钢铁企业余热回收利用措施探讨

＊丁 锐

（哈尔滨锅炉厂有限责任公司 黑龙江 150046）

余热回收利用效率低，我国钢铁企业的耗能量占全国能耗量的10%左右，不仅造成能源的浪费，而且加大了对环境的污染。部分钢铁企业由于能耗较高导致生产成本居高不下，企业缺乏有效的市场竞争力。受到资金、设备、技术等各种因素的限制，钢铁企业在生产中产生的余热无法得到有效的回收利用，出现了高质热能低效使用，二次能源开发利用水平低等现象。我国钢铁企业每年消耗的能源量巨大，在产业结构转型升级的背景下，高能耗产业急需通过技术改进和工艺优化等措施，实现节能降耗的生产目标。为了改善这一现状，钢铁企业应该加大对生产流程各个工序的余热回收利用，分析与优化能耗，利用先进的节能技术提高二次能源的利用率，降低生产成本和能源损耗，提高生产效率，减少污染物的排放，最终促进钢铁企业的可持续发展。

1.影响钢铁企业余热回收利用的因素

对于钢铁企业而言，实行余热回收利用，可有效降低能源损耗和成本支出，同时通过余热回收利用还能够产生巨大的经济效益。但是在进行余热回收利用的过程中，会存在各种问题影响到余热回收的效率。影响余热回收的因素主要包括以下几个方面：

(1)资金受限

由于钢铁企业的生产工艺、装备配置、生产规模等存在一定的差异性，所以在制定余热回收利用方案时就需要根据实际情况有针对性的进行规划。一般情况下，余热回收方案主要包括优化生产工艺和工序，购置先进的余热回收利用设备，但是这些都需要大量的资金投入。对于规模较小的钢铁企业而言，因为没有足够的资金用于余热回收装置的购置或者生产工艺的改进，所以影响到余热回收项目的进展。在部分企业中，还有很多余热回收利用项目已经列入规划，但是由于资金缺乏，迟迟无法落实，所以资金受限是影响钢铁企业余热回收利用的重要原因之一。

(2)技术不成熟

经过多年的技术改进和调整，钢铁企业已经形成了较为成熟的生产工艺，而在余热回收利用的措施中，技术优化和改进就是其中之一。而生产流程的逐步优化和产品能耗的不断下降，为进一步节约能源增加了难度。从实际生产现状出发，在钢铁生产的各个环节都会产生一定的能源损耗，从节能的角度出发主要有降低各生产环节第一类载能体的单耗及其载能量，降低各生产环节第二类载能体的能耗及其载能量，以及回收利用散失的各种余热、余能和废弃物，而不同的节能目标就需要对应不同的生产工序改进和余热回收技术。技术上的改进和优化是阻碍余热回收利用的重要壁垒，部分钢铁企业由于技术和工艺上不够成熟，在现阶段难以有更大的提升和改进，存在余热锅炉回收的蒸汽转化率低，以及高质低用等问题，无法真正发挥余热回收利用的价值。

(3)区域供需不平衡

钢铁企业生产过程中产生的余热在传输的过程中会有一定的损耗，且传输的距离越远，热能损耗越大。为了保证余热回收利用价值最大化，一般都会选择就近进行余热回收利用。虽然钢铁企业可以将部分余热用于循环再生产，但是在余热产量较大的情况下，就需要与其他企业或者项目进行对接。如果余热需求企业距离生产企业较远，会增加运输成本和能源损耗。就需要对运输成本和损耗进行计算，然后确定是否存在回收价值。

针对这些因素，我国部分地区已经实行了钢铁企业联合体和产业集群的做法，将钢铁生产产业链上的企业聚集到一起，既能够实现基础设施、资金、技术、信息等资源共享，又能够实现余热、余能回收利用的供需平衡，真正落实钢铁生产节能降耗的目的。

2.钢铁企业余热回收利用现状

从统筹规划和资源共享的角度出发，我国钢铁企业逐渐向大型钢铁企业联合体和产业集群方向发展，形成原料、冶炼、轧制、精深加工、市场集散为一体的完整产业链条，降低生产成本，提高生产效率。钢铁生产需要经过原料、焦化、烧结、炼铁、炼钢、连铸、轧钢等工序，在生产过程中，部分能源经过加工、转换和改质等环节会从一次能源转换为能源产品供生产使用，还有部分会形成二次能源，主要包括各种副产煤气、余热、余能。像焦炭和烧结矿显热等余热已经被回收利用，但有些余热还没有被开发利用，或者开发利用程度较低。从节能降耗的角度出发，目前钢铁企业可采用的余热回收利用技术主要包括烧结环冷余热回收蒸汽，炼钢转炉汽化冷却回收蒸汽，热轧加热炉汽化冷却回收蒸汽，干熄焦余热回收产汽发电，高炉热风炉烟气余热回收干燥喷煤制粉等。

