某钢铁厂余热利用综合方案

1、某钢铁余热利用诊断报告2013年9月目录1、项目简介 4.2、铁水冷却热高温部分余热资源 4.2.1 工艺流程： 4.2.2余热资源量 4.2.3 余热资源利用方案 5.2.4 节能效益计算 5.2.5 余热回收对炼铁工艺的影响 6.3、炉渣冷却热高温部分余热资源 6.3.1 工艺流程： 6.3.2 余热资源量 6.3.3 余热资源利用方案 7.3.4 节能效益计算 7.3.5 余热回收对炉渣工艺的影响 8.3.6 水渣与气冷渣的区别和用途 8.3.7 铁水和炉渣余热回收方式 8.3.8 铁水和炉渣余热回收系统投资估计 9.4、生铁、炉渣冷却热低温部分余热资源 9.4.1 余热资源量 9.4.

2、2 余热利用方案及节能效益 9.4.3 改造投资估算 1.05、锅炉烟气余热资源 1.0.5.1 锅炉烟气量及余热计算 1.05.2 锅炉烟气余热利用方案 1.15.3 节能效益 1.2.5.4 改造投资估算 1.36、热风炉余热资源 1.3.6.1 单套热风炉余热资源情况 1.46.2 余热回收利用方案 1.46.3 节能效益计算 1.56.4 改造投资估算 1.57、烧结尾气余热资源 1.6.7.1 余热资源量 1.6.7.2 余热资源利用方案及节能收益 1.67.3 改造投资估算 1.68、余热回收利用综合规划 1.71、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

3、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2.1 工艺流程：高炉产出的1500°C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，

4、直至降 至200C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。2.2 余热资源量铁水在铸模内由1500C降至200C左右，以及在贮铁场内由200C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300C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1500300C为高温余热，300C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，1500C左右的铁水焓值约：1.11GJ/t; 300C左右的生铁焓值约：0.18GJ/t。因此每吨铁水可利用余热：1

5、.11-0.18=0.93GJ/。某钢铁每天炼铁约2600t，所以每天可获得余热：0.93*2600=2418GJ天折合平均热功率： 2418GJ/24/3600=22986kW。2.3 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3.8MPa、450°C的蒸汽，然后利用蒸汽驱动汽轮发电机组发出电能。2.4 节能效益计算1 ）发电3.4MPa、450C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：2418*0.28=677GJ/天 ,折合电功： 677GJ/（3600kJ/kWh）=188067kWh 平均发电

6、功率：188067kWh/24h=7836kW。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 0.79元/kWh 计算，每天节能收益： 188066*0.79=148573元（14.8573万元）；按运行 8000小时 /年计算，一年的节能收益为 14.8573/24*8000=4952.4万元。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1227C,焓值约0.744GJ/t。据此，减少水冷却负荷约：0.744-0.18=0.564GJ/。因此每吨生铁节省水蒸发：0.564GJ/2400kJ/kg=235k，g每天

7、节水约： 235*2600/1000=611 吨/天。按运行 8000小时/年计算，年节水约： 611/24*8000=203666吨（折合 20.37万 吨）按 5 元/吨水价（自来水及处理费用） ，每年节省水费： 20.37*5=102万元综上：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 4952.4万元；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2.5 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

8、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、 FqC、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3.1 工艺流程：高炉产出的1500 T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。3.2 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1

9、500200C。当炉渣的温度降至300E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，1500C左右的炉渣焓值约：1.564GJ/t; 300C左右的炉渣 焓值约：0.232GJ/t。因此每吨炉渣可利用余热：1.56-0.232=1.328GJ/t所以每天可获得余热：1.328*1330=1766GJ天折合平均热功率： 1766GJ/24/3600=20440kW。3.3 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3.8MPa、450°C的蒸汽，然后利用蒸汽驱动汽轮发电机组发出电能。3.4 节能效益计算

10、1）发电3.4MPa、450C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能：1766*0.28=494.5GJ/天，折合电功： 494.5GJ/（3600kJ/kWh）=137374kWh 平均发电功率：1373747kWh/24h=5724kW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 0.79元/kWh 计算，每天节能收益： 137373*0.79=108525元（10.8525万元）；按运行 8000小时 /年计算，一年的节能收益为 10.853/24*8000=3617.5万元。2）节水 采用余热回收发电后，炉渣冷却将由现在的

11、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300C,焓值约0.232GJ/t。据此，减少水冷却负荷约：1.56-0.232=1.328GJ/t。因 此每吨炉渣节省水蒸发： 1.328GJ/2400kJ/kg=553kg， 每天节水约 553*1330/1000=735.6吨/天。按运行 8000小时/年计算， 年节水约 735.6/24*8000=245182吨（折合 24.52万 吨）按5元/吨水价（处理后），每年节省水费： 24.52*5=122.6万元综上：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 3617.5万元；节省水

12、 735.6吨/天，每年节省水费 122.6万元。节能 综合效益约 3740.1 万元，非常可观。3.5 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。3.6 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

13、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。3.7 铁水和炉渣余热回收方式铁水和炉渣的余

14、热温度都在1000r以上。针对1000r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。3.8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1.5万kW2.0万kW发电装机容量的干熄焦系统，投资 成本约合2万元

15、/kW，因此余热发电系统造价不低于 3.6亿元。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 3.8亿兀左右。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300r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 米暖或其他。4.1余热资源量生铁块、炉渣从300r降至150r所释放的热量：(0.232*1330+0.18*2600) * (300-150) / (300-25) =422GJ天 折合24小时平均热功率：422GJ24/

