钢厂工业余热可再生能源在中小城镇集中供热的应用郭奇志.pdf

区域供热2013.6期 1概述 发展城市集中供热是我国的基本国策之 一，是节约能源的重要途径之一，也是衡量城 市公用事业发展水平的一项重要指标。 它不 仅能给城市提供稳定、可靠、高质量的热源， 而且可有效节约能源，改善人民生活环境，提 高居民生活水平。 随着我国农村城镇化的迅 速发展，中小城镇的集中供热需求迫在眉睫。 原先是以燃煤为主且供暖分散，燃煤效率低， 污染严重。 因此需要转变现有的供暖体系和 结构模式。 而一般的钢铁企业，距离小城镇较 近，且为高污染、高能耗、多余热的企业。 在加 大节能减排，控制污染的同时，仍有大量的工 业余热未充分利用。 例如高炉冲渣水、各个类 型的循环冷却水（温度一般在3040）以及 各种烟气余热等。 随着低温工况供暖模式的 发展， 工业余热及新能源在供热领域逐步大 范围运用，其技术较为成熟，成为低温工况应 用较多的集中供热热源。 2钢厂工业余热的主要类型及品质参数 本文以北方某钢铁公司的工业余热为 例， 说明工业余热资源在集中供热方面的利 用。 余热资源主要包括：高炉冲渣水、汽轮发 电机组循环水、 各类型循环冷却水及各种烟 气余热等。 2.1高炉冲渣水 钢厂的副产品炉渣出炉温度一般都很 高，大约1500左右，经高速水射流冷淬后排 入渣池， 再经渣水分离、 控干处理后炉渣外 运，做建筑材料。 冲渣水可以循环利用。 渣池 水冬季水温8085，夏季水温9095。 经 过渣水分离设施的滤池过滤后， 浊度的质量 浓度能净化到47mg/L。 2.2循环冷却水 钢厂有大量的各类循环冷却水， 其余热 属于低品质热源，一般温度低于40，不能直 接用来供暖，需通过水源热泵机组换热，提取 其中的热量，制取6065的热水，经地板辐 射采暖或空调系统进行采暖。 2.3高炉煤气及各炉窑烟气余热 一般钢厂的高炉煤气产生于热风炉、烧 结、球团、发电、铸管、石灰厂等，少量放散。 以 高炉煤气发生量24万m3/两座为例， 热风炉 运行温度1100、排烟温度150、煤气消耗 量11万m3，烟气流量16m3/h；烧结机消耗煤 气量0.8万m3/两台，机头烟气量2.98万m3/h， 钢厂工业余热可再生能源在 中小城镇集中供热的应用 中国市政工程西北设计研究院有限公司北京工程设计咨询分院郭奇志陈洪轻 【摘 要】分析说明了钢厂中常见的工业余热类型及在小城镇集中供热中的利用 方式及优点，并提出了钢厂工业余热梯级利用的新方法和途径。 【关键词】工业余热城镇集中供热可再生能源能源梯级利用 48- 区域供热2013.6期 分厂系统名称冷却塔数量总流量m3/h进塔温度出塔温度 烧结1#竖炉 带烧2#竖炉51000302627 炼铁3#5#6#7#高炉净环121310028342530 炼钢精炼炉转等净环水11450029302433 轧钢净环浊环层流等21193503330 动力3#4#等制氧凉水塔11130002724 温度80120， 机尾烟气量1.19万m3/h，温 度80120；回转窑入口1000、消耗煤气量 0.6万m3，排烟量60m3/h，排烟温度110、窑 内最高温度1250，烟气主要成分：SO2、CO2、 N2、O2和少量水蒸气含量； 环冷机排烟量 80000m3/h，温度100。 可以看出，烟气的余热资源非常分散，利 用价值较低。 通过分析，这部分余热目前回收 利用的投资较高，经济效益较低。 3余热的提取及供热利用 3.1高炉冲渣水余热利用 根据钢厂某高炉的资料， 炉渣产量：M= 2800t/d，炉渣温度：出炉T1=1500，入池T2= 80。 