3.钢铁企业余热回收利用的措施

(1)烧结环冷系统余热回收利用

在钢铁生产的烧结工序中，烧结矿在经过环冷机冷却时，会产生大量温度较高的热烟气，如果这部分烟气直接排入大气，不仅会造成较大的能源损失，还会对大气造成严重污染。烧结工序的能耗仅次于炼钢工序，约占总能耗的9%-15%，所以对烧结环冷机中的余热进行回收利用具有很大的节能空间，并且可产生较大的经济效益。

在烧结机生产线中都会配备相应的环冷机，对于烧结矿经过环冷机时产生的高温烟气可以采用两种余热回收利用措施。利用循环风机将烧结环冷机一段和二段混合的高温烟气引入余热锅炉，利用余热锅炉生产蒸汽发电。对于三段与四段的高温烟气，其与经过中压过热器后混合的烟气再经过加热器后重新返回环冷机用于冷却烧结矿，提高余热利用效率。但是余热发电方式增加了热能转化为电能的环节，且电能并网难度较大。还可以采用余热驱动机械方案，因为余热锅炉会产生压力和温度不同的两种蒸汽，所以可分别将这两种蒸汽用于汽轮机的主蒸汽和补汽，利用汽轮机驱动水泵、风机、压缩机，可降低因为增加能量交换而产生的损失。在实际应用的过程中，每种方法都存在各自的优缺点，所以还需要根据钢铁企业的生产实际进行相应的改造。在环冷系统余热回收利用中，受到各种因素的影响会降低余热回收利用率，所以要根据实际情况进行调整。比如环冷系统漏风会降低余热回收量，可完善烧结环冷风机的密封装置，从而提升余热产汽能力。

(2)焦化环节余热回收利用

①上升管荒煤气余热利用

焦炉产生的荒煤气温度在800℃左右，对于荒煤气显热回收是实现节能降耗的重要措施。在以往的荒煤气生产中会采用喷洒循环氨水的方式对高温荒煤气进行冷却，经过冷却后的荒煤气进入煤气初冷器，再次冷却后回收化产品，但是高温荒煤气带出的显热无法得到有效利用。而在化产脱苯工段，采用管式加热炉的方式来燃烧煤气进行富油和蒸汽的加热，不仅存在安全隐患，而且能耗较大，排污较高。为了改善这种现状，增强对荒煤气余热的回收利用，可在焦炉上采用上升管荒煤气显热回收技术。利用除氧器将除盐水送入汽包，再通过强制循环泵将汽包内的水压入上升管中，冷却水可吸收高温荒煤气的显热，吸热后的气液混合物再次返回汽包。在汽包内经过汽水分离器得到的饱和蒸汽，一部分可以进入上升管换热器进行二次加热后送入蒸汽混合器，部分蒸汽可用于加热富油，也可并入蒸汽管网。利用这种技术进行荒煤气显热回收，余热回收效率高，还可降低氨水用量和循环氨水泵的用电量，减少污染物的排放，节能环保效益较为显著。

②干法熄焦余热利用

除了上升管余热回收利用外，干熄焦也是焦化环节常会采用的余热回收方式。从焦炉炭化室推出的红焦显热约为1000℃左右，为了实现对红焦显热的回收利用，可以配置干熄焦装置。将红焦从顶部送入干熄焦炉内，然后利用氮气进行逆流冷却。经过加热的氮气在干熄焦炉的上部引出，经过除尘、余热回收以及换热降温后再次返回干熄焦炉进行循环使用。此种方式回收的蒸汽可以用于发电，也可以供给中压蒸汽用户。

③焦炉烟道气余热利用

对于焦炉烟气的余热可采用热管技术进行显热回收，用于生产蒸汽，也可将焦炉烟气显热用于煤调湿，由此来控制入炉煤的水分含量。钢铁企业也可根据实际情况，通过其他技术改进措施对焦化环节进行预热回收利用，以此来降低能源损耗，提高生产经济效益。

(3)高温炉渣余热回收利用

在高炉、转炉和电炉生产过程中产生的炉渣温度较高，其中高炉渣显热约占余热资源的30%左右。但是由于回收利用难度较高，所以回收利用率较低，目前对于这部分余热资源的回收利用可分为物理回收法和化学回收法两大类。

