鋼鐵冶金余熱利用不足現狀及對策探討

張澤利，崔啟鵬

（唐山鋼鐵集團有限責任公司，河北 唐山 063000）

1 近幾年鋼鐵冶金余熱利用的現狀

鋼鐵冶金行業是我國當前基礎工業行業之一，也是為數不多耗能巨大的行業，因此對于鋼鐵行業的節能減排和資源二次利用成為了節能環保工作中的重點領域。由于鋼鐵行業的會產生大量的熱量，因此在對于鋼鐵余熱利用的領域需要我們進行重點改造。而這個工作在當前存在著很大的問題，下面將一一列舉。

1.1 冶金行業中的高溫、低溫余熱利用存在不協調的情況

由于我國不同企業的工業發展水平存在差距，很多鋼鐵冶金企業對于冶金中產生的余熱沒有進行良好的利用，不管是技術層面還是利用效率的層面都和發達國家有著較大的而差距。在冶金高于400℃的叫做高溫余熱，也是昂前余熱利用的重點領域。低于300℃的叫做低溫余熱，低溫余熱的利用往往被人們所忽視，因此近年來發展程度并不高。對于當前余熱利用不足的問題業主要體現在低溫利用的領域，也是重點需要改造的地方。高溫余熱和低溫余熱的不協調導致了鋼鐵行業節能減排工作的困難，需要我們盡快解決。

1.2 余熱技術利用水平差距較大，設備更新換代不及時

導致余熱利用率不足的原因出了技術問題之外還有設備的老化問題。由于余熱利用是近幾年提出的概念，很多配套設備和技術還沒有得到良好的落實。當前相關設備的研發技術大多是國外專利，需要我們進行授權購買。因此導致當前的設備使用時間過長，經過反復的檢修已經無法良好的提供余熱回收的服務。另外企業的技術水平也對利用成果有著極大的影響，對于部分中小型鋼鐵企業甚至不存在對于余熱的二次利用。因此設備和技術水平的差距也是導致余熱利用不足的原因。

1.3 設備余熱利用的方向存在局限性

最近幾年，雖然很多企業開展了余熱利用，但是利用的方向大多集中在利用余熱去制熱。利用領域的狹隘給余熱的應用也造成了困擾。另外，對于不同的季節，人們對于資源的需求也不一樣。例如夏天通常需要消耗更多的資源，進行電能和制冷等領域。而夏季的用電緊張成為了當前民生問題之一，對于發達地區的用電緊張更是給電力行業帶來很大的負擔，此時如果能夠良好的利用鋼鐵行業的余熱進行發電，則勢必能夠解決相當一部分用電緊張的問題，并且在此過程中沒有污染物產生，起到了節能環保的效果，還能為企業帶來更大的利潤空間。

2 我國鋼鐵冶金行業余熱利用對策分析

2.1 引進高端人才、技術、設備

面對市場需求和環境發展這一現實，我們需要大力引進高科技人才和設備，同時向國外發達國家學習相關的余熱利用技術。同時不斷建立和發達國家之間的友好關系，替身自身余熱利用水平的發展。而在這個環節中各行業的人才是重中之重，高端技術人才不僅僅可以帶來先進的技術還能夠幫助培養更多的高科技人才，為鋼鐵行業的長遠發展做出貢獻。

2.2 國家與企業加大扶持并及時更新設備

上文我們提出了當前設備存在老舊等問題，而設備的更換需要消耗大量的資金，因此為了減輕企業負擔需要國家進行相應的資金支持和技術扶持。而我國當前堅定不移的堅持綠色發展觀，對于相關企業和機構都有著直接和簡介的技術資金投入，并且這一點已經收獲了良好的效果。但是，隨著科技的發展，很多技術和設備的更新換代速度變得越來越快，關鍵技術更是頻繁更新。而頻繁的學習和引進設備勢必給企業的生產成本帶來極大的負擔。對于大型鋼鐵冶金行業而言，有著足夠的技術團隊和資金去進行設備的更新換代，并且能夠實現成本和利潤的完美平衡。但是對于中小型冶金企業，則離不開政府的監督和支持。政府需要幫助這些企業及時接觸到新的余熱利用技術，并提供技術培訓等機會。另外在政策上，國家需要鼓勵企業進行自主研發和制造，在結合國外先進技術經驗的基礎上，制造出屬于我國自身的科技產物。通過上述措施不僅僅為企業提供了便利，也降低了我國對于國外技術設備的依賴，提升了我國自身的技術發展水平。

2.3 大力拓展鋼鐵冶金余熱的應用領域

面對當前企業對于冶金余熱應用范圍較窄的情況需要企業和相關行業能偶建立動態聯系，提升余熱利用的交流機會和利用空間。具體而言，鋼鐵冶金行業和周邊企業需要準確了解當前能源緊缺的現狀，同時意識到余熱在利用空間上的可行性，把單一的制熱利用，發展到制冷等領域。在這一過程中需要企業結合自身發展需求，同時要準確了解當前技術發展的趨勢和相關政策等。通過技術和經驗的相結合，使得鋼鐵余熱能夠發揮最大的效果。通過上述措施，不但能夠滿足余熱利用不足的窘境還能夠實現鋼業行業乃至全社會的節能減排生產，實現經濟發展和自然環境的協調統一。

