鋼鐵工業余熱利用現狀

郝百川 韓慧穎 蔣志鑫 梁精龍

摘? ? 要：伴隨鋼鐵工業的發展，能源節約的重要性越來越受到重視，鋼鐵余熱的利用空間依舊很大。闡述了鋼鐵行業余熱來源及有效利用的方式和方法，具體闡述了干熄焦技術、燒結余熱發電技術、爐渣熱回收利用技術等。概述了各方法的原理和研究現狀，指出了各回收利用余熱能源方法的特點和發展趨勢及鋼鐵余熱在民用領域方面上的應用。

關鍵詞：鋼鐵余熱;余熱發電;爐渣熱回收

1? 引言

隨著世界經濟飛速的發展，據不完全統計，全球三分之一的能源消耗源于工業部門，高達百分之五十的能源最終以熱量的形式產生[1]，其中鋼鐵生產過程中消耗的一次能源中約有40%以熱能形式釋放，其溫度最高可達1500℃。2011年發改委頒布文件指出我國鋼鐵行業的余熱資源占其全部能源消耗的60%左右[2]，但存在余熱能源利用率較低等問題。近幾年對余熱利用的方式及技術也有很多研究，如TRT、干熄焦技術、燒結余熱發電、爐渣熱回收技術等。

2? 干熄焦發電技術

干熄焦技術（CDQ）一般回收紅焦余熱，是將紅焦從干熄爐頂部裝入后，用低溫惰性氣體如氮氣灌輸到干熄爐中從而冷卻紅焦。冷卻紅焦這一過程中產生的蒸氣用于發電，使部分余熱得以被重新利用。干熄焦技術可回收焦化過程中紅焦熱量的80%[3]，每一噸紅焦能回收蒸汽0.55噸。

Y.H.Feng[4]等人通過跟蹤紅焦在冷卻軸內下降的行為，分析出噴砂帽橫截面形狀為橢圓形的較形狀為圓形的更能降低焦炭負荷下降的均勻性，從而增強焦炭的冷卻效果。Zhang G[5]以甲烷、CO2和N2作焦炭干熄焦介質，焦炭作為床填料，研究了氣體種類對床層壓降特性的影響，得出干淬火爐的床壓降與氣流量成正比，與焦炭粒徑成反比。較高的氣體流入量和較小的焦炭粒度，床壓降變化越明顯。Danilin E A[6]通過測量干淬火單元釋放的循環氣體的流速與成分，分析了焦炭損失，得出通過消除焦炭充電系統中循環氣體的爆震和點火，能將外循環氣體當中的CO含量增加到12%以上，從而減少了焦炭損失。

3? 燒結余熱發電

燒結余熱發電是通過燒結程序將燒結礦進行冷卻，用于冷卻燒結礦的氣體，經冷卻燒結礦之后的氣體帶有部分熱量，用來加熱水，加熱成為的水蒸汽用于發電。燒結顯熱約占總熱量的23%[7]，我國燒結余熱利用率不足30%，需進一步提升。王志強[8]將發電變頻調速系統應用到設備中，同時在設備中增加了能將變頻和工頻隨時切換的功能，減少了電能的消耗且增大了發電量。夏長樂[9]等通過增加煙氣取樣點以及將低溫煙氣取樣點向高溫區遷移的方法，使得取樣點的吸入負壓降低;采用水密封的方法，降低了因密封蓋損壞而漏風的可能性。減少了余熱能源的損失，擴大了經濟效益，同時也達到了節能減排。李忠[10]在燒結工藝中利用雙溫雙壓余熱鍋爐來進行廢氣煙熱回收，采用低溫補汽凝汽式汽輪發電機組帶動蒸汽發電，其他用于取暖以及生產。

