劉春燕

（萊鋼能源環(huán)保部，山東萊蕪 271104）

引言

鋼鐵企業(yè)主生產(chǎn)過程及配套設(shè)施運(yùn)行過程產(chǎn)生大量余熱，充分、合理、有效回收利用余熱，供周邊民生采暖是企業(yè)節(jié)能、減碳的重要抓手，是建設(shè)城市鋼廠，實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

1 萊鋼供生活采暖情況

萊鋼位于魯中山區(qū)——濟(jì)南市鋼城區(qū)，企業(yè)與城區(qū)相互融合，萊鋼作為國有大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，多年來一直將保民生供暖作為一項(xiàng)重要政治任務(wù)。在國家全面取締燃煤鍋爐供暖情況下，利用萊鋼余熱采暖已成為本區(qū)域民生主要取暖熱源。目前供周邊生活采暖主要分東線、中線、西線和北線4大區(qū)域，2020～2021 年采暖面積約530 萬m2,2～3 年內(nèi)將達(dá)600萬m2以上。各區(qū)域生活采暖面積見圖1。

1.1 東線采暖

（1）現(xiàn)狀

主要指萊鋼生產(chǎn)區(qū)東部，目前供暖熱源為老區(qū)2×25 MW 發(fā)電機(jī)低溫循環(huán)水，目前采暖面積約210萬m2，當(dāng)前供需基本平衡。

（2）主要變化及存在問題

采暖面積：2021～2022 年冬季將增加至約230 萬m2，分為2 個(gè) 路線，面積 分別 為102 萬m2和128萬m2。

熱源變化：2021年冬季開始將改為3 800 m3高爐沖渣水余熱和480 m2燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)低溫循環(huán)水供應(yīng)。

主要問題：隨著新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換進(jìn)程，1#3 800 m3高爐可在2021 年采暖前投運(yùn)，但2#3 800 m3高爐尚未建成，同時(shí)2×480 m2燒結(jié)機(jī)近2 年負(fù)荷約70%，即2021～2022 年采暖季，單靠1#3 800 m3高爐沖渣水和480 m2燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)低溫循環(huán)水供應(yīng)，可供暖面積約186萬m2，少于230萬m2的采暖需求。

1.2 中線采暖

熱源主要為焦化廠煤氣初冷器循環(huán)熱水，可供暖面積約90萬m2,采暖面積約100萬m2，熱量稍有不足。需要考慮開發(fā)余熱資源保供。

1.3 西線采暖

（1）現(xiàn)狀

目前供暖熱源主要為黃前區(qū)域1×25 MW 干熄焦蒸汽發(fā)電機(jī)低溫循環(huán)水，可供暖面積約100萬m2，西線2020 年冬季采暖面積增至約130～150 萬m2，因采暖熱源不足，2020 年11 月～2021 年3 月采暖季，靠犧牲大量過熱蒸汽換熱水保供，補(bǔ)熱蒸汽平均26 t/h，存在高質(zhì)能源低用浪費(fèi)現(xiàn)象。

（2）主要變化及存在問題

采暖面積：2021～2023 年將逐漸增加至200萬m2。

主要問題：采暖面積增加與現(xiàn)有供暖余熱源不足矛盾，亟需尋找余熱資源。

1.4 北線采暖（熱源及換熱站位于型鋼區(qū)域）

（1）現(xiàn)狀

目前供暖熱源為型鋼區(qū)1×25 MW 中溫中壓發(fā)電機(jī)循環(huán)水，可供暖面積約100萬m2，北線近兩年采暖需求面積約70～75萬m2。

（2）主要變化及存在問題

下一步隨著型鋼2×1 880 m3高爐汽鼓風(fēng)改電鼓風(fēng)后，將面臨型鋼區(qū)3×130 t 中溫中壓鍋爐及1*25 MW 發(fā)電機(jī)逐步淘汰等問題，需要考慮其它余熱資源帶北線采暖問題。

