王維興

鋼鐵企業(yè)二次能源回收利用評(píng)述

王維興

文章指出了余熱余能的轉(zhuǎn)換、回收和利用的原則，分析了我國(guó)鋼鐵工業(yè)二次能源利用現(xiàn)狀，提出了各工序節(jié)能技術(shù)和回收二次能源的技術(shù)裝備及相關(guān)指標(biāo)。

鋼鐵工業(yè) 二次能源 回收利用

1.鋼鐵工業(yè)二次能源

鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中所使用的煤炭、石油類產(chǎn)品、天然氣等均屬于一次能源，電力是二次能源，一般是由煤炭、太陽(yáng)光、水力、風(fēng)力等能量轉(zhuǎn)換而來(lái)。鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中所用煤炭的能量，約有34%會(huì)轉(zhuǎn)換為副產(chǎn)煤氣（不包括發(fā)電所用的煤炭），包括高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣。二次能源，體現(xiàn)為產(chǎn)品的余熱、外排廢氣的顯熱、高爐爐頂煤氣的壓力能、冶煉設(shè)備冷卻水帶走的熱量以及爐體散熱等形式。因此，煤炭轉(zhuǎn)換為副產(chǎn)煤氣是鋼鐵生產(chǎn)能源轉(zhuǎn)換功能的體現(xiàn)。

當(dāng)前，鋼鐵行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整推動(dòng)了節(jié)能降耗向深層次發(fā)展，即由單體設(shè)備節(jié)能向工藝系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能轉(zhuǎn)變，由單一抓能耗量降低向抓能耗量降低和用能費(fèi)用降低相結(jié)合的方向轉(zhuǎn)移。企業(yè)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整中，更注重節(jié)能基建和技術(shù)改造，堅(jiān)持重大項(xiàng)目的技術(shù)和節(jié)能的高起點(diǎn)，注意上下工序的優(yōu)化配合和合理銜接，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能。

2.二次能源回收利用

二次能源回收利用的溫度限制為，固體大于500℃，液體大于300℃，氣體大于200℃。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，企業(yè)正不斷探索低溫余熱回收利用的途徑。如采用熱導(dǎo)油技術(shù)，應(yīng)用溴化鋰在較低溫度時(shí)不進(jìn)行蒸發(fā)膨脹做功等，用來(lái)回收鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的低溫余熱能量。

目前國(guó)內(nèi)外鋼鐵工業(yè)公認(rèn)可回收利用的二次能源量（不包括副產(chǎn)煤氣），約占鋼鐵企業(yè)總用能的15%左右。新日鐵已將15%中的92%加以回收利用，寶鋼為77%。但我國(guó)大多數(shù)鋼鐵企業(yè)二次能源量回收利用率在50%以下。

3.鋼鐵工業(yè)二次能源回收利用現(xiàn)狀

余熱余能轉(zhuǎn)換、回收和利用的原則是：就近回收、就近轉(zhuǎn)換、就近使用、梯級(jí)利用、高質(zhì)高用,實(shí)現(xiàn)“能質(zhì)全價(jià)開(kāi)發(fā)”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)用總能約70%可以轉(zhuǎn)換為二次能源，30%左右的能源沒(méi)有得到充分回收利用（見(jiàn)表1）。

我國(guó)鋼鐵企業(yè)二次能源回收利用的主要工藝技術(shù)設(shè)備有：焦化工序：焦炭干法熄焦（CDQ）、煉焦煤調(diào)濕技術(shù)、焦?fàn)t煤氣上升管余熱回收、煙道氣和初冷水余熱回收等；燒結(jié)工序：紅燒結(jié)礦顯熱回收、煙氣余熱回收、點(diǎn)火器后5-7個(gè)臺(tái)面燒結(jié)表面輻射熱回收等；球團(tuán)工藝：紅球團(tuán)礦顯熱回收、煙氣和冷卻水余熱回收等；煉鐵工序：高爐爐頂煤氣余壓發(fā)電（TRT）、熱風(fēng)爐廢氣余熱回收、沖渣水余熱回收、高爐煤氣脫除CO2循環(huán)利用技術(shù)等；轉(zhuǎn)爐工序：轉(zhuǎn)爐煤氣回收、轉(zhuǎn)爐蒸汽回收、爐渣顯熱回收等；電爐工序：廢氣余熱回收、冷卻水余熱回收、爐渣顯熱回收等；軋鋼工序：加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)、鋼坯熱送熱裝技術(shù)、冷卻水余熱回收等；動(dòng)力工序：空氣壓縮機(jī)余熱、鍋爐廢氣余熱回收、各類換熱器冷卻水余熱回收、外排蒸汽蒸餾水回收，水和氣體的壓力能回收等。

