某钢铁厂余热利用综合方案

某钢铁余热利用诊断报告目录1、项目简介32、铁水冷却热高温部分余热资源321工艺流程322余热资源量323余热资源利用方案424节能效益计算425余热回收对炼铁工艺的影响53、炉渣冷却热高温部分余热资源531工艺流程532余热资源量533余热资源利用方案634节能效益计算635余热回收对炉渣工艺的影响736水渣与气冷渣的区别和用途737铁水和炉渣余热回收方式738铁水和炉渣余热回收系统投资估计74、生铁、炉渣冷却热低温部分余热资源841余热资源量842余热利用方案及节能效益843改造投资估算95、锅炉烟气余热资源951锅炉烟气量及余热计算952锅炉烟气余热利用方案1053节能效益1154改造投资估算126、热风炉余热资源1261单套热风炉余热资源情况1262余热回收利用方案1363节能效益计算1364改造投资估算147、烧结尾气余热资源1471余热资源量1572余热资源利用方案及节能收益1573改造投资估算158、余热回收利用综合规划151、项目简介某钢铁有限公司位于济南市东郊某镇，距市区20公里。西临济南绕城高速公路，南靠胶济铁路，北临济青高速公路和济南国际机场,交通十分便捷。公司成立于2000年，是生产球墨铸铁的专业化生产企业。现已形成年产球墨铸铁100万吨、铸件1万吨的生产能力。某钢铁生产工艺存在大量废余热资源，诸如铁水冷却热，炉渣冷却热，锅炉烟气余热，烧结尾气余热，热风炉烟气余热等。这部分资源大部分通过循环水、烟气等方式排放环境，不仅能源浪费，而且对环境带来影响。2、铁水冷却热高温部分余热资源21工艺流程高炉产出的1500左右铁水，通过铁水包运至铸模车间，将铁水倾入铸模内，铸模运转，将铸模内铁水带出，铁水逐步冷却凝固成块，然后喷水激冷，直至降至200以下，然后铁块与铸模分离，倒入斗车中，运至贮铁场。某钢铁日产生铁约2600吨。22余热资源量铁水在铸模内由1500降至200左右，以及在贮铁场内由200左右降至环境温度，所释放的热量，都通过这部分热量都属于余热资源。当铁块温度降至300以下时，回收回来的余热资源品位大大降低，经济性变差，因此为了提高余热资源利用价值，将铁水余热分为两段，其中1500300为高温余热，300以下为低温部分余热。据此计算高温部分余热资源参考相关文献资料，1500左右的铁水焓值约111GJ/T；300左右的生铁焓值约018GJ/T。因此每吨铁水可利用余热111018093GJ/T。某钢铁每天炼铁约2600T，所以每天可获得余热09326002418GJ/天折合平均热功率2418GJ/24/360022986KW。23余热资源利用方案根据铁水高温部分余热资源品质，可以将获得的余热资源转化成38MPA、450的蒸汽，然后利用蒸汽驱动汽轮发电机组发出电能。24节能效益计算1）发电34MPA、450的蒸汽驱动的纯凝汽轮发电机组，电能转化率（发电效率）约28，因此每天铁水余热可获得电能2418028677GJ/天，折合电功677GJ/3600KJ/KWH188067KWH，平均发电功率188067KWH/24H7836KW。获得的电能可并入厂区电网，替代厂区外购电。按厂区外购电价079元/KWH计算，每天节能收益188066079148573元（148573万元）；按运行8000小时/年计算，一年的节能收益为148573/24800049524万元。2）节水采用余热回收发电后，铁水冷却将由现在的部分水激冷却改为全部空气（或惰性气体）冷却。FE3C凝固温度约1227，焓值约0744GJ/T。据此，减少水冷却负荷约07440180564GJ/T。因此每吨生铁节省水蒸发0564GJ/2400KJ/KG235KG，每天节水约2352600/1000611吨/天。