3 鋼鐵冶金行業余熱利用方向

3.1 熱交換

對于鋼鐵冶煉產生的余熱在利用過程中需要考慮優先級的情況，通常要線用于本地設備和生產，降低熱能損耗和能量轉換損失。因此對于常用的空氣預熱系統，加熱系統都可以利用余熱來進行相應的生產和加工，通過利用余熱能夠提高空氣余熱等性能，進一步提升了鍋爐的生產性能，提升了熱效率。同時也能夠減少煤炭等資源消耗，降低污染物的而排放。另外對于高溫氣體還可以應用到冷卻裝置中，生成的高溫蒸汽和熱水可以循環參與到生產中，也不失為一種良好的余熱利用技術。在應用過程中需要大量的換熱器設備，常見的有熱管換熱器、余熱蒸汽發生裝置等。另外換熱器可以根據其不同的原理分為混合式、蓄熱式、以及間壁式。

3.2 廠城結合

對于鋼鐵的冶煉過程中，需要經過多種生產流程，在此期間需要耗費大量的水資源，而生產后的水資源通常溫度較高，如果能夠良好的利用這些工業熱水，則勢必能夠解決城市周邊的很多問題，例如生活用水和生產用水等，從而降低其他能源的消耗。例如對于供暖的熱泵而言，對于水溫要求通常在100 度左右，這一點冶煉廢水能夠輕易滿足。因此如果能夠吧冶金行業產生的工業廢水和周邊的熱泵裝置相結合，則勢必能夠降低其他能源的消耗，同時由于余熱廢水 是直接利用，因此沒有其他污染物和氣體排放出來，因此對于周邊環境也起到了很好的把控作用。

在進行廠城的結合過程中，要注意熱能利用的優先級，通常優先供應近距離的居民區和企業，優先供應技術要求較低的企業，通過合理安排優先級，實現余熱資源的最大化利用。通過利用余熱，熱泵可以實現清潔資源的利用，同時做到0 污染0 排放。這一點對比于傳統的鍋爐具有明顯的環保效益。以當前鞍鋼為例，鞍鋼企業通過水源熱泵技術實現了余熱利用，通過熱泵給周邊城市提供供暖服務。這一舉措使得居民供暖由傳統的鍋爐燃煤轉向利用余熱能源，大大降低了燃煤鍋爐帶來的污染，實現大范圍的節能減排工作。通過對于當地供電供熱的走訪調查我們獲得了如下數據，2019 年鞍鋼通過該技術成功利用了余熱資源約151.48 萬KW，供熱能源達到了212.07 萬KW，水源熱泵的消耗功率為60.59 萬KW。成為了廠城結合的經典案例，值得我們學習借鑒。

3.3 烘干

烘干是能耗非常高的一項工藝，其能耗占發達國家總能源消耗的9%～25%。傳統的烘干技術中，排放的熱是空氣中含有大量的顯熱與潛熱，以及物料雜質，其能源利用率僅為35%左右，而且易于污染環境。如果將鋼鐵冶金工序余熱應用于熱泵系統進行烘干，更能發揮熱泵烘干技術的優勢。

3.4 變熱器

吸收式變熱器是國外近年發展的一種低溫熱回收利用技術。冶金企業生產工藝復雜，工藝循環水量巨大，如果大量的熱量通過冷卻塔釋放到大氣中，會造成熱量極大浪費。通過變熱器將低溫熱（如90℃熱水）轉化為兩部分，一部分轉化為高品位的蒸汽或者熱水;一部分降質為廢棄的低溫熱量，通過冷卻排棄。我國已將變熱器技術列入高科技研究項目，研究的焦點是選用合適的工質，其難點是制取200℃左右的熱量。目前普遍認為以含TFE（2，2，22 三氟乙醇）的混合物作為工質較適宜，制取150℃熱量的變熱器在吸收制冷技術的基礎上加以改進即可實現。

3.5 制冷

各企業一般只回收利用了煙氣溫度較高的部分，如用它來預熱助燃空氣，而空氣預熱器后約400℃～500℃的中溫煙氣則大部分企業沒有加以利用，至于溫度更低的如300℃以下的低溫煙氣更談不上充分利用。而國外對于200℃以下的低溫煙氣余熱，已有研究利用其集中供暖及制冷。以往回收的熱量都是用來制熱（產生熱風、熱煤氣、蒸汽或熱水等），很少涉及制冷。特別是夏季剩余蒸汽多，用于制冷可以節約更多的能量，其意義十分重大。由于溴化鋰制冷機只需要0.6MPa 以下的低壓蒸汽或熱水，因而對熱源廣泛的冶金企業尤為適用。松下制冷（大連）有限公司成功地將以循環氨水為驅動熱源的溴化鋰吸收式制冷機組應用于焦化廠制冷系統中，并就節能環保情況與傳統的以蒸汽為熱源的制冷機組進行了比較。改造后溴冷機驅動熱源更換為焦化廠內部能源高溫氨水，完全不需要再消耗蒸汽，每年減少蒸汽消耗量36720t。

3.6 低溫有機朗肯循環

與大中型的火力發電不同，基于有機介質的低溫余熱發電是通過回收冶金企業幾乎每天都在持續不斷地向大氣環境中排放的溫度低于200℃～300℃的中低溫廢蒸汽、煙氣所含的低品位的熱量來發電，將生產環節產生的低品位的或廢棄的熱能轉化為高級能源— —電能，充分利用鋼鐵企業生產環節（如：煉鐵、煉鋼、燒結、軋鋼和沖渣）產生的大量低品質或廢棄的熱能進行發電，給鋼鐵企業帶來巨大的經濟效益和社會效益。

4 結語

我國鋼鐵冶金工業余熱資源十分豐富，回收利用的潛力相當大。國家相關職能部門應當與企業一起積極面對這一問題，盡可能地為企業提供技術上的支持；各鋼鐵企業也應當重視這一方面的工作，不能陽奉陰違，要把工作落到實處，畢竟我國鋼鐵冶金行業余熱利用還任重而道遠。