钢铁行业余能余热利用新技术

钢铁行业余能余热利用新技术“零放散”的概念一、工业余能余热利用的政策、现状和潜力二、钢铁企业余能余热利用现状三、钢铁企业余能余热利用技术四、首钢京唐余能余热利用现状五、未来工业余能余热利用的前景和展望一、工业余能余热利用的政策、现状和潜力能源（动力）工业余热的资源状况中国推动工业余热利用的相关规划、政策工业余热利用的进展和成效中国工业余热利用的政策、现状和潜力（一）资源状况及其分布—种类工业余热资源的两种分类：按余热品位分：500℃以上的高温余热200-500℃的中温余热200℃烟气低温余热&100℃液体体温余热按来源分：烟气余热，冷却介质余热，废汽废水余热，化学反应热，高温产品和炉渣余热，以及可燃废气、废料余热54%46%高品质，＞400℃低品质，＜400℃50%20%11%8%7%4%高温烟气余热冷却介质的余热废水、废气余热化学反应余热可燃废气、废液和废料余热高温产品和炉渣的余热（一）资源状况及其分布—行业行业余热资源来源占燃料消耗比例冶金轧钢加热炉、均热炉、平炉、转炉高炉、焙烧窑等33%以上化工化学反应热，如造气、变换气、合成气等的物理显热；可燃化学热，如炭黑尾气、电石气等的燃料热15%以上建材高温烟气、窑顶冷却、高温产品等约40%玻璃玻璃熔窑、搪瓷窑、坩埚窑等约20%造纸烘缸、蒸锅、废气、黑液等约15%纺织烘干机、浆纱机、蒸煮锅等约15%机械煅造加热炉、冲天炉、热处理炉及汽锤排汽等约15%分行业的工业余热资源状况（一）工业余热资源的特点在回收利用工业余热资源时必须考虑的制约因素：有别于一次能源资源，工业余热资源具有分散性、间歇性、不稳定性能量载体形态各异（固、液、气），部分载体还具体爆炸性、有毒性、含尘性、粘结性资源品质存在较大差异，既有高品质余热资源，更有大量中低品质余热资源。171229300311345449514081940到2015年中国工业余热资源量（万吨标煤）钢铁建材化工轻工其他“量”与“质”同等重要调查的7个行业到2015年余热资源量预计为3.4亿吨标准煤，相当于行业能源消费量的30%左右；钢铁、水泥、合成氨三个行业资源量占比接近90%；数据来源：国家发改委能源研究所，工业余热资源利用状况调查报告，2012年。（二）工业余热利用相关规划、政策法律规定：《中华人民共和国节约能源法》鼓励工业企业采用热电联产、余热余压利用等技术电网企业应当安排符合规定的利用余热余压发电的机组与电网并网运行《中华人民共和国循环经济促进法》企业应当采用先进或者适用的回收技术、工艺和设备，对生产过程中产生的余热、余压等进行综合利用电网企业应当提供上网服务，并全额收购并网余热发电项目的上网电量。（二）工业余热利用相关规划、政策相关规划：《节能中长期规划》余热余压利用工程—十大节能重点工程之一目标和任务—钢铁行业：实施干法熄焦、高炉炉顶压差发电、全高炉煤气发电改造及转炉煤气回收利用，形成年节能266万吨标准煤；—水泥行业：建设中低温余热发电装置每年30套，形成年节能300万吨标煤—煤炭行业：煤矿瓦斯年利用量达到10亿立方米，相当于年节约135万吨标煤（二）工业余热利用相关规划、政策相关规划：《节能减排“十二五”规划》余热余压利用工程—八大节能重点工程之一目标和任务—到2015年新增余热余压发电量为2000万KW，形成5700万吨标煤的节能能力—能源行业：煤矿低浓度瓦斯、油田伴生气回收利用—钢铁行业：推广干熄焦、干式炉顶压差发电、高炉和转炉煤气回收发电、烧结机余热发电—有色金属行业：推广冶金炉窑余热回收—建材行业：推行新型干法水泥纯低温余热发电、玻璃熔余热发电—化工行业：推行炭黑余热利用、硫酸生产低品位热能利用—积极利用工业低品位余热作为城市供热热源（二）工业余热利用相关规划、政策相关规划：《工业节能“十二五”规划》余热余压回收利用—九大节能重点工程之一目标和任务—形成节能能力3000万吨标煤—钢铁行业：基本普及干熄焦、高