冶金行业低温余热利用方向及建议

王 称

（天津冶金集团轧一制钢有限公司，天津 300210）

冶金行业的余热属于二次能源，它是指在工业生产过程中经生产工艺与各种设备所排出的气体、液体所承载的热量。如果能将余热的利用发挥到最大程度，将大大推动我国冶金行业的集约程度。然而我国目前对工业余热的利用量仅为33%左右，与发达国家相比还有一定差距。我们必须立足当下，将冶金行业工业耗能的余热充分利用起来，不断深化研究余热利用技术。

1 冶金行业余热利用现状

冶金行业一向属于高耗能型企业，无论是对资源的消耗，还是工业废物的产生量，比值向来居于国内各种行业前茅。从国家发布的数据看，冶金行业对能源的消耗基本占全国能源消耗的10%左右，企业中所承担的能耗费用占整体成本的25%左右。因此，提高余热利用的效率，是资源与成本的双向要求。在冶金行业的生产过程中会产生大量可利用的废弃、废水、废渣，这部分废弃物的热量约占总能耗的30%，我国现有的生产工艺与产业结构还未达到前端水平，故而低温余热利用率低，能源未能得到充分的综合利用势必会带来能源的高消耗。

2 冶金行业低温余热利用方向

2.1 热交换

热交换是指利用温差引起几个物体之间热量传递的过程，在冶金行业的低温余热利用中应优先应用于热交换系统，以此可减少能量的转换次数。在冶金企业往往通过加装空气预热器、回热器实现对余热的回收利用，并以回收的余热为基础对燃料、物料、工件进行加热，这有助于提高炉窖性能和热能的使用效率。有时，还可以利用汽化冷却器将余热利用起来，进而形成蒸汽、热水，可以进一步应用于工艺流程。热交换技术的本质不会改变其对余热能量的利用形式，只是在设备的辅助下实现余热能量传递，与其他技术不同，热交换技术能减少一次对能源的消耗，是低温余热利用最直接也是最便捷的方式。

2.2 厂城结合

冶金行业的生产工艺构造复杂，不仅能源消耗量大，所产生的废物也多，工艺循环水及工业废水中含有大量的低品位热量，如果能将这部分低品位热量充分利用起来，可以增加生产效能，通过向建筑物提供生产及生活用水实现建筑节能。譬如，可以将此应用到为我们生活供热的热泵，一般热泵的供热温度维持在100℃左右，冶金行业所产生的低温余热完全可以利用。在余热供热泵与热源的选择时，应遵循就近原则，依照技术的难度与用户的距离优先选择最经济的利用方式。以鞍钢为例，鞍钢是我国较大的冶金企业，他们通过利用水源热泵技术回收工业低温余热资源，并将收集到的资源应用于城市供暖，以此替代污染性高的燃煤锅炉。从鞍钢的低温余热利用程度看，通过水源热泵系统可以回收利用余热资源1514808kw，这部分能源产生的供热能可达到2120730kw，由此观之，借助水源热泵技术可大大提高低温余热的回收利用。

2.3 变热器

吸收式变热器是近几年发达国家研发的低温余热回收利用技术，冶金行业的生产复杂，涵盖多个细节，在工艺循环过程中水量巨大，如果将这部分热量通过冷却系统释放到大气中去会带来巨大的能源浪费，如果想综合利用这部分余热就可以通过变热器将低温余热转化。一部分余热可经变热器转化为蒸汽或热水，使废热向着高品位发展；另一部分经变热器筛选降至为废弃余热，经变热器的冷却系统排弃。总的来说，变热器的低温余热利用程度还是非常具有代表性的，我国现已将变热器技术列入高科技研究项目，期望通过研发试验研制出适宜我冶金行业工艺流程的变热器系统[1]。就我国目前的研究情况看，对变热器研发的重点在于选取合适的工质，难点在于如何控制摄取200℃左右的热量。经过大量的实验并分析国内外数据后，我们现阶段认为含TEF的混合物最适合做变热器的工质，而温度控制则须得在150℃热量的吸收制冷技术上加以改进。

