張洪濤，李連歡，馮 曼

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

鋼鐵行業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，也是高能耗的資源密集型產(chǎn)業(yè)[1]。面對全球經(jīng)濟增長放緩、環(huán)保政策收緊、資源供需矛盾等問題，鋼鐵企業(yè)為提升核心競爭力，大力推廣降本增效、節(jié)能降耗項目，以追求企業(yè)經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益最大化。鋼鐵企業(yè)普遍擁有豐富的余能和余熱資源，這些資源的回收可用于企業(yè)及周邊居民的冬季供暖、飽和蒸汽發(fā)電、燃氣鍋爐發(fā)電等，這些節(jié)能降耗、降本增效的重要手段，已逐步應用到各大鋼鐵企業(yè)中。

天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司（聯(lián)合特鋼公司）目前有多個余熱、余能回收利用設施，但在余熱、余能回收利用過程中存在一些問題，致使余熱、余能資源不能充分回收利用，能源利用效率不高。本文分析了聯(lián)合特鋼公司能源利用效率不高的原因，提出了提高余熱、余能資源回收利用效率的改進措施，助力于公司降本增效、節(jié)能降耗的目標實現(xiàn)。

1 余能、余熱回收利用項目現(xiàn)狀

1.1 沖渣水余熱回收用于冬季供暖

聯(lián)合特鋼公司在2017 年實施了高爐沖渣水余熱回收項目。將通過換熱回收的熱水用于公司內(nèi)部供暖，同時將富裕的回收熱水送入外網(wǎng)，經(jīng)供暖換熱站進行換熱后為周邊居民和企業(yè)供暖。通過公司對外供暖，改變了周邊居民和企業(yè)原有燃煤取暖的方式，減少二氧化碳、二氧化硫等污染物的排放，冬季重污染天氣天數(shù)明顯減少，環(huán)境得以改善。同時余熱能源的合理回收利用，有效改善廣大居民的供暖效果，體現(xiàn)了聯(lián)合特鋼公司對社會的責任與擔當。

1.2 燒結(jié)余熱回收發(fā)電

聯(lián)合特鋼公司將燒結(jié)環(huán)冷機高溫煙氣通過風機輸送至燒結(jié)余熱鍋爐，余熱鍋爐采用雙壓立式無補燃自然循環(huán)鍋爐。鍋爐產(chǎn)生的中溫中壓蒸汽和中溫次中壓蒸汽通過各自熱力管網(wǎng)送入補汽凝汽式汽輪機，推動汽輪機運轉(zhuǎn)，從而帶動發(fā)電機組進行發(fā)電[2]。鍋爐產(chǎn)生的中溫中壓蒸汽作為補汽凝汽式汽輪機的主汽源驅(qū)動汽輪機，中溫次中壓蒸汽作為輔助汽源送入汽輪機補汽口驅(qū)動汽輪機。在汽輪機內(nèi)作完功的蒸汽被凝汽器冷卻成凝結(jié)水，凝結(jié)水經(jīng)水泵送到低溫加熱器，加熱后再送到除氧器除氧，后經(jīng)給水泵送到燒結(jié)余熱鍋爐繼續(xù)進行熱力循環(huán)。燒結(jié)余熱發(fā)電機組年發(fā)電量約10 080 萬kWh，外供電量約7 812 萬kWh，所產(chǎn)生的電能全部用于廠區(qū)內(nèi)用電設備。

1.3 飽和蒸汽回收發(fā)電

聯(lián)合特鋼公司飽和蒸汽發(fā)電項目是將轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的大量飽和蒸汽回收，回收的0.9 MPa 飽和蒸汽用于驅(qū)動汽輪機組運轉(zhuǎn)達到3 000轉(zhuǎn)/分，帶動發(fā)電機組進行發(fā)電[3]，電能全部用于廠區(qū)內(nèi)用電設備。飽和蒸汽發(fā)電技術屬于低品質(zhì)余熱發(fā)電，既回收了大量低品質(zhì)蒸汽，避免了能源浪費，同時節(jié)省了用電成本。

1.4 高轉(zhuǎn)爐煤氣回收發(fā)電

高爐、轉(zhuǎn)爐煤氣是冶金工藝的副產(chǎn)品，其熱值、流量不穩(wěn)定，通過煤氣柜將其收容均勻后，可作為燃料持續(xù)供應燃氣鍋爐生產(chǎn)蒸汽，實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換利用。鍋爐通過燃燒煤氣產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動汽輪機發(fā)電。煤氣發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能用于公司內(nèi)部用電設備，節(jié)省了公司外購電費，減少了煤氣放散，避免了能源的浪費，保護了大氣環(huán)境。

2 余能、余熱回收利用中存在的問題

2.1 檢修不同步造成浪費能源

鋼鐵企業(yè)需定期對部分主體工藝設備進行檢修維護，在主體設備檢修期間輔助設備也隨之進行定修，但因檢修程度不同，往往會出現(xiàn)檢修不同步現(xiàn)象，例如燒結(jié)機環(huán)冷余熱鍋爐檢修時間短，下道工序余熱發(fā)電機組檢修時間較長。但是不能因為輔助設備未完成檢修而耽誤主體設備開機投產(chǎn)，因此會造成大量高品質(zhì)蒸汽放散，浪費能源，降低了發(fā)電量，增加了生產(chǎn)成本。

