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鋼鐵工業余熱余壓回收利用現狀及發展趨勢
發布時間:2018-05-22

     鋼鐵工業余能資源指鋼鐵生產過程中某一工藝系統排出的未被利用的能量,包括余熱和余壓。其中,余熱指工藝過程中未被利用而排放到周圍環境中的熱能,按載熱體形態的不同,分為固態載體余熱(如焦炭、爐渣、燒結礦、球團礦、連鑄坯)、液態載體余熱(如冷卻水、冷凝水)和氣態載體余熱(如高爐、焦爐、轉爐煤氣,廢煙氣,蒸汽)3種;余壓指工藝設備排出的有一定壓力的流體,按載體形態的不同分為氣態余壓(如高爐爐頂余壓)和液態余壓(如循環冷卻水余壓)。

  鋼鐵工業在消耗能源推動物料轉變的同時會產生大量的余熱余壓,因此各類余熱余壓的有效回收利用是鋼鐵工業節能降耗的重要途徑。近年來,特別是“十一五”以來,國家加大對節能減排工作的指導力度,包括制定節能減排約束性考核指標、加快節能減排技術的推廣普及、給予補助資金支持等。鋼鐵工業余熱余壓回收利用得到快速發展和普及,回收利用水平逐年提高。

  同時,眾多研究機構持續開展了深入的研究工作,包括對余熱余壓資源理論回收量的研究,回收利用方式、效果和節能潛力的分析等,對指導我國鋼鐵工業余熱余壓回收利用發揮了積極作用。

  現階段余熱余壓回收利用途徑

  現階段,鋼鐵工業各生產工序已回收余熱余壓資源情況及利用途徑(附表)分析如下:

  焦化工序。焦化工序現階段已回收利用的余熱余壓資源包括焦炭顯熱、焦爐煤氣潛熱、煙道氣顯熱和初冷水顯熱。

  焦炭顯熱主要是采用干熄焦技術回收利用產生蒸汽用于發電,目前干熄焦發電技術在國內鋼鐵聯合企業的應用普及率已很高。

  焦爐煤氣熱值高,是一種優質燃料,目前已得到充分利用,放散率很低,主要利用途徑是供各生產用戶使用,富余資源用于驅動鍋爐發電。同時,由于焦爐煤氣富含氫氣和甲烷,提升利用品位,將其作為化工原料生產甲醇、合成氨等化工產品和天然氣資源的利用方式近年來得到了更多的關注。

  煙道氣顯熱的溫度一般是250℃~300℃,目前主要采用余熱回收設備回收蒸汽供生產、生活用戶或作為煤調濕熱源。

  焦化初冷水顯熱溫度一般是60℃~70℃,主要采用換熱器回收熱量用于北方地區冬季采暖。

  燒結工序。燒結工序現階段已回收利用的余熱余壓資源包括燒結礦顯熱和燒結煙氣顯熱。

  燒結礦顯熱的回收主要在環冷機部分,按煙氣溫度分高、中、低三部分,目前高溫段煙氣余熱回收利用較為充分,主要采用余熱鍋爐產生蒸汽用于發電或者供生產用戶;中、低溫煙氣余熱一般采用直接利用方式,用于預熱混料或熱風燒結等。