16、3600=4886kW4.2余热利用方案及节能效益300r的生铁块、炉渣，可以获得 7080r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9.8万平方建筑面积采暖。节能效益如下:替代形式壁挂机市政采暖供热量(kW48864886制热系数2.54886kW热量可供给9.8力平方耗电功率（kW1954建筑面积米暖，按26.7元/m2运行天数（天）120负荷率0.6节省电力（kW1954节省电量（万kWh）338电价（元/kWh）0.56节能收益（万兀）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。4.3改造投资估算初步预

17、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175C 左右，蒸发量10t/h容量的锅炉（2台）排烟温度在210C左右，蒸发量25t/h容 量的锅炉（3台）排烟温度在180C左右。5.1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：高炉煤气成分（g/（100g）COCOH2CHN218.1823.71.20.656.32据此可得锅炉烟气的成分如下（空气

18、富裕系数1.05）:烟气组分二氧化碳二氧化硫氮气氧气每100g煤气产生量（g ）55.422860143.4851.277143成分占烟气百分比25.90035 0:67.053770.596838 :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10P t/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14444.44kW14444.44kW54166.67kW锅炉效率P 0.840.870.86锅炉燃烧容量17195.77kW16602.81kW62984.5kW煤气体积消耗：4.913076Nm3/s4.74

19、366Nm3/s17.99557Nm3/s煤气密度1.29Kg/ Nm31.29Kg/ Nm31.29Kg/ Nm3煤气质量消耗6.337868kg/s6.119321kg/s23.21429kg/s空气富裕系数1.051.051.05烟气质量流量13.62642kg/s13.15654kg/s49.91071kg/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127C ）需要的热水温度：单效机组在90°C以上，双级机组在70E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

20、季，锅炉烟气余热回收系统 应产出90C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 7050C,地板辐射 系统所需温度在4050C，风机盘管中央空调系统所需热水温度在 4055C。因此 在冬季，锅炉烟气余热回收系统产出 6080C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10P t/h20t/h25t/h锅炉台数2台1台3台总蒸发量P 20P t/h20t/h75t/h烟气质量流量13.62642kg/s13.15654kg/s49.91071kg/s烟气比热容P 1.067:kJ/kg*

21、C1.067kJ/kg* C1.067kJ/kg* C烟气温度210C175C180C夏季 制冷产出热水90110P C90110C90110C处理后排烟P 120C120C120C烟气余热量P 1308.545:kW772.0916kW3195.284kW余热量合计5275kW冬季 制冷产出热水6080C6080C6080C处理后排烟100C100C100C烟气余热量1599.333:kW1052.852kW4260.379kW余热量合计6912kW5.2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90110C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

22、收换热器提取烟气余热获得6080C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0.7），5275kW热量，可以获得3692kW制冷量，按100w/m2空调负荷指标，可满足3.7万平方空 调面积负荷要求。冬季采暖：6912kW热量，按50w/m 2采暖负荷指标，可满足13.8万平方采暖 面积负荷要求。5.3节能效益夏季制冷：壁挂机空调制冷系数约3.0，中央空调冷水机组制冷系数约4.5,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（kW36923962制冷系数34.5耗电功率（kW1230.7880.4运行天数（天）120120负荷率0.60

23、.6节省电力（kW1230.7880.4节省电量（万kWh）212.7152.1电价（元/kWh）0.790.79节能收益（万兀）168.0120.2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0.79元/kWh的商用价。冬季采暖：壁挂机空调采暖制热系数约 2.5,市政供热（居民）约26.7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（kW69126912制热系数2.56912kW热量可供给13.8万平方建筑面积米暖，按26.7元/m耗电功率（k

24、W2765运行天数（天）120负荷率0.6节省电力（kW2765节省电量（万kWh477.8电价（元/kWh）0.56节能收益（万兀）267.5368.5注：供热面积（13.8万平方）远大于制冷面积（3.7万平方），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267.5万=）435.5万元；或（夏季120万+冬季368.5万=）488.5万元左右。5.4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

25、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

26、余热利用，主要针对 #1、#4的排烟余热。6.1单套热风炉余热资源情况热风炉相关参数如下：煤气耗量：40000m3/h，煤气进炉温度170C；助燃风：35000m3/h，环境新风热空气：51188m3/h，进风温度190C，出炉温度：1172C热风炉排烟温度：250 E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40000n3/h煤气温度170°C煤气标称流量（标准大气压、25C）26907.45Nr3/h煤气密度1.29Kg/Nm煤气质量流量9.641836kg/s助燃风流量35000n3/h助燃风密度1.2Kg/Nm助燃风质量流量11.66667kg/s空气富裕系数1.

27、05烟气质量流量21.3085kg/s由此，烟气所含的余热资源计算如下:项目数据1单位烟气流量20.91961kg/s烟气比热容1.1kJ/kg* C降至150C烟气余热2301.158kW降至135C烟气余热2646.331kW6.2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0.8MPa的饱和蒸汽或180C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（50100C ）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。6.3节能效益计算预

28、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:助燃风初始温度冬季0°C夏季30°C助燃风预热温度冬季230C夏季230C烟气排烟终温冬季135C夏季150C回收余热冬季2646.331kW夏季2301.157kW热风出炉温度提升冬季92C夏季80C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：回收余热量冬季2646.331kW夏季2301.157kW运行天数冬季120天夏季245天咼炉节省热量冬季2.743716万GJ夏季4.871089万GJ焦炭热值30000kJ/kg高炉节省焦炭量冬季914

29、.5719吨夏季1623.696吨合计2538.268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380.7万元。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6.4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2800m3/min，温度约100C ；环烧尾气约3000 m3/min，温度约100C。7.1余热资源量烧结尾气以空气为主，因此可得余热量:尾气量（n3/min ）初始温度C）回收终温（C）取热量（kW获得热水温度环烧尾气 3000100701513.55060C平烧2800100701412.65060C合计（kw n29267.2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