钢铁行业二次能源回收利用现状和评述_钢铁行业工控安全现状
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钢铁行业二次能源回收利用现状和评述
作者 王维兴 阅读：
一、近年重点钢铁企业能源情况
2013年炼铁原燃料供应缓和，质量升高，使炼铁系统能耗下降4.39kgce/t。高炉焦比下降1.68g/t,小焦比增加1.46kg/t,喷煤比下降0.32kg/t,风温下降24.49℃，燃料比下降0.43kg/t,入炉矿品位下降0.59%。
二、钢铁企业能耗现状分析
炼铁系统能耗占钢铁企业总能耗的70%，占成本的80%以上，是钢铁企业节能减排、降低生产成本、提高市场竞争力工作的重点。
我国钢铁工业能耗与发达国家相比差10%。总体上讲，我国钢铁工业节能量已没有多大潜力。
我国钢铁工业能耗占国家总能耗的16.3%，GDP值占3.2%。钢铁工业降低能耗是大方向。
我国部分钢铁企业的部分技术经济指标已达国际先进水平。要加大淘汰落后设备工作力度。
每个先进指标的实现，均需要有一定的技术条件支撑。要研究生产条件论，进行科学对标。
三、钢铁企业节能工作思路
●第一是要实现生产减量化用能, 主要体现在降低炼铁燃料比和能源损耗等方面.●第二是提高能源利用率和能源转化率.钢铁企业生产用煤炭的能值有34%会转换为副产煤气（高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气）。主要是提高副产煤气科学利用水平，最大限度地合理利用，取消企业内一切烧煤和油的炉窑。能源的每次转换，都要损失能量。煤气去发电是能源转换率低的表现（CCPP转换率最高为45%，电上网受电力部门限制）。日本“共同火力”是把煤气给发电厂,这样发电的效率较高。30万kw以上的机组可实现超超临界发电, 电力折标煤可达0.1229kgce/.●第三是提高二次能源回收利用水平.四、钢铁企业用能原则和工作内容
●余能回收利用原则：
就近回收、就近转换、就近使用、梯级利用、高质高用, 实现“能质全价开发”。
●能源系统优化的基本原则:
稳定有序、分配得当、各得所需、能级匹配。
●提高二次能源回收使用效果：提高回收利用水平、提高能源使用效率、减少排放、进行系统节能、…
●回收与使用的耦合匹配，减少放散。
●高品质余热余能高效回收利用，低品质余热余能利用技术积极跟踪、研发。
●科学对标，研究支撑条件，优化用能和节能方案，寻求最佳技术。
五、钢铁企业余能种类及总量
●余能种类：
●流程中产生的副产煤气（高炉、焦炉、转炉煤气）,是生产用煤炭热值34%转换来的；产品余热（红热焦炭；炽热炉渣；产品的液固的各种显热；烧结、球团、钢坯显热）；高炉炉顶煤气压力；各种加热炉外排废热、循环水带走热量等……
●一般二次能源占总钢铁用能量（约700kgce/t.国际先进吨钢综合能耗为642kgce/t)的70%，包括副产煤气及余热余能（490kgce/t材）属二次能源；冶金过程耗能（193.4kgce/t材）和还原反应理论能耗（331kgce/t铁）是理论最低用能。
六、钢铁行业余能利用限制因素
受技术发展水平和经济性约束，对余热回收利用的温度限制是：固体大于500 ℃，液体大于300 ℃，气体大于200 ℃。随着技术的不断进步，可回收的余热温度不断下降，如采用热导油技术，有机工质技术，溴化锂低温膨胀做功等可回收较低温度余热能量。
总体看，我国钢铁行业还有约30%的余能没有回收利用。
产品显热回收率
50.4%； 烟气显热回收率
14.92%
冷却水显热回收率
1.9%； 炉渣显热回收率
1.59%
