提高余能、余熱回收利用效率的研究與措施

張洪濤，李連歡，馮 曼

（天津市新天鋼聯合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

鋼鐵行業是國民經濟的基礎，也是高能耗的資源密集型產業[1]。面對全球經濟增長放緩、環保政策收緊、資源供需矛盾等問題，鋼鐵企業為提升核心競爭力，大力推廣降本增效、節能降耗項目，以追求企業經濟效益、社會效益、環境效益最大化。鋼鐵企業普遍擁有豐富的余能和余熱資源，這些資源的回收可用于企業及周邊居民的冬季供暖、飽和蒸汽發電、燃氣鍋爐發電等，這些節能降耗、降本增效的重要手段，已逐步應用到各大鋼鐵企業中。

天津市新天鋼聯合特鋼有限公司（聯合特鋼公司）目前有多個余熱、余能回收利用設施，但在余熱、余能回收利用過程中存在一些問題，致使余熱、余能資源不能充分回收利用，能源利用效率不高。本文分析了聯合特鋼公司能源利用效率不高的原因，提出了提高余熱、余能資源回收利用效率的改進措施，助力于公司降本增效、節能降耗的目標實現。

1 余能、余熱回收利用項目現狀

1.1 沖渣水余熱回收用于冬季供暖

聯合特鋼公司在2017 年實施了高爐沖渣水余熱回收項目。將通過換熱回收的熱水用于公司內部供暖，同時將富裕的回收熱水送入外網，經供暖換熱站進行換熱后為周邊居民和企業供暖。通過公司對外供暖，改變了周邊居民和企業原有燃煤取暖的方式，減少二氧化碳、二氧化硫等污染物的排放，冬季重污染天氣天數明顯減少，環境得以改善。同時余熱能源的合理回收利用，有效改善廣大居民的供暖效果，體現了聯合特鋼公司對社會的責任與擔當。

1.2 燒結余熱回收發電

聯合特鋼公司將燒結環冷機高溫煙氣通過風機輸送至燒結余熱鍋爐，余熱鍋爐采用雙壓立式無補燃自然循環鍋爐。鍋爐產生的中溫中壓蒸汽和中溫次中壓蒸汽通過各自熱力管網送入補汽凝汽式汽輪機，推動汽輪機運轉，從而帶動發電機組進行發電[2]。鍋爐產生的中溫中壓蒸汽作為補汽凝汽式汽輪機的主汽源驅動汽輪機，中溫次中壓蒸汽作為輔助汽源送入汽輪機補汽口驅動汽輪機。在汽輪機內作完功的蒸汽被凝汽器冷卻成凝結水，凝結水經水泵送到低溫加熱器，加熱后再送到除氧器除氧，后經給水泵送到燒結余熱鍋爐繼續進行熱力循環。燒結余熱發電機組年發電量約10 080 萬kWh，外供電量約7 812 萬kWh，所產生的電能全部用于廠區內用電設備。

1.3 飽和蒸汽回收發電

聯合特鋼公司飽和蒸汽發電項目是將轉爐汽化冷卻系統產生的大量飽和蒸汽回收，回收的0.9 MPa 飽和蒸汽用于驅動汽輪機組運轉達到3 000轉/分，帶動發電機組進行發電[3]，電能全部用于廠區內用電設備。飽和蒸汽發電技術屬于低品質余熱發電，既回收了大量低品質蒸汽，避免了能源浪費，同時節省了用電成本。

1.4 高轉爐煤氣回收發電

高爐、轉爐煤氣是冶金工藝的副產品，其熱值、流量不穩定，通過煤氣柜將其收容均勻后，可作為燃料持續供應燃氣鍋爐生產蒸汽，實現能源轉換利用。鍋爐通過燃燒煤氣產生蒸汽驅動汽輪機發電。煤氣發電系統產生的電能用于公司內部用電設備，節省了公司外購電費，減少了煤氣放散，避免了能源的浪費，保護了大氣環境。

