钢铁企业余热利用综合技术

钢铁企业余热余能利用技术,提纲,一、钢铁企业余热余能的产生和利用现状二、钢铁企业余热余能利用潜力三、流程结构优化、能质高效匹配技术、提高系统能量流价值四、钢铁流程余热余能利用综合技术,一、钢铁企业余热余能的产生和利用现状,节能指标改进：系统节能意识增强，能源介质结构优化，能源中心建设加速，综合能耗、吨钢耗电、吨钢耗水下降，自发电量达到1/3，最高自发电比例达到70%以上。,11,近年来，中国钢铁工业生产规模和行业竞争力显著提高，钢铁生产的吨钢能耗历经单体能效、系统能效、网络集成能效等三大阶段，大幅下降。,注：2000年之前为钢铁工业值，2000年及之后为重点大中型企业值。图1中国钢铁工业吨钢综合能耗的变化,工序能耗逐年下降：,“十一五”期间，钢铁行业主要生产工序能耗下降12.54，2010年与2005年相比较，重点统计钢铁企业焦化、烧结、炼铁、转炉、电炉工序能耗分别下降24.17%、12.44%、8.51%、100.95%、23.68%，其中转炉工序总体上实现负能炼钢。,主要节能设备配置水平大幅度提高：,CDQ装置：2005年前建成投产的仅有20套；截至2010年底，我国已投产和在建的干熄焦装置159套，干熄焦炭能力为1.59亿吨，占我国炼焦总产能4.5亿吨的35.3，其中重点统计钢铁企业焦化干熄焦率已经提高到83。干法TRT装置：2005年前有约49座；“十一五”期间建设了550座，1000m3以上高炉基本全部配备TRT。烧结矿余热回收发电装置：超过50%以上企业利用烧结矿余热进行发电。,余热余能等能源介质回收利用率不断提高：,2010年与2005年相比较：焦炉煤气回收率：由95.48%提高至98.24%；高炉煤气回收率：由90.74%提高至94.72%；转炉煤气回收量：由47.5m3/t钢提高至81m3/t钢；自发电比例：由27.44%提高至34%；低温余热回收利用技术不断被开发应用：饱和蒸汽发电、高炉冲渣水采暖、焦化初冷器余热水采暖、焦炉烟气余热回收、高炉热风炉烟气余热回收、轧钢加热炉烟气余热回收等。,节能减排效果大幅提高：,二、钢铁企业余热余能利用潜力,冶金生产过程中消耗的有效能量仅占28.3，而转化为余热余能的占71.7，达到14.34GJ/t钢材，折合490kgce/t钢材。钢铁企业节能的核心是余热余能高效回收和匹配利用，以及为低品质余热资源找到用户。即：系统能效、系统价值的优化集成。,据对国内20家有代表性的钢铁企业余热余能资源回收利用情况的调查显示：2005年这些企业余热资源平均回收率为25.8，其中产品显热回收率为50.04%，烟气回收率为14.92%，冷却水余热利用率为1.90%，各种渣的余热回收利用率仅为1.59%。基本上是高质能源低效回收、低效利用，经济效益差。总体判断：“十一五”钢铁企业余热资源的利用率大约40%左右，仍有较大的节能空间和潜力。如：2010年钢铁行业高炉煤气放散281亿m3、焦炉煤气放散6.52亿m3、转炉煤气放散36.28亿m3，折标准煤454.5万吨。若用来发电，可发电约80亿kWh，价值约40亿元。,而国外先进国家对余热余能资源（包括副产煤气）的回收率已达到90以上，如日本新日铁达到了92。,1、能源“量”的潜力,目前企业大多存在高质能低效回收，能源高质先用、高质低用、低质无处用。能源介质优化潜力巨大。,2、能源“质”的潜力,如某钢铁企业使用蒸汽状况：年生产及余热回收、消耗蒸汽500余万吨，折合55万吨标准煤，其平均日负荷410520t/h，从蒸汽管网1.4MPa到用户通过减压降至0.5MPa，火用损失12.8以上。实质是高质低用，低质无用。,蒸汽质量（压力、温度）决定蒸汽的做功能力：,P=1公斤/cm2饱合蒸汽火用值=453.8kj/kgP=10公斤/cm2饱合蒸汽火用值=788.4KJ/KgP=100公斤/cm2饱合蒸汽火用值=1029.9KJ/Kg,高压高温自循环全冷凝干熄焦发电技术与常规中温、中压干熄焦发电技术相比，每吨蒸汽发电量提高18，总效率提高13.25。,燃气蒸汽联合循环发电技术，热能效率高达5060，大大超过常规的锅炉发电机组，综合效率是常规中温中压锅炉发电的近两倍！