2.2 冬季蒸汽供需矛盾突出

（1）冬季蒸汽產(chǎn)量下降。按照生態(tài)環(huán)境部《攻堅行動方案》要求，聯(lián)合特鋼公司列入天津市冬季錯峰生產(chǎn)企業(yè)，冬季錯峰生產(chǎn)期間煉鋼產(chǎn)能相比滿負荷生產(chǎn)時期減少約25%，導致可各生產(chǎn)系統(tǒng)回收蒸汽產(chǎn)量隨之下降。

（2）冬季生活供暖消耗蒸汽增大。每年供暖季，聯(lián)合特鋼肩負起為廣大居民供暖的重任，為確保供暖工作正常進行，需大量蒸汽送到供暖換熱站進行換熱，保障廣大居民冬季采暖，因此冬季蒸汽消耗顯著增大，這導致生產(chǎn)過程中富余蒸汽量明顯不足。

（3）冬季生產(chǎn)用蒸汽量增大。冬季的生產(chǎn)設施保溫和原料系統(tǒng)防凍等都需要大量蒸汽，這也進一步加劇了蒸汽產(chǎn)量無法滿足需求的情況。

終上所述，冬季因蒸汽供應不足，生產(chǎn)、生活需求量增大，導致用于低壓飽和蒸汽發(fā)電的蒸汽量減少。冬季整個余熱回收系統(tǒng)只有5～8 t/h 蒸汽可供發(fā)電，還需公司20 噸燃氣鍋爐向發(fā)電機組提供約17 t/h 蒸汽，總計供飽和蒸汽發(fā)電機組的蒸汽量只有22～25 t/h。而公司低壓飽和蒸汽發(fā)電為6 MW 機組，按上述蒸汽供應量，發(fā)電機組負荷僅為3～3.7 MW，達不到滿負荷運行狀態(tài)，發(fā)電設施利用效率明顯下降。

2.3 煤氣用戶多，供氣管網(wǎng)壓力不平衡

聯(lián)合特鋼公司消耗煤氣的設備較多，經(jīng)常出現(xiàn)煤氣供應不足的情況。因煤氣供、用設備分布范圍廣且不均衡，導致不同區(qū)域煤氣管網(wǎng)壓差較大。廠區(qū)內(nèi)循環(huán)經(jīng)濟區(qū)煤氣管網(wǎng)壓力偏高，而軋制區(qū)煤氣管網(wǎng)壓力較低，當軋制區(qū)煤氣管網(wǎng)壓力低、供應不足時，需要以降低發(fā)電負荷來確保軋制區(qū)4 條帶鋼生產(chǎn)線高產(chǎn)順行，導致煤氣發(fā)電量偏低。

3 余能、余熱回收利用的改進方法

3.1 增設減溫減壓器，緩解蒸汽供應不足

由于部分生產(chǎn)設備低溫低壓蒸汽供應不足，而燒結(jié)余熱鍋爐中溫中壓蒸汽在發(fā)電設備檢修或蒸汽富裕時經(jīng)常大量放散。因中溫中壓蒸汽與低壓飽和蒸汽溫度和壓力不同，兩種蒸汽無法直接通用，因此在燒結(jié)余熱鍋爐蒸汽管道增設減溫減壓器。通過減溫減壓器可將燒結(jié)余熱鍋爐中溫中壓蒸汽送到外部低壓蒸汽管網(wǎng)，緩解低壓蒸汽供應不足的矛盾。低溫低壓蒸汽的外送能力可以達到90 t/h。

燒結(jié)余熱鍋爐中溫中壓蒸汽經(jīng)減溫減壓后送入外網(wǎng)，可用于冬季生產(chǎn)設備的保溫、物料的加熱以及居民供暖。同時可以逐步減少煉鋼汽化冷卻系統(tǒng)送入外網(wǎng)蒸汽量，提高供低壓飽和蒸汽發(fā)電設備的蒸汽量。通過改造，采暖季低壓飽和蒸汽發(fā)電機組發(fā)電負荷可增加到6.3 MW，每小時增加發(fā)電量3 MW 左右，提高了冬季低壓飽和蒸汽發(fā)電機組的利用效率，提高了燒結(jié)余熱高爐蒸汽的利用率，降低了生產(chǎn)成本。

3.2 資源整合，統(tǒng)一平衡介質(zhì)供應

為解決能源介質(zhì)回收利用不充分，分布不平衡的問題，對全公司能源介質(zhì)進行整合，統(tǒng)一調(diào)配，保證設備高產(chǎn)順行，提高設備連續(xù)運行時間，減少低負荷運行以及停機時間。

3.2.1 合理利用沖渣水，節(jié)省蒸汽

2020 年聯(lián)合特鋼公司內(nèi)部供暖全部改用高爐沖渣水，取消蒸汽供暖設備，將蒸汽用于生產(chǎn)和發(fā)電，有效提高了蒸汽能源的綜合利用率，降低了各工序成本，提高了企業(yè)競爭力。

