莱钢余热供暖现状与优化改善方向
2022-02-25刘春燕
刘春燕
（莱钢能源环保部，山东莱芜 271104）
引言
钢铁企业主生产过程及配套设施运行过程产生大量余热，充分、合理、有效回收利用余热，供周边民生采暖是企业节能、减碳的重要抓手，是建设城市钢厂，实现企业可持续发展的必由之路。
1 莱钢供生活采暖情况
莱钢位于鲁中山区——济南市钢城区，企业与城区相互融合，莱钢作为国有大型钢铁联合企业，多年来一直将保民生供暖作为一项重要政治任务。在国家全面取缔燃煤锅炉供暖情况下，利用莱钢余热采暖已成为本区域民生主要取暖热源。目前供周边生活采暖主要分东线、中线、西线和北线4大区域，2020～2021 年采暖面积约530 万m2,2～3 年内将达600万m2以上。各区域生活采暖面积见图1。
1.1 东线采暖
（1）现状
主要指莱钢生产区东部，目前供暖热源为老区2×25 MW 发电机低温循环水，目前采暖面积约210万m2，当前供需基本平衡。
（2）主要变化及存在问题
采暖面积：2021～2022 年冬季将增加至约230 万m2，分为2 个 路线，面积 分别 为102 万m2和128万m2。
热源变化：2021年冬季开始将改为3 800 m3高炉冲渣水余热和480 m2烧结余热发电机低温循环水供应。
主要问题：随着新旧动能转换进程，1#3 800 m3高炉可在2021 年采暖前投运，但2#3 800 m3高炉尚未建成，同时2×480 m2烧结机近2 年负荷约70%，即2021～2022 年采暖季，单靠1#3 800 m3高炉冲渣水和480 m2烧结余热发电机低温循环水供应，可供暖面积约186万m2，少于230万m2的采暖需求。
1.2 中线采暖
热源主要为焦化厂煤气初冷器循环热水，可供暖面积约90万m2,采暖面积约100万m2，热量稍有不足。需要考虑开发余热资源保供。
1.3 西线采暖
（1）现状
目前供暖热源主要为黄前区域1×25 MW 干熄焦蒸汽发电机低温循环水，可供暖面积约100万m2，西线2020 年冬季采暖面积增至约130～150 万m2，因采暖热源不足，2020 年11 月～2021 年3 月采暖季，靠牺牲大量过热蒸汽换热水保供，补热蒸汽平均26 t/h，存在高质能源低用浪费现象。
（2）主要变化及存在问题
采暖面积：2021～2023 年将逐渐增加至200万m2。
主要问题：采暖面积增加与现有供暖余热源不足矛盾，亟需寻找余热资源。
1.4 北线采暖（热源及换热站位于型钢区域）
（1）现状
目前供暖热源为型钢区1×25 MW 中温中压发电机循环水，可供暖面积约100万m2，北线近两年采暖需求面积约70～75万m2。
（2）主要变化及存在问题
下一步随着型钢2×1 880 m3高炉汽鼓风改电鼓风后，将面临型钢区3×130 t 中温中压锅炉及1*25 MW 发电机逐步淘汰等问题，需要考虑其它余热资源带北线采暖问题。
各区域生活采暖及变化情况详见表1。
表1 各区域生活采暖及变化情况
2 莱钢余热资源情况
为充分挖掘利用莱钢各生产工艺余热资源，保障周边居民生活采暖需求，实现供暖全部余热化的目标。2020 年8～10 月，分别对莱钢各生产区域余热蒸汽、热水、烟气/煤气物理热和物料热等余热资源，进行了调研梳理、测算分析和分类，综合生产区地理位置及生活采暖片区，主要分为“焦化黄山前区域”“新建烧结、炼铁区域”“型钢区域”“老区轧钢区域”和“特钢100 t电炉区域”5大资源区域。
2.1 焦化黄山前区域
（1）可供采暖余热资源量
焦化、黄山前区域余热资源主要有干熄焦发电机低温循环水、焦炉煤气初冷器循环热水、焦化循环氨水、焦炉上升管余热蒸汽和焦炉烟气等，正常生产阶段产生热量约212.8 MW，已利用热量173.3 MW，未利用余热39.5 MW，大体测算极限可供采暖面积约49.6 万m2。详见表2，焦化黄山前区域余热资源情况。
表2 焦化黄山前区域余热资源情况