按运行8000小时/年计算，年节水约611/248000203666吨（折合2037万吨）按5元/吨水价（自来水及处理费用），每年节省水费20375102万元综上铁水余热，可回收量约2418GJ/天，用于发电每天可产生188067KWH电能，年节能收益约49524万元；节省水611吨/天，年节省水费102万元；因此节能综合效益约5054万元，非常可观。25余热回收对炼铁工艺的影响因为现有的冷却工艺无法实现余热回收，需要对铁水冷却工艺进行改造。但无论采用哪种改造方式，都会延长铁水冷却时间。铁水冷却时间延长，会对成品生铁的品质带来影响，主要影响是成品生铁偏析现象减轻，生铁含碳主要以FE3C、FE2C、FEC等化合物的型式存在，游离碳（石墨）减少。3、炉渣冷却热高温部分余热资源31工艺流程高炉产出的1500左右液态炉渣，经熔渣沟流入水渣系统，被熔渣沟下方的冲制箱喷出来的循环水水淬冷却后经系统防爆沟流入缓冲池，经缓冲池沉淀，池底炉渣（也称粒化渣或水渣），通过捞渣机捞渣，用头车运输渣场。缓冲池内澄净的冲渣水由水泵抽取送至冲制箱循环利用。根据物料平衡推算某钢铁日产炉渣约1330吨。32余热资源量和铁水冷却余热回收相似，炉渣的余热可利用温度范围也在1500200。当炉渣的温度降至300以下时，回收回来的余热资源品位大大降低，经济性变差。据此计算高温部分余热资源参考相关文献资料，1500左右的炉渣焓值约1564GJ/T；300左右的炉渣焓值约0232GJ/T。因此每吨炉渣可利用余J/T。所以每天可获得余热132813301766GJ/天折合平均热功率1766GJ/24/360020440KW。33余热资源利用方案根据炉渣高温部分余热资源品质，可以将获得的余热资源转化成38MPA、450的蒸汽，然后利用蒸汽驱动汽轮发电机组发出电能。34节能效益计算1）发电34MPA、450的蒸汽驱动的纯凝汽轮发电机组，电能转化率（发电效率）约28，因此每天炉渣余热可获得电J/天，折合电功4945GJ/3600KJ/KWH137374KWH，平均发电功率1373747KWH/24H5724KW。获得的电能可并入厂区电网，替代厂区外购电。按厂区外购电价079元/KWH计算，每天节能收益137373079108525元（108525万元）；按运行8000小时/年计算，一年的节能收益为10853/24800036175万元。2）节水采用余热回收发电后，炉渣冷却将由现在的水激冷却改为全部空气（或惰性气体）冷却。炉渣最终冷却温度约300，焓值约0232GJ/T。据此，减少水冷却负荷J/T。因此每吨炉渣节省水蒸发1328GJ/2400KJ/KG553KG，每天节水约5531330/10007356吨/天。按运行8000小时/年计算，年节水约7356/248000245182吨（折合2452万吨）按5元/吨水价（处理后），每年节省水费245251226万元综上炉渣余热，可回收量约1766GJ/天，用于发电每天可产生137374KWH，年节能收益约36175万元；节省水7356吨/天，每年节省水费1226万元。节能综合效益约37401万元，非常可观。35余热回收对炉渣工艺的影响根据炉渣的性能，如果平缓冷却，炉渣终态较为致密，且成块状，称为气冷渣，或矿渣石；如果通过水激淬冷，容易形成玻璃体为主的细粒，称为水渣或粒化渣。因此，如果回收炉渣余热，必须改变当前的冲水激淬冷却模式，炉渣终产品将会改变。无论采用什么方式来回收余热，炉渣性能都将偏向气冷渣，不再具有当前水渣的性能。因此，在计算综合效益时，除节能、节水效益外，必须将水渣和矿渣石之间的价格差也价计算在内。36水渣与气冷渣的区别和用途由于水渣具有潜在的水硬胶凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激发剂作用下，可以作为优质的水泥原料，可制成矿渣硅酸盐水泥、石膏矿渣水泥、石灰矿渣水泥、矿渣砖、矿渣混凝土等。