鋼鐵工業余熱回收技術現狀研究

石崢 周華鑫 覃皓 馮乾

摘 要：本文回顧了我國鋼鐵工業余熱回收技術的進程，闡述了鋼鐵工業余熱資源的價值，分析了常用的余熱回收設備及集成系統，提出了本領域未來發展大致走向，以期進一步改良余熱回收技術。

關鍵詞：鋼鐵工業;余熱回收;集成系統;降溫

在工業化加快的如今，鋼鐵工業迅猛發展，不斷排放的工業廢氣、廢水、廢渣得不到有效處置與利用，致使環境污染進一步惡化。作為污染物排放大戶，鋼鐵企業擔負著重大的社會責任，打造綠色、節能、環保的鋼鐵行業刻不容緩。

近年來，圍繞鋼鐵工業余熱回收進行的研究甚多，本文以鋼鐵工業余熱資源價值、鋼鐵工業余熱回收設備及系統集成技術進行綜述。

1 余熱資源價值

經調查，我國鋼鐵工業能源消耗占全國工業總能耗的15%左右，而能源利用率僅為30%～50%。[1]由于鋼鐵工業余熱溫度范圍較大，按溫度品位可分為：高溫余熱，中溫余熱，低溫余熱。[2]其中，高、中、低溫余熱回收率分別為44.1%、30.2%、1%。[3]回收的鋼鐵工業余熱可用于熱電廠發電、供暖或供冷、加熱熱水鍋爐回水或補水等，[4]為鋼鐵企業帶來可觀的經濟效益。

2 余熱回收設備

鋼鐵工業工序繁多，余熱存在于各工序生產加工的鋼制品、鋼渣廢料及焦炭中。目前，常用的余熱回收設備包括：熱管換熱器、間壁式換熱器、直接接觸式換熱器、復合相變換熱器等。

（1）熱管換熱器：始發于20世紀60年代，80年代后開始在鋼鐵工業余熱回收方面迅速發展。[5]在鋼鐵工業中，熱管換熱器技術多樣，有平板型、環路熱管技術、脈動熱管技術等，多應用于燒結機、軋鋼加熱爐、高爐熱風爐、干熄焦以及煉焦爐等工序，且應用形式多為空氣換熱器和余熱鍋爐，可根據余熱資源的數量和溫度分布水平進行選擇。[6]

（2）間壁式換熱器：根據使用的場合不同，可稱為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器或再沸器，[7]按傳熱面形式可分為管式和板式換熱器，有套管式、管殼式、交叉流、板式及螺旋板式等。[8]是用固定間壁將冷、熱兩種流體進行分隔，冷、熱兩種流體在換熱器中不直接發生接觸，而是通過間壁進行熱量交換的一種換熱器。[9]

（3）直接接觸式換熱器：通過將低溫水在煙氣中霧化噴淋，直接與煙氣接觸換熱，使煙氣降溫至露點溫度以下，煙氣中的水蒸氣凝結放熱，達到回收煙氣余熱及水分的目的。[10]一般與吸收式熱泵結合應用，是一種吸收低溫煙氣余熱并轉移到高溫熱水中的一整套系統。[11]同時通過對換熱后的水進行多重沉淀、加堿處理，避免了設備的腐蝕和臟堵。[12]

（4）復合相變換熱器：相變換熱器的相變下段由多根并聯的金屬管排束在上下端彼此連通，上下端的連通管通過上升管和下降管分別與放熱段相連，構成一體，形成一個密閉容器。這樣，整個相變換熱器就相當于一個大熱管，并通過自動控制手段，調節放熱段被加熱工質的流量可以較容易實現相變下段壁溫的整體調整，使其遠離酸露腐蝕。[13]

3 集成系統

郭乃理根據熱力學基本原理，[4]運用現代傳感器技術、以PLC為基礎的自動測量與控制技術和高效的熱交換技術，研發出一套綜合高效的工業企業低溫煙氣余熱回收和梯級利用系統，在節能效果顯著的同時也降低了使用者的操作難度。魏茂林提出的一種熱電聯產系統通過采用直接接觸和吸收技術，[14]做到回收余熱的同時，廢水也被重復利用，作為煙氣脫硫塔的補充水，減少了污染物的排放。付林提出一種以燃氣內燃機為基礎的熱電冷聯產系統，由燃氣內燃機、廢氣驅動的吸收式熱泵、冷凝式換熱器和其他換熱器組成，并安裝數據采集系統計算該系統的性能，使熱利用率提高了10%。[15]

4 總結

鋼鐵工業余熱資源豐富，存在于各工序中，溫度范圍較大且存在形式多樣，余熱回收存在較大的經濟價值。上述鋼鐵工業余熱回收設備系統均有較寬的工作溫區，具有熱阻小、傳熱快等優點，有較強的適用性、適應性及安全可靠性。但也存在易腐蝕及易臟堵等問題，尋求耐腐蝕自清潔的余熱回收設備系統是行之有效的解決方法。

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