钢铁行业余能余热利用新技术.ppt

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，延长管道寿命，提高效率和产品质量。,（二）余能余热回收利用技术,6、纳米喷涂材料技术,（二）余能余热回收利用技术,特性：抗腐蚀、沾污结渣，陶瓷惰性薄膜耐磨损，硬度仅次金刚石高稳定发射率，高吸热能力结合坚固，渗透性络合结合,6、纳米喷涂材料技术以复合金属氧化物陶瓷为主要成分的灰色的水分散型陶瓷涂料适用于耐火材料和金属基质表面在温度超过1000摄氏度时发射率仍高于0.9抗沾污结渣，可适用多种燃料在炉窑受热面使用03/C涂层可使热分布更均匀可以更快升温及冷却，达到增加产能的目的应用效果：工业炉窑节能率可高达5-30%电站锅炉节能率可高达0.8-2%相应节能比例降低CO2排放减少氮氧化物NOx排放量可高达30%增加热力设备产能可达5-10%延长基质材料使用寿命1倍,（二）余能余热回收利用技术,7、氟塑料（PFAFEP）烟气余热回收技术该材料具有耐高低温（-80260）、极耐腐蚀、耐磨损、热效率高、热交换速度快、使用寿命长（5年8年）、节能降耗、二次除尘净化烟气、环保等特点,（二）余能余热回收利用技术,7、氟塑料（PFAFEP）烟气余热回收技术主要优势特点：1、耐腐蚀性极强。几乎对所有化学品和溶剂呈惰性，且几乎没有一种溶剂或化合物可在300以下溶解它，因此，氟塑料烟气余热回收换热器相对于金属换热器有明显优势，可在烟气酸露点以下更充分回收烟气余热。2、优越的清灰功能。由于氟塑料本身具有不粘性及自清洁性，因此氟塑料材料制造的换热管具有一定的自清灰功能，从而可以显著地减少换热管外表面的积灰陈积并可快速和彻底地清除少量的积灰；同时设计保证烟气流速均匀流动顺畅，并在换热器内安装有压缩空气和水清灰装置，从而很好的解决了积灰问题。3、优异的耐磨损性。氟塑料换热管本身具有优异的耐磨损性，而且氟塑料烟气余热回收换热器设计时选取低磨损、低阻力的烟气流速，从而减少了对换热器管束的磨损。4、低阻力。氟塑料换热管本身表面光滑，摩擦系数小，对烟气的阻力小；烟气余热回收换热器设计时也充分考虑了换热器本身对烟气本身的阻力，隔板中间做成镂空，多组换热器之间都留有相应的间距，以减小对烟气本身的阻力，对上下游设备也没有明显的影响5、使用寿命长。氟塑料极耐大气老化，老化期在十年以上。氟塑料烟气余热回收换热器耐腐蚀性极强，且耐磨损性强，不易堵灰，因此，该设备使用寿命可长达8-10年。,（二）余能余热回收利用技术,8、三维肋片管式空气预热器工作原理三维肋片管技术是一种换热性能优异的高效换热元件，其肋形结构与其它任何一种三维粗糙管都有所不同。它的三维内肋是采用挤压加工的方法在金属管内壁堆积而成的，因此其肋面是一个曲面与平直面的结合体，因此称之为“三维”肋化技术。因为肋结构的存在，使得钢管壁面附近的层流层得到破坏，层流层厚度减薄，湍流强度得到加强，进而实现强化换热。,（二）余能余热回收利用技术,9、加热炉纯氧燃烧技术将加热炉原有烧嘴以自冷却无焰纯氧烧嘴代替，空气助燃改为氧气助燃。使炉内燃烧特性得到改善，实现弥散式燃烧，炉内温度场均匀稳定、还原性气氛增强，钢坯表面氧化烧损减少、NOx排放较少、燃料消耗降低.,（二）余能余热回收利用技术,10、溴化锂吸收式热泵技术采用中温废热能驱动，在有低温的循环冷却水的条件下，吸收中温热源热量，提供高温的采暖或工艺用热源。由于不消耗高温热能，运行费用极低。,（二）余能余热回收利用技术,冶金/制药/化工废蒸汽/热水区域采暖工艺加热循环冷却水,10、溴化锂吸收式热泵技术,（二）余能余热回收利用技术,11、烧结烟道废气循环烧结技术烧结废气的余热量占烧结总热耗的20-30%，且含SO2、NOX和二噁英等有害物质；采用烟道废气循环烧结技术可利用烟气中残留的CO（0-2%，重新燃烧放热）和200-300废气的物理热，提高烧结矿表面和降低固体燃料消耗，同时废气循环后，烟道废气量减少，且烟气中有害物质在烧结中再分解，可起到减少污染物排放和烟气综合治理的效果。整体上看，该技术在国内外均已得到工业应用，是当前研发的新热点，对改善烧结矿质量、节能减排和环保均有利。