高炉冲渣水循环泵采用两台，单台水泵 水量为1400m3/h。 3.1.1炉渣余热计算 炉渣产量：M=2800t/d=32.41kg/s； 炉渣比热容：C=1.2kJ/kg； 炉 渣 温 度 ： 出 炉T1=1500， 入 池 T2=80； 炉 渣 热 功 率 ：Q=MC（T1-T2）=32.41 1.2（1500-80）=55.21MW。 3.1.2冲渣水余热计算 结合实际运行情况， 按水泵水量的70% 考虑， 冲渣水量最大考虑1400m3/h70%= 980m3/h。冬季单台高炉投产使用时，水温最低 为81。 由于冲渣水重复使用， 热值会不断 增高， 为了最大限度地利用冲渣水余热，本 方案将冲渣水 侧 换 热 器 进 水 温 度 设 定 为 81，出水温度设定为25，根据Q热=G 1.163T，计算出能从冲渣水中提取的总热 量Q=9801.163（81-25）=63.8MW。 根据现场实际情况， 两套渣处理系统交 替使用，冲渣水的温度随冲渣情况波动，参考 相关文献，综合考虑各种热损失后，渣的70 以上的余热可以被利用。 故此，本方案确定， 单台高炉冲渣水的余热提取量为45MW。 3.1.3余热的利用 仍以北方某县城供热为例， 城区没有集 中供暖，均为分散小锅炉或自行小煤炉采暖， 热用户末端情况较为复杂， 部分采用散热器 系统、部分采用壁挂炉和地板辐射采暖、部分 没有采暖装置。 不同的末端形式对于采暖介 质的需求参数不同，系统形式也不能通用。 结 合城区的具体情况， 本方案确定采用两级阶 梯直供，再采用三级热泵驱动。 针对低温工业余热的利用， 为区别于供 热规范的相关名词，暂定义如下名词： 一级直供：工业余热(冲渣水为一次侧)进 行换热后，二次侧直接供散热器用户。 二级直供：一级直供的采暖回水，通过混 水加压后再直接供地板辐射的低温用户。 驱动供热： 通过热泵提取二级低温用户 的回水热量，提供采暖供热。 冲渣水利用工艺流程如图3-1所示。 过程（一级直供）：冲渣水释放热 量，将换热器二次侧热水加热到63，热水经 过热力主干管输送至负荷中心， 采用一级分 配、混水、加压直供系统，末端采用散热器对 流换热供热。 供热后63水温度降为45， 北方某钢铁公司循环冷却水汇总表 49- 区域供热2013.6期 图3-1冲渣水利用工艺流程图 温差为18，基本 满 足 散 热 器 系 统 的 温 度 要求。 热负荷24MW，承担的供热面积约为 53万m2。 过程（二级直供）：经过一级直供， 热水温度降为45， 此温度能满足低温辐射 地板采暖所要求的温度 （不宜高于60），故 可以直接或经过加压泵加压输送至低温辐射 地板采暖用户， 低温辐射采暖用户进出水温 度为45/35，此部分为二级分配、混水、加 压直供系统，热负荷13MW，承担的供热面积 约为29万m2。 过程（三级提升）：经过一级和二 级直供系统，高低品质热量已大部分被利用， 经散热器和低温地板散热后热水温度降为 35。 为了更充分利用余热，本方案将35的 热水直接或加压后输送至水源热泵， 换热后 出水为20，换热温差为15；机组二次侧水 被加热至60， 一部分输送至地板辐射采暖 末端或空调末端，热负荷26MW，承担的供热 面积约为58万m2。 另外，当高炉出现故障或检修时，冲渣水 热量仅能满足一级直供， 不能满足二级直供 时， 热泵机组二次侧60热水部分流回二级 直供系统，保证系统供热的稳定性。 经过一级直供、 二级直供和三级提升间 接供热， 最后20的水被重新输送至换热首 站，被冲渣水加热，循环利用。 