表1 鋼鐵工業(yè)二次能源回收利用率情況 %

3.1 焦?fàn)tCDQ設(shè)備

我國(guó)目前投產(chǎn)和在建的CDQ有198套，處理焦炭能力為2.5萬(wàn)噸/時(shí)，占我國(guó)焦炭產(chǎn)能的35.2%。重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)焦化廠的干熄焦率已達(dá)80%。CDQ設(shè)備采用高溫高壓鍋爐，可使CDQ噸焦發(fā)電量提高15%左右。但采用高溫高壓鍋爐的企業(yè)只占30%。

3.2 高爐TRT發(fā)電

我國(guó)現(xiàn)有TRT裝備的高爐約700座，其中597座為煤氣干法除塵，其他為濕法除塵，平均噸鐵發(fā)電量低于30千瓦時(shí)/噸鐵。爐頂煤氣壓力大于120千帕的高爐應(yīng)擁有TRT裝置，而不應(yīng)限1000立方米以上容積的高爐才配置。因?yàn)閴毫Υ笥?20千帕的TRT發(fā)電就可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 燒結(jié)廢氣余熱回收裝置

目前，我國(guó)生產(chǎn)和在建的燒結(jié)廢氣余熱回收裝置約200多套，占燒結(jié)機(jī)總數(shù)（重點(diǎn)企業(yè)）的20%。但大多數(shù)企業(yè)的裝置沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)水平，主要是燒結(jié)提供的廢氣溫度和氣量波動(dòng)大，不能滿足汽輪機(jī)的要求，致使汽輪機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定。高爐和燒結(jié)生產(chǎn)均需要穩(wěn)定、連續(xù)和高品質(zhì)的氣體，這是發(fā)揮燒結(jié)余熱回收裝置經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

3.4 副產(chǎn)煤氣的回收利用

今年上半年，重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)高爐煤氣利用率在98.54%，比去年同期提高0.28%；轉(zhuǎn)爐煤氣回收量為114m3/t，比去年同期提高1.00 m3/t。焦?fàn)t煤氣利用率為98.73%，比去年同期提高0.10%。

3.5 冶金爐窯廢氣余熱利用

熱風(fēng)爐廢氣量大，溫度一般在300℃。其廢氣可用于高爐噴吹煤的干燥、煉焦煤的脫濕以及北方精礦粉的解凍等。轉(zhuǎn)爐煤氣的溫度一般在1600℃左右，可以通過(guò)換熱設(shè)備，對(duì)其顯熱進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生中壓蒸汽。這部分蒸汽可以進(jìn)入企業(yè)蒸汽管網(wǎng)，用于鋼水精煉爐的真空脫氣、RH設(shè)備的動(dòng)力等。焦?fàn)t廢氣的溫度在1000℃以上，可用于煤干燥脫濕。軋鋼加熱爐的廢氣溫度偏低，特別是蓄熱式加熱爐的廢氣溫度更低，難以利用。

4.二次能源回收利用的潛力分析

總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)鋼鐵企業(yè)有30%左右的二次能源沒(méi)有得到回收利用，潛力較大。

4.1 焦化工序

目前，焦?fàn)t煤氣上升管的溫度在1200℃以上，其顯熱占煉焦能耗的36%，僅次于干熄焦所回收的能量。武鋼已對(duì)這部分顯熱進(jìn)行回收利用，仍在不斷改進(jìn)。鞍山焦耐院等單位已開(kāi)發(fā)研究成功，已在一些企業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化實(shí)驗(yàn)。

煤調(diào)濕（水分從11%降到6%），可降低煉焦工序能耗10.6千克標(biāo)煤/噸，提高焦?fàn)t生產(chǎn)能力4%-11%，改善焦炭質(zhì)量，擴(kuò)大煉焦用煤資源等。煤料水分穩(wěn)定在一定水平，使煤料堆密度和干餾速度穩(wěn)定，有益于改善焦?fàn)t操作和延長(zhǎng)焦?fàn)t壽命。目前，攀鋼、寶鋼、太鋼、云南曲靖焦化廠等少數(shù)企業(yè)有煤脫濕裝置，應(yīng)大力推廣普及。

