鋼鐵企業低溫余熱利用現狀及技術展望

孫晉誠

（1.重慶市冶金節能環保企業工程技術研究中心，中國 重慶 400080；2.重慶鋼鐵集團設計院有限公司，中國 重慶 400080）

1 鋼鐵企業能源發展現狀

在國家“十二五”時期面臨的資源環境約束將日益強化。從國內看，隨著城鎮化、工業化消費結構升級和進程加快，我國能源需求呈剛性增長，受國內環境容量和資源保障能力制約，我國經濟社會發展更加突出的面臨資源環境瓶頸約束，不斷加大節能減排工作難度。

目前可利用余熱資源和利用情況按燒結、焦化、煉鋼、壓延、煉鐵、發電等工序如下：

燒結工序的燒結礦顯熱、荒煤氣顯熱和焦爐煤氣顯熱、焦化工序的紅焦顯熱、燒結機煙氣顯熱。軋鋼工序的加熱爐等所排放的煙氣顯熱等。煉鋼工序的轉爐煤氣顯熱、鋼渣顯熱、連鑄坯顯熱等。煉鐵工序的高爐煤氣顯熱、高爐渣顯熱以及熱風爐煙氣顯熱等。

2 工程概況

重慶鋼鐵（集團）有限責任公司環保搬遷工程分兩期建設，工程完成后重鋼新區可形成年產600萬噸鋼的綜合生產能力。項目利用燒結工序、軋鋼、煉鋼工序排放的低溫煙氣余熱、飽和蒸汽，將其轉為優質電能，建設2座低溫余熱發電站。燒結工序低溫余熱發電站簡稱1#低溫余熱發電站（燒結區），軋鋼、煉鋼工序低溫余熱發電站簡稱2#低溫余熱發電站（軋鋼、煉鋼區）。

1#低溫余熱發電站 （燒結區）利用燒結工序一期及二期共3臺360m2燒結機之環冷機排放的煙氣，設置3臺低溫余熱鍋爐（1期2臺，2期1臺）；配置2×12MW的補汽凝汽式發電機組，及配套的公輔設施。

2#低溫余熱發電站（軋鋼、煉鋼區）利用煉鋼、軋鋼工序一期及二期共3臺210t轉爐、3臺1780軋鋼加熱爐、3臺4100軋鋼加熱爐之飽和蒸汽，設置蒸汽蓄能站，配置2×9MW級間再熱型飽和蒸汽汽輪發電機組，及配套公輔設施。

3 重鋼集團經過低溫余熱利用設計過程

3.1 主要工藝流程

（1）1#低溫余熱發電站（燒結區）

燒結項目將分兩期建設。一期新建燒結面積為360m2的燒結機2臺，二期新建相同生產能力的燒結機1臺。燒結機設計作業天數為330天/年，利用系數為1.25t/m2h。通過雙壓、雙煙道余熱鍋爐回收燒結礦冷卻高溫煙氣的顯熱而產生中壓、低壓過熱蒸汽，進而驅動汽輪發電機組發電。如圖1所示。

圖1

（2）2#低溫余熱發電站（軋鋼、煉鋼區）

重鋼公司煉鋼廠亦將分兩期建設。一期新建2臺210噸煉鋼轉爐，二期新建1臺210噸煉鋼轉爐。其平均冶煉周期均為38min(其中純吹氧時間15min)，轉爐年有效作業天數為276天。為了充分利用轉爐煤氣的熱量，在轉爐爐口上方的煙道部分均設有余熱鍋爐。產自轉爐汽化冷卻煙道余熱鍋爐的蒸汽具有不連續、流量波動大、含濕量高等特點。通過蒸汽蓄能器將此蒸汽轉化為流量穩定的低壓飽和蒸汽，以保證凝汽式同步發電機組的連續正常運行。如圖2所示。

圖2

（3）自動化水平

整體工藝采用全過程的計算機自動化控制。所有的工藝設備采用分布式控制系統（DCS），全CRT操作，實現集中顯示，集中操作，集中管理和分散控制，控制功能先進，系統安全可靠、運用靈活，具有最優的控制性能和綜合管理能力。