,三种发电工艺煤气消耗量，m3高炉煤气/kWh,不同的干熄焦、煤气发电工艺和参数，效率相差很大：,燃气以高、焦、转三混管网模式运行，高质低用、不稳定、运行成本高。注重吨钢新水耗量，忽视总耗水量。新水耗量低、总水耗量高；水量降、成本升；不注重水质价值。工艺过程传热介质蒸汽当家，衰变快、能效低、过程损失大。连续能源流供给不连续能源用户，用户能质、能级不匹配，能效低。（真空喷射、取暖、消防）电力系统低效率运行：过于注重安全而忽视效率，功率因数低、负载率低、电网电压低、无功补偿配置不合理、耗损高等。,3、“能质匹配”潜力,钢铁企业用能很少关注能质匹配、价值优化，往往以主工艺要求配置能源，造成能源浪费和价值流失。,“能质匹配”潜力,炼钢蒸汽喷射抽真空：目前普遍采用蒸汽喷射抽真空，把连续能源流给了不连续用户，造成大量效益损失。,机械抽真空技术,应用机械式抽真空项目，取消蒸汽消耗，改为电力驱动，能量系统匹配运行，灵活、低耗，可完全替代蒸汽抽真空并达到同样的效果，吨钢耗电量仅为23kWh。,4、管理潜力,能源管理基本上处于生产主导型的安全保供模式，而非能源主导型的系统能效管理，导致能源管理粗放，能耗高，效益大量流失。能源介质价值与价格严重分离，内部机制与市场隔离。如：宝钢蒸汽192元/t、焦炉煤气2.225元/Nm3；而很多企业蒸汽80元/t，焦炉煤气0.2元/Nm3，更有的企业压缩空气与氧气一个价格。表面满足于“充分”利用，实则高成本运行。钢铁企业余热余能高效利用的价格潜力在于系统能效。有的企业为使用N2而放散氧气。尚未开展能源系统诊断与优化，无针对性节能规划，未建立能源管理体系，没有能源管控中心。,三、流程结构优化、能质高效匹配技术、提高系统能量流价值,能量的高效回收、高效利用，防止能量贬值是节能根本。冶金过程余热余能有时间、空间、能质、能量、用户经济适配效率和效益。分布式余热余能利用是手段冶金流程余热余能数量大，能质差别大，系统能质结构优化是提高系统能效的基础。为低品质余能找到用户是过程能效提高的重点，钢铁企业余热余能利用综合技术的目标是：“高质高用、能质匹配、等效替代、集成优化、分步利用”。以冶金流程能源的质量序、价值序，优化能源流及能源流网络，使之实现效率、价值的最优匹配耦合，追求冶金能源流的有序运行。并以此为目标，开发工艺技术、装备技术和管理技术。,以冶金能源质量序、价值序系统优化为手段，对钢铁企业能源系统进行全面系统的梳理、诊断。明确用能方针、原则、技术、措施，并以技术规划的形式固化下来，能够实现能源效率基础上的效益最大化。,承钢：规模800万吨钢/年。,煤气、蒸汽、余热系统：优化出效益潜力5.1亿元/年。,邯郸钢铁公司：规模1200万吨钢/年。,煤气、蒸汽、余热系统：优化出效益潜力10.19亿元/年。,唐山建龙钢铁公司：规模200万吨钢/年。,煤气、蒸汽、余热系统：优化出效益潜力2.2亿元/年。,山西安泰钢铁公司：规模300万吨钢/年。,煤气、蒸汽、余热系统：优化出效益潜力3.7亿元/年。,四、钢铁流程余热余能利用综合技术,过程工业能质匹配、高效利用、系统能效寓于“三流一态”。,利用能流夹点技术、能效替代技术、高能效转化技术、信息智能操控技术、能质匹配技术，实现能源介质优化、工艺过程优化，实现最优能源结构、最低能源成本、最大能源价值。,1、源头节能技术,煤调湿技术利用热风炉烟气余热实施鼓风脱湿技术利用热风炉烟气余热实施水渣微粉生产热送热装技术干熄焦技术高炉干法除尘技术转炉干法除尘技术炼铁精料技术喷吹煤干燥技术、焦碳干燥技术焦化工序余热余能高效利用集成技术等,煤调湿：炼焦原料煤调湿技术可使吨焦降低能耗10.3kg/T、含酚废水下降1/3、吨焦效益30元/T。目前有的工艺采用焦炉煤气或蒸汽为热源，将高品质能源用于对温度要求不高的烘干工艺，吨煤消耗60kg蒸汽、成本20元/T以上。烟道气煤调湿成本5元/T以下。,以焦炉烟气为热源，采用对流传热比传导、辐射传热系数高几十至几百倍，使低品位焦化烟气余热得到匹配利用，提高焦炭质量，减少焦化废水产生量。,炼焦煤气流分级及调湿技术,烟气鼓风脱湿技术：回收利用热风炉排放废气，驱动制冷机组进行冷却脱湿，每1g/m3脱湿量可降低焦比0.81.2kg/t铁，提高风温6，可以稳定冷风湿度，增加风量，稳定炉况，提高高炉铁产量。