钢铁工业余热回收率
25.8%
其中：高温余热回收率
44.4%；
中温余热回收率
30.2%
低温余热回收率
1%
七、主要的余能回收技术-1干熄焦技术CDQ
干熄焦是二次能源回收量最大的项目，可回收炼焦能耗的38%；回收红焦显热的80%，吨焦回收3.9Mpa/450℃ 蒸汽0.45~0.6t/节水0.5吨。与湿法熄焦相比，焦炭M40提高3%~8%，M10改善0.3%~0.8%；炼铁焦比下降约2kg/t,产量提高1%。
目前，我国有CDQ158套，处理焦炭大于1亿吨/年。重点钢铁企业干熄焦率达81.24%。
干熄焦状态
蒸汽的温度、压力
占有率
高温高压
540 ℃、9.5Mpa
30%、提高发电10%
中温中压
450 ℃、3.82Mpa
70%
沙钢CDQ高压12.8Mpa，发电>120kwh/t.焦化厂上干熄焦是国家设计规范中强制性执行条款，但投资大、回收周期长，独立焦化厂积极性不高；可采用少水熄焦技术，对环境有改善。
七、2煤调湿技术CMC
●焦炉入炉煤水分进行控制技术（对炼焦煤进行干燥，控制水分在9%~11%左右；如水分控制6%~8%，装煤时粉尘大、也不易捣固），是保持装炉煤水分稳定的一项煤的预处理技术。
●第一代CMC是采用导热油干燥煤。利用导热油回收焦炉烟道气余热和焦炉上升管的显热；在多管回转式干燥机中，导热油对煤料进行间接加热，使煤料干燥。
●第二代CMC采用蒸汽干燥煤料。利用干熄焦蒸汽发电后的背压汽或厂内其它低压蒸汽作为热源，在多管回转式干燥机中，蒸汽对煤料间接加热干燥。
●第三代是焦炉烟道气调湿，热源是焦炉烟道废气，温度在200~350 ℃.在烟道气温度不足时，由热风炉（专门设置）废气补充热源。通常情况下不用热风炉废气。
●实施CMC技术后，煤料水分降低1%，炼焦耗热降低62.0MJ/T,焦炉生产能力提高10%，焦炭质量改善2%~5%，减少蒸氨用蒸汽30%，减轻废水处理量，也减少CO2外排量36%。
七、3高炉炉顶煤气压差发电技术TRT
●TRT可回收高炉鼓风机用能的25%~30%，降低炼铁工序能耗11~18kgce/t,相当于节焦8~16kg/t.炉顶煤气压力大于120kpa高炉均应有TRT。其工作原理是煤气剩余压力在透平机内膨胀做功，推动透平机转动，带动发动机发电。吨铁可发电20~40kwh/t;煤气干法除尘，可提高发电30%。两座小高炉可共用一台TRT设备。
●目前，我国有TRT655套，大于1000m3高炉TRT普及率在90%以上;但平均发电在25~28kwh/t，偏低水平.日本可实现发电41kwh/t.这里有管理的因素，一些高炉的高压阀组还在用，煤气没有全量通过TRT。煤气中含氯离子高，使TRT叶片易结白色晶体，定期要进行清理。一些企业煤气干法除尘技术尚没有普及，也影响了发电能力的发挥。
●采用2H-TRT技术装备，可使炉顶煤气压力波动由5%，降低到1.5%，提高发电能力。
七、4烧结余热回收新技术
烧结余热回收有三个方面：红烧结矿显然回收，烧结烟气余热回收，点火器后5~7个台车表面烧结辐射热回收（进行蒸汽回收，可节能2.5Kg/t)。
●烧结恒温复合循环余热锅炉、机尾锅炉、环冷机密闭循环锅炉、环冷机密封-复式滑线弹性机械密封装置。
●烧结矿显热回收效果：
回收烧结机尾部烟气余热；
回收烟气温度区间：环冷机150℃～450℃；
回收环冷机（热矿端）余热面积约65%；
工序回收蒸汽量：120 ～ 170kg/t（成品矿）；
产出蒸汽用来发电可达22 ～ 30kWh/t（成品矿）
七、5烧结余热回收新技术
●烧结余热利用包括:废气预热烧结点火器助燃空气、利用余热进行热风烧结、废气产生蒸汽、废气发电、废气循环利用等。