（2）余热利用优先级
已经利用：煤气初冷器循环水及干熄焦发电机循环水已供中线和西线生活采暖。
一级优先利用：焦化循环氨水剩余热量约15.7 MW，极限可供采暖面积约24万m2。
焦化厂1#2#7#8#焦炉上升管余热回收项目实施后，蒸汽供管式炉后的乏汽热量约8 MW，换热可供采暖面积约12万m2。
二级可利用：焦炉排放烟气热量开发利用，可供采暖热量约13万m2。
（3）供暖情况分析
煤气初冷器循环水热量可供采暖面积约90 万m2,目前供中线约100万m2，稍有不足,极冷天气需补蒸汽。
干熄焦发电机循环水可供暖面积约100 万m2，目前西线采暖面积约130～150万m2，靠大量蒸汽补热；2021～2023年将逐渐增加至200万m2，亟需供暖热源。
2.2 新建2×480 m2烧结、2×3 800 m3高炉炼铁区域
（1）可供采暖余热资源量：
新建烧结、炼铁、炼钢区域余热资源主要有：2×480 m2烧结余热发电机循环水、1#和2#3 800 m3高炉冲渣水余热、新建4 座转炉余热蒸汽和高炉冲渣闪蒸汽。
其中，1# 3 800 m3高炉2021 年采暖前可投运，即2021～2022 年采暖季，只有1#3 800 m3高炉冲渣水和480 m2烧结（70%）负荷余热发电机低温循环水供应，可供暖面积约186万m2，少于230万m2的采暖需求。
新旧动能全部建成后，一级开发利用可供采暖面积约254 万m2，基本满足采暖需求。详见表3，新建烧结、炼铁等区域余热资源情况。
表3 新建烧结、炼铁等区域余热资源情况
（2）余热利用优先级
一级利用为1#和2# 3 800 m3高炉冲渣水热量分别约37.5 MW,可供采暖面积分别约58万m2。
一级利用2×480 m2烧结余热发电机循环水热量约90 MW,可供采暖面积约139万m2。
一级利用4座转炉余热蒸汽供烧结、高炉、转炉等新建区域工艺用汽及余热发电系统。
三级可开发利用：高炉冲渣闪蒸汽余热，需要持续研究及跟踪技术进步。
2.3 型钢区域
（1）可供采暖余热资源量
型钢区域余热资源主要有：型钢2×265 和1×400 m2烧结环冷机三段烟气、型钢2×1 880 和1×3 200 m3高炉冲渣水、型钢2 套烧结余热发电机循环水、大H 型钢加热炉余热蒸汽、型钢区轧钢加热炉烟气、型钢3 座高炉冲渣闪蒸汽和型钢加热炉——轧材的热钢坯（余热回收比较困难）。
正常生产余热量约380 MW，已利用热量50 MW，未利用余热330 MW，大体测算一级开发利用可供采暖面积约117 万m2。详见表4,型钢区域余热资源情况。
表4 型钢区域余热资源情况
（2）余热利用优先级，主要分为三级。
一级利用余热主要有：2×1 880 m3和1×3 200 m3高炉冲渣水，可供采暖面积约110万m2；大H型钢余热蒸汽放散，可供采暖面积约7万m2。
二级可利用热主要有：烧结余热发电机循环水可供采暖面积约110 万m2，大H、中宽带、宽厚板等加热炉烟气热量可供采暖面积约19万m2。
三级可利用热主要有：高炉冲渣闪蒸汽和加热炉—轧材的轧钢热钢坯热，需要持续研究及跟踪技术进步。
2.4 老区轧钢区域
（1）余热资源量
老区轧钢区域余热资源主要有：老区轧钢加热炉余热蒸汽、老区轧钢加热炉烟气、老区加热炉—轧钢热钢坯。按不包括加热炉——轧材的热钢坯（余热回收比较困难），正常生产阶段产生热量约161 MW，已利用热量12 MW，未利用余热149 MW，大体测算一级开发利用可供采暖面积约15万m2，此部分可供生产区域或东线采暖。详见表5，老区轧钢区域余热资源情况。
表5 老区轧钢区域余热资源情况
（2）余热利用优先级
一级为加热炉余热蒸汽：该区域加热炉余热蒸汽成散点状态，除部分供老区转炉余热发电外，其它冬季大都用于各生产区域采暖，非采暖季有放散（约20 t/h）。
二级可利用热主要有：棒材一轧、二轧、中小型、型钢中型、异型及620 热带加热炉烟气热量约31 GJ/h,可供采暖面积约13万m2。
