钢铁工业余热余能资源利用途径及潜力分析

文 // 李冰 冶金工业规划研究院

1 前言

钢铁工业余热余能资源是指钢铁生产过程中某一工艺系统未被利用的能量，包括余热和余压。其中余热指工艺过程中未被利用而排放到周围环境中的热能，按载热体形态的不同分为固态载体余热（如焦炭、炉渣、烧结矿、球团矿、连铸坯等）、液态载体余热（如冷却水、冷凝水等）以及气态载体余热（如高、焦、转炉煤气、废烟气、蒸汽等）三种；余压指由工艺设备排出的有一定压力的流体，按载体形态的不同分为气态余压（如高炉炉顶余压）和液态余压（如循环冷却水余压等）。

由于钢铁工业在消耗能源推动物料转变的同时会产生大量的余热余能，因此各类余热余能的有效回收利用，是钢铁工业节能降耗的重要途径。国内钢铁工业相关研究早在20世纪80年代就已开始，最初技术人员计算了1986年我国钢铁工业的余热资源量及回收利用率，提出了余热回收利用的潜力。随后，宝钢、本钢等钢铁企业也对余热余能回收利用进行了调查分析。

近年来，钢铁工业余热余能资源回收利用水平快速提高，为中国钢铁工业节能降耗做出巨大贡献。

2 余热余能资源及利用途径

2.1 焦化工序

焦化工序现阶段已回收利用的余热余能资源包括焦炭显热、焦炉煤气潜热、烟道气显热和初冷水显热。

焦炭显热主要是采用干熄焦技术回收利用产生蒸汽用于发电，目前干熄焦发电技术在国内钢铁联合企业的应用普及率已很高。

焦炉煤气热值高，是一种优质燃料，目前已得到充分利用，放散率很低，主要利用途径是供各生产用户使用，富余资源用于驱动锅炉发电。同时，由于焦炉煤气富含氢气和甲烷，提升利用品位，将其作为化工原料生产甲醇、合成氨等化工产品及天然气资源的利用方式近年来得到了更多的关注。

烟道气显热的温度一般在250～300℃，目前主要采用余热回收设备回收蒸汽供生产、生活用户或作为煤调湿热源。

焦化初冷水显热温度一般在60～70℃，主要采用换热器回收热量用于北方地区冬季采暖。

2.2 烧结工序

烧结工序现阶段已回收利用的余热余能资源包括烧结矿显热及烧结烟气显热。

烧结矿显热的回收主要在环冷机部分，按烟气温度分高、中、低三部分。目前高温段烟气余热回收利用较为充分，主要采用余热锅炉产生蒸汽用于发电或者供生产用户；中、低温烟气余热一般采用直接利用方式，用于预热混料或热风烧结等。

烧结烟气显热的回收利用近几年开始起步，在部分企业已有应用，主要集中在烧结大烟道高温区（300～400℃）的回收，采用余热锅炉或热管换热器回收产生蒸汽。

2.3 球团工序

球团工序现阶段已回收利用的余热余能资源包括球团矿显热、烟气显热及冷却水显热。其中球团矿显热主要通过获取热风回用于生产，作为烘干、预热等热源；烟气显热温度较低（约120℃），少数企业采用热管换热器回收热量用于职工洗浴等生活用户；竖炉大水梁冷却水显热通常采用汽化冷却方式替代水冷方式，避免循环冷却水消耗，并回收产生蒸汽。

