钢铁企业余能资源的利用

维普资讯 http://www.cqvip.com ２１卷５期２００２．９　冶　金　能　源　３９　钢铁企业余能资源的利用　康丹凤　王占中　王　克　（本钢技术中心）　摘要介绍了钢铁工业余能（余热）资源的种类及其回收原则和利用途径。并结合本钢的现　状，进一步阐述合理采用新技术、新设备、新工艺来充分利用这部分资源，将给钢铁企业带来　巨大的经济效益。　关键词余能余热利用途径节能　ＵＴＩＬＩＺＡＴＩｏＮ　ｏＦ　ＷＡＳＴＥ　ＥＮＥＲＧＹ　ＩＮ　ＩＲｏＮ＆ＳＴＥＥＬ　ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥＳ　Ｋａｎｇ　Ｄａｎｆｅｎｇ　Ｗａｎｇ　Ｚｈａｎｚｈｏｎｇ　Ｗａｎｇ　Ｋｅ　（Ｔｈｅ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｂｅｎｘｉ　Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｓｏｒｌｋｓ　ｏｆ　ｗａｓｔｅ　ｅｎｅｒｇｙ（ｗａＳｔｅ　ｈｅａｔ）ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｉｎ　ｉｒｏｎ＆ｓｔｅｅｌ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓ—　ｅＳ　ａｎｄ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｗａｙｓ．Ａｎｄ　ｂｙ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　Ｂｅｎｇａｎｇ’ｓ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｆｕｒｔｈｅｒｌｙ　ｄｉｓ—　ｃｕｓｓｅｓ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｆｕｌｌｙ　ｕｓａ　ｔｈｅｓｅ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｗｉｔｈ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　ｎｅｗ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｎｅｗ　ｐｒｏｃｅｓｓ，　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｇｅｔ　ｅｎｏｒｍｏｕｓ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ　ｔｏ　ｉｒｏｎ＆ｓｔｅｅｌ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｗａｓｔｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｗａｓｔｅ　ｈｅａｔ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｗａｙ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　１前言　左右，导致能源费用占总生产成本的２４％以　上。而日本钢铁联合企业的能耗费用仅占生产　加入ＷＴＯ，意味着我国钢铁工业被推向　了世界经济大舞台，面临世界各国钢铁工业的　严峻挑战，降低能耗从而降低生产成本是我国　钢铁企业的一项重要任务。我国钢铁工业的能　耗指标与国际先进水平相比有较大差距，欧洲　成本的１４％～１６％。因此，有效地利用余能　资源，是我国大中型钢铁企业实施低成本战略　的重要手段。　２余能的种类、回收顺序及利用原则　钢铁联合企业的吨钢可比能耗大体在　７３０ｋｇｃｅ／ｔ左右，日本总体水平最高，低于　６９０ｋｇｃｅ／ｔ。而我国２０００年大中型钢铁企业的　吨钢可比能耗平均为７８１ｋｇｃｅ／ｔ，可见我们的　２．１余能的种类　钢铁企业的余能资源一般包括余热、余压　以及回收的副产能源。就形态来说，分为固　体、液体和气体三种。按温度水平又可分为高　温（高于５００℃）、中温（１５０～５００℃）和低　温（１５０Ｅ以下）三种。主要包括：　节能潜力是非常大的。钢铁企业由于生产工艺　大部分是在高温下进行的，所以“余能”或　“余热”资源相当丰富。