矿渣碎石是块状气冷渣经破碎、磁选和筛分而得到的一种碎石材料。矿渣碎石在我国可以代替天然石料用于公路，机场，地基工程，铁路道渣、混凝土骨料和沥青路面等，可用于配制矿渣碎石混凝土；在软弱地基公路中应用，用矿渣碎石作基料铺成沥青路面，这种路面既明亮且防滑性能好还具有良好的耐磨性能，且制动距离缩短；用于飞机跑道敷设，耐热性优于一般天然砂石骨料混凝土；用于铁路敷设，矿渣碎石吸收列车行走时产生的振动和噪音的性能比天然砂石优越。37铁水和炉渣余热回收方式铁水和炉渣的余热温度都在1000以上。针对1000以上固体物料的余热回收工艺，当前仅有“干熄焦”工艺。因此，铁水、炉渣的余热回收，可参考“干熄焦”工艺流程来设计系统方案。当然，“干熄焦”和炼铁工艺存在本质差别，具体实施方案，甚至方案能否实施，仍需铁厂、节能服务公司、设备生产厂家、设计院四方的研讨、合作。38铁水和炉渣余热回收系统投资估计根据前文，铁水和炉渣余热回收平均发电功率约13560KW。因铁水、炉渣出炉无法做到实时平均，所配备发电系统容量高于13560KW。初步估算，装机容量在18000KW左右。参考新建焦化生产线15万KW20万KW发电装机容量的干熄焦系统，投资成本约合2万元/KW，因此余热发电系统造价不低于36亿元。如果考虑改造（拆除、土建、设备更换）等因素，投资成本仍会增加，初步估计在38亿元左右。当然，为了提高系统经济性，可以部分回收铁水、炉渣余热。4、生铁、炉渣冷却热低温部分余热资源采用“风冷模”式回收高品位热能之后，生铁块、炉渣的温度仍在300左右，仍蕴含丰富的余热资源。这部分资源可以通过水冷却方式回收，获得的热水用于采暖或其他。41余热资源量生铁块、炉渣从300降至150所释放的热量（023213300182600）（300150）/（30025）422GJ/天折合24小时平均热功率422GJ/24/36004886KW42余热利用方案及节能效益300的生铁块、炉渣，可以获得7080左右的热水。因温度较低，用于制冷存在一定困难，但用于冬季采暖是优良的热源。4886KW热量可供给98万平方建筑面积采暖。节能效益如下替代形式壁挂机市政采暖供热量（KW）48864886制热系数25耗电功率（KW）1954运行天数（天）120负荷率06节省电力（KW）1954节省电量（万KWH）338电价（元/KWH）0564886KW热量可供给98万平方建筑面积采暖，按267元/M2节能收益（万元）189262注此处按对外居民供热，因此电价及市政供热价格按居民价格。43改造投资估算初步预计热力站（包括余热回收装置、换热器、水泵及机房辅机设备等）投资约850万元。5、锅炉烟气余热资源某钢铁现有煤气锅炉6台，其中蒸发量10T/H容量的2台，蒸发量20T/H容量的1台，蒸发量25T/H容量的3台。根据现场检测，排烟温度如下蒸发量20T/H容量的锅炉（1台）排烟温度175左右，蒸发量10T/H容量的锅炉（2台）排烟温度在210左右，蒸发量25T/H容量的锅炉（3台）排烟温度在180左右。51锅炉烟气量及余热计算根据相关参考文献，高炉煤气成分见下CO2COH2CH4N2高炉煤气成分（G/100G181823712065632据此可得锅炉烟气的成分如下（空气富裕系数105）烟气组分二氧化碳二氧化硫氮气氧气每100G煤气产生量（G）554228601434851277143成分占烟气百分比2590035067053770596838因此，锅炉烟气量及余热量计算如下（额定负荷）项目数据单位数据单位数据单位锅炉容量10T/H20T/H25T/H锅炉台数2台1台3台总蒸发量20T/H20T/H75T/H蒸发热功率1444444KW1444444KW5416667KW锅炉效率084087086锅炉燃烧容量1719577KW1660281KW629845KW煤气体积消耗4913076NM/S474366NM/S1799557NM/S煤气密度129KG/NM129KG/NM129KG/NM煤气质量消耗6337868KG/S6119321KG/S2321429KG/S空气富裕系数105105105烟气质量流量1362642KG/S1315654KG/S4991071KG/S对于制冷，采用废余热制冷的技术目前仅有溴化锂吸收式制冷方式。