技术创新让余热“升温”

时间：2011-06-10 16:46:46 来源：作者：

钢铁工业的节能措施包括降低各生产环节一次能源的消耗，降低各生产环节燃料、动力等能源物质的消耗，提高能源生产等过程的转换效率，回收利用散失的各种余热、余能和废弃物等。随着钢铁生产流程的逐步优化和能耗的不断下降，进一步节约能源的难度增加了，回收余热、余能越来越受到关注，节能效果也更加明显。因此，科学、合理地回收利用钢铁生产中余热、余能资源，开发先进适用的技术与装备，是未来钢铁企业节能的主要方向及潜力所在。

    消除制约余热回收利用的瓶颈
    钢铁生产中的余热包括燃料燃烧产物经利用后的排气显热，高温产品、中间产品或半成品的显热，高温废渣的显热，冷却水和废液带走的显热等。据调查，2005年，我国有20余家钢铁企业生产1吨钢产生的余热资源量平均为8.44吉焦。其中，产品和中间产品显热为3.35吉焦/吨钢（烧结矿/球团矿为中温显热，其余为高温显热），占余热资源总量的39%；渣显热为0.74吉焦/吨钢（均为高温显热），占9%；废（烟）气显热为3.10吉焦/吨钢（转炉烟气为高温显热，其余为中、低温显热），占37%；冷却水显热为1.24吉焦/吨钢（均为低温显热），约占15%。
    这些钢铁企业余热平均回收率为25.8%。按品质统计：其中，回收最多的是高温余热，回收率为44.4%；其次是中温余热，回收率为30.2%；低温余热回收率不足1%。若按携带余热的物质形态统计：回收最多的是产品显热，回收率为50.04%；其次是烟气显热，回收率为14.92%；冷却水和各种渣的显热回收率分别只有1.90%和1.59%。
    近年来，我国钢铁企业余热、余能的回收利用水平虽然有较大提高，但与国际先进水平相比仍有很大差距。国外先进钢铁企业的余热、余能（包括副产品煤气在内）的回收率一般在90%以上，而国内的多数钢铁企业只有30%～50%。究其原因：其一，各生产工序不能及时、足量地回收本工序产生的各种余热和余能，回收效率低，且数量不足；其二，对已回收的各种热量得不到最有效的利用，受温度低、热源供应不稳定或季节性供需不平衡等影响，造成回收后的热风、蒸汽、煤气等能量的部分放散，能量利用效率低；其三，余热回收利用的关键技术研发滞后，主要设备几乎全部依赖进口，缺乏自主创新，回收的热能贬值且不稳定，无法满足用户对热源供应的要求；其四，部分企业规模小、产能低、装备落后，而进口的余热回收设备投资大，影响了企业回收余热的积极性。
    注重关键技术的推广应用
    焦炭显热的回收利用：干熄焦装置（CDQ）可有效回收红焦显热，具有节约工业用水、降低工序能耗、减少环境污染、改善焦炭质量和降低高炉焦比等优点。据统计，每回收1吨焦炭显热可产生4.6兆帕、450℃的蒸汽0.42吨～0.5吨（约折合标准煤46千克），净发电20千瓦时～30千瓦时/吨焦。至2006年年底，我国已有44套干熄焦设备投入运行，焦炭处理能力达到4800万吨/年左右。
    随着钢铁工业的快速发展，钢铁企业对干熄焦技术的需求越来越迫切。干熄焦装置的大型化和高温高压自然循环余热锅炉的开发，成为今后该领域的发展方向。受干熄焦技术的启发，凡炙热的烧结矿、球团矿甚至经粒化处理的高炉渣和转炉渣等固体散料的物理显热，都可以采取散料床气固热交换的方式来回收。只要具备一定的条件，如设备足够大且气固热交换充分，就能得到较高的热效率。今后，立式散料床气固热交换装置有望取代现有的卧式烧结矿环冷机和球团竖炉等装备。