各區(qū)域生活采暖及變化情況詳見表1。

表1 各區(qū)域生活采暖及變化情況

2 萊鋼余熱資源情況

為充分挖掘利用萊鋼各生產(chǎn)工藝余熱資源，保障周邊居民生活采暖需求，實(shí)現(xiàn)供暖全部余熱化的目標(biāo)。2020 年8～10 月，分別對萊鋼各生產(chǎn)區(qū)域余熱蒸汽、熱水、煙氣/煤氣物理熱和物料熱等余熱資源，進(jìn)行了調(diào)研梳理、測算分析和分類，綜合生產(chǎn)區(qū)地理位置及生活采暖片區(qū)，主要分為“焦化黃山前區(qū)域”“新建燒結(jié)、煉鐵區(qū)域”“型鋼區(qū)域”“老區(qū)軋鋼區(qū)域”和“特鋼100 t電爐區(qū)域”5大資源區(qū)域。

2.1 焦化黃山前區(qū)域

（1）可供采暖余熱資源量

焦化、黃山前區(qū)域余熱資源主要有干熄焦發(fā)電機(jī)低溫循環(huán)水、焦?fàn)t煤氣初冷器循環(huán)熱水、焦化循環(huán)氨水、焦?fàn)t上升管余熱蒸汽和焦?fàn)t煙氣等，正常生產(chǎn)階段產(chǎn)生熱量約212.8 MW，已利用熱量173.3 MW，未利用余熱39.5 MW，大體測算極限可供采暖面積約49.6 萬m2。詳見表2，焦化黃山前區(qū)域余熱資源情況。

表2 焦化黃山前區(qū)域余熱資源情況

（2）余熱利用優(yōu)先級

已經(jīng)利用：煤氣初冷器循環(huán)水及干熄焦發(fā)電機(jī)循環(huán)水已供中線和西線生活采暖。

一級優(yōu)先利用：焦化循環(huán)氨水剩余熱量約15.7 MW，極限可供采暖面積約24萬m2。

焦化廠1#2#7#8#焦?fàn)t上升管余熱回收項(xiàng)目實(shí)施后，蒸汽供管式爐后的乏汽熱量約8 MW，換熱可供采暖面積約12萬m2。

二級可利用：焦?fàn)t排放煙氣熱量開發(fā)利用，可供采暖熱量約13萬m2。

（3）供暖情況分析

煤氣初冷器循環(huán)水熱量可供采暖面積約90 萬m2,目前供中線約100萬m2，稍有不足,極冷天氣需補(bǔ)蒸汽。

干熄焦發(fā)電機(jī)循環(huán)水可供暖面積約100 萬m2，目前西線采暖面積約130～150萬m2，靠大量蒸汽補(bǔ)熱；2021～2023年將逐漸增加至200萬m2，亟需供暖熱源。

2.2 新建2×480 m2燒結(jié)、2×3 800 m3高爐煉鐵區(qū)域

（1）可供采暖余熱資源量：

新建燒結(jié)、煉鐵、煉鋼區(qū)域余熱資源主要有：2×480 m2燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)循環(huán)水、1#和2#3 800 m3高爐沖渣水余熱、新建4 座轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽和高爐沖渣閃蒸汽。

其中，1# 3 800 m3高爐2021 年采暖前可投運(yùn)，即2021～2022 年采暖季，只有1#3 800 m3高爐沖渣水和480 m2燒結(jié)（70%）負(fù)荷余熱發(fā)電機(jī)低溫循環(huán)水供應(yīng)，可供暖面積約186萬m2，少于230萬m2的采暖需求。

新舊動(dòng)能全部建成后，一級開發(fā)利用可供采暖面積約254 萬m2，基本滿足采暖需求。詳見表3，新建燒結(jié)、煉鐵等區(qū)域余熱資源情況。

表3 新建燒結(jié)、煉鐵等區(qū)域余熱資源情況

（2）余熱利用優(yōu)先級

一級利用為1#和2# 3 800 m3高爐沖渣水熱量分別約37.5 MW,可供采暖面積分別約58萬m2。

一級利用2×480 m2燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)循環(huán)水熱量約90 MW,可供采暖面積約139萬m2。

一級利用4座轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽供燒結(jié)、高爐、轉(zhuǎn)爐等新建區(qū)域工藝用汽及余熱發(fā)電系統(tǒng)。