热水型溴化锂吸收式制冷机，夏季空调制冷（冷水温度127）需要的热水温度单效机组在90以上，双级机组在70以上。由于双级机组效率低（仅是单效机组的50），设备成本大，因此建议采用单效机组。故在夏季，锅炉烟气余热回收系统应产出90的热水才能满足制冷条件。对于采暖，不同的末端形式，暖气片系统所需热水温度在7050，地板辐射系统所需温度在4050，风机盘管中央空调系统所需热水温度在4055。因此在冬季，锅炉烟气余热回收系统产出6080的热水便可满足要求。因热水温度不同，夏季、冬季所提取的余热量也不同。详细见下表项目数据单位数据单位数据单位锅炉容量10T/H20T/H25T/H锅炉台数2台1台3台总蒸发量20T/H20T/H75T/H烟气质量流量1362642KG/S1315654KG/S4991071KG/S烟气比热容1067KJ/KG1067KJ/KG1067KJ/KG烟气温度210175180产出热水901109011090110处理后排烟120120120烟气余热量1308545KW7720916KW3195284KW夏季制冷余热量合计5275KW产出热水608060806080处理后排烟100100100烟气余热量1599333KW1052852KW4260379KW冬季制冷余热量合计6912KW52锅炉烟气余热利用方案夏季通过余热回收换热器提取烟气余热获得90110的热水，驱动溴化锂吸收式冷水机组获得冷水，用于厂区空调。冬季通过余热回收换热器提取烟气余热获得6080的热水，用于厂区采暖。夏季制冷根据热水型溴化锂吸收式制冷机性能（制冷系数取07），5275KW热量，可以获得3692KW制冷量，按100W/M2空调负荷指标，可满足37万平方空调面积负荷要求。冬季采暖6912KW热量，按50W/M2采暖负荷指标，可满足138万平方采暖面积负荷要求。53节能效益夏季制冷壁挂机空调制冷系数约30，中央空调冷水机组制冷系数约45，因此3692KW制冷量，可替代电能替代形式壁挂机冷水中央空调制冷量（KW）36923962制冷系数345耗电功率（KW）123078804运行天数（天）120120负荷率0606节省电力（KW）123078804节省电量（万KWH）21271521电价（元/KWH）079079节能收益（万元）16801202注锅炉余热制冷仅适用于中央空调冷水系统，因居民建筑（小区）空调改造成中央空调冷水系统存在较大困难，锅炉余热制冷所得冷量只能用于商业、工厂等场所，因此所取电价按079元/KWH的商用价。冬季采暖壁挂机空调采暖制热系数约25，市政供热（居民）约267元/M2，因此6912KW热量，节能效益如下替代形式壁挂机市政采暖供热量（KW）69126912制热系数25耗电功率（KW）2765运行天数（天）120负荷率06节省电力（KW）2765节省电量（万KWH）4778电价（元/KWH）0566912KW热量可供给138万平方建筑面积采暖，按267元/M2节能收益（万元）26753685注供热面积（138万平方）远大于制冷面积（37万平方），因此居民供热面积将占总供热面积的绝大数。因此电价及市政供热价格按居民价格。综上，回收锅炉烟气余热进行制冷、采暖，年综合节能效益在（夏季168万冬季2675万）4355万元；或（夏季120万冬季3685万）4885万元左右。