如本钢可利用的余能　资源总计达７０万ｔｃｅ，回收利用率只达到３０％　收稿日期：２００２—０６—１０　康丹凤（１９７０～　），工程师；１１７０００辽宁省本溪市。　（１）高温烟气余热：通常温度较高而且数　量多，占工业余热资源的５０％左右。如转炉　烟气温度可高达１６００～１９００℃，加热炉烟气　温度也有１２００℃左右。　（２）冷却介质的余热：一般温度较低，带　维普资讯 http://www.cqvip.com ４０　冶　金　能　源　２ｌ卷５期２００２．９　图１　余热回收优先顺序　走的热量很大，但火用值很小，回收利用较难。　置的能耗，节约高质量能源的效果，它比回收　（３）高温产品和炉渣的余热：它们的温度　范围很广，从几百至上千度，而且多数为间歇　式排出．给回收也带来一定困难。　后供其它用途（如产生蒸汽）节能效果要大。　第三步研究具体的回收方案。　按照世界能源大会节能委员会的要求：　“节能的中心思想是：采取技术上可行、经济　上合理以及环境和社会可接受的措施……”，　（４）高炉炉顶余压：由于高炉煤气量很　大，因此余压具有的作功能力是相当可观的。　（５）副产能源：如转炉煤气、焦油、高炉　煤气、焦炉煤气等都是在生产过程中排出的副　产能源，发热量在３２００～３９０００ｋＪ／ｍ　（ｋｇ）　之间。　回收利用总的原则要根据余能资源的数量和品　位以及用户的需求，尽量做到能级匹配，在符　合技术经济原则的条件下，选择适宜的设备和　系统，使余能得到最佳利用，发挥最大效果。　３余能利用途径和回收系统　３．１余能利用途径　２．２余能的回收顺序　对余能资源丰富的钢铁企业来说，慎重考　虑回收方案的顺序是非常必要的。回收的难易　程度及其回收价值的大小，与携带能量的大小　及温度水平有关，同时还要考虑其物质形态。　根据温度水平的不同，余能利用的途径主　要有三个方面：直接利用、动力回收和供热泵　用。　应该根据先易后难、效益大优先的顺序来制定　回收方案，其余热资源的回收顺序如图１。　２．３余能的利用原则　有效地利用余能资源可以节约能源，但不　能盲目地回收，因此在考虑回收方案之前，首　先要调查是否能提高装置本身的热效率。这样　不仅会减少余能（余热）数量，直接降低能源　消耗，而且比采用回收装置更为经济、有效。　第二步要考虑余能是否能返回装置本身（如预　热助燃空气或燃料等）。可以起到直接降低装　（１）直接利用　直接利用是最为经济、方便的。用途广　泛：可以作为燃料使用，或用来预热空气或煤　气、干燥物料、生产蒸汽或热水、余热制冷　等。　（２）动力回收　电能是一种使用方便的高级能。对高温余　热，采用余热发电系统更符合能级匹配的原　则。余热发电的方式有许多种，如：利用余热　锅炉首先产生蒸汽，再通过汽轮发电机组，按　维普资讯 http://www.cqvip.com ２ｌ卷５期２００２．９　冶　金　能　源　４１　凝汽循环或背压供热循环发电。对较低温度的　余热，在没有合适的热用户的情况下，将余热　转换成电能再加以利用，也是一种可以选择的　回收方案。如：采用低沸点工质（氟里昂等）　回收中低温余热，产生的氟里昂蒸气按朗肯循　环在透平中膨胀作功，带动发电机发电。另　外，利用高炉顶压发电或将富余的高炉煤气用　作发电锅炉的燃料也是比较好的回收措施。　（３）热泵系统　热泵是一种能使热量从低温物体转移到高　温物体的能量利用装置，也就是说它可以把不　能直接利用的大量的低温热能变为有用的热　能，从而提高热能利用率，节约大量燃料；同　时也是改善人类生活环境的非常有前途的措施　之一。如已试验研究成功的高性能余热利用技　术——毛细泵环（ＣＰＬ）、溴化锂吸收式制冷　的三效和多效机组等。　３．２余能回收系统　本钢的节能工作在“九五”期间取得了一　定的成绩，采取了许多管理和技术措施，但是　本钢吨钢可比能耗指标与宝钢比仍然高出　２２７ｋｇｃｅ。仅炼铁工序能耗，本钢就比宝钢高　出１００ｋｇｃｅ，万元产值能耗与宝钢比甚至高出　１４７．２３％。产生如此大的差距的原因不仅是我　们的工序多、设备落后，余能利用率低也是重　要原因之一。下面就本钢目前余能利用现状及　其发展进行浅析。　（１）设置预热器・　工业炉烟气余热利用工程是一个系统工　程，一直以来回收工业炉烟气余热最简单有效　的方法就是设置预热器。目前双预热技术的采　用使节能效果更加突出，有的空煤气双预热可　达１０００℃以上，空气预热温度最高达１２００℃，　煤气预热温度最高达１１００￣，煤气节约率为　５０％以上，产量平均提高１０％以上。高炉采　用荒煤气预热净煤气，是一项降低高炉焦比的　较好的节能措施，本钢将在“十五”期间投资　５００万元，再建一个５号高炉换热器，预计可　提高风温５０℃左右，降低焦比７～１０ｋｇ／ｔ，年　创经济效益４６９万元。　