三級可開發(fā)利用：高爐沖渣閃蒸汽余熱，需要持續(xù)研究及跟蹤技術(shù)進(jìn)步。

2.3 型鋼區(qū)域

（1）可供采暖余熱資源量

型鋼區(qū)域余熱資源主要有：型鋼2×265 和1×400 m2燒結(jié)環(huán)冷機(jī)三段煙氣、型鋼2×1 880 和1×3 200 m3高爐沖渣水、型鋼2 套燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)循環(huán)水、大H 型鋼加熱爐余熱蒸汽、型鋼區(qū)軋鋼加熱爐煙氣、型鋼3 座高爐沖渣閃蒸汽和型鋼加熱爐——軋材的熱鋼坯（余熱回收比較困難）。

正常生產(chǎn)余熱量約380 MW，已利用熱量50 MW，未利用余熱330 MW，大體測算一級開發(fā)利用可供采暖面積約117 萬m2。詳見表4,型鋼區(qū)域余熱資源情況。

表4 型鋼區(qū)域余熱資源情況

（2）余熱利用優(yōu)先級，主要分為三級。

一級利用余熱主要有：2×1 880 m3和1×3 200 m3高爐沖渣水，可供采暖面積約110萬m2；大H型鋼余熱蒸汽放散，可供采暖面積約7萬m2。

二級可利用熱主要有：燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)循環(huán)水可供采暖面積約110 萬m2，大H、中寬帶、寬厚板等加熱爐煙氣熱量可供采暖面積約19萬m2。

三級可利用熱主要有：高爐沖渣閃蒸汽和加熱爐—軋材的軋鋼熱鋼坯熱，需要持續(xù)研究及跟蹤技術(shù)進(jìn)步。

2.4 老區(qū)軋鋼區(qū)域

（1）余熱資源量

老區(qū)軋鋼區(qū)域余熱資源主要有：老區(qū)軋鋼加熱爐余熱蒸汽、老區(qū)軋鋼加熱爐煙氣、老區(qū)加熱爐—軋鋼熱鋼坯。按不包括加熱爐——軋材的熱鋼坯（余熱回收比較困難），正常生產(chǎn)階段產(chǎn)生熱量約161 MW，已利用熱量12 MW，未利用余熱149 MW，大體測算一級開發(fā)利用可供采暖面積約15萬m2，此部分可供生產(chǎn)區(qū)域或東線采暖。詳見表5，老區(qū)軋鋼區(qū)域余熱資源情況。

表5 老區(qū)軋鋼區(qū)域余熱資源情況

（2）余熱利用優(yōu)先級

一級為加熱爐余熱蒸汽：該區(qū)域加熱爐余熱蒸汽成散點(diǎn)狀態(tài)，除部分供老區(qū)轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電外，其它冬季大都用于各生產(chǎn)區(qū)域采暖，非采暖季有放散（約20 t/h）。

二級可利用熱主要有：棒材一軋、二軋、中小型、型鋼中型、異型及620 熱帶加熱爐煙氣熱量約31 GJ/h,可供采暖面積約13萬m2。

三級可利用熱主要有：老區(qū)加熱爐——軋材的熱鋼坯熱量約472 GJ/h，持續(xù)研究跟蹤技術(shù)進(jìn)步。

2.5 特鋼100 t電爐區(qū)域

（1）余熱資源量

特鋼100 t電爐區(qū)域余熱資源主要有：特鋼100 t電爐、加熱爐及新建100 t 轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽、特鋼100 t電爐區(qū)域軋鋼加熱爐煙氣、特鋼加熱爐——軋材的熱鋼坯。按不包括加熱爐——軋材的熱鋼坯（余熱回收比較困難），正常生產(chǎn)階段產(chǎn)生熱量約100 MW，已利用熱量30 MW，未利用余熱70 MW，余熱蒸汽主要用于本區(qū)域生產(chǎn)工藝、余熱發(fā)電及采暖及澡堂等。詳見表6，特鋼100 t 電爐區(qū)域余熱資源情況。

表6 特鋼100 t電爐區(qū)域余熱資源情況

（2）余熱利用優(yōu)先級

一級為電爐、轉(zhuǎn)爐及加熱爐余熱蒸汽：目前100 t 電爐、特鋼加熱爐蒸汽已并電爐余熱發(fā)電，新建100 t 轉(zhuǎn)爐及小型加熱爐余熱蒸汽可并網(wǎng)發(fā)電及生產(chǎn)工藝。