由于分布式控制系統（DCS）具有豐富的控制和監視功能，控制回路增減，方案的改變，可由軟件實現，帶CRT顯示的操作站能取代以往大量的模擬儀表盤，從而改善了人機聯系；帶CRT顯示的操作站和工程師站均設在控制室內。

DCS系統分1#低溫余熱發電站 （燒結區）DCS系統和2#低溫余熱發電站（軋鋼、煉鋼區）DCS系統，共2套。選用國內先進的DCS系統，CUP、電源、通訊采用冗余設計，通訊系統采用兩級網絡形式，中央控制系統與現場控制站之間構成多用戶工業以太環網,各控制主站與遠程I/O站、設備配套PLC之間通過現場總線網進行通訊。

3.2 綜合效益

（1）經濟效益

重鋼集團環保搬遷工程低溫余熱發電站工程運營后經濟效果顯著，年平均銷售收入：17086萬元，年平均利潤總額：5401萬元。

項目建成運營后，年外供電量：23313×104kW·h（已扣除自用電）

（2）社會效益

通過此項目的實施，回收重鋼環保搬遷工程中新建燒結廠、煉鋼轉爐和軋鋼加熱爐的余熱用于發電，達到充分利用生產過程中的廢棄資源，減少能源浪費、節約能源和降低污染物排放的目的，具有很大的經濟效益和社會效益。

本項目把燒結、轉爐及軋鋼加熱爐等低溫余熱再利用，將形成裝機容量為44MW的節能減排綜

合利用項目，年減排二氧化碳27.74萬噸，相當于年節約標煤9.42萬噸，總投資約2.78億。

本項目是典型的余熱回收再利用循環經濟環保項目，利用新建燒結廠、煉鋼轉爐和軋鋼加熱爐的余熱用于發電，采用高效發電技術，產生優質的電能，扣除企業自身用電外，年向重新區電網供電約23313萬 kW·h。

低溫余熱發電能將燒結廢氣中的熱能轉化為電能，可有效的減少燒結生產過程中的能源消耗，節能效果顯著。同時，廢氣通過余熱鍋爐降低了排放的溫度，含塵濃度也大大降低，可有效的減輕燒結生產對環境的污染，環保效果顯著。

圖3 煉鐵區域余熱發電系統流程圖

項目做到了資源綜合利用，改善了環境，達到實現循環經濟提高能源轉換率的目的，符合可持續發展戰略思想。

圖4 煉鋼區域余熱發電系統流程圖

4 余熱利用技術的最新進展

將零散的間歇或大宗集中的余熱產生蒸汽,然后通過一種新方法相對集中的發電。一般應控制在3.0-15MW之間余熱回收利用的區域發電的裝機規模為宜。進行回收發電各種不同參數的低溫余熱，應采取的措施和技術與之相適應，一般鋼鐵企業廠區根據布置情況，大致可分為煉鋼和鐵前兩大區域。

煉鐵區域包括：荒煤氣顯熱回收蒸汽、焦爐煙氣顯熱回收蒸汽、高爐熱風爐廢氣余熱鍋爐蒸汽、冷卻機及燒結機煙氣余熱鍋爐蒸汽等。

煉鋼區域包括：各種加熱爐煙氣余熱鍋爐蒸汽、轉爐飽和蒸汽、連鑄坯結晶汽化冷卻裝置蒸汽等。

5 鋼鐵企業低溫余熱利用建議

通過開展綜合利用和節能降耗，循環經濟大力發展，能耗最少的目標以期實現，具有巨大的節能潛力在余熱余能利用方面。尊重熱力學第二定律，對能量梯級利用原則嚴格遵循。盡快實施燒結余熱蒸汽、煉鋼余熱飽和蒸汽發電，有效利用實踐經驗取得飽和蒸汽。科學、準確的對廢熱資源進行分析，為余熱回收電站建設提供可靠數據。