摘要：介紹了冶金企業(yè)各工序余熱資源高效綜合利用技術(shù)，包括燒結(jié)余熱及干熄焦余熱高效利用、高爐爐頂煤氣余壓發(fā)電及飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)等，建議大力發(fā)展余熱回收系統(tǒng)集成系統(tǒng)及冶金渣有壓熱悶技術(shù)，擴(kuò)大余熱利用和余熱資源范圍。

1、前言

鋼鐵工業(yè)是資源一能源密集型產(chǎn)業(yè)，從選礦、燒結(jié)、煉焦、煉鐵、煉鋼到軋鋼，每個生產(chǎn)工序都要消耗大量的能源和輔助原材料，且產(chǎn)生大量的廢熱和固體顯熱，約占總能耗的30％左右。這些余熱資源如果加以利用，不僅減少了污染物的排放，改善了鋼鐵企業(yè)周邊的環(huán)境狀況，更能深入挖掘各生產(chǎn)工藝的節(jié)能潛力，真正達(dá)到冶金工業(yè)節(jié)能降耗的要求。

2、冶金余熱高效綜合利用技術(shù)

2.1燒結(jié)余熱高效利用技術(shù)

燒結(jié)工序能耗一般占整個鋼鐵生產(chǎn)噸鋼能耗的10％左右，僅冷卻機(jī)廢氣和燒結(jié)機(jī)煙氣的顯熱就占燒結(jié)過程全部熱支出的50％左右，余熱利用潛力巨大。廢氣溫度從450℃到150℃，高溫部分溫度在300～450℃。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的測量結(jié)果，這部分廢氣占整個廢氣量的30％一40％；低于300℃的廢氣量占到整個廢氣量的60％多。整體來講，燒結(jié)余熱屬于中低品質(zhì)熱源，且低品質(zhì)所占比例較大。

根據(jù)用戶的個性化需求，將燒結(jié)余熱分為熱利用和動力利用2種方式。熱利用僅僅是用熱廢氣作為燒結(jié)助燃空氣預(yù)熱混合料或通入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽用于生產(chǎn)。2008年以后，隨著我國燒結(jié)余熱利用技術(shù)更深入的發(fā)展，動力利用占據(jù)主導(dǎo)地位。

某鋼鐵公司融入了雙進(jìn)氣雙壓余熱鍋爐技術(shù)和鍋爐尾部煙氣循環(huán)技術(shù)，利用燒結(jié)冷卻機(jī)產(chǎn)生的大量煙氣，通過余熱鍋爐加熱給水產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。從能源利用率角度來講，動力利用是最有效的余熱利用方式，燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)可以使熱效率達(dá)到最大化。燒結(jié)機(jī)冷卻系統(tǒng)余熱發(fā)電工藝流程如圖1所示。

2.2干熄焦余熱高效利用技術(shù)

干熄焦技術(shù)是焦?fàn)t生產(chǎn)過程中利用循環(huán)氮?dú)鈱⒓t焦熄滅的熄焦技術(shù)。通過相關(guān)裝置，利用循環(huán)氮?dú)獯嫠c紅焦換熱，在熄滅焦炭的同時(shí)，回收了紅焦余熱，并將這些余熱轉(zhuǎn)換為電能，消除了濕法熄焦對環(huán)境的污染。對于一個規(guī)模為100萬t/a焦化廠而言，每年可以減少8萬一10萬t動力煤燃燒對大氣的污染，相當(dāng)于減排煙塵140—180 t/a、SO21280～1600 t/a、CO210萬一l7.5萬t/a，可降低煉焦能耗4555 kgce/t，干熄焦余熱發(fā)電原理如圖2所示。干法熄技術(shù)提高了焦炭質(zhì)量，節(jié)約了能源，改善了廠區(qū)空氣環(huán)境，社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2.3高爐爐頂煤氣余壓發(fā)電技術(shù)(TRT)

高爐爐頂余壓發(fā)電技術(shù)是利用高爐爐頂煤氣的余壓轉(zhuǎn)化成熱能進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)。以某鋼1座1750m3高爐為例，年產(chǎn)鐵150萬t，平均每噸鐵產(chǎn)出1650—1750 m3。高爐煤氣，煤氣熱值為3135—3344 kJ。透平入口煤氣流量30萬—33萬m3/h，壓力0.20—0.25MPa，溫度為135～170℃；透平出口煤氣壓力為10—14kPa，溫度為90—150℃?？偘l(fā)電量可達(dá)14MW。

目前，TRT發(fā)電系統(tǒng)按照煤氣除塵方式分為干式除塵和濕式除塵，干式除塵更能有效利用煤氣的顯熱，對比兩種除塵方式以及高爐容量的大小，可以從表1得出相應(yīng)的發(fā)電量。

2.4汽動鼓風(fēng)技術(shù)