炉干式炉顶压差发电，重点推广焦炉实施煤调湿改造、转炉余热发电装置和烧结机余热发电装置—有色金属行业：重点建设冶炼烟气废热锅炉和发电装置，推广粗铅、镁冶炼余热利用技术—化工行业：重点推广硫酸生产低品位热能利用技术和炭黑余热利用技术—建材行业：新型水泥干法生产线全部配套建设余热发电系统，重点推广玻璃熔窑余热发电技术，煤矸石烧结砖生产线余热发电技术（二）工业余热利用相关规划、政策财政支持政策：《节能技术改造财政奖励专项资金》采用“以奖代补”方式“十二五”期间奖励标准：东部地区每吨标准煤240元，中西部地区每吨标准煤300元《中央预算内投资补助资金》按总投资额的6%-8%进行补助《合同能源管理项目财政奖励资金》不低于300元/吨标煤的奖励（中央财政240元/每吨标煤，省财政不低于60元/每吨标煤）（二）工业余热利用相关规划、政策税收优惠政策：企业所得税节能项目所得：第一年至第三年免征企业所得税，第四年至第六年减半征收企业所得税节能专用设备：投资额的10%可以从企业当年的应缴纳税额中抵免增值税以垃圾为燃料生产的电力或者热力：增值税实行即征即退政策（三）工业余热利用的进展和成效截止2013年底：开发利用量约1.3亿吨标煤，装机2600万KW工业余热资源利用率达到38%其中钢铁行业4700万吨标煤建材行业1600万吨标煤化工行业4200万吨标煤轻工行业1500万吨标煤其他行业1100万吨标煤1712293003113454495到2013年中国工业余热资源利用量（万吨标煤）钢铁建材化工轻工其他（三）工业余热利用的进展和成效几个主要指标：钢铁行业大中型企业干熄焦率达到90%，比2005年提高60个百分点干式TRT装置配备率已经超过90%，并2005年提高80个百分点，吨铁发电量最高已经超过50kwh水泥行业实施余热发电项目的生产线达到1142条，装机容量800万kw，余热发电装置配备率达到82%，比2005年提高70个百分点平板玻璃行业余热发电装置配备率达到40%，比2005年提高35个百分点电石行业尾气余热综合利用率达到75%，比2005年提高55个百分点二、钢铁企业余能余热利用现状（一）钢铁企业余热资源的产生和回收利用情况（二）钢铁企业余热资源种类与品质钢铁企业的各工序的余热资源普遍存在，资源总量巨大，其回收利用潜力在30%以上，余热回收的前景十分广阔，对节能减排工作意义重大。（二）钢铁企业余热资源利用现状尽管众多先进的技术在一定程度上推动了余热利用的发展，但各自的缺陷也在一定程度上制约了余热技术的利用。据有关部门统计：我国钢铁企业余热资源的回收率仅25.8%。回收高温余热居多，回收率为44.4%；其次是中温余热，按余热资源的品质统计：回收率为30.2%；低温余热回收率还不足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50.4%。其次是烟气显热，回收率为14.92%。冷却水的显热回收率只有1.90%。各种渣显热的回收率更少，只有1.59%大量低品质余热资源尚未得到有效利用。三、钢铁企业余能余热利用技术余热回收原则：在回收余热时，首先应考虑到所回收余热要有用处且在经济上必须合算，如为了回收余热所耗费的设备投资甚多，而回收后的收益又不大时，就会得不偿失。进行余热回收原则是：1、对于排出高温烟气的各种热设备，其余热应优先由本设备或本系统加以利用。如预热助燃空气、预热燃料等，以提高本设备热效率，降低燃料消耗。2、在余热余能无法回收用于加热设备本身，或用后仍有部分可回收时，应利用来生产蒸汽或热水，以及生产动力等。3、要根据余热的种类、排出情况、介质温度、数量及利用的可能性，进行企业综合热效率及经济可行性分析，决定设置余热回收利用设备的类型及规模。余热回收方式各种各样，总体可分为两大类：热回收（直接利用热能）动力回收（转变为动力或电力再用）（一）余能余热回收原则及方式1、热管技术热管是一种由管壳和工质组成的高效导热元件，以相变蒸发与凝结换热作为传热的主要形式，具有传热能力大、温度控制能力强、传热效率高等特点。