  對于燒結煙氣顯熱的回收利用近幾年開始起步,在部分企業已有應用,主要集中在燒結大煙道高溫區(300℃~400℃)的回收,采用余熱鍋爐或熱管換熱器回收產生蒸汽。

  球團工序。球團工序現階段已回收利用的余熱余壓資源包括球團礦顯熱、煙氣顯熱和冷卻水顯熱。

  球團礦顯熱主要通過獲取熱風回用于生產,作為烘干、預熱等熱源。

  煙氣顯熱溫度較低(約120℃),少數企業采用熱管換熱器回收熱量用于職工洗浴等生活用戶。

  豎爐大水梁冷卻水顯熱通常采用汽化冷卻方式替代水冷方式,避免循環冷卻水消耗,并回收產生蒸汽。

  煉鐵工序。煉鐵工序是主要耗能大戶,同時也是余熱余壓資源較為豐富的工序,現階段已回收利用的余熱余壓資源包括高爐煤氣潛熱和余壓、熱風爐煙氣顯熱和高爐渣顯熱。

  高爐煤氣熱值雖然不高,但產生量大,目前已得到較為充分的利用,放散率較低,主要供應各生產用戶使用,富余資源用于驅動鍋爐發電。

  隨著高爐冶煉技術的發展,目前煉鐵高爐基本為高壓操作,高爐爐頂余壓的利用方式主要是通過TRT(高爐煤氣余壓透平發電)發電裝置回收發電,或采用BPRT(煤氣透平與電機同軸驅動的高爐鼓風能量回收成套機組)方式回收能量減少高爐鼓風電耗。

  熱風爐煙氣顯熱主要利用換熱器從煙氣中回收熱能,預熱助燃空氣和煤氣,從而提高風溫,降低焦比,實現節能降耗。

  對于高爐渣自身顯熱的回收尚處于研究階段,目前的回收利用主要是針對80℃~90℃高爐沖渣水,采用換熱器換熱后用于采暖或煤氣、空氣預熱等。

  煉鋼工序。煉鋼工序現階段已回收利用的余熱余壓資源包括連鑄坯顯熱、轉爐煙氣顯熱、轉爐煤氣潛熱。

  連鑄坯顯熱通過熱裝熱送技術回收利用,目前該技術在鋼鐵企業的普及率較高,但各企業熱裝熱送率和熱裝溫度的差別較大。

  轉爐煙氣顯熱溫度約1400℃,主要采用汽化冷卻裝置將高溫煙氣降溫以滿足后續除塵要求,并進行蒸汽回收。

  轉爐煤氣熱值介于高爐煤氣和焦爐煤氣之間,已得到較為充分的回收利用,目前行業重點統計企業轉爐煤氣平均回收量約90立方米/噸鋼,回收的轉爐煤氣主要供各生產用戶使用,富余資源用于驅動鍋爐發電。

  軋鋼工序。軋鋼工序現階段已回收利用的余熱資源包括加熱爐煙氣顯熱和加熱爐冷卻水顯熱。

  加熱爐煙氣顯熱主要通過蓄熱式燃燒裝置和換熱器回收利用,實現******限度回收高溫煙氣的顯熱,降低加熱爐燃料消耗。

  加熱爐冷卻水用于冷卻工業爐金屬構件,目前主要采用汽化冷卻替代水冷卻方式,避免冷卻水消耗,并回收產生蒸汽。

  動力系統。動力系統是企業重要的能源加工轉換環節,負責各類能源介質的供配,同時其在能源加工轉換過程中也產生大量余熱余壓資源。這部分余熱余壓資源的回收利用往往被鋼鐵企業所忽視。現階段,除鍋爐排煙余熱回收利用普及率較高外,其他余熱余壓資源,如動力鍋爐排煙余熱、空壓機余熱、循環冷卻水余熱和余壓等,仍未得到廣泛的回收利用,具有很大的發展潛力和空間。

  除此之外,現階段國內鋼鐵工業仍存在大量尚未利用的余熱余壓資源,須進一步深入開展研究。例如,爐渣顯熱溫度高,排出溫度約1400℃~1600℃,余熱資源豐富,但由于其為間歇式排出,回收利用困難,目前尚處在實驗研究階段;焦爐荒煤氣顯熱溫度高達650℃~700℃,所帶出的熱量約占向焦爐輸入熱量的30%~35%,盡管很多企業都進行過回收利用方面的嘗試,但仍存在諸多須要完善的地方;鋼鐵生產過程消耗的大量循環冷卻水,水溫為40℃~60℃,目前除一部分改用汽化冷卻技術外,大部分尚未得到利用。

