钢铁冶金余热利用不足现状及对策探讨

2020-12-20张泽利崔启鹏

中国金属通报 2020年10期

张泽利，崔启鹏

（唐山钢铁集团有限责任公司，河北唐山 063000）

1 近几年钢铁冶金余热利用的现状

钢铁冶金行业是我国当前基础工业行业之一，也是为数不多耗能巨大的行业，因此对于钢铁行业的节能减排和资源二次利用成为了节能环保工作中的重点领域。由于钢铁行业的会产生大量的热量，因此在对于钢铁余热利用的领域需要我们进行重点改造。而这个工作在当前存在着很大的问题，下面将一一列举。

1.1 冶金行业中的高温、低温余热利用存在不协调的情况

由于我国不同企业的工业发展水平存在差距，很多钢铁冶金企业对于冶金中产生的余热没有进行良好的利用，不管是技术层面还是利用效率的层面都和发达国家有着较大的而差距。在冶金高于400℃的叫做高温余热，也是昂前余热利用的重点领域。低于300℃的叫做低温余热，低温余热的利用往往被人们所忽视，因此近年来发展程度并不高。对于当前余热利用不足的问题业主要体现在低温利用的领域，也是重点需要改造的地方。高温余热和低温余热的不协调导致了钢铁行业节能减排工作的困难，需要我们尽快解决。

1.2 余热技术利用水平差距较大，设备更新换代不及时

导致余热利用率不足的原因出了技术问题之外还有设备的老化问题。由于余热利用是近几年提出的概念，很多配套设备和技术还没有得到良好的落实。当前相关设备的研发技术大多是国外专利，需要我们进行授权购买。因此导致当前的设备使用时间过长，经过反复的检修已经无法良好的提供余热回收的服务。另外企业的技术水平也对利用成果有着极大的影响，对于部分中小型钢铁企业甚至不存在对于余热的二次利用。因此设备和技术水平的差距也是导致余热利用不足的原因。

1.3 设备余热利用的方向存在局限性

最近几年，虽然很多企业开展了余热利用，但是利用的方向大多集中在利用余热去制热。利用领域的狭隘给余热的应用也造成了困扰。另外，对于不同的季节，人们对于资源的需求也不一样。例如夏天通常需要消耗更多的资源，进行电能和制冷等领域。而夏季的用电紧张成为了当前民生问题之一，对于发达地区的用电紧张更是给电力行业带来很大的负担，此时如果能够良好的利用钢铁行业的余热进行发电，则势必能够解决相当一部分用电紧张的问题，并且在此过程中没有污染物产生，起到了节能环保的效果，还能为企业带来更大的利润空间。

2 我国钢铁冶金行业余热利用对策分析

2.1 引进高端人才、技术、设备

面对市场需求和环境发展这一现实，我们需要大力引进高科技人才和设备，同时向国外发达国家学习相关的余热利用技术。同时不断建立和发达国家之间的友好关系，替身自身余热利用水平的发展。而在这个环节中各行业的人才是重中之重，高端技术人才不仅仅可以带来先进的技术还能够帮助培养更多的高科技人才，为钢铁行业的长远发展做出贡献。

2.2 国家与企业加大扶持并及时更新设备

上文我们提出了当前设备存在老旧等问题，而设备的更换需要消耗大量的资金，因此为了减轻企业负担需要国家进行相应的资金支持和技术扶持。而我国当前坚定不移的坚持绿色发展观，对于相关企业和机构都有着直接和简介的技术资金投入，并且这一点已经收获了良好的效果。但是，随着科技的发展，很多技术和设备的更新换代速度变得越来越快，关键技术更是频繁更新。而频繁的学习和引进设备势必给企业的生产成本带来极大的负担。对于大型钢铁冶金行业而言，有着足够的技术团队和资金去进行设备的更新换代，并且能够实现成本和利润的完美平衡。但是对于中小型冶金企业，则离不开政府的监督和支持。政府需要帮助这些企业及时接触到新的余热利用技术，并提供技术培训等机会。另外在政策上，国家需要鼓励企业进行自主研发和制造，在结合国外先进技术经验的基础上，制造出属于我国自身的科技产物。通过上述措施不仅仅为企业提供了便利，也降低了我国对于国外技术设备的依赖，提升了我国自身的技术发展水平。

2.3 大力拓展钢铁冶金余热的应用领域

面对当前企业对于冶金余热应用范围较窄的情况需要企业和相关行业能偶建立动态联系，提升余热利用的交流机会和利用空间。具体而言，钢铁冶金行业和周边企业需要准确了解当前能源紧缺的现状，同时意识到余热在利用空间上的可行性，把单一的制热利用，发展到制冷等领域。在这一过程中需要企业结合自身发展需求，同时要准确了解当前技术发展的趋势和相关政策等。通过技术和经验的相结合，使得钢铁余热能够发挥最大的效果。通过上述措施，不但能够满足余热利用不足的窘境还能够实现钢业行业乃至全社会的节能减排生产，实现经济发展和自然环境的协调统一。