●红烧结矿显热占烧结所用能量的45%，冷气机高温段废气温度在350~420 ℃.●烧结烟气量在800~1400m3/t,温度在300~400 ℃.烟气显热占烧结用能的24%。
●烧结排放的余热占烧结总能耗的49%。烧结矿显热回收能量可达16kgce/t,烟气余热回收能量可达8kgce/t.●烧结生产的不稳定性，造成废气流量和温度（300~500 ℃）波动大，使余热发电量波动也较大。已建成的烧结烟气余热回收166套装置均没有达到设计值，要再进行改造；增加补气或补能（要≤15%）装置（用转炉蒸汽或建燃高炉煤气小锅炉等），实现发电效能的最大化。
●烧结余热回收利用装置的投资占建烧结机总投资的10%~20%，资金回收周期长，影响了烧结余热回收利用装置的发展。目前，烧结烟气余热回收装置，普及率不足4%。
●在冷气机排气和烧结废气余热回收的基础上，再把烧结余热锅炉的排气（约200 ℃）送至烧结机进行热风烧结；可增加烧结废气和冷气机排气余热的回收量，减少了烧结废气排放量，也降低了烧结废气除尘和脱硫等设施的费用。
●日本住友小仓3号烧结机采用废气循环余热回收技术效果：再循环部分占全部烧结废气量的20%~25%，余热回收量增减25%，废气含尘量减少60%；废气温度由150 ℃，降低到100 ℃，提高电除尘器的效率；降低烧结固体燃耗约4%，减少电耗5%~10%，SOX和NOX排放各减少3%~10%。
●宝钢不锈钢公司2号132m2烧结机建设该项目，工序年总能耗节约4608吨标煤，投资回收周期5.43年。宁波钢铁1号烧结机建设该项目，总投资12.7亿元，循环烟气量为30%~40%；年节约焦炭2104万元、除尘器节效126万元
●烧结热废气用于点火助燃（热废气通过换热器，预热助燃空气350 ℃ 左右），可提高产量2%，转鼓指数提高1、5%，成品率提高2%，降低燃耗12%~15%，固体燃耗降2%~4%，投资一年收回。
七、6焦炉煤气上升管余热回收技术
●焦炉煤气上升管逸出煤气温度在650~750 ℃，吨焦煤气量在380~420m2，热量占炼焦总能耗的32%~36%，是余能回收利用第二大项目，仅次于CDQ。
●对荒煤气显热回收技术：上升管汽化冷却技术、导热油加套技术、热管式换热技术、荒煤气直接裂解技术等。工业化的成熟度低，还存在一些技术和应用等方面的难点。
●武钢8号焦炉进行上升管余热回收利用中试，将40 ℃水，通过换热，得到吨焦160 ℃、0.15吨蒸汽、压力0.6Mpa.焦化工序能耗降低10kgce/t,投资回收周期约4年。
●存在问题：煤气骤冷易造成焦油析出、结石墨碳严重；导热油易变质和泄漏；投资和运行费高等。
●目前，中冶焦耐院已开发成功心的焦炉上升管余热回收技术装备，得到应用。
七、7竖炉球团余热回收技术
●球团外排温度在1000 ℃，通过竖式冷却器，进行风冷换热；余热可进行发电、也可用于煤气预热、以及蒸汽供暖、对物料进行脱水等。
●2000年济南钢铁公司2号竖炉实施球团余热回收，降低煤气单耗16.9m3/t,年节约高炉煤气869.16万m3，经济效益39.11万元。
采用球团余热回收利用技术，使生产效率提高；因排球温度降低（70 ℃），减少运输皮带消耗；生产管理费用明显降低等因素，年综合效益在近200万元。
目前，国家要求球团工序进行烟气综合治理，要与余热回收结合起来，满足新的环保标准。
七、8热风炉双预热技术
●对热风炉烧炉用的煤气和助燃空气进行双预热（大于200 ℃），可降低煤气消耗，实现>1200 ℃的风温（单烧低热值的高炉煤气条件下）。