二級可利用熱主要有：特鋼三條軋線加熱爐煙氣熱量約5.5 MW,可供該生產(chǎn)區(qū)采暖及澡堂等。

三級可利用熱主要有：特鋼加熱爐——軋材的熱鋼坯熱量約45 MW，持續(xù)研究跟蹤技術(shù)進(jìn)步。

3 余熱資源利用及供暖思路

為保障民生采暖需求，充分回收利用余熱資源，實(shí)現(xiàn)采暖熱源全部余熱化和減少碳排放，需要盡快開發(fā)利用余熱資源，按照溫度對口、梯級合理利用的原則，盡力做到宜用盡用。正常生產(chǎn)階段余熱資源量，可滿足600～700 萬m2的生活采暖。綜合余熱資源、采暖需求變化及技術(shù)成熟度等因素，余熱資源開發(fā)利用主要分三步走。

3.1 優(yōu)先考慮高爐沖渣水、放散蒸汽等余熱資源的利用

（1）型鋼3 座高爐沖渣水余熱利用。余熱資源經(jīng)濟(jì)性利用原則是就地就近利用，但考慮采暖需求面積增量大部分在西線，2022 年計(jì)劃將達(dá)200 萬m2，而黃山前區(qū)余熱資源量有限，因此可考慮將型鋼2×1 880 m3和1×3 200 m3高爐沖渣水余熱供西線，補(bǔ)充干熄焦發(fā)電循環(huán)水供暖不足部分。

（2）型鋼增設(shè)一蒸汽管道為2#3 800 m3高爐投運(yùn)前熱量不足補(bǔ)熱。為保東線正常采暖，可從銀前低壓蒸汽管網(wǎng)就近接一蒸汽管道，補(bǔ)充蒸汽約15～30 t/h，供1#3 800 m3高爐沖渣水補(bǔ)熱。

（3）開發(fā)大H 型鋼、銀前轉(zhuǎn)爐等放散余熱蒸汽新利用途徑，此部分可換熱通過移動(dòng)熱源車供鋼都大廈洗浴、技術(shù)中心采暖及周邊生活等利用。

（4）充分回收利用焦化循環(huán)氨水余熱資源，冬季除供焦化廠區(qū)外，剩余熱量可補(bǔ)充中線缺口；非采暖期可用于焦化制冷機(jī)。

（5）充分回收利用焦?fàn)t上升管余熱，回收蒸汽供焦化管式爐利用后，梯級利用乏汽可用于換熱水采暖。

（6）100 t 轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽原則就地就近利用，特鋼新建100 t轉(zhuǎn)爐，回收蒸汽可就近用于電爐余熱發(fā)電系統(tǒng)。

3.2 型鋼燒結(jié)余熱發(fā)電循環(huán)水及余熱蒸汽等資源開發(fā)利用

（1）實(shí)施型鋼燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)循環(huán)水供暖改造，可替代25 MW 發(fā)電供北線采暖，為型鋼2×1 880 m3高爐改電鼓風(fēng)后，3×130 t 中溫中壓鍋爐升級改造創(chuàng)造條件。

（2）特鋼小型異地搬遷余熱蒸汽原則上就地就近利用，提前考慮供現(xiàn)有電爐余熱發(fā)電系統(tǒng)等準(zhǔn)備工作。

（3）焦?fàn)t、各軋線加熱爐排煙余熱回收利用，可考率回收熱水就近供暖、澡堂等區(qū)域。

3.3 高爐閃蒸汽及熱鋼坯等余熱利用

（1）型鋼3 座高爐和新建2×3 800 m3高爐渣處理閃蒸汽余熱回收利用，跟蹤研究合理有效利用方式。

（2）加熱爐——軋材的熱鋼坯余熱回收利用，持續(xù)跟蹤研究合理有效利用方式。

（3）進(jìn)一步開發(fā)利用非采暖期余熱資源利用方式，如制冷、供周邊賓館、敬老院生活熱水等。

生活供暖變化及余熱保供模式詳見表7。

表7 生活供暖變化及余熱保供模式

4 結(jié)語

鋼鐵生產(chǎn)各工藝系統(tǒng)的余熱蒸汽、熱水、煙氣/煤氣物理熱和物料熱等余熱資源可用于民生采暖。按照溫度對口、梯級合理利用的原則，并結(jié)合采暖需求變化及技術(shù)成熟度，將余熱資源利用進(jìn)行分類分步開發(fā)，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)采暖熱源全部余熱化、保障民生采暖需求和減少碳排放發(fā)揮了重要技術(shù)支撐。