钢铁行业余热回收

烧结线余热烧结生产线有两部分余热，一是冷却机产生的热风，二是烧结机尾的高温烟气。用余热锅炉将这两部分余热来产生蒸汽，再通过汽轮机发电。据经验数据，每10m2的烧结面积可产生1.5t/h的蒸汽，可发电300kW，折合标煤120kg/h。转炉余热转炉汽化冷却烟道间歇产生的蒸汽，通过蓄能器变为连续的饱和蒸汽，采用我公司的专利——机内除湿再热的多级冲动式汽轮机发电。每炼1t钢，可产生80kg饱和蒸汽，每吨饱和蒸汽大约可发电150kWh，折合标煤60kg。转炉煤气经过汽化冷却烟道冷却后温度仍高达800～900℃，采用我公司的干法煤气显热回收技术，通过下降管烟道、急冷换热器回收显热生产蒸汽，经蓄能器调节后发电。电炉余热电炉冶炼过程中产生200～1000℃的高温含尘废气，采用余热锅炉将其回收，电炉烟气属于周期波动热源，因此余热锅炉产生的蒸汽需要经过蓄能器调节后方可进入汽轮机发电。加热炉余热加热炉有两处余热可以利用：一处是炉内支撑梁的汽化冷却系统，另一处是烟道高温烟气。根据炉型不同，加热炉的烟气量在7000～300000Nm3/h，若用来发电，以烟气量10万Nm3，烟气温度400℃计算，发电量约2000kWh，折合标煤0.8t；汽化冷却系统可生产0.4~1.0Mpa的饱和蒸汽，每吨蒸汽（0.5Mpa）可发电120kWh，折合标煤48kg。高炉冲渣水用高速水流冲击炉渣使之充分急冷、粒化的过程中，会产生大量的冲渣热水。每吨铁排出约0.3t渣，每吨渣可产生80～95℃，5～10t的冲渣水，将这部分热水减压产生低压蒸汽，再进入饱和蒸汽凝汽式汽轮机发电。每吨90℃热水可发电1.5kWh，折标煤0.6kg，80℃热水可发电1kWh，折标煤0.4kg。干法熄焦采用惰性气体来冷却红焦，加热后的气体在余热锅炉中产生蒸汽，蒸汽可发电或并入蒸汽管网。吨焦可生产3.9Mpa、300℃的蒸汽0.45t～0.6t，可发电85～115kWh，折合标煤35～46kg。高炉煤气余压利用高炉炉顶煤气的压力能和热能，通过透平膨胀机做功发电，但不影响煤气后续利用。高炉炉顶压力达0.15～0.25Mpa，平均每吨铁可发电20～50kWh，折标煤8～20kg，单位投资费用约4500元/kW，根据压力及除尘方式不同，投资回收期在2～6年。煤气——蒸汽联合循环发电利用高炉煤气和焦炉煤气作为能源发电，煤气先在燃气透平中燃烧发电，燃气透平排出的高温烟气再在余热锅炉生产蒸汽，通过蒸汽轮机发电，总发电效率可达40～46%。1万m3的煤气（热值3000kJ/m3），约发电4000kWh左右，折合标煤1.6t，单位投资费用4500～6500元/kW左右，投资回收期为3～5年。注：电力折标系数为0.404kg标煤/kWh。钢铁行业余热回收钢铁工业是我国重点的耗能大户，总能耗约占全国总能耗量的15%左右，钢铁生产工艺流程长，工序多，且主要以高温冶炼、加工为主，生产过程中产生大量余热能源，主要来自烧结机烟气显热、红焦显热、转炉烟气及加热炉炉底的余热回收装置等，各种余热资源约占全部生产能耗的68%，说明在目前钢铁生产过程中2/3以上的能量是以废气、废渣和产品余热形式消耗。在余热发电技术的研发应用方面，与日本、德国等发达国家钢铁工业相比，我国钢铁行业的余热发电技术起步较晚。目前，钢铁工业余热发电主要有以下三种方式，一是利用焦化、烧结工序烟气余热换热产生过热蒸汽发电；二是利用炼钢、轧钢工序烟气余热换热产生饱和蒸汽发电；第三种是利用高炉的冲渣热水发电。