,鼓风脱湿：目前普遍使用蒸汽为热源，若3000m3高炉蒸汽消耗量约为56t/h，在实现制冷脱湿的同时消耗大量的蒸汽。,焦化工序余热余能高效利用集成技术,2、过程高能效技术,炼钢干式抽真空焦化负压蒸馏工艺热导油替代蒸汽技术炼铁高压炉顶操作炼铁炼钢铁水一罐到底技术蓄热式燃烧技术多切分及多倍尺轧钢技术在线淬火技术连铸连轧技术等,“能质匹配”潜力,炼钢蒸汽喷射抽真空：目前普遍采用蒸汽喷射抽真空，把连续能源流给了不连续用户，造成大量效益损失。,机械抽真空技术,应用机械式抽真空项目，取消蒸汽消耗，改为电力驱动，能量系统匹配运行，灵活、低耗，可完全替代蒸汽抽真空并达到同样的效果，吨钢耗电量仅为23kWh。,采用热导油替代蒸汽技术:,冶金企业大量使用蒸汽，同样热量需求用蒸汽（煤气）与用热导油（煤气）的成本约4：1。按年产120万吨规模的焦化厂计算，年可创效益3512万元，减少废水16.8万吨。热导油是闭环耦合用能模式。蒸气是开放耗散型用能模式，能效差距巨大。热导油使在轧钢等使用。,来自废水原料罐,冷却循环水系统,去生化,负压蒸氨,预热器,来自废水原料罐,去生化,烟道气负压蒸氨工艺流程,去氨水罐,预热器E101,全凝器,蒸氨塔T101,分缩器C101,焦炉烟囱,烟气热管换热器H101,全凝器C101,回流罐V101,循环泵P101,废水泵P102,3、余热余能高效回收技术,高温高压干熄焦技术燃气蒸汽联合循环发电技术炼钢余热蒸汽余热回收发电技术转炉煤气+焦炉煤气生产甲醇技术余热送城市采暖技术等,转炉煤气配加焦炉煤气生产甲醇流程,用焦炉煤气生产LNG、甲醇和合成氨流程,不同原料气醇成本比较,天燃气2800-3000元/t煤制气2500-3015元/t焦炉气1647元/t焦炉气+转炉气1322元/t,1000万吨规模钢铁企业，利用焦炉煤气、转炉煤气可生产商品甲醇63.47万吨/年、H21万m3/h、乙二醇20万吨/年、醋酸产品20万吨/年，年产值39.6亿元；引入清华炉生产清洁燃气，与尾气、高炉煤气实施燃气蒸汽联合循环发电，并实施余热余能分布式发电，可实现用电自给及外送。,清华炉,4、关注能源介质的高质、高效优化集成,（1）蒸汽系统：蒸汽做传热介质不闭环、效率低，热导油等做传热介质闭环、热效率高；优化替代蒸汽传热介质及低压、不连续蒸汽用户；采暖余热化、工艺和生活用蒸汽最小化，高质、高压蒸汽用于发电及动力用户，获得高质、高效用能价值。（2）煤气系统：极限回收，节约使用，统一煤气热值，主张单种煤气使用，配置高效的煤气发电系统，煤气零放散，煤气深加工，充分利用煤气的化学能和组份价值。（3）水系统：注重水质，水的“五大平衡”为手段，降低总水耗、温度对口、水质匹配、分质优化，降低转化及运行成本，实现外排水实质为零。（4）电力系统：努力提高自发电比例及自发电无功补偿功能，发挥峰谷发用电功能；电器设备节电、供配电系统节电、管理节电，提高用电效率、降低电力损耗，降低用电成本等。,钢铁制造流程能量系统具有非平衡、非稳态、非线性、开放性、复杂大系统的本质特点，需要用系统诊断分析、系统优化的方法进行研究。,5、理顺公司内部能源介质价格，优化介质使用序和价值序。,钢厂能源介质长期处于安全保供及服务位置。较忽视其转化成本及使用价值，内部价格脱离市场。形成成本、效益的管理误区。如：焦炉煤气受内部价格及用途单一的影响，价值长期被低估。按炼焦煤1600元/吨、煤炭灰份8、1kg煤=2m3焦炉煤气，则焦炼煤气每立方原料成本：1600/（18）/2=86.95元/m3。能源介质价格要与市场接轨并形成节能导向。峰、谷、平电价。不能热值燃气价、不同水质水价、不同压力温度蒸汽价，合理的空气、氮气、氧气价格等。,6、以能源介质系统优化技术为核心，优化能源介质结构，制定、实施“三位一体整体能源解决方案”，实现系统能效最大化、效益最大化！,煤气、蒸汽、余热余能系统：从发生、储存、输送、缓冲、使用、转换、输出等全流程进行梳理、诊断、优化与规划；水系统：从水量平衡、水质平衡、盐分平衡、热量平衡、压力平衡等全方面进行优化；电力系统：从输配电系统、变压器系统、电机系统、无功补偿系统、自发电系统、照明等全系统进行优化；气体系统