2.4 炼铁工序

炼铁工序是主要耗能大户，同时也是余热余能资源较为丰富的工序，现阶段已回收利用的余热余能资源包括高炉煤气潜热和余压、热风炉烟气显热及高炉渣显热。

高炉煤气热值虽然不高，但产生量大，目前已得到较为充分的利用。由于放散率较低，主要供应各生产用户使用，富余资源用于驱动锅炉发电。

随着高炉冶炼技术的发展，目前炼铁高炉基本为高压操作，高炉炉顶余压的利用方式主要是通过TRT发电装置回收发电，或采用BPRT方式回收能量减少高炉鼓风电耗。

热风炉烟气显热主要利用换热器从烟气中回收热能，预热助燃空气和煤气，从而提高风温，降低焦比，实现节能降耗。

对于高炉渣自身显热的回收尚处于研究阶段，目前的回收利用主要是针对80～90℃高炉冲渣水，采用换热器换热后用于采暖或煤气、空气预热等。

2.5 炼钢工序

炼钢工序现阶段已回收利用的余热余能资源包括连铸坯显热、转炉烟气显热、转炉煤气潜热。

连铸坯显热通过热装热送技术回收利用，目前该技术在钢铁企业的普及率较高，但各企业热装热送率和热装温度的差别较大。

转炉烟气显热温度约1400℃，主要采用汽化冷却装置将高温烟气降温以满足后续除尘要求，并进行蒸汽回收。

转炉煤气热值介于高炉煤气和焦炉煤气之间，已得到较为充分的回收利用，目前行业重点统计企业转炉煤气平均钢回收量约90m3/t，回收的转炉煤气主要供各生产用户使用，富余资源用于驱动锅炉发电。

2.6 轧钢工序

轧钢工序现阶段已回收利用的余热资源包括加热炉烟气显热和加热炉冷却水显热。

加热炉烟气显热主要通过蓄热式燃烧装置及换热器回收利用，实现最大限度回收高温烟气的显热，降低加热炉燃料消耗。

加热炉冷却水用于冷却工业炉金属构件，目前主要通过采用汽化冷却替代水冷却方式，避免冷却水消耗，并回收产生蒸汽。

2.7 动力系统

动力系统是企业重要的能源加工转换环节，负责各类能源介质的供配，同时其在能源加工转换过程中也产生大量余热余能资源，对于这部分余热余能资源的回收利用往往被钢铁企业所忽视。现阶段，除锅炉排烟余热回收利用普及率较高外，其他余热余能资源，如动力锅炉排烟余热、空压机余热、循环冷却水余热及余压等，仍未得到广泛的回收利用，具有很大的发展潜力和空间。

3 余热余能资源回收利用潜力分析

综上分析，按余热余能资源回收利用的应用普及程度和成熟性，钢铁企业余热余能资源可分为三类。

一是品质较高且稳定，回收利用可行性高的余热余能资源，如各类煤气、高温烟气余热等，目前已得到较为充分回收利用，如何进一步提高能效是其未来发展的主要方向。

二是品质略低但技术成熟，具有回收利用可行性的余热余能资源，如焦化烟道余热、烧结大烟道余热、高炉冲渣水、空压机余热、循环冷却水余压等，目前应用普及率仍较低。因此，进一步推广普及，同时不断提高能源利用效率是其未来发展的主要方向。

三是现阶段仍处于研究阶段，回收利用尚有一定障碍的余热余能资源，如：炉渣显热、焦炉荒煤气显热、循环冷却水等。针对此类余热余能资源，进一步加强研发力量，实现回收利用的经济性和可行性是其未来发展的主要方向。

因此，在未来一个阶段内进一步强化钢铁工业余热余能资源回收利用水平应重点在以下几方面入手。

3.1 以不断提升能效水平作为基本出发点

能效被认为是除煤炭、石油、天然气、可再生能源之外的第五大能源，对于钢铁工业余热余能资源的回收利用，在任何发展阶段均应以提高能效水平为基本出发及立足点。

因此，无论是现阶段已获得广泛推广普及的，或是尚未广泛推广的，以及现阶段回收利用尚有一定障碍的余热余能资源，均应将不断提升能效、提高回收利用品位作为未来发展的根本。

3.2 强化系统耦合及集成优化是提升水平的重点

我国钢铁工业发展至今，正面临产能过剩严重以及日益严峻的生产经营形势，经历从单纯追求数量向追求质量乃至科学发展的转变。

钢铁生产过程各工艺流程相互紧密相连，因此余热余能回收利用也同样需要实现从简单追求回收数量向注重回收质量，乃至科学合理回收利用方式的转变。在未来的发展阶段，多系统耦合分析、集成优化，实现优化配置将成为提升余热余能回收利用水平的重要转折点。

3.3 技术的不断创新是突破节能瓶颈的关键

多年来，我国钢铁工业节能减排工作取得的长足进步，得益于节能减排技术的不断创新。未来技术的不断创新仍将是进一步提高余热余能回收利用水平的关键。面对回收利用难度增大，空间缩小的严峻形势，实现关键技术的突破是化解现阶段节能瓶颈的关键，这需要相关科研院所、研究机构、设备生产制造企业以及钢铁生产企业的共同协作和努力。