①物理回收方法

高炉渣在出炉时含有较高的物理潜热，提升这部分余热的回收利用会获取较大的经济效益，同时可有效降低热损失。目前比较常用的物理回收法主要包括风淬法、水淬法、旋转杯粒化法等。风淬法是目前较为高效的回收方法，在高温炉渣出炉后，对其进行粉碎处理，同时利用高速气流冲击粉碎后的炉渣，再利用多段流化床对粉碎后的炉渣进行回收。高速空气在冲击高温炉渣时会形成高温热风，这部分热风品质较高，可以用于发电。风淬法在获取余热的同时，还可以将粉碎后的炉渣用于水泥生产，进一步提升了经济效益；水淬法主要是利用水对高温炉渣进行冷却，冷却水在吸收高温炉渣的部分热量后可达到50℃-100℃的余热水或者中压蒸汽，余热水或者蒸汽可以用于冬季采暖。但是水淬法存在的问题就是将高品质的热能转化为了低品质的热水，且高温炉渣在热能全部散失的同时，还会造成部分水资源的浪费，在实际应用中是否采用还需要根据生产情况而定；旋转杯粒化法主要是利用高速旋转的多孔旋转杯所产生的离心力，将其中的高温熔渣甩出粒化，熔渣在被甩出的同时，与高温熔渣接触的冷空气会升温，然后再对这部分高温空气进行利用。物理回收法还有双鼓法、甲烷水蒸汽法、冶金熔渣射流干法粒化等，在实际应用时，应该根据钢铁企业的生产规模，生产工艺，生长装置等条件合理选择，高效回收利用余热以及防止再次造成能源消耗为准则，最终实现余热的高效回收利用。

②化学回收方法

对于高炉渣显热的化学回收方法主要有高炉渣生产渣棉、高炉渣制备微晶玻璃、利用高炉渣显热制煤气技术等。高炉渣生产渣棉主要是向高温状态下的炉渣中混入配置好的调质剂，比如酸性物质铁尾矿、废石等，在铁尾矿或者废石等处于融化状态时，利用安置于高炉渣沟末端喷嘴处的压缩空气或蒸汽，将融化状态的混合料吹成丝状，从而形成渣棉纤维。这种回收方法不仅获得可观的经济效益，同时还能提高废弃材料和余热资源的利用效率，并有效提升了环境保护；对于高温炉渣，还可以通过熔融法将其制备成微晶玻璃，或者将高炉渣作为陶瓷的助烧结剂，这种方法既能够减少炉渣自身的浪费，还能够间接利用炉渣的显热。因为化学回收方法的利用存在技术难度，且在生产工艺和生产装备方面需要进行改进，所以在实际应用中还需要根据钢铁厂实际状况进行改进和调整。

4.余热回收利用方案

以上是对钢铁企业在烧结工序和焦化工序的余热回收利用进行分析，在炼铁、炼钢、连铸和轧钢工序中，也有大量可回收利用的余热，可根据实际情况制定相应的余热回收利用措施，提高余热的利用效率。为了提高余热回收利用率，可根据余热热能的品级以及热力用户的需求，制定完善的利用方案，最终有效提升余热利用效率。对于高品质余热，可以通过余热锅炉产生饱和蒸汽用来发电，低品质余热可产生高温热水用于焦化区域、轧钢区域以及市政区域的采暖，避免高质低用造成热能的损失。通过对区域内焦化、烧结、炼钢、轧钢余热锅炉蒸汽的流向进行调整，可增加发电用户，实现余热锅炉蒸汽的高效利用。为了解决余热区域供需不平衡问题，应该对各生产区域的用热情况进行平衡，尽量实现蒸汽在区域内平衡供给，减少蒸汽因为远距离运输造成的损耗。

5.余热回收利用中的注意问题

钢铁企业的余热回收有多种措施，但是受到地域限制、企业规模、生产工艺等方面的限制，不同地区钢铁企业的余热回收技术会存在一定的差异性。下面对于余热回收过程中需要进一步优化的问题进行分析，有助于进一步改善余热回收利用效率。环冷机作为烧结工序中的重要冷却设备，在实际生产运行过程中，由于环冷机底部、栏板、横梁和烟罩等部位漏风，会导致烧结环冷余热回收效率低一级电耗增加的现象。对于这种现象，应该有针对性的改善烧结环冷装置的密封性，降低漏风量，从而提升余热回收利用率；部分钢铁企业的低温余热一般会通过空冷器或者冷却塔等方式直接排入大气，不仅造成大气污染，而且还会造成资源浪费。对于低温余热，可以将其用于厂区内部的制冷和采暖，能够达到节能和环保的双重效果；对于轧钢加热炉中的高温烟气损失，可通过外置余热锅炉或者锅炉中的内置蒸发器改造，对加热炉中的预热空气以及煤气后的烟气余热进行回收利用；提高对副产煤气资源的优化与利用，也是钢铁企业生产过程中对伴生煤气高效利用的方向。

6.结语

经济发展不能以牺牲环境为代价，这是促进我国经济可持续发展的重要原则。尤其是在不可再生能源日益紧缺的背景下，降低能源消耗是经济发展的首要目标。钢铁企业在生产过程中会消耗大量能源，对钢铁企业而言是巨大的成本支出，高能耗的背后是高排放，对生态环境也造成了一定的污染。通过技术改进和工艺优化等手段，加大对钢铁企业生产过程中二次能源的开发利用，不仅能够降低生产成本，还能够减少对环境的污染，最终实现经济效益、生态效益和社会效益共同增长，为促进我国社会的可持续发展创造有利条件。