●炼铁提高风温100 ℃，可降低燃料比15~20kg/t,风口区理论燃烧温度提高50 ℃，允许提高喷煤比约40kg/t,提高产量3%，有较高的经济效果。
●双预热技术的热源，可使用热风炉废气的余热，也可建设烧高炉煤气的小热风炉。可将煤气预热到300 ℃，将助燃空气预热的650 ℃，高炉风温提高约50~100 ℃，达到>1250 ℃.京唐钢铁公司曹妃甸高炉实现风温1300 ℃.●目前，实现了高风温的热风炉，基本上均采用了双余热技术。采用附加燃烧系统的热风炉，能耗要高一些。
七、9高炉喷吹焦炉煤气技术
●焦炉煤气含氢在55%~60%、甲烷约25%、CO为10%，热值在8000kcal/m3作为燃料烧掉是不经济的。
●高炉喷吹焦炉煤气后，可降低焦比0.4~0.8kg/m3（喷吹20~40m3焦炉煤气，降焦约20kg),减少CO2排放1.2kg/m3，高炉的热效率达96.99%。
●喷吹前，焦炉煤气要进行净化处理，防止焦油和萘等物质的析出，可保证压缩机系统的稳定运行。
●向高炉风口喷吹焦炉煤气的效果不好：氢与氧结合，只产生热量，变为水，还影响热风温度，布袋除尘系统有影响
●将焦炉煤气喷入炉身，是好的选择。氢与矿石进行间接还原反应，且速度快，是固态放热反应，有利于降燃料比。
七、10转炉煤气回收利用技术
●转炉煤气回收量在100m3/t左右，蒸汽回收在80kg/t左右，回收能量约为26kgce/t,转炉冶炼能耗可为负值。
●宝钢规定煤气中CO含量>40%，太钢为30%，进行煤气回收；这说明，不能完全用煤气回收量，来评价转炉能量回收的水平。要有对煤气热值的评价内容。
●转炉煤气热值一般在2000kcal/m3(CO为75%、CO2为17%，回收量在90 m3/t）.烟气温度在1400~1500 ℃，显热约为30万kj/t.●转炉冶炼时间约30分钟，回收煤气时间约为12~15分钟，煤气回收是间断的。要建立转炉煤气柜，以平衡供给用户
●转炉蒸汽回收量多，要多烧煤气，使煤气回收量受影响。但为供给RH真空精炼用蒸汽，是合理操作。
七、11电炉烟气余热回收技术
●电炉烟气余热回收技术有：汽化冷却技术、热管换热技术、传统余热锅炉技术等方法。
●在电炉炉盖和内排烟道上进行汽化冷却，主要通过辐射换热回收余热。150吨的超高功率电炉，可产生蒸汽：压力110~215Mpa,气量10~13t/h.●热管换热技术，适应温度变化大的工况，使用周期长，热管更换性强，安全可靠等优点。
●传统余热锅炉技术，对使用废钢较多的电炉烟气量少和温度较低，余热回收量小。电炉烟气含尘量大，有强粘结、颗粒较细小的特点，不利于维护。
七、12废钢预热型电弧炉技术
●废钢余热温度每提高100 ℃，可节电15kwh/t，缩短冶炼周期，提高生产效率。
●废钢余热技术有：吊兰型、直流双壳型、竖炉型和Consteel(炉料连续预热式电炉炼钢）型。各种类型均有工业应用成功的案例，也存在不同的问题。我国引进了多套装置，尚未实现设备国产化
●废钢预热有环境污染，产生恶臭、白烟、二恶英（致癌物质）；吊兰局部过热变形，废钢粘结，预热温度不能过高，使废钢预热的效果差异较大，其发展受到限制。
七、13炉渣显热回收技术
●高炉、转炉、电炉渣有较高的显热，均在1500 ℃左右；其热值占钢铁企业二次能源量的9%。
●高炉渣水冲法，比较普遍。冲渣热水经换热给居民供暖。
●风淬炉渣冷技术有：风淬粒化余热锅炉法、风淬粒化振动流化床法、连铸式余热锅炉法、双内冷转筒粒化法、旋转杯粒化熔渣显热回收法、液态锡做热载体的热能回收法、滚筒钢渣粒化及热能回收法等。
●直接利用熔渣及其显热副产品、生产高附加值产品技术：生产渣棉、钢渣热态成型的陶瓷产品、利用炉渣显热制氢技术、利用炉渣显热制煤气技术等。