3.2.2 管路互通，協(xié)調(diào)軟水供應

燒結(jié)余熱鍋爐蒸汽減溫減壓設施是通過軟水降低蒸汽溫度和壓力，系統(tǒng)消耗軟水約25 噸t/h，燒結(jié)余熱鍋爐軟水站軟水產(chǎn)量無法滿足需求。為實現(xiàn)軟水供應平衡，將煉鋼廠汽化冷卻系統(tǒng)的軟水管道與燒結(jié)余熱鍋爐軟水管道互通，既可以彌補燒結(jié)余熱鍋爐減溫減壓設施日常軟水供應不足的缺陷，又能在檢修時作為彼此的軟水備用供給源，為設備的連續(xù)運行提供了有力保障。

3.2.3 蒸汽與軟水循環(huán)利用

飽和發(fā)電機組做完功后的蒸汽冷凝水，經(jīng)加藥處理后符合軟水標準，送回煉鋼軟水站?；厥盏能浰^續(xù)供應20 t 燃氣鍋爐及煉鋼汽化冷卻鍋爐生產(chǎn)蒸汽，實現(xiàn)了蒸汽冷凝水到蒸汽的循環(huán)利用，節(jié)省大量優(yōu)質(zhì)水資源。

在燒結(jié)余熱發(fā)電機組未運行期間，燒結(jié)余熱鍋爐外送蒸汽需要大量軟水補充。燒結(jié)送出的蒸汽發(fā)電后，其冷凝水可通過煉鋼汽化冷卻系統(tǒng)與燒結(jié)余熱鍋爐系統(tǒng)軟水互通管道送回燒結(jié)余熱鍋爐系統(tǒng)，整體介質(zhì)消耗處于平衡狀態(tài)，未增加額外的費用消耗。通過減溫減壓設施將燒結(jié)余熱鍋爐蒸汽外送，既做到回收余熱，又做到增加低壓飽和蒸汽發(fā)電機組的發(fā)電量。因此，統(tǒng)籌能源利用平衡，挖掘設備潛能，提高設備利用率勢在必行。

3.3 合理分配能源，平衡煤氣管網(wǎng)壓差

3.3.1 合理分配能源，提高高效機組發(fā)電效率

比較現(xiàn)有煤氣發(fā)電機組的裝機參數(shù)。2 5MW 煤氣發(fā)電屬于高溫高壓燃氣鍋爐發(fā)電機組，65 MW 煤氣發(fā)電機組屬于高溫超高壓燃氣鍋爐發(fā)電機組。因65 MW 煤氣發(fā)電機組配有煤氣加熱器等熱能回收設備，熱能利用率高，所以發(fā)電煤氣單耗更低。因此在平衡煤氣時，應優(yōu)先滿足65 MW 煤氣發(fā)電機組高負荷運行需求，煤氣不足時可減少低效率發(fā)電機組負荷，提高煤氣利用率，增加整體發(fā)電量。

3.3.2 提高混配煤氣熱值，彌補煤氣量不足

25 MW 發(fā)電區(qū)域與65 MW 發(fā)電區(qū)域煤氣管網(wǎng)壓差較大，導致65 MW 發(fā)電區(qū)域煤氣壓力偏低。當65 MW 發(fā)電供氣不足限制發(fā)電負荷時，通過調(diào)整現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐煤氣輸送管道的閥門，提高轉(zhuǎn)爐煤氣混配比例，彌補煤氣量不足對65 MW 發(fā)電產(chǎn)能造成的不利影響，增加發(fā)電量。

3.3.3 優(yōu)化煤氣輸送管道

針對25 MW 發(fā)電區(qū)域與65 MW 發(fā)電區(qū)域煤氣壓差大的問題，統(tǒng)籌公司煤氣主管網(wǎng)布局，查找煤氣輸送阻礙部位，利用在不停氣狀態(tài)下的管網(wǎng)貫通技術，使整體煤氣外管網(wǎng)煤氣處于壓力平衡狀態(tài)。通過公司煤對氣主管道的重新調(diào)整，解決了煤氣輸送壓差大的問題，提高了高效機組發(fā)電效率，增加了發(fā)電量。

5 結(jié)語

聯(lián)合特鋼公司擁有豐富的余能和熱源資源，同時建有完善的余能、余熱回收利用設施，但由于檢修不同步、冬季蒸汽供需矛盾突出、煤氣管網(wǎng)壓差大等原因，現(xiàn)有余能、余熱回收利用系統(tǒng)沒有發(fā)揮出應有的效率，能源介質(zhì)回收利用空間還很大。

聯(lián)合特鋼公司通過資源整合，統(tǒng)一平衡，合理回收余能、余熱及技術改造等措施，解決了優(yōu)質(zhì)蒸汽放散、煤氣管網(wǎng)壓力不平衡、蒸汽與軟水循環(huán)利用等問題，將分布于廠區(qū)各處的能源聚沙成塔、提高了余能、余熱能源介質(zhì)的回收利用率，實現(xiàn)了降本增效、節(jié)能降耗的目標。