2.4 制冷

目前我国的技术更倾向于回收烟气温度较高的部分，温度较高的部分在预热助燃空气上的确大有裨益，但是低温余热部分并未恰当利用，空气预热器后400℃左右的烟气大多被排弃，温度更低的则更不可能利用。发达国家近几年致力于研究200℃以下的低温烟气余热，从西方国家的研发方向看，除了收集低温余热制热，还可以依托低温余热制冷，尤其在酷热季节，剩余低温蒸汽较多，完全可以用于制冷，通过循环利用节约更多能量。通过分析我国的制冷机可知，溴化锂制冷机只需要0.6MPa以下的低压蒸汽或热水即可实现作业，因此，可以将热源广泛的冶金企业与制冷企业相结合。譬如大连的松下制冷就通过技术研发成功的将循环氨水作为驱动热源，并将这种启动热源应用于溴化锂吸收式制冷机，制冷机应用后通过与传统蒸汽热源制冷机作对比发现，新研发的循环氨水驱动热源不必再度消耗蒸汽，故而该公司每年可节省至少36000t的蒸汽消耗量。

2.5 低温有机朗肯循环

与火力发电不同，冶金行业几乎每天都在持续不断的向大气排放200℃～300℃的低温废热，尤其是有机介质的低品位热量，完全无法在现有的技术下得到很好的应用。如果能将这部分低品位的余热转化成高级能源——电能，就可充分调动大部分低温余热的再回收、再利用，这种工艺需要将冶金企业与电网企业紧密结合起来，通过将冶金企业中炼铁、烧结、轧钢、冲渣等环节利用起来，就可将大量的低品质余热组织进行发电。通过数据显示，一个年产钢铁500万吨的冶金企业可利用的发电余热可达到2亿kwh，换言之，若将这部分余热利用起来，除去各项成本能为企业增收至少7000万元。这种低温有机朗肯循环技术已经受到了广泛的关注，南京某热能技术企业对HCFC类、烷类、CFC类三类有机循环工质进行了研究，通过对照试验发现，当热源温度在90℃～120℃之间时，完全可以利用有机朗肯循环的发电特性，将热效率和净工量作为评价工质做工能力和衡量系统发电的指标，经研究的三类有机循环工质具有极大的应用优势，尤其是烷类中的R600具有强大的工质净工量，无论是从工作效率，还是从环保性能上都无可挑剔，非常适用于冶金行业的低温余热利用，适合长期使用发展[2]。

3 冶金行业低温余热利用的建议

3.1 增加资金投入，更新技术设备

自上个世纪末，国家已经开始重视生态环境与节能减排的问题，随着经济的不断繁荣，应用到冶金行业低温余热利用的技术和资金越来越多，一般技术的革新必须有强大的经济后盾支持。大企业的资金状况良好，人才、物质的储备丰富，革新能力加强，研发周期的长短都能应付自如，但对于冶金中小企业而言，经济与技术的集成程度并不足以制成技术与设备的研发[3]。因此，我国为推动低温余热技术的利用就必须重视中小冶金企业的经济投入，保护中小企业的发展，帮助其自主创新。

3.2 引入高端人才，注重人才培养

与发达国家相比，我国的低温余热利用技术研发程度相对较低，面对这种技术、设备的革新，必须重视人才的引进，一方面通过提高薪资待遇引起国外高端人才；另一方面可大力培养专项的国内人才，通过教育与继续教育加强技术学习。使我国迅速建立一支高精尖的复合型人才队伍，为未来低温余热利用的研发奠定基础。

4 结语

综上，我们对冶金行业低温余热利用方向及建议有了简单认识，冶金行业所涉及的低温余热资源相当丰富，回收利用潜力巨大，我们必须在现有技术的基础上不断加深研发力度，将提高能源综合利用率作为能源发展战略规划的重要内容，不断提升技术层级，进而推动国内冶金行业低温余热的回收利用发展。