●炉渣粘度大、导热性差，显热回收难度高、经济性不好、热回收率低、运行成本高，使工业化成功的案例少。
炉渣经改性，可生产微晶板材，硬度高、耐磨，价值升高。
七、14蓄热式燃烧技术
●核心是高温空气燃烧技术。利用高温烟气对助燃空气或煤气进行预热，当空气预热到1000 ℃时，含氧2%就可燃烧，炉膛传热效率显着提高、NOX排放量数十倍地减少。
●蓄热式燃烧，可实现加热炉排放烟气温度降至150 ℃以下，热回收率大于80%，节能30%，生产效率提高10%~15%，减少氧化烧损，有害废气（CO2/SO2/NOX)排放减少。
●目前，我国蓄热式燃烧技术普及率在40%，尚有降低发展空间。
●欧洲不提倡蓄热式燃烧技术，认为是提高能源利用效率，但不节能。
七、15钢坯热送热装技术
●连铸坯煤提高100 ℃装炉温度，加热炉可节约5%~6%燃料，加热炉产量提高10%~15%；提高成材率，钢坯烧损降到0.5%~0.7%。
●我们希望钢坯热装比大于60%，热装温度大于500 ℃，最好在700~800℃。
●1983年日本全国连铸坯平均热装比达58%，新日铁大分厂的热装比在74%，平均热装温度790 ℃.●2004年武钢1700热连轧热装率在55%，板坯入炉温度550 ℃；宝钢一热轧热装率60%，平均温度550~600 ℃；武钢2250热连轧直接热装率在95%，入炉温度700 ℃.七、16低热值煤气燃气轮机CCPP
●CCPP燃烧产生1.5~2.4Mpa,1000~1500 ℃高温高压烟气进入燃气轮机的涡汽轮机，冲动涡汽轮机发电。涡汽轮机排出的500~600 ℃高温高压烟气进入余热锅炉，产生3.82~6.5Mpa,450~520 ℃的蒸汽，蒸汽再送人汽轮机发电。余热锅炉排出烟气温度为130 ℃.CCPP煤气发电效率在43%~46%（最高可达58%）。而煤气-蒸汽-发电的能源利用效率在25%。
●CCPP发电用冷却水少，只有同等规模锅炉蒸汽发动机的40%。
●因钢铁厂生产不稳定，造成煤气量和质量的波动，会给CCPP造成发电的不稳定。CCPP耐热备件价格非常高，使维护保养费用高，超出常规发电机组。
七、17副产煤气合理利用技术
●高热值的焦炉煤气应去发展直接还原铁用的还原气，不应去烧掉。
●焦炉煤气、转炉煤气合成可用于生产甲醇，经济效益大大提高。现产能达900万吨/年，占全国甲醇总产能的五分之一。
●副产煤气要在企业内部最大限度地应用，取消企业内部一切烧油、烧煤的锅炉，提高能源利用效率。煤气去发电要损失50%以上的能量。企业实在用不完副产煤气，才去发电。学习日本的“共同火力”把煤气输送到发电厂，用大机组发电，实现超超临界发电，提高能源转化率。
●炼焦应用高炉煤气去加热煤，置换出的焦炉煤气要得到高效、高价值的利用。
七、重点钢铁企业副产煤气利用状况
●由可上述数据知，2013年重点钢铁企业副产煤气的放散率与上年相比有所下降，但焦炉煤气利用率有所下降，但总体上煤气回收量在增加。
●企业发展不平衡：重钢高炉煤气利用率为41.52%，涟源为74.16%,衡管为74.81%,成钢为82.23%。转炉煤气回收较少的企业：成都11 m3/t,广州34 m3/t,安阳54 m3/t,新兴铸管64 m3/t。焦炉煤气放散率高的企业：重钢14.24%，合肥１５.８３％，长治７.１１％，苏钢６.５７％。注：如企业需要技术支持或现场指导，请致电：010-57164686（作者王维兴系中国金属学会高级工程师、中国钢铁企业网专家顾问）
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