A.过热蒸汽发电a.干熄焦余热发电炼焦生产中，高温红焦冷却有两种熄焦工艺：一种是传统的采用水熄灭炽热红焦的工艺，简称湿熄焦，另一种是采用循环惰性气体与红焦进行热交换冷却焦炭，简称干熄焦。干熄焦余热发电技术是指利用与红焦热交换产生的高温烟气驱动汽轮发电机组进行发电，其主要工艺流程为：焦炉生产出来的约1000摄氏度赤热焦炭运送入干熄炉，在冷却室内与循环风机鼓入的冷惰性气体进行热交换。惰性气体吸收红焦的显热，温度上升至800摄氏度左右，经余热锅炉生产中高压过热蒸汽，驱动汽轮发电机组发电，同时汽轮机还可产生低压蒸汽用于供热。随着干熄焦技术所产生的社会和节能环保效益得到普遍认可，干熄焦余热发电技术也得到了国内钢铁企业越来越广泛的应用。该项发电技术已十分成熟，目前的发展趋势集中在进一步提高余热的回收利用效率上，正逐步由传统的小型中压参数系统向系列化、大型化、高参数发展。典型用户及投资效益：马钢煤焦化公司，投资约2亿元，安装了中温中压强制循环干熄焦余热锅炉及汽轮发电机组，干熄焦能力为125t/h，日发电量30万kwh，年回收热能折标煤52020t，投资回收期4年。沙钢集团，投资约2亿元，安装了中温高压强制循环干熄焦余热锅炉及汽轮发电机组，年发电1.5亿kWh，取得经济效益8000万元，投资回收期2.5年。技术的利用现状和市场潜力：目前中国的干熄焦技术普及率较低，且大部分为中低压干熄焦，高压干熄焦的推广潜力很大。“十一五”期间该技术在行业能推广到的比例为20%，总投资约为60亿元，年可发电量45亿kWh。b.烧结余热发电具有较好回报价值的烧结余热是指从烧结机尾部风箱排出的废气及热烧结矿在冷却机前段受空气冷却后产生的热废气，温度一般可达到300-400摄氏度，这两部分热废气所含热量占整个烧结矿热能消耗的23%-28%左右，具有温度高、数量大、运行稳定的特点，是烧结工序节能和回收利用的重点。国内钢铁企业大多将烧结余热用于助燃空气、预热混合料或利用余热回收装置产生蒸汽，回收利用效率不高。特别是现阶段伴随着烧结机的大型化，传统的余热利用途径已无法充分利用余热资源，达到效益的最大化。因此，从实现能源梯级利用的高效性和经济性角度分析，利用余热发电是现今最为有效的余热利用途径。烧结余热发电是指将烧结机生产过程中产生的高温废烟气，经余热锅炉产生中低压过热蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。技术原理：在烧结工序总能耗中，有近50%的热能以烧结烟气和冷却机废气的显热形式排入大气。由于烧结冷却机废气的温度不高，仅150～450℃，加上以前余热回收技术的局限，余热回收项目往往被忽略。烧结冷却机余热的回收，是通过回收烧结机尾落矿风箱及烧结冷却机密闭段的烟气加热余热锅炉来回收低品味余热能源，结合低温余热发电技术，用余热锅炉的过热蒸气来推动低参数的汽轮发电机组做功发电的成套技术。具体流程是：给水经给水泵进入余热锅炉，经废气加热后，一部分变为过热蒸汽，进入汽轮机作功发电。另一部分经余热锅炉低温段加热后，产生过热或饱和蒸汽进入汽轮机相应低压进汽口作功发电。冷凝水经低压省煤器后由中压锅炉给水泵供给低压汽包，低压汽包具有自除氧功能，实现一个完整的热力循环。