本方案利用三级阶梯供热， 冲渣水中的 热量已得到充分的利用，能源利用率较高，且 热泵机房可设置在热负荷中心， 直接利用一 级和二级换热后的热水作为热源， 节约了长 距离输送水源的管道和设备投资，节能降耗， 同时采用热泵技术，供热面积增加30%左右。 3.2循环水余热利用 3.2.1汽轮机低真空循环水供热 对凝汽式机组， 蒸汽经汽轮机叶轮做功 后为一般为2545（绝对压力约37kPa）的 乏汽，在非接触式冷却器凝汽器中，乏汽经管 壁传热至循环冷却水，释放凝结潜热，排出的 热量被循环冷却水吸收。 随着凝汽器排汽绝 对压力的提高，相对应的饱和温度提高，对应 的真空度降低。 循环水余热利用的原理就是通过降低真 空度来提高排汽温度， 循环水所吸收热量增 大， 将正常40左右的循环水温度提高至 60左右，通过供热管网送往小区供暖。 在采暖期， 高背压循环水供热工况运行 时， 机组纯凝工况下需要的冷水塔及循环水 泵退出运行， 将凝汽器的循环水系统切换至 热网循环泵建立起来的热水管网循环水回 路，形成新的“闭式余热-热网循环水”热交换 系统。 （下转第54 页） 50- 区域供热2013.6期 ! 3.2.2循环冷却水余热 一般钢厂都有大量的各种循环冷却水， 并联溴化锂吸收式热泵机组， 以蒸汽或者高 炉煤气或者高温烟气作为驱动热源， 提取冷 却循环水中低品位余热， 并转换为可供城市 热网供热利用的高品位热源。 但是，这部分余 热提取，主要取决于驱动热源的多少。 仍然结合北方某钢铁厂的实际调研情 况。 钢厂有大量的煤气资源和冷却循环水余 热。 煤气主要产生阶段为炼铁过程，主要燃 烧成分为CO，含量约20%。 煤气富余量为 6万m3/h，燃烧值为700800kcal/m3。总热量约 为48MW。 利用煤气燃烧作为直燃型吸收式 热泵机组的驱动源， 将冷却循环水中低温余 热提取出来加以利用。COP=1.551.85，可得 直燃机组能提供的供热量约为80MW。 4结语 钢铁企业多为高污染、高能耗企业，在加 大节能减排，控制污染的同时，充分利用高炉 冲渣水、循环冷却水、高炉煤气等工业余热， 同时考虑污水源热泵、 地源热泵等其他可再 生能源的辅助热源， 满足国家能源的可持续 发展和民生需求。 结合实际的供热范围、供 热性质，采用阶梯供热，增大供热面积，降低 供热投资成本， 真正实现余热资源的充分利 用。 （上接第50 页） 1500kW中低压汽机， 其0.29MPa、200的排 汽用于热网加热，排汽热量约为12.9MW。 可 见该汽机排汽承担该项目热网的基本热负荷 是没有问题的， 该背压机组可按以热定电模 式做到连续稳定经济地运行。 200万平方米及以上规模的小区完全可 以按上述热源锅炉配置比例及背压机组容量 进行放大。 当然不同项目由于炉型及其它辅 机选择、布置方案的不同，热网半径及方案的 不同， 各项目热源的单位出力用电容量不可 能完全一致，届时还应详细核算设计。 从政策方面来说，不论是热电联产、热功 联产， 还是分布式供电， 只要是技术经济合 理，就一定会符合相关规定的，不论是立项审 批还是到发电并网，政策都是鼓励并支持的。 4结论 分布式变频供热技术应用时， 不能只 考虑其节电量的多少， 而更应该考虑其供电 来源、供电生产成本、使用价格及改造投资这 些因素。 供电来源和价格因素往往比电量因 素更重要。 供热面积大于100万平方米或锅炉房 总容量大于80t/h的集中供热锅炉房，建议其 中75%80%左右的容量上热水锅炉，25% 20%的容量采用蒸汽锅炉， 使热源实现背压 机组发电或工业汽轮机拖动。 如此可极大地 节省供热锅炉房耗电成本，降低运行费用。 参考文献 1贺平等主编，供热工程。 北京，中国建筑工业出版 社， 2