部分中小型鋼鐵企業(yè)高爐煤氣除了少量用于熱風(fēng)爐、煉鋼、軋鋼工序等加熱外，大部分放散，造成了大量的能源浪費(fèi)，對環(huán)境造成污染。根據(jù)不同項(xiàng)目的工序特點(diǎn)，開發(fā)出能源短流程利用技術(shù)，將富裕的高爐煤氣通人鍋爐中進(jìn)行燃燒，加熱給水產(chǎn)生蒸汽推動汽輪機(jī)，汽輪機(jī)帶動鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動，為熱風(fēng)爐提供空氣。由于鼓風(fēng)機(jī)直接由汽輪機(jī)驅(qū)動，避免了輸變電線路的能量損耗，提高熱能利用率，但是整個系統(tǒng)的熱能利用率還需要根據(jù)鼓風(fēng)汽輪機(jī)和電廠汽輪機(jī)的內(nèi)效率來確定。

2.5飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)

目前國內(nèi)中小型鋼鐵企業(yè)，煉鋼煙道汽化水冷裝置及軋鋼加熱爐所產(chǎn)生的蒸汽除冬季部分用于采暖外，其他季節(jié)大部分蒸汽得不到合理利用，只能對空排放。加熱爐產(chǎn)汽較為穩(wěn)定，但是轉(zhuǎn)爐蒸汽受煉鋼冶煉周期和吹氧時(shí)間的影響，蒸汽的產(chǎn)生不連續(xù)且波動劇烈，因此飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于保證蒸汽均勻、平穩(wěn)地輸出。為此，從煉鋼主工藝著手，通過調(diào)整多臺轉(zhuǎn)爐的吹氧間隔時(shí)間來實(shí)現(xiàn)蒸汽的連續(xù)生成，在蒸汽出口處設(shè)置濕式變壓蓄熱器，使蒸汽連續(xù)、穩(wěn)定、均量化輸出，最終將輸出的蒸汽經(jīng)過汽水分離后用于推動汽輪機(jī)發(fā)電。其原理如圖3所示。

將煉鋼飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際工程中，經(jīng)過測算，平均節(jié)約標(biāo)煤5kgce/t，回收蒸汽凝結(jié)水70—100 kg/t，外供發(fā)電值11—13kW·h/t，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3、冶金余熱高效利用技術(shù)展望

鋼鐵工業(yè)目前面臨原料價(jià)格上漲、出口受限、環(huán)境制約等各方面壓力，利潤空間不斷縮小，因此依靠節(jié)能減排技術(shù)，實(shí)現(xiàn)綠色鋼鐵工業(yè)就成為企業(yè)發(fā)展的有效出路。鋼鐵企業(yè)可以回收的余熱資源按照溫度分為高溫、中溫和低溫余熱，無論從數(shù)量還是種類上都十分可觀。然而，要真正達(dá)到余熱的高效利用，還要深人挖掘余熱資源利用潛力。

從我國鋼鐵企業(yè)多年來余熱利用的情況來看，高溫余熱利用技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但中低溫余熱的高效利用技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展。鋼鐵企業(yè)余熱的回收利用必須根據(jù)余熱的參數(shù)和用戶的需求，制定更加詳細(xì)的方案，分清動力利用和直接熱利用，總體依照強(qiáng)化主工序、按質(zhì)回收、溫度對口、梯級利用和系統(tǒng)優(yōu)化提升的原則。

3.1大力發(fā)展余熱回收系統(tǒng)集成系統(tǒng)

在鞏固和發(fā)展當(dāng)前節(jié)能減排技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)推進(jìn)系統(tǒng)優(yōu)化集成高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煙氣干法除塵技術(shù)與煤氣利用、煙氣余熱綜合利用技術(shù)等節(jié)能減排技術(shù)，將燒結(jié)煙氣脫硫、除塵與余熱回收利用技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，同時(shí)獲得熱利用、環(huán)保及副產(chǎn)品等全面收益。

3.2開展冶金渣有壓熱悶技術(shù)應(yīng)用

目前應(yīng)用較廣的冶金渣處理主要是轉(zhuǎn)爐鋼渣悶渣技術(shù)，可以在此基礎(chǔ)上開展有壓熱悶工藝，既可以提高悶渣的效率，又可以提高蒸汽品質(zhì)。另外，該技術(shù)可以推廣到高爐渣的利用中，對高爐渣進(jìn)行干法?；陀酂峄厥辗矫娴难芯俊?/span>

3.3擴(kuò)大余熱利用和余熱資源范圍

我國都市型鋼鐵企業(yè)占有很大比例，可通過收集富裕的余熱資源對城市周邊地區(qū)進(jìn)行供熱。同時(shí)，鋼鐵企業(yè)應(yīng)該致力于消納社會廢棄物，利用某些冶金爐窯特有的高溫、高還原性環(huán)境，將廢棄物用作爐窯燃料。例如，高爐熱風(fēng)口噴吹廢塑料技術(shù)已經(jīng)具備可行性，而且熱利用率較常規(guī)燃燒有大幅度提高。目前，一些省份已經(jīng)從技術(shù)和政策層面開展鋼鐵企業(yè)消納社會廢棄物的立法工作，突破廢棄物高效回收供應(yīng)和穩(wěn)定性等瓶頸后，將會實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。