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余热余能资源利用现状与前景分析摘要：概括了我国钢铁工业余热余能资源分布、利用状况,分析了行业能耗指标，余热余能资源回收利用的潜能,可以指导钢铁企业充分利用余热余能资源,提高能源回收利用率,实现节能减排和降低企业能源成本。关键词: 余热余能 节能减排 前景 分析 引言：钢铁行业是高耗能行业，在消耗能源推动能源转变的同时会产生大量的余热余能，但是我国能源利用效率较低。当然随着钢铁技术的发展，越来越多的余能回收技术得到广泛的应用，且做到较好的节能和降本成效，缓冲了当前经济形势对行业造成的冲击。但是企业对余热余能的利用还处在较低水平，主要表现在余热余能资源的利用深度和已回收能源的有效利用程度两个方面，那么如何提高这两方面的水平，对面临着节能减排任务和严峻的经营形势压力的钢铁行业具有重要的积极意义。1.余热余能利用的现状分析 节能减排是现代工业和生态环境所要必需的，各个国家都采取了相应的措施。在余热余能利用上,日本新日铁公司的余热余能回收率已达到92%以上,其企业能耗费用占产品成本的 14%。我国比较先进的企业,如宝山钢铁股份有限公司的余热余能回收率达到 68%,其能源费用占企业产品成本的21.3%。而大多数钢铁企业的余热余能回收率不到50%。能源费用占产品成本的 30%以上。我国的钢铁企业也在探索新技术、新思路。首钢在曹妃甸地区正在建设一个具有国际先进水平的钢铁联合企业。新建的首钢京唐钢铁联合有限责任公司采用国际先进工艺装备,以建设具有国际竞争力的板材精品基地为发展目标,建设规模为 年产钢坯 970 万 t。生产流程为原料、焦化、烧结、球团、炼铁、炼钢、连铸、热轧、冷轧的长流程生产工艺。各生产工序均配置了先进的工艺设备,具备了实施循环经济的条件。按照循环经济的理念,通过科学规划,建立起物质循环、能源循环及废弃物再资源化生产体系,使企业在节能、节水、降耗及资源综合利用等方面的技术经济指标均达到国际先进水平。1.1资源的分布与利用 ( 1) 资源分布按工序: 铁前 ( 铁、烧、焦) 余热余能资源量几乎占到了总量的四分之三,尤其以炼铁工 序最为突出,这与钢铁行业铁前区域能源消耗占总能耗的 60% 以上基本保持一致,是节能挖潜的重点。 按资源类别: 产品显热 ( 包括主要产品和 附属产品) 及废烟气显热是余热资源存在的主要形式,约占70% ,这主要是由钢铁生产伴随不断加热、冷却的工艺过程决定的。 ( 2) 资源利用 按工序: 铁后的炼钢及轧钢工序回收利用的余热已经占各自资源量的一半左右; 铁前的炼焦 及烧结工序回收利用的余热已经占各自资源量的17%左右; 而余热余能资源最为丰富的炼铁工序,回收利用的余热仅占自身资源量的10. 36% ,回收利用潜力巨大。 按资源类别: 余压资源,由于高炉炉顶煤气 的透平膨胀发电存在着压力能向电能转化的过 程,能量的损失不可避免,且已达到 43. 36%的回收利用水平,所以提升空间有限; 产品显热及烟气显热,是余热回收利用的主要对象,但是整 体水平不高; 炉体冷却水显热,轧钢加热炉的冷却水已经得到充分的利用,技术成熟、效果很好,但是高炉的冷却水量大且温度不高,利用难度较大,未见相关运用的技术与案例; 废渣显热几乎完全未利用,这部分余热的回收是业界的难题,有待于进一步开发与研究。 2. 钢铁行业工序能耗 钢铁行业吨钢及各工序行业平均能耗 见表1。 从表1可知,铁前(烧结+焦化)和炼铁工序占吨钢能耗超过90%,同时也是原燃料消耗的主要工序,提高铁前和炼铁工序的原燃料利用率、余热、余能回收率是钢铁行业降低能耗的关键。同时,原燃料消耗的理论回收能量为490kgce/t.steel,实际回收能量 仅为63.4kgce/t.steel,实际回收能量所占比例较小,主要原因包括:1) 钢铁厂副产的高、焦、转混合煤气未充分利用,主要用于煤气发电,发电效率较低(通常30%左右),导致能量利用率低,能耗损失严重;2) 由于低温发电技术尚未得到推广,大量的低温热源未得到回收,导致能耗损失较大;3) 能量回收系统和钢铁行业各工序的作业率、 能质等匹配问题,导致能耗的损失。序号 工序名称 单位 行业平均能耗 能耗比例 1 吨钢总能耗 kgce/t.steel 595.8 1.1 烧结 kgce/t.steel 50.5 8.5% 1.2 焦化 kgce/t.steel 99.5 16.7% 1.3 炼铁 kgce/t.steel 397 66.6% 1.4 炼钢 kgce/t.steel -6.7 -1.1% 1.5 热轧 kgce/t.steel 51.3 8.6% 1.6 冷轧 kgce/t.steel 67.6 11.3% 1.7 能 量回收 kgce/t.steel -63.4 -10.6% 表1.