钢铁行业二次能源回收利用现状和评述

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℃、9.5Mpa30%、提高发电10%中温中压450℃、3.82Mpa70%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