烧结冷却机烟气具有如下特点：1）烧结余热热源品质整体较低，低温部分占比例大；2）烧结过程中，随着烧结矿在烧结机上的烧成情况不同，其烟气温度也不同；3）在烧结生产中由于设备的运行的不确定性，短时间停机不可避免，造成烧结烟气不连续性。因此，要求发电系统：1）汽轮机必须带有前压调节装置，当机组在正常运行时，以汽轮机的进口压力作为主要控制参数，来调节机组输出功率以保证压力基本稳定，这种方式可适应废气余热参数的变化，使整个系统有较高的适应性和可靠性；2）用于余热利用的汽轮发电机的特点是以汽定电，所以要求带负荷的能力可在较大范围内波动，尤其是发电机的选型要考虑能超过设计发电量的15%左右。经济社会效益：从能源利用角度原来生产线24%左右的热能随废气排放到大气中，不仅造成能源的浪费，同时产生温室效应。建设余热发电项目后，不仅节约能源而且减少排放。以360m2烧结机余热电站为例，总投资为1.7亿元，每年可发电1.4亿kWh，产生净经济效益7000万元，投资回收期为2.5年。近几年，随着双压、闪蒸发电和补汽蒸汽式汽轮机在技术上获得突破，烧结余热发电技术已逐渐进入成熟阶段，同时其在节能环保、减少污染排放、经济效益等方面的显著优势使得其发展迅速。2005年9月，马钢引进日本川崎技术在2台300M2烧结机上建成了国内第一套17.5MW余热发电机组，截至到2009年底，国内钢铁企业共有19台烧结机配套建设了余热发电机组，配备余热发电机组10套，总装机容量136.7MW。此外，安钢等一些企业正在施工建设烧结余热发电站。烧结余热发电技术推广比例不及4%。烧结余热发电技术在国内应用已经成熟，全套设备可以国产化，已具备全面推广的条件。B.饱和蒸汽发电除上述余热资源外，钢铁企业生产过程中炼钢、轧钢等工序尚产生大量低压饱和蒸汽，按产生制度分为间断蒸汽及相对连续蒸汽，其相比焦化、烧结工序余热资源，利用价值相对较低。间断蒸汽，这部分主要是指炼钢工序产生的余热蒸汽。转炉在吹炼过程中，产生大量1200摄氏度以上高温烟气，为降低烟气温度、回收高温烟气中的余热同时为转炉烟气除尘机煤气回收创造条件。目前大多数转炉均配套设置了烟道式汽化冷却装置，电炉炼钢烟道也在向汽化冷却的方向发展，但由于炼钢生产的间断性，决定由该装置产生的蒸汽具有饱和不连续性。钢铁企业饱和蒸汽产生量大，但利用效率低，特别是在南方大部分冬季不采暖地区的钢铁厂。采用饱和蒸汽发电，既可以充分利用饱和蒸汽，避免蒸汽放散造成的浪费，同时能提供电能，产生新的效益。因此，可以预计该项发电技术未来的发展潜力将很大。C.热水发电高炉炼铁过程中，产生的炉渣温度大约为1000摄氏度，炉渣在冲渣箱内由冲渣泵提供的高速水流急冷冲成水渣并粒化，这一过程中能够产生大量温度在80-95摄氏度的低温热水，热水量达到几千吨/小时，长期排放既浪费了能源，又造成环境污染和水资源流失。由于高炉冲渣水具有温度低、流量大的特点，应用较为困难，现阶段除北方少数钢铁企业用于冬季采暖外，大部分企业均未利用。针对这种情况，目前认为比较可行的应用措施是利用有机工质形成双循环，吸收排放的废热水的热能，将有机工质加热成汽液两相，直接进入螺杆膨胀动力机或汽轮机，驱动发电机进行发电。从技术角度分析，高炉冲渣水发电已完全可行，国内也有多家钢铁企业对此项目进行了前期论证，目前尚未有实际应用实例，但随着企业对节能减排工作的日益重视以及该项技术相关细节的进一步完善，它的发展应用将只是一个时间的问题。