    烧结矿显热的回收利用：烧结余热包括烧结机烟气显热和冷却机的烧结矿显热两部分，两者之和几乎占烧结生产总热量支出的50%。因此，高效回收利用烧结余热是降低烧结工序能耗的关键。
    近20年来，虽然我国烧结工序能耗不断下降，但余热回收的关键技术主要依靠引进，自主创新的能力相对较弱，这是我国钢铁行业需要迈过的一道“坎”，是钢铁及相关企业今后工作的重点。今后，烧结余热回收技术的发展趋势是：根据烧结废气和烧结矿显热的品质、流量以及用户需求，对烧结过程不同品质的余热实施“逐级回收、温度对口、有序利用”。
    另外，我国多数烧结机和烧结矿环冷机都存在漏风问题，仅依靠现有的烧结工艺和设备是无法解决的。笔者认为，如果用小型的罐式热交换装置取代结构庞大的卧式环冷机，不仅能避免烧结矿冷却过程中的漏风问题，还能减少气固间的换热温差，降低传热损失，提高散料床热交换装置的温度效率和热效率。
    高炉-转炉界面的热衔接技术：高炉-转炉区段的工艺技术界面，是指存在于炼铁、炼钢这两个相对“刚性”工序之间的“柔性” 区段。若不考虑铁水预处理环节，高炉-转炉区段的界面模式可大体分为高炉-受铁罐-混铁炉－兑铁包-转炉、高炉-受铁罐-兑铁包-转炉、高炉-鱼雷罐车-兑铁包-转炉、高炉-受铁罐-转炉（即“一罐到底”）。其中，高炉-鱼雷罐车-兑铁包-转炉模式是传统大中型高炉－转炉流程普遍采用的模式；“一罐到底”模式直接采用炼钢铁水罐运输铁水，将高炉铁水的承接、运输、存储缓冲、铁水预处理、转炉兑铁、铁水保温等功能集为一体，具有缩短工艺流程等特点，可减少铁水温降、铁损和烟尘排放。
    随着铁水运载装置种类、铁水倒包和倒灌等转兑次数的减少，铁水兑入转炉时的温度上升。提高铁水入转炉温度不只是为了降低转炉炼钢的工序能耗，重要的是增加转炉多吃废钢的能力，进而降低整个企业的吨钢能耗。
    熔渣显热回收技术：高炉、转炉和电炉渣等高温固体的显热，出渣温度高达1500℃以上，由于回收困难，目前除了高炉渣采用水淬法回收余热水以外，其他方法尚处在实验研究阶段。
    水淬法用过量的水冷却炉渣，容易造成水资源的极大浪费；风淬法是用气体介质冷却炉渣，在保证高炉水渣处理质量的情况下，可以较好地回收炉渣的高温显热，是一种比较先进的热回收方法；化学法是利用甲烷和水蒸气重整反应吸收高炉熔渣粒化过程的显热。需要说明的是，干法粒化是熔渣显热回收的关键技术和第一道工序，发达国家研究多年但成效甚微。对此，我国应该认真总结国外的经验教训，发挥后发优势，实现引进消化吸收再创新，不能单纯重复别人走过的路。
    蓄热－换热式加热炉烟气余热回收技术：工业炉特别是连续式加热炉的烟气余热回收装置分为间壁式换热器和蓄热式换热器两种。蓄热－换热式加热炉能发挥各自优势，更好地适应不同类型加热炉的加热工艺、炉型结构、操作制度的变化，有望解决目前大型蓄热式加热炉炉压偏高、不易控制等问题。
    钢坯显热的直接利用：与其他余热不同，钢坯显热是最宝贵的余热资源，不需经任何转换过程即可直接利用。钢坯的入炉温度提高，虽然使炉子热效率降低，但是热轧工序能耗因钢坯显热回收量的增多而减少。提高钢坯入炉温度至500℃将使热轧工序能耗下降12.9千克标煤/吨坯，提高至1050℃将下降31.6千克标煤/吨坯；若采用连铸连轧方式，将省去热轧过程的全部热耗。
    总的来说，钢铁企业应根据自身特点选择先进适用的余热回收技术和装备，并通过不断创新获得更高的利用率。

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