2 余能、余熱回收利用中存在的問題

2.1 檢修不同步造成浪費能源

鋼鐵企業需定期對部分主體工藝設備進行檢修維護，在主體設備檢修期間輔助設備也隨之進行定修，但因檢修程度不同，往往會出現檢修不同步現象，例如燒結機環冷余熱鍋爐檢修時間短，下道工序余熱發電機組檢修時間較長。但是不能因為輔助設備未完成檢修而耽誤主體設備開機投產，因此會造成大量高品質蒸汽放散，浪費能源，降低了發電量，增加了生產成本。

2.2 冬季蒸汽供需矛盾突出

（1）冬季蒸汽產量下降。按照生態環境部《攻堅行動方案》要求，聯合特鋼公司列入天津市冬季錯峰生產企業，冬季錯峰生產期間煉鋼產能相比滿負荷生產時期減少約25%，導致可各生產系統回收蒸汽產量隨之下降。

（2）冬季生活供暖消耗蒸汽增大。每年供暖季，聯合特鋼肩負起為廣大居民供暖的重任，為確保供暖工作正常進行，需大量蒸汽送到供暖換熱站進行換熱，保障廣大居民冬季采暖，因此冬季蒸汽消耗顯著增大，這導致生產過程中富余蒸汽量明顯不足。

（3）冬季生產用蒸汽量增大。冬季的生產設施保溫和原料系統防凍等都需要大量蒸汽，這也進一步加劇了蒸汽產量無法滿足需求的情況。

終上所述，冬季因蒸汽供應不足，生產、生活需求量增大，導致用于低壓飽和蒸汽發電的蒸汽量減少。冬季整個余熱回收系統只有5～8 t/h 蒸汽可供發電，還需公司20 噸燃氣鍋爐向發電機組提供約17 t/h 蒸汽，總計供飽和蒸汽發電機組的蒸汽量只有22～25 t/h。而公司低壓飽和蒸汽發電為6 MW 機組，按上述蒸汽供應量，發電機組負荷僅為3～3.7 MW，達不到滿負荷運行狀態，發電設施利用效率明顯下降。

2.3 煤氣用戶多，供氣管網壓力不平衡

聯合特鋼公司消耗煤氣的設備較多，經常出現煤氣供應不足的情況。因煤氣供、用設備分布范圍廣且不均衡，導致不同區域煤氣管網壓差較大。廠區內循環經濟區煤氣管網壓力偏高，而軋制區煤氣管網壓力較低，當軋制區煤氣管網壓力低、供應不足時，需要以降低發電負荷來確保軋制區4 條帶鋼生產線高產順行，導致煤氣發電量偏低。

3 余能、余熱回收利用的改進方法

3.1 增設減溫減壓器，緩解蒸汽供應不足

由于部分生產設備低溫低壓蒸汽供應不足，而燒結余熱鍋爐中溫中壓蒸汽在發電設備檢修或蒸汽富裕時經常大量放散。因中溫中壓蒸汽與低壓飽和蒸汽溫度和壓力不同，兩種蒸汽無法直接通用，因此在燒結余熱鍋爐蒸汽管道增設減溫減壓器。通過減溫減壓器可將燒結余熱鍋爐中溫中壓蒸汽送到外部低壓蒸汽管網，緩解低壓蒸汽供應不足的矛盾。低溫低壓蒸汽的外送能力可以達到90 t/h。

燒結余熱鍋爐中溫中壓蒸汽經減溫減壓后送入外網，可用于冬季生產設備的保溫、物料的加熱以及居民供暖。同時可以逐步減少煉鋼汽化冷卻系統送入外網蒸汽量，提高供低壓飽和蒸汽發電設備的蒸汽量。通過改造，采暖季低壓飽和蒸汽發電機組發電負荷可增加到6.3 MW，每小時增加發電量3 MW 左右，提高了冬季低壓飽和蒸汽發電機組的利用效率，提高了燒結余熱高爐蒸汽的利用率，降低了生產成本。