在钢铁企业中，有别于以往烟气通过各种换热器和余热锅炉转化为蒸汽或者热水进行热利用的方式，热管废热发生器能够直接利用烟气余热。工作原理：热管内蒸发段工质受热后将沸腾或蒸发，吸收外部热源热量，产生汽化潜热，由液体变为蒸汽，产生的蒸汽在管内一定压差的作用下，流到冷凝段，蒸汽遇冷壁面及外部冷源，凝结成液体，同时放出汽化潜热，并通过管壁传给外部冷源，冷凝液靠重力作用下回流到蒸发段再次蒸发。如此往复，实现对外部冷热两种介质的热量传递与交换。应用范围：适用温度为150-450℃的烟气及废气，可用于加热空气，水及产生蒸汽。按热管两端的冷热流体的不同，可选择气—气型热管换热器、气—液型热管换热器、气—汽型热管换热器、液—液型热管换热器。（二）余能余热回收利用技术2、利用焦炉加热烟气余热实施煤调湿（CMC）技术（二）余能余热回收利用技术3、饱和蒸汽发电技术利用钢厂转炉的汽化蒸汽作为主汽源（压力1.8Mpa，温度200℃）。在调节级并入管网蒸汽作为补汽（压力0.8Mpa，温度约170℃）。（二）余能余热回收利用技术4、蓄热式烘烤装置（空气蓄热预热技术）结构特点：采用封闭式烘烤，包盖上安装两个蓄热式烧嘴，其中一个燃烧，另一个排烟，两个烧嘴反复交替变换工作状态，经蓄热体的吸热和放热作用，将助燃空气预热到很高温度，排烟温度小于150℃，实现烟气余热的充分回收。性能特点：钢包升温快，可实现快速烘烤；烘烤装置热效率在60%以上，节省燃料；可采用低热值燃料（如高炉煤气）代替高热值燃料；烘烤质量好，包口与包底温差小。（二）余能余热回收利用技术5、复合相变换热技术技术原理：以最低壁面温度作为第一设计参数，改变了排烟温度和金属壁面温度之间的函数关系，在世界上首次将换热器的金属壁面温度处于可控可调状态，从根本上解决了低温腐蚀难题，大幅度回收了锅炉余热，实现了安全可靠，便捷高效的节能目标。“相变段”的概念是将原来热管热器中一根根相互独立的热管，组合成整体热管，保证“相变段”受热面最低壁面温度只有微小的梯度降温;同时，利用“相变段”将被加热介质(如空气、水)温度适当提高;被预热的空气可保证下级空预期的安全，解决了低温腐蚀问题;被加热介质回收烟气余热，实现节能目的（二）余能余热回收利用技术5、复合相变换热技术（二）余能余热回收利用技术烟温调节器——保护布袋除尘器等后续设备节能——降低排烟温度，取出热量可加热凝结水，供暖水，助燃风等节水——降低排烟温度可节约大量脱硫工艺用水。防腐——从机理上根本解决设备酸露腐蚀问题。减排——节能是最大的减排，减少碳、硫、氮氧化物及粉尘的排放。防腐优势----气液混合物的温度与锅炉运行状态无关不凝气体的排放----当传热效果下降时，可通过放水，注水，排气操作，恢复相变换热器的传热性能，操作简单，成本低廉。受热面震动问题----气液混合物温度（管壁温度）一般在100度左右，不存在高速流动，不会发生震动。磨损泄漏问题----气液混合物重量有限，一般800kg左右，一旦泄漏不会对后续设备造成毁灭性打击。6、纳米喷涂材料技术高温纳米陶瓷涂层用于耐火材料和金属表面，会在一个广阔频带宽度中产生一个统一基本稳定的高发射率（0.85-0.95）。发射率随着温度增加，高发射率保持相对稳定区间。应用于工业锅炉和窑炉的辐射换热面（金属及非金属）表面，提高炉体综合换热能力，并保护受热面基材，从而全面提升炉体的安全与经济性，并有效减少氮氧化物NOx的排放。高温纳米陶瓷涂层它使用于炉体的换热面，通过燃烧的辐射能和炉窑气氛中传来的对流能被涂层表面吸收并重新辐射到较冷的炉体负荷上。高温纳米陶瓷涂层重点是通过材料学手段改变燃烧室的性能从而提高燃烧效率，热传递，减少废气排放，降低基质温度。同样在工艺管道上，涂层将紧密地粘合并改变热量传递动力，使加热更均匀，减少热点，从而减少维修和停炉时间，