目前工业化情况:1981年10月日本住友金属、1993年德国鲁奇公司EOS法、2005年西门子奥钢联Eposint法、德国HKM公司LEEP法、2013宝钢（宁波钢铁）等均已实现了工业化。其主要效果如下：1）固体燃料消耗节省约2-4kg/t;年效益约2730-5460万元/吨2）烧结废气量减少约30%；有利于减轻后续烧结机头电除尘、脱硫的负荷，从而提高其效率；3）灰尘排放量减少36%、废气温度适当降低;有利于后续电除尘和脱硫；4）吨烧结矿的NOx、SO2排放量减少约23和28；5）汞、铅、HF、二噁英和呋喃(PCDD/F)以及挥发性有机物(VOCs)等均显著降低。,（二）余能余热回收利用技术,11、烧结烟道废气循环烧结技术,（二）余能余热回收利用技术,12、低温热能有机工质发电技术采用有机工质饱和蒸汽膨胀、降低发电温度、机组的匹配设计选择允许两相膨胀的双螺杆膨胀机；过热气体密度较小，质量流量小，对发电量的影响是负面的。故提出有机工质饱和蒸汽膨胀做功最利于低温能转化的概念；该类型的组合蒸发器稳定足量地提供有机工质饱和蒸汽，使膨胀机的工作达到最佳效果。蒸发器测试数据显示，预热器将过冷液体加热到接近饱和，而蒸发器出口的工质气体过热度在1左右，接近饱和气体。根据最利于低温能转化的理论分析，设计了“壳管式预热器+满液式蒸发器”的组合式蒸发器，完成了机组整体的集成优化设计，使膨胀机、蒸发系统、冷凝系统、循环工质泵以及配套的发电系统等匹配整合，实现整套机组稳定运行发电。,（二）余能余热回收利用技术,12、低温热能有机工质发电技术采用有机工质饱和蒸汽膨胀、降低发电温度、机组的匹配设计选择允许两相膨胀的双螺杆膨胀机；过热气体密度较小，质量流量小，对发电量的影响是负面的。故提出有机工质饱和蒸汽膨胀做功最利于低温能转化的概念；该类型的组合蒸发器稳定足量地提供有机工质饱和蒸汽，使膨胀机的工作达到最佳效果。蒸发器测试数据显示，预热器将过冷液体加热到接近饱和，而蒸发器出口的工质气体过热度在1左右，接近饱和气体。根据最利于低温能转化的理论分析，设计了“壳管式预热器+满液式蒸发器”的组合式蒸发器，完成了机组整体的集成优化设计，使膨胀机、蒸发系统、冷凝系统、循环工质泵以及配套的发电系统等匹配整合，实现整套机组稳定运行发电。,（二）余能余热回收利用技术,13、轧钢加热炉烟气余热深度余热回收技术加热炉排烟温度一般在800-1000（冷装坯排烟温度约为800左右，热装坯排烟温度约为1000左右），现采用设置在烟道内的空气预热器和煤气预热器回收排烟余热，排烟温度约为320-350，仍有回收潜力。,（二）余能余热回收利用技术,四、首钢京唐余能余热利用现状,设计产能80万吨,（一）公司概况工艺流程,围绕新一代钢铁流程，京唐公司钢铁厂按照循环经济理念，以“减量化、资源化、再循环”为原则，以低消耗、低排放、高效率为特征，集成应用了“三干”技术、海水淡化、水电联产、烟气脱硫脱硝等一系列先进节能减排技术,对工序产生的余热、余压、余气、废水、固体废弃物充分循环利用，实现资源节约、环境友好和为社会提供资源等功能。,（一）公司概况循环经济实践,（二）首钢京唐余热余能综述实际应用,（二）首钢京唐余热余能综述实际应用,（二）首钢京唐余热余能综述实际应用,焦化一期工程建设规模为年产干全焦420万吨，干熄焦工程与焦炉工程配套建设，采用2260t/h高温高压干熄焦余热锅炉，配备230MW汽轮发电机组，年发电量4.47亿kWh,吨焦发电量106kwh，年节约标煤18.06万吨，减排CO256.4万吨，比中压和次高压干熄焦发电机组分别多发电约20%和8%，多节约标煤3.01万吨和1.34万吨，多减排CO29.48万吨和4.22万吨。同时大幅减少粉尘及苯并(a)芘等有害气体的排放量。,（二）首钢京唐余热余能综述实际应用,利用高炉煤气补燃技术，充分回收利用烧结环冷机、段的烟气余热（200），建设两座带补燃的三压式锅炉，配套一台双补汽式背压发电机组，同时汽轮机后置一套2.5万吨/日热法海水淡化装备。与常规烧结余热发电相比，此技术将发电用蒸汽参数由次中压提高至中压等级，吨矿增加发电量24kWh，小时增加余热回收量92.6GJ。且后置海水淡化装备，整体热效率提升至80%以上。,（二）首钢京唐余热余能综述实际应用,炼钢转炉汽化冷却设施京唐公司炼钢系统装备了五座300吨转炉，其中3座脱碳转炉，2座脱磷转炉。