焦?fàn)t煙道余熱產(chǎn)生蒸汽的回收，目前大多數(shù)焦化廠是將其從煙囪中排放，余熱被白白浪費(fèi)。近期我國(guó)已研發(fā)用熱管鍋爐回收焦?fàn)t煙道廢氣余熱、生產(chǎn)蒸汽的技術(shù)，并應(yīng)用于國(guó)內(nèi)焦化廠，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

以焦?fàn)t煙道氣為熱源的負(fù)壓蒸氨，是將焦?fàn)t煙道廢氣余熱通過(guò)熱管換熱器提供熱源，在負(fù)壓條件下蒸氨，充分利用了焦?fàn)t煙道氣廢熱，節(jié)能效果好，環(huán)保效果好，經(jīng)濟(jì)環(huán)保社會(huì)效益顯著。

4.2 燒結(jié)工序

燒結(jié)工序中固體燃耗約占80%，電力約占13%，點(diǎn)火燃耗約占6.5%，其他約為0.5%。由此可見(jiàn)，降低固體燃耗是燒結(jié)節(jié)能工作的重點(diǎn)。目前我國(guó)已實(shí)現(xiàn)冷燒結(jié)礦的生產(chǎn)，熱燒結(jié)礦余熱回收利用得到普及，但小燒結(jié)機(jī)的余熱回收裝置還不多。東北大學(xué)熱能工程系仿照CDQ的罐式熱燒結(jié)礦顯熱回收裝置生產(chǎn)的設(shè)備，余熱回收率可達(dá)84%，高于傳統(tǒng)的50%，噸燒結(jié)礦發(fā)電量可達(dá)24kwh-28kwh。

4.3 煉鐵工序

煉鐵工序節(jié)能的重點(diǎn)是降低燃料比。上半年中鋼協(xié)會(huì)員單位燃料比為541.63kg/t，比去年同期高2.64kg/t。寶鋼燃料比低于500kg/t，部分高爐達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。但大多數(shù)高爐燃料比偏高,最高的企業(yè)達(dá)635.95kg/t。

燃料比高的主要因素有：入爐礦含鐵品位低，熱風(fēng)溫度偏低，高爐生產(chǎn)不穩(wěn)定（主要是原燃料質(zhì)量和供應(yīng)量不穩(wěn)定），焦炭灰分高等。我國(guó)煉鐵指標(biāo)中與國(guó)際先進(jìn)水平差距最大的就是熱風(fēng)溫度偏低。熱風(fēng)溫度提高100℃，可降焦比10kg/t-15kg/t。

4.4 .轉(zhuǎn)爐工序

據(jù)統(tǒng)計(jì)，上半年重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐煤氣回收為114m3/t，蒸汽回收低于50kg/t。而先進(jìn)水平的轉(zhuǎn)爐煤氣回收大于120m3/t，蒸汽大于80kg/t，可見(jiàn)其中的差距。。

4.5 電爐工序

上半年重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)電爐用熱鐵水比達(dá)507.85kg/t，比例較高。由于電爐企業(yè)要建高爐、燒結(jié)，如使用焦炭煉鐵，短流程的電爐企業(yè)又回到長(zhǎng)流程的生產(chǎn)工藝，這不符合鋼鐵聯(lián)合企業(yè)技術(shù)發(fā)展的方向。

4.6 副產(chǎn)煤氣的綜合利用

高質(zhì)、高效利用煤氣是關(guān)鍵。如焦?fàn)t煤氣最好專用于提取氫氣，以生產(chǎn)直接還原鐵或噴入高爐（代替焦炭），或生產(chǎn)甲醇、天然氣。由于煤氣發(fā)電的能源轉(zhuǎn)化率只有30%-45%，所以最好把煤氣供給大機(jī)組的發(fā)電廠，使熱電效率和能源利用得到提高，實(shí)現(xiàn)鋼廠和發(fā)電廠的雙贏。

(作者單位：中國(guó)金屬學(xué)會(huì))