54改造投资估算锅炉烟气余热回收利用系统改造包含三方面内容一是热力站系统，包括锅炉烟气余热换热器，制冷机，换热器，冷却塔、循环水泵；二是管网系统，从热力站供给各用热、用冷点的管网；三是末端系统，需要将壁挂机、暖气片（商用）改成风机盘管中央空调系统。由于属于改造内容，且各用热、用冷点与热力站间的距离、管网敷设走向不明，管网系统和末端系统改造投资无法估计。对于热力站系统，投资估算如下项目投资估算（万元）备注锅炉烟气余热回收换热器600换热能力6912KW热水型溴化锂吸收式冷水机组340制冷能力3692KW换热器60换热能力7000KW水泵及机房辅机设施100自控及配电50机房土建50合计（万元）12006、热风炉余热资源某钢铁有4套热风炉，分别供给4台高炉热空气。其中2、3热风炉已做节能改造，所排烟气用于焦炭干燥。热风炉余热利用，主要针对1、4的排烟余热。61单套热风炉余热资源情况热风炉相关参数如下煤气耗量40000M/H，煤气进炉温度170；助燃风35000M/H，环境新风热空气51188M/H，进风温度190，出炉温度1172热风炉排烟温度250根据以上参数，可得热风炉烟气情况项目数据单位煤气流量40000M/H煤气温度170煤气标称流量（标准大气压、25）2690745NM/H煤气密度129KG/NM3煤气质量流量9641836KG/S助燃风流量35000M/H助燃风密度12KG/NM3助燃风质量流量1166667KG/S空气富裕系数105烟气质量流量213085KG/S由此，烟气所含的余热资源计算如下项目数据单位烟气流量2091961KG/S烟气比热容11KJ/KG降至150烟气余热2301158KW降至135烟气余热2646331KW62余热回收利用方案热风炉烟气余热回收利用有两种方案一是获得08MPA的饱和蒸汽或180左右的高温热水，用于厂区热负荷，或采暖；二是预热助燃风，提高热风炉内温度，进而相应提高热风出炉温度。由于厂区存在大量低温（50100）余热资源，完全可以满足采暖要求，因此热风炉烟气余热回收，建议采用第二种方案，即预热助燃风，提高热风炉内温度。63节能效益计算预热助燃风，提高热风炉内温度，可以提高热风出炉温度，从而节省高炉焦炭消耗。热平衡计算如下冬季0助燃风初始温度夏季30冬季230助燃风预热温度夏季230冬季135烟气排烟终温夏季150冬季2646331KW回收余热夏季2301157KW冬季92热风出炉温度提升夏季80回收回来的烟气余热，最终将随热风带入高炉，从而节省高炉燃料。节约高炉焦炭量计算如下冬季2646331KW回收余热量夏季2301157KW冬季120天运行天数夏季245天冬季2743716万GJ高炉节省热量夏季4871089万GJ焦炭热值30000KJ/KG冬季9145719吨夏季1623696吨高炉节省焦炭量合计2538268吨单套热风炉每年节省高炉焦炭消耗2538吨，按1500元/吨市场焦炭价格，节能收益约3807万元。因此1、4两套热风炉改造后，节能收益约761万元，节能效益非常可观。64改造投资估算初步估计，单套热风炉改造成本约1000万左右。7、烧结尾气余热资源某钢铁原料厂烧结包括平烧，环烧。其中平烧尾气量约2800M/MIN，温度约100；环烧尾气约3000M/MIN，温度约100。71余热资源量烧结尾气以空气为主，因此可得余热量尾气量（M/MIN）初始温度（）回收终温（）取热量（KW）获得热水温度环烧尾气300010070151355060平烧280010070141265060合计（KW）292672余热资源利用方案及节能收益因为获得的热水温度较低，无法满足制冷要求，因此只能用于厂区或居民采暖。2926KW供热能力可满足58万平方建筑面积采暖要求。替