钢的冶炼生产具有不连续性，每个炉次开始的时候，转炉炉缸中加热生铁、废钢或铁矿，随后通过氧枪吹氧，铁转化成钢，氧和碳反应生成含一氧化碳的气体，俗称一次烟气，CO含量约90%，温度约1700。同时，一次烟气中含有大量含铁粉尘，为满足后续除尘要求（入口温度900）及回收烟气余热降低转炉能耗，设置转炉烟道汽化冷却设施，包括高压强制循环、高压自然循环和低压强制循环三个系统，每个炉次产生2.6Mpa蒸汽约20吨。,（二）首钢京唐余热余能综述实际应用,热轧加热炉余热回收设施京唐公司2250热轧系统设置四座步进梁式加热炉，炉子有效尺寸（长宽）为50.912.7m，每座炉子的额定加热能力为350t/h（板坯温度20）。炉内温度约1250。为保护炉门及炉内的水梁和立柱，加热炉设计了强制循环系统，采用汽化冷却装置达到冷却目的。每座加热炉每小时可产生饱和蒸汽约20吨。,（二）首钢京唐余热余能综述实际应用,首钢京唐公司炼铁高炉容积为5500m3，高炉炉顶压力控制采用炉顶余压发电装置（以下简称TRT），该装置可以稳定地调节炉顶压力，保证高炉的正常生产，同时通过最大限度地回收炉顶压力能来发电，并降低煤气减压阀组运行时的噪音及能量损失。配合高炉煤气干法除尘工艺，京唐公司高炉TRT吨铁发电量达到48.1kwh，年发电量达4.30亿千瓦时。吨铁节能5.37Kg标煤，年减排CO215.17万吨。,（二）首钢京唐余热余能综述实际应用,海水淡化前置汽轮发电机组技术采用热法低温多效海水淡化装置的蒸发器替代了汽轮机的凝汽器，实现了能源的梯级利用。全系统能量利用率82.23%。日发电96万kWh，日产高品质淡化水（TDS5ppm）2.5万吨，吨水成本降低至6.2元。海水淡化前置汽轮发电机组采用单元制配置，即一台锅炉对应一台汽轮发电机组及一套海水淡化装置，由中温中压锅炉来的蒸汽进入汽轮机组发电，发完电的负压乏汽再进入海水淡化装置生产除盐水，最后乏汽在海水淡化装置中冷凝，并通过冷凝水泵送至锅炉重新使用，形成水电共生循环。,替代,（二）首钢京唐余热余能综述实际应用,首钢京唐公司厂前生活区总建筑面积为10.6万，自2010年开始全部改用地源热泵加水源热泵进行冬季采暖及夏季制冷。基本原理：以常年保持约15恒温的地下土壤（水）为热（冷）源，以电能为驱动力利用双工况热泵机组制出热（冷）水，满足采暖、制冷及生活热水需求。采用土壤源热泵机组夏季向空调末端提供7/12的冷水，冬季向空调末端提供45/40的热水。生活热水采用海水源热泵机组，为储热水箱供应55的热水。,（二）首钢京唐余热余能综述实际应用,锅炉除氧器排汽余热回收利用装置采用锅炉凝结水混合吸收除氧器排汽，并利用多层雾化装置，使排汽能被迅速吸收，凝结水也被迅速加热到95以上，并利用特殊排氧结构设计，使排汽中的氧气来不及融入水中便被排除罐外。该装置于2013年成功投入使用，应用效果明显。不仅使除氧器成为绝对的零排放，节省了加热蒸汽，而且现场环境得到极大改善。,（三）首钢京唐余热余能综述规划应用,高炉冲渣水余热回收利用,首钢京唐公司5500m高炉冲渣过程中可产生约29.8t/h温度在100左右的蒸汽及1332t/h温度在7090的冲渣热水。为回收高炉冲渣热水及闪蒸蒸汽余热，规划在高炉两侧现有的冲渣蒸汽冷凝塔上加装抽汽管道，将高炉冲渣过程产生的100蒸汽抽入蒸汽回收装置与水进行换热，将换热后产生的热水供厂区采暖，每个采暖季可节约低压抽汽5万吨。,（三）首钢京唐余热余能综述规划应用,2250mm热轧加热炉现采用空气预热器和煤气预热器回收排烟余热，排烟温度约为300，烟气量约40万m3/h，仍有较大的利用价值。拟在煤气预热器后增加热管式余热锅炉，将排烟温度降低至150，单台每小时可产生10吨1.0MPa蒸汽并入公司蒸汽管网。,加热炉烟气余热回收利用,（三）首钢京唐余热余能综述规划应用,（三）首钢京唐余热余能综述规划应用,锅炉及焦炉废烟气余热回收,回收利用300MW锅炉、130t/h锅炉、35t/h锅炉及焦炉烟气余热资源，以除盐水为介质，在尾部烟道的气液两相换热器中吸收废烟气余热，提高水温后，送至海水淡化蒸发器前的热水负压闪蒸器中，闪蒸出适用于海水淡化”E”模式运行的低低压（35kpa）蒸汽作为热源淡化海水。闪蒸后降温的除盐水加入新水以补充闪蒸耗量，然后进入尾部烟