钢铁行业工序能耗表3. 钢铁行业节能发展方向探讨 基于上述情况,目前钢铁行业的节能技术发展方向主要集中在以下几个方面: 1)降低高炉焦比和燃料比 高炉炼铁工序占吨钢能耗近70%,降低高炉焦比和燃料比对节能的效果显而易见。目前主要的研究在提高富氧率、增加喷键数据;建立设备操作记录,严肃电气开关操作的步骤,操作前后应该确认的项目以及操作术语。应该建立设备维护检修档案,严格按照电气设备检修管理规定对电气设备进行周期性的检修维护,日常发现的设备问题应该及时记录分析,根据结果判断是否需要立即停机检修,如发现运行状况有恶化的趋势要及时停机检修,避免设备长期带病运行状况的发生。 2)提高焦炉煤气利用率 焦化工序是钢铁流程的能源转化中心,焦化富产的焦炉煤气是钢铁企业中最好的优质燃气,同时也是折合能耗最高的 燃气,约70kgce/t.steel,提高焦炉煤气的利用率对于钢铁行业的节能来说意义重 大。焦炉煤气发电是最常用的利用方法,但 存在转化效率低,能耗损失严重等缺点,利用焦炉煤气制海绵铁、制天然气、制H2等可以更好的提高焦炉煤气利用率4,同时可以增加焦化工序的产品附加值,是当前以及未来焦炉煤气利用的发展方向。 3)提高二次能源回收 钢铁行业副产高温煤气、烟气的余热回收是钢铁行业节能降耗的重要方向。目前的研究主要集中在高温煤气、烟气的回收, 中、低温煤气、烟气的余热回收尚未得到重视,同时对于回收得到的蒸汽存在大量的 高质低用现象,如高压蒸汽经管网减压后送至低压蒸汽用户等。因此,分阶段(高 温、中温、低温)进行余热回收和利用,开发低品质余热余能的高效利用技术,是当前以及未来二次能源回收的发展方向。 4.分析影响节能的主要因素包括以下几点: (1) 长期以来,人们一直关注钢铁流程中产品形成技术的开发和主流程的资源保证及管 ,而较忽视产品形成过程中能质转化价值及技术的开发和管理,忽视能质转化及传递、使用过程的耦合匹配。恰恰是这些能质转化技术直接涉及资源、能源的高效利用和转化,因而造成过程 运行成本高、效率低、污染重,其实质是资源、能源的流失。 (2) 钢铁流程各生产工序基本上都是余热余能的阈值工序,在工序无热“阱”,工序回收的余热余能效率低,且数量不足。 (3) 钢铁企业余热余能资源载体多样、分布分散、衰变快、不可储存、稳定性差、数量和质量差别大,集中回收利用难度大。(4) 钢铁企业传统的余热余能回收方式忽 视回收能的质量,以低参数热风、热水、蒸汽等为工质,回收效率低,且受能量品质低、衰变快、不稳定、用户不匹配等因素影响,能源利用 效率低,甚至造成回收后又放散的无效状态。 (5) 钢铁企业以钢铁产品生产为主的工艺, 能量指标体系设置裕度大,指标优化技术落后, 能量输送、转化、使用时耗损大,缺少集成优化 智能控制手段。 (6) 余热余能回收利用的理论研究滞后,能源高效利用、转化的关键装备技术、工艺技术和管 理技术依赖进口,缺乏集成创新。回收热能贬值严重、能效低,甚至还有大量高、中、低品位余热余 能尚没有形成有价值回收利用的手段。 (7) 钢铁企业中焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气均是优质化工合成原料,并且作为副产物其成本较低。钢铁企业化工合成功能有待深度开发,并可为社会的可持续发展提供新价值和资源。 5.结语 通过对钢铁行业各工序原燃料结构、能耗特点和节能技术的分析,得到如下结论: 1)铁前、炼铁是钢铁行业原燃料消耗的主要工序,提高铁前和炼铁工序的原燃料利用率、余热、余能回收率是钢铁行业降低能耗的关键。 2)钢铁行业的节能技术的发展方向应重点关注降低高炉焦比和燃料比、提高焦炉煤气利用率、中低温能源的回收和高效利用方式。 参考文献 1. 李洪福,苍大强,温燕明.中国钢铁工业节能现状与发展前景分析J.冶金能源, 2011,30(4):3-7. 2. 陈凌,张涛,郭敏,等.利用焦炉煤气生产海绵铁的前景分析J.钢铁研究, 2013,41(5):56-59. 3. 蔡九菊. 钢铁企业能耗分析与未来节能对策研究 J. 鞍钢技术,2009,(2): 1-6. 4. 张 鑫,冯浚小. 合同能源管理新进展及在工业炉领域的发展建议 J. 冶金能源,2013,32 ( 6) : 3 - 6. 5. 范书昌.钢铁企业余热余能回收及发电技术的探讨J.莱钢科技，2009，10 6. 王志伟.钢铁行业工序能耗分析及节能发展方向探讨J.工业技术，2014，（16）:50-52 7.