4? 爐渣熱利用技術

爐渣熱回收有水淬技術和爐渣干粒化回收技術，水淬技術是利用廢水沖洗鍋爐爐渣，沖洗后的爐渣被粒化，粒化后爐渣可用來進行循環回收余熱。沖洗的爐渣水帶有大量的熱量，可將水轉化為蒸汽用于發電。其他爐渣水再與水結合再次進行沖渣，達到循環利用的效果。2016年中鋼協單位爐渣產生量達20180.82萬噸[11]，一噸爐渣約有264萬千焦的熱量。回收這部分余熱能節約大量能源。陳艷梅[12]等人計算高爐渣固定床顯熱回收的能量損失并分析其影響，得出通過增大空隙率及調動最優床層高度，使總能量損失最小，從而實現高爐渣顯熱高效高質回收。張延平[13]等人采用離心粒化法將爐渣干粒化，改進的粒化器使渣粒直接降到流化床被快速冷卻，之后將溢出的渣粒到二級流化床，回收更多的爐渣熱量。爐渣熱回收技術回收部分鋼鐵余熱，對廢物進行了重新利用，減少了廢棄污染物的排放量。

5? 結語

鋼鐵余熱能源以其具有較高的回收利用空間，受到了鋼鐵各界人士的重視。目前能夠將余熱進行有效回收的有干熄焦發電技術、燒結余熱發電技術、爐渣熱回收技術等方法。干熄焦發電技術可以減少污染空氣的排放，且造成的粉塵污染經改進后也會大大改善，燒結余熱發電技術是通過將余熱用于加熱水，所產生的水蒸汽帶動汽輪機的轉動，從而產生電能。爐渣熱回收技術是通過水來沖爐渣，將爐渣的熱量進行重新利用，從而回收部分的鋼鐵余熱。鋼鐵余熱亦能應用到鋼鐵工人生活和居民生活當中去，解決鋼鐵工人在工作中的生活用水，為農民烘干谷物，解決居民冬季取暖等問題。我國各大鋼鐵企業在干熄焦發電技術、燒結余熱發電技術及爐渣熱回收技術都有不斷的改進。但爐渣熱回收技術方面改進較少，需要進一步的研究，使爐渣熱得到更加有效的回收利用。

參考文獻：

[1] Woolley E， Luo Y， Simeone A. Industrial waste heat recovery： A systematic approach[J]. Sustainable Energy Technologies and Assessments，2018（29）：50～59.

[2] 武國峰，陳軍，張鵬等.鋼鐵企業余熱蒸汽的現狀及綜合利用探討[J].中國鋼鐵業，2011（2）：17～19.

[3] 劉希望.鋼廠焦化余熱回收技術應用的探討[J].河北企業，2017（7）：204～205.

[4] Feng Y H， Zhang X X， Wu M L. Experimental study on the effects of blast‐cap configurations and charge patterns on coke descending in CDQ cooling shaft[J]. Heat Transfer—Asian Research： Co‐sponsored by the Society of Chemical Engineers of Japan and the Heat Transfer Division of ASME，2008（6）： 352～358.

[5] Zhang G， Zhao P， Xu Y， et al. Characteristics of Pressure Drop of Charred Layer in Coke Dry Quenching over Coke Oven Gas[J]. Energy & Fuels，2017（4）.

[6] Danilin E A. Improving the performance of dry-quenching units by minimizing coke losses[J]. Coke & Chemistry，2017（2）：59～70.

[7[ 徐國群.燒結余熱回收利用現狀與發展[J].世界鋼鐵，2009（5）：31～35.

[8] 王志強.降低燒結余熱發電系統自耗電的研究[J].電子測試，2018（17）：99～100.

[9] 夏長樂，賀夏.燒結余熱發電技術應用與升級改造[J].科學技術創新，2018（24）：152～153.

[10] 李忠.提高燒結余熱發電量的技術創新與工藝優化[J].科技風，2017（12）：253.

[11] 王維興. 我國鋼鐵工業能耗現狀與節能潛力分析[J]. 冶金管理， 2017（8）：50～58.

[12] 陳艷梅，馮俊小，謝知音等.高爐渣固定床顯熱回收過程（火用）分析及系統優化設計[J].華北電力大學學報（自然科學版），2012（2）：97～102.