3.2 資源整合，統一平衡介質供應

為解決能源介質回收利用不充分，分布不平衡的問題，對全公司能源介質進行整合，統一調配，保證設備高產順行，提高設備連續運行時間，減少低負荷運行以及停機時間。

3.2.1 合理利用沖渣水，節省蒸汽

2020 年聯合特鋼公司內部供暖全部改用高爐沖渣水，取消蒸汽供暖設備，將蒸汽用于生產和發電，有效提高了蒸汽能源的綜合利用率，降低了各工序成本，提高了企業競爭力。

3.2.2 管路互通，協調軟水供應

燒結余熱鍋爐蒸汽減溫減壓設施是通過軟水降低蒸汽溫度和壓力，系統消耗軟水約25 噸t/h，燒結余熱鍋爐軟水站軟水產量無法滿足需求。為實現軟水供應平衡，將煉鋼廠汽化冷卻系統的軟水管道與燒結余熱鍋爐軟水管道互通，既可以彌補燒結余熱鍋爐減溫減壓設施日常軟水供應不足的缺陷，又能在檢修時作為彼此的軟水備用供給源，為設備的連續運行提供了有力保障。

3.2.3 蒸汽與軟水循環利用

飽和發電機組做完功后的蒸汽冷凝水，經加藥處理后符合軟水標準，送回煉鋼軟水站。回收的軟水繼續供應20 t 燃氣鍋爐及煉鋼汽化冷卻鍋爐生產蒸汽，實現了蒸汽冷凝水到蒸汽的循環利用，節省大量優質水資源。

在燒結余熱發電機組未運行期間，燒結余熱鍋爐外送蒸汽需要大量軟水補充。燒結送出的蒸汽發電后，其冷凝水可通過煉鋼汽化冷卻系統與燒結余熱鍋爐系統軟水互通管道送回燒結余熱鍋爐系統，整體介質消耗處于平衡狀態，未增加額外的費用消耗。通過減溫減壓設施將燒結余熱鍋爐蒸汽外送，既做到回收余熱，又做到增加低壓飽和蒸汽發電機組的發電量。因此，統籌能源利用平衡，挖掘設備潛能，提高設備利用率勢在必行。

3.3 合理分配能源，平衡煤氣管網壓差

3.3.1 合理分配能源，提高高效機組發電效率

比較現有煤氣發電機組的裝機參數。2 5MW 煤氣發電屬于高溫高壓燃氣鍋爐發電機組，65 MW 煤氣發電機組屬于高溫超高壓燃氣鍋爐發電機組。因65 MW 煤氣發電機組配有煤氣加熱器等熱能回收設備，熱能利用率高，所以發電煤氣單耗更低。因此在平衡煤氣時，應優先滿足65 MW 煤氣發電機組高負荷運行需求，煤氣不足時可減少低效率發電機組負荷，提高煤氣利用率，增加整體發電量。

3.3.2 提高混配煤氣熱值，彌補煤氣量不足

25 MW 發電區域與65 MW 發電區域煤氣管網壓差較大，導致65 MW 發電區域煤氣壓力偏低。當65 MW 發電供氣不足限制發電負荷時，通過調整現有轉爐煤氣輸送管道的閥門，提高轉爐煤氣混配比例，彌補煤氣量不足對65 MW 發電產能造成的不利影響，增加發電量。

3.3.3 優化煤氣輸送管道

針對25 MW 發電區域與65 MW 發電區域煤氣壓差大的問題，統籌公司煤氣主管網布局，查找煤氣輸送阻礙部位，利用在不停氣狀態下的管網貫通技術，使整體煤氣外管網煤氣處于壓力平衡狀態。通過公司煤對氣主管道的重新調整，解決了煤氣輸送壓差大的問題，提高了高效機組發電效率，增加了發電量。

5 結語

聯合特鋼公司擁有豐富的余能和熱源資源，同時建有完善的余能、余熱回收利用設施，但由于檢修不同步、冬季蒸汽供需矛盾突出、煤氣管網壓差大等原因，現有余能、余熱回收利用系統沒有發揮出應有的效率，能源介質回收利用空間還很大。

聯合特鋼公司通過資源整合，統一平衡，合理回收余能、余熱及技術改造等措施，解決了優質蒸汽放散、煤氣管網壓力不平衡、蒸汽與軟水循環利用等問題，將分布于廠區各處的能源聚沙成塔、提高了余能、余熱能源介質的回收利用率，實現了降本增效、節能降耗的目標。