  綜上所述,按余熱余壓資源回收利用的應用普及程度和成熟性,鋼鐵企業余熱余壓資源可分為3類。

  一是品質較高且穩定、回收利用可行性高的余熱余壓資源,如各類煤氣、高溫煙氣余熱等,目前已得到較為充分的回收利用。如何進一步提高能效是其未來發展的主要方向。

  二是品質略低但技術成熟、具有回收利用可行性的余熱余壓資源,如焦化煙道余熱、燒結大煙道余熱、高爐沖渣水余熱、空壓機余熱、循環冷卻水余壓等,目前應用普及率仍較低。因此,進一步推廣普及,同時不斷提高能源利用效率是其未來發展的主要方向。

  三是現階段仍處于研究階段、回收利用尚有一定障礙的余熱余壓資源。進一步加強研發力量,實現回收利用的經濟性和可行性是其未來發展的主要方向。

  余熱余壓回收利用過程存在的問題

  分析認為,目前鋼鐵工業余熱余壓回收利用過程存在的問題主要有以下幾方面:

  已建設施未充分發揮效果,余熱余壓資源利用水平仍偏低。隨著企業節能意識的不斷增強,各企業余熱余壓回收利用力度不斷加大,但部分回收利用設施建成后未充分發揮節能效果,企業實際余熱余壓資源利用水平仍偏低,究其原因,包括技術選擇不當、設計施工不規范、片面追求節省初投資和操作運行不當等多方面因素。

  余熱余壓優化配置的理念須提升,技術集成度低。盡管企業不斷加大節能減排項目的投入,但部分企業對于節能項目的選擇仍停留在盲目跟風階段,沒有結合企業實際情況綜合比選,通常只是多個項目的簡單疊加,認為數量越多,效果越好,結果往往適得其反。總體看來,余熱余壓的回收利用仍缺乏系統優化配置的理念,技術集成度低。

  余熱余壓回收利用難度增大,空間越來越小。隨著節能減排的逐步深入,傳統成熟的余熱余壓回收利用技術,如干熄焦發電、TRT發電、煤氣發電等技術已在鋼鐵企業得到廣泛普及,未來的回收利用空間越來越小,難度也將越來越大。如何進一步挖掘節能潛力,突破“瓶頸”是目前很多企業面臨和亟待解決的問題

  余熱余壓回收利用的發展趨勢

  能效水平的不斷提升仍是余熱余壓回收利用的基本立足點。能效被認為是除煤炭、石油、天然氣、可再生能源之外的第五大能源。對于鋼鐵工業余熱余壓的回收利用,在任何發展階段均應以提高能效為基本立足點。

  因此,無論是現階段已獲得廣泛推廣普及的、尚未廣泛推廣的,或是現階段回收利用尚有一定障礙的余熱余壓資源,均應將不斷提升能效、提高回收利用品位作為未來發展的根本。

  系統耦合及集成優化是提升回收利用水平的重要轉折點。中國鋼鐵工業發展至今,面臨產能過剩和日益嚴峻的生產經營形勢,正經歷從單純追求數量向追求質量乃至科學發展的轉變。

  鋼鐵生產過程各工藝流程相互緊密相連,因此余熱余壓回收利用也同樣須要實現從簡單追求回收數量向注重回收質量乃至科學合理回收利用方式的轉變。在未來的發展階段,多系統耦合分析、集成優化,實現優化配置將成為提升余熱余壓回收利用水平的重要轉折點。

  技術的不斷創新仍是提升回收利用水平的關鍵。在未來發展階段,技術的不斷創新仍將是進一步提高余熱余壓回收利用水平的關鍵。面對回收利用難度增大、空間縮小的嚴峻形勢,實現關鍵技術的突破是化解現階段節能“瓶頸”的關鍵,這需要相關科研院所、研究機構、設備生產制造企業、鋼鐵生產企業的共同協作和努力。

  節能減排技術服務平臺將發揮越來越重要的作用。不同鋼鐵企業由于生產工藝流程、加工深度、產品結構、能源結構、地理位置等方面的差異,每個企業余熱余壓回收利用方式和效果不同,任何一家企業不可能擁有和掌握所有的余熱余壓回收利用技術。因此,通過第三方節能減排技術服務平臺,實現取百家之所長成一家所用,將在未來企業的節能減排工作中發揮越來越重要的作用。

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