项目的建设，并对原有的25 MW抽凝汽轮发电机进行了优化，使其抽气功能得以有效实现，在采暖季里，可将150 t/h的蒸汽用来进行发电，在非采暖季里，可将180 t/h的蒸汽全部用来进行发电。同时，该钢铁企业也对焦化区域中的余热余能资源装置进行了合理改进，让蒸汽达到了自平衡效果。在焦化区域的内部，初冷循环水以及煤气上升管中回收到的余热余能可直接消化，并逐渐达到外部中压蒸汽的焦化停送条件，让蒸汽达到良好的自平衡效果。

其次是对烧结区域内的热力系统蒸汽余热余能加以科学利用，在该钢铁企业中，烧结机内的高温烟气余热所产生的蒸汽量在78 t/h左右。在进行区域性的余热锅炉蒸汽回收利用中，这一部分的蒸汽主要被用到发电或者是烧结工序中。

最后是轧钢以及炼钢区域内的热力系统蒸汽回收利用，在对工艺用汽、生活用汽以及炼钢用汽进行回收利用之后，对于非采暖季节，工艺用汽以及生活用汽量将会明显降低，此时的蒸汽就会出现富余现象。为了让富余蒸汽中的余热余能得到良好的回收与再利用，该企业建设了一个凝汽形式的汽轮机发电机组，其规模是6 MW，主要的配套设施包括冷却循环水系统以及凝汽器，通过这样的方式，便可让冷凝水实现全部的回收与再利用，让转炉生产过程中的软化水补水需求量得以显著降低。同时，该钢铁企业也进行了薄板区域凝汽形式汽轮机发电机组的建立，其规模是4 MW，其主要作用是在非采暖季节里进行发电[3]。对于转炉工艺中所形成的余热余能，可通过外管网中蒸汽同步停用的方式来实现就地的回收与再利用。

4.3 对区域内的供热结构进行合理优化

在该钢铁厂实际生产过程中，为实现余热余能利用效率进一步提升，特对每一个生产区域中的工艺用热进行了优化，使其达到一个良好的平衡效果。通过这样的方式，也可以将该区域内的蒸汽外部供应情况得以有效减少，并进一步降低外部管网中的蒸汽供给量，让蒸汽在运输过程中的损耗得以显著降低。在此过程中，该钢铁企业也对老系统以及新系统中的供热结构做出了合理调整，让蒸汽远距离传输和低效率利用等的问题得以有效解决，实现了蒸汽余热余能的良好回收与再利用。

4.4 洗浴和采暖系统中的余热回收利用措施

在进行钢铁生产过程中的余热余能回收利用中，为使其在洗浴以及采暖系统中得到合理利用，该钢铁企业对轧钢、高炉、焦炉和各个区域中的共辅系统净环水进行了低质余热的充分回收，对蒸汽热源进行置换，以此来实现供暖能力的进一步提升，让厂区和市区内的冬季供暖需求得以有效满足。通过调查与分析发现，其冬季供暖中的热量可以达到400 MW。同时，洗浴对于热量的需求量也非常大。基于此，考虑到洗浴系统中大量的蒸汽消耗问题，该钢铁企业便对洗浴池中的蒸汽系统进行了合理优化，将蒸汽用量小的用户消减掉，通过用户数量减少的方式对洗浴系统区域进行科学整合，对于管网比较偏远的位置，单独用户的供热从传统的蒸汽供热转变成了目前的热力车供热以及电锅炉供热等的形式。通过这样的方式，便可让热能在运输的过程中实现损耗的进一步降低，让各个区域内的热力供应都能够达到平衡。

4.5 燃气和蒸汽高效能发电中余热余能的回收利用措施

在对钢铁生产余热余能进行回收利用的过程中，借助于用能结构的合理优化与用能方案的科学调整，便可使其余热余能实现利用率得到显著提升。具体回收利用中，该钢铁企业将高炉鼓风形式从传统的启动模式转变为现在的电动模式，以此来实现蒸汽用量的有效消减，让煤气锅炉以及煤粉锅炉彻底淘汰，并将置换获得到的燃气在高效能发电中加以合理利用。为达到这一目标，该钢铁企业特进行了两台CCPP机组的建设，其规模是165 MW，在将这两台PPCC机组应用到实际生产中以后，其电力功能能力达到了1.9*109kW·h/a。在冬季里，余热锅炉能够提供出的中压蒸汽可达150 t/h，其压力是3.82 MPa，温度是450 ℃；在夏季里，余热锅炉能够提供出的低压蒸汽可达60 t/h，其压力是0.3 MPa，温度是175 ℃，可以为公司中的每一道工序进行热能供应。

5 某钢铁企业的余热余能回收利用成果分析

在该钢铁企业通过以上措施进行钢铁生产中余热余能的回收利用之后，其主要的成果包括以下三个方面：第一，实现了钢铁生产过程中余热以及余能的就近回收与利用，让区域之内的供热需求得以良好满足，并有效确保了供热的均匀性。第二，对于钢铁生产中的余热余能，将充分回收并利用到了采暖系统中，用来进行采暖蒸汽的置换，同时也使其在发电等方面得到了合理应用。第三，将小的蒸汽用户消减掉，对整个区域内的洗浴用户数量进行了全面整合，实现了蒸汽管网的科学布设。尤其是在将偏远管网端的蒸汽供热转变成电锅炉和热电力车供热之后，更是实现了热能运输中损耗情况的显著降低。由此可见，在该钢铁企业的余热余能回收利用改造优化之后，其回收和利用效果都得到了显著提升。

6 结语

综上所述，在钢铁企业的生产过程中，余热余能如果得不到有效利用，不仅会造成很大程度的能量损失，同时也会加大钢铁企业的生产运营成本。基于此，钢铁企业应明确余热余能回收利用中的主要影响因素，充分掌握其回收利用方面的关键技术，并结合自身的实际情况，采取合理的措施来进行余热余能回收利用，比如区域性余热余能回收利用技术的优化、区域性余热锅炉蒸汽回收利用、区域内供热结构的合理优化、洗浴和采暖系统中的余热回收利用以及燃气和蒸汽高效能发电中余热余能的回收利用等。通过这样的方式，才可以让钢铁生产过程中的余热余能得到合理的回收与再利用，在确保钢铁企业节能效果的同时实现其经济效益的提升，以此来促进钢铁企业的良好发展。