三级可利用热主要有：老区加热炉——轧材的热钢坯热量约472 GJ/h，持续研究跟踪技术进步。
2.5 特钢100 t电炉区域
（1）余热资源量
特钢100 t电炉区域余热资源主要有：特钢100 t电炉、加热炉及新建100 t 转炉余热蒸汽、特钢100 t电炉区域轧钢加热炉烟气、特钢加热炉——轧材的热钢坯。按不包括加热炉——轧材的热钢坯（余热回收比较困难），正常生产阶段产生热量约100 MW，已利用热量30 MW，未利用余热70 MW，余热蒸汽主要用于本区域生产工艺、余热发电及采暖及澡堂等。详见表6，特钢100 t 电炉区域余热资源情况。
表6 特钢100 t电炉区域余热资源情况
（2）余热利用优先级
一级为电炉、转炉及加热炉余热蒸汽：目前100 t 电炉、特钢加热炉蒸汽已并电炉余热发电，新建100 t 转炉及小型加热炉余热蒸汽可并网发电及生产工艺。
二级可利用热主要有：特钢三条轧线加热炉烟气热量约5.5 MW,可供该生产区采暖及澡堂等。
三级可利用热主要有：特钢加热炉——轧材的热钢坯热量约45 MW，持续研究跟踪技术进步。
3 余热资源利用及供暖思路
为保障民生采暖需求，充分回收利用余热资源，实现采暖热源全部余热化和减少碳排放，需要尽快开发利用余热资源，按照温度对口、梯级合理利用的原则，尽力做到宜用尽用。正常生产阶段余热资源量，可满足600～700 万m2的生活采暖。综合余热资源、采暖需求变化及技术成熟度等因素，余热资源开发利用主要分三步走。
3.1 优先考虑高炉冲渣水、放散蒸汽等余热资源的利用
（1）型钢3 座高炉冲渣水余热利用。余热资源经济性利用原则是就地就近利用，但考虑采暖需求面积增量大部分在西线，2022 年计划将达200 万m2，而黄山前区余热资源量有限，因此可考虑将型钢2×1 880 m3和1×3 200 m3高炉冲渣水余热供西线，补充干熄焦发电循环水供暖不足部分。
（2）型钢增设一蒸汽管道为2#3 800 m3高炉投运前热量不足补热。为保东线正常采暖，可从银前低压蒸汽管网就近接一蒸汽管道，补充蒸汽约15～30 t/h，供1#3 800 m3高炉冲渣水补热。
（3）开发大H 型钢、银前转炉等放散余热蒸汽新利用途径，此部分可换热通过移动热源车供钢都大厦洗浴、技术中心采暖及周边生活等利用。
（4）充分回收利用焦化循环氨水余热资源，冬季除供焦化厂区外，剩余热量可补充中线缺口；非采暖期可用于焦化制冷机。
（5）充分回收利用焦炉上升管余热，回收蒸汽供焦化管式炉利用后，梯级利用乏汽可用于换热水采暖。
（6）100 t 转炉余热蒸汽原则就地就近利用，特钢新建100 t转炉，回收蒸汽可就近用于电炉余热发电系统。
3.2 型钢烧结余热发电循环水及余热蒸汽等资源开发利用
（1）实施型钢烧结余热发电机循环水供暖改造，可替代25 MW 发电供北线采暖，为型钢2×1 880 m3高炉改电鼓风后，3×130 t 中温中压锅炉升级改造创造条件。
（2）特钢小型异地搬迁余热蒸汽原则上就地就近利用，提前考虑供现有电炉余热发电系统等准备工作。
（3）焦炉、各轧线加热炉排烟余热回收利用，可考率回收热水就近供暖、澡堂等区域。
3.3 高炉闪蒸汽及热钢坯等余热利用
（1）型钢3 座高炉和新建2×3 800 m3高炉渣处理闪蒸汽余热回收利用，跟踪研究合理有效利用方式。
（2）加热炉——轧材的热钢坯余热回收利用，持续跟踪研究合理有效利用方式。
（3）进一步开发利用非采暖期余热资源利用方式，如制冷、供周边宾馆、敬老院生活热水等。
生活供暖变化及余热保供模式详见表7。
表7 生活供暖变化及余热保供模式
4 结语
钢铁生产各工艺系统的余热蒸汽、热水、烟气/煤气物理热和物料热等余热资源可用于民生采暖。按照温度对口、梯级合理利用的原则，并结合采暖需求变化及技术成熟度，将余热资源利用进行分类分步开发，为企业实现采暖热源全部余热化、保障民生采暖需求和减少碳排放发挥了重要技术支撑。