3 钢铁冶金行业余热利用方向

3.1 热交换

对于钢铁冶炼产生的余热在利用过程中需要考虑优先级的情况，通常要线用于本地设备和生产，降低热能损耗和能量转换损失。因此对于常用的空气预热系统，加热系统都可以利用余热来进行相应的生产和加工，通过利用余热能够提高空气余热等性能，进一步提升了锅炉的生产性能，提升了热效率。同时也能够减少煤炭等资源消耗，降低污染物的而排放。另外对于高温气体还可以应用到冷却装置中，生成的高温蒸汽和热水可以循环参与到生产中，也不失为一种良好的余热利用技术。在应用过程中需要大量的换热器设备，常见的有热管换热器、余热蒸汽发生装置等。另外换热器可以根据其不同的原理分为混合式、蓄热式、以及间壁式。

3.2 厂城结合

对于钢铁的冶炼过程中，需要经过多种生产流程，在此期间需要耗费大量的水资源，而生产后的水资源通常温度较高，如果能够良好的利用这些工业热水，则势必能够解决城市周边的很多问题，例如生活用水和生产用水等，从而降低其他能源的消耗。例如对于供暖的热泵而言，对于水温要求通常在100 度左右，这一点冶炼废水能够轻易满足。因此如果能够吧冶金行业产生的工业废水和周边的热泵装置相结合，则势必能够降低其他能源的消耗，同时由于余热废水是直接利用，因此没有其他污染物和气体排放出来，因此对于周边环境也起到了很好的把控作用。

在进行厂城的结合过程中，要注意热能利用的优先级，通常优先供应近距离的居民区和企业，优先供应技术要求较低的企业，通过合理安排优先级，实现余热资源的最大化利用。通过利用余热，热泵可以实现清洁资源的利用，同时做到0 污染0 排放。这一点对比于传统的锅炉具有明显的环保效益。以当前鞍钢为例，鞍钢企业通过水源热泵技术实现了余热利用，通过热泵给周边城市提供供暖服务。这一举措使得居民供暖由传统的锅炉燃煤转向利用余热能源，大大降低了燃煤锅炉带来的污染，实现大范围的节能减排工作。通过对于当地供电供热的走访调查我们获得了如下数据，2019 年鞍钢通过该技术成功利用了余热资源约151.48 万KW，供热能源达到了212.07 万KW，水源热泵的消耗功率为60.59 万KW。成为了厂城结合的经典案例，值得我们学习借鉴。

3.3 烘干

烘干是能耗非常高的一项工艺，其能耗占发达国家总能源消耗的9%～25%。传统的烘干技术中，排放的热是空气中含有大量的显热与潜热，以及物料杂质，其能源利用率仅为35%左右，而且易于污染环境。如果将钢铁冶金工序余热应用于热泵系统进行烘干，更能发挥热泵烘干技术的优势。

3.4 变热器

吸收式变热器是国外近年发展的一种低温热回收利用技术。冶金企业生产工艺复杂，工艺循环水量巨大，如果大量的热量通过冷却塔释放到大气中，会造成热量极大浪费。通过变热器将低温热（如90℃热水）转化为两部分，一部分转化为高品位的蒸汽或者热水;一部分降质为废弃的低温热量，通过冷却排弃。我国已将变热器技术列入高科技研究项目，研究的焦点是选用合适的工质，其难点是制取200℃左右的热量。目前普遍认为以含TFE（2，2，22 三氟乙醇）的混合物作为工质较适宜，制取150℃热量的变热器在吸收制冷技术的基础上加以改进即可实现。

3.5 制冷

各企业一般只回收利用了烟气温度较高的部分，如用它来预热助燃空气，而空气预热器后约400℃～500℃的中温烟气则大部分企业没有加以利用，至于温度更低的如300℃以下的低温烟气更谈不上充分利用。而国外对于200℃以下的低温烟气余热，已有研究利用其集中供暖及制冷。以往回收的热量都是用来制热（产生热风、热煤气、蒸汽或热水等），很少涉及制冷。特别是夏季剩余蒸汽多，用于制冷可以节约更多的能量，其意义十分重大。由于溴化锂制冷机只需要0.6MPa 以下的低压蒸汽或热水，因而对热源广泛的冶金企业尤为适用。松下制冷（大连）有限公司成功地将以循环氨水为驱动热源的溴化锂吸收式制冷机组应用于焦化厂制冷系统中，并就节能环保情况与传统的以蒸汽为热源的制冷机组进行了比较。改造后溴冷机驱动热源更换为焦化厂内部能源高温氨水，完全不需要再消耗蒸汽，每年减少蒸汽消耗量36720t。

3.6 低温有机朗肯循环

与大中型的火力发电不同，基于有机介质的低温余热发电是通过回收冶金企业几乎每天都在持续不断地向大气环境中排放的温度低于200℃～300℃的中低温废蒸汽、烟气所含的低品位的热量来发电，将生产环节产生的低品位的或废弃的热能转化为高级能源— —电能，充分利用钢铁企业生产环节（如：炼铁、炼钢、烧结、轧钢和冲渣）产生的大量低品质或废弃的热能进行发电，给钢铁企业带来巨大的经济效益和社会效益。