（２）汽化冷却　本钢热连轧厂４号加热炉采用汽化冷却代　替水冷却装置，它的特点是通过气体在炉底管　内进行循环，可以明显减弱或消除水冷黑印，　节省能源消耗，节水效果更为突出。一台　２５０ｔ／ｈ的步进梁式加热炉如果采用水冷每小　时需循环水量１０００～１２０Ｏｍ　；而汽化冷却只　需要１５～２０ｍ３／ｈ，同时也减少了水泵的电力　消耗。而且汽化冷却产生的蒸汽可以完全回收　用于加热炉雾化重油和采暖等，余热回收效果　显著，据估计每年收益可达１００万元以上。　（３）干熄焦余热回收装置（ＣＤＱ）　ＣＤＱ是用惰性气体作为冷却介质，将赤　热焦炭在密封的熄焦塔内进行冷却，回收的气　体温度可达８００℃，惰性气体除尘后再作为余　热锅炉的热源，用来生产蒸汽加以利用。干熄　焦技术是一项节能与环保相并的新技术，它不　但可以回收赤热焦炭的显热、降低能耗，同时　还能提高焦炭质量，改善炼焦生产的环境状　况、减少污染等。　目前，本钢还没有ＣＤＱ装置，赤热焦炭　的大量显热被自白地浪费掉。如果能在条件允　许的情况下，筹建干熄焦装置，回收焦炭冷却　时的余热，用来产生蒸汽使用，经济效益将极　为可观。　（４）高炉ＴＲＴ　在苏联和日本的大型高炉上，绝大多数均　安装余压回收装置ＴＲＴ。高炉ＴＲＴ也是国际　上公认的很有价值的二次能源回收装置。这种　发电方式既不消耗任何燃料，也不产生环境污　染，发电成本低，是高炉冶炼的重大节能项　目，经济效益十分显著。我国新建或扩建的大　型高炉也陆续开发ＴＲＴ技术，首钢、宝钢、　鞍钢、武钢等都取得较好的成效，攀钢也用实　践证明了高炉ＴＲＴ优越的运行效果，显示出　其应用的远大前景与巨大潜力。　维普资讯 http://www.cqvip.com ４２　冶　金　能　源　２１卷５期２００２．９　本钢到目前为止还没有高炉ＴＲＴ，如果　在条件允许的情况下，我们也筹建一台高炉余　压发电装置，这样不仅解决了用电紧张问题而　且可获得年创经济效益上千万元。　（５）煤气的回收利用　在钢铁生产过程中，消耗煤和焦炭的同　时，有大量的副产煤气产生。能否充分回收利　用这部分煤气直接关系到本企业的能耗水平和　余能利用情况。本钢的高炉煤气回收利用率　低，放散率达到１５％～１８％，宝钢、鞍钢等　儿家这方面比我们做得好。转炉煤气的回收利　用仍是一个薄弱环节，目前本钢转炉煤气回收　量可以达到８０ｍ０／ｔ左右，这与国际先进水平　（１１０ｍ３／ｔ）仍存在一定差距。　钢铁企业回收利用高炉煤气较普及的方法　是利用高炉煤气作燃料，用锅炉生产蒸汽供汽　轮机发电。这种方法既能充分利用剩余高炉煤　气发电，减少污染，保护环境，又能给企业带　来较大的经济效益。另外，在轧钢加热炉上烧　纯高炉煤气的加热技术可以节约价格昂贵的燃　料油，因而提高企业的经济效益。‘这种加热技　术是对高炉煤气和助燃空气实行双预热，空气　预热到６００℃以上，煤气预热到３５０℃以上，　确保高炉煤气的燃烧温度，同时也充分回收了　烟气余热，可将加热炉热效率提高至５０％～　６０％，单耗显著降低。　经过多年实践，我国对转炉煤气的回收利　用也取得了成功的经验，比如引进的ＬＴ转炉　煤气干式电除尘系统以及用ＯＧ法湿式除尘系　统等。　、　（６）连铸、热装、直接轧制　近几年的连铸、热装和直接轧制等新工艺　也正是直接回收利用了铸坯的物理热，节约了　大量能源。每吨钢坯可回收的显热为６７０ＭＪ，　相当于加热量的ｌ／４，也就是说如果充分利用　铸坯的物理热，可节约大量燃料，铸坯热装温　度越高，节能效果越好，见表１。　表１　热装温度与节能量的关系　若热装温度由３００℃提高到８００℃，可降　低加热炉单耗４２０～６３０ＭＪ／ｔ。日本目前的连　铸坯加热能耗（ＭＪ）如下：　冷装：１１３４～１６８０　热装：６３０～１０９２　直接热装（ＤＨＣＲ）：４２０～６３０　直送轧制（ＨＤＲ）：１６８－－２１０　本钢热轧厂一般热装温度为３００～７００℃，　而铸坯切割后，无间歇直接送人加热炉，温度　可大于７００℃。因此，应尽可能提高铸坯出坯　温度，趁高温直接热送到热轧加热炉内，最好　连铸坯的出坯辊道与轧钢厂加热炉运输辊道相　接，这样有利于实现铸坯热送热装。此外，在　板坯库设置保温坑或在传送辊道上安装保温　罩，节能效果都非常明显。　４结束语　我国能源利用率低，一次能源利用率为　３０％，仅为日本的１／２。随着科技的不断发　展，各种先进的余能、余热利用技术不断地被　开发出来。面临竞争日益激烈的钢铁工业，就　迫切要求我们充分合理地利用余能资源，最大　限度地降低能耗，力争在节约能源这一环节上　取得巨大的经济效益和社会效益。　罗文泉编辑