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钢铁行业制造全流程的余热余能利用

发布日期:2020-11-27 作者: 点击:

我国钢铁企业90%是以高炉——转炉为主的长流程企业。完整的制造流程包括焦化、烧结或球团、高炉炼铁、转炉炼钢、轧制。图1是一个典型的钢铁企业的制造全流程的余热余能技术应用点。

 

 
近年来,我国钢铁企业的余热余能资源回收利用水平取得了加大提高。
 
我国钢铁企业余热余能资源回收利用的现状为:
 
1、中国钢铁业是多层次、多水平共存的行业。先进与落后、领先与淘汰、最大与最小、清洁与污染共存,世界最先进钢铁生产工艺和装备在中国,最落后的也在中国。与之对应,钢铁企业的余热回收水平也参差不齐。
 
2、高温余热资源存在三大世界性难题——荒煤气利用、熔渣显热回收和转炉煤气余热回收;此外,我国钢铁业未利用的余热资源量大,多集中在低温余热领域,需加大投入。
 
3、所有余热余能资源中,副产煤气所占比例最大,约74.6%,其中焦炉煤气22.29%,高炉煤气43.66%,转炉煤气9.02%。煤气收集至煤气管网,供应各工序或燃烧转化成电能,技术成熟,回收利用充分。
 
4、高炉炉顶余热发电(TRT)、干熄焦、热风炉烟气预热以及铸坯热装送技术已经成熟和普及;煤调湿技术在重点开发和积极推广中。
 
5、余热回收利用理论研究滞后,关键技术和设备依赖进口。
 
6、目前,高炉渣、钢渣尚无有效回收利用途径;高炉煤气显热、烧结和焦化烟气显热由于工艺操作原因,尚未很好的回收利用。
 
典型的长流程钢铁企业的余热余能资源回收利用网络如图2所示。
 

 
 
钢铁制造全流程分工序的余热余能资源种类和回收技术如表2所示。
 

 
在焦化工序,焦炉煤气潜热的利用即煤气利用技术已经普及;对焦炉煤气显热还未进行回收,目前正在研究中的方法有利用玄幻氨水回收、利用初冷器回收、利用上升管汽化冷却器回收、利用上升管热管回收和直接热裂解或重整;焦炭显热是利用干熄焦技术回收,目前这项技术已经已经成熟和普及,多数钢厂已经应用;对于焦炉烟气显热,国内钢铁企业主要是重点开发和推广煤高湿技术,此外热管生产蒸汽技术目前也快速发展,未来的研究方向是根据工艺流程进一步完善和改进煤调湿技术,更新换代。
 

焦炉上升管荒煤气的余热利用案例图
 

焦炉大烟道余热利用案例图
 
在烧结工序,对烧结矿的显热多数钢厂已经通过直接利用(热风烧结、热风点火助燃和烧结混合料干燥)或余热发电进行了回收。目前正在研究的方向是烧结矿余热罐式回收发电工艺和烧结烟气显热绝大部分钢厂并未进行回收,其回收方法主要是烧结烟气循环技术,目前该技术处于研究阶段。
 

烧结带冷机余热利用案例
 
在炼铁工序,高炉煤气的潜热即煤气利用技术已经普及;高炉煤气的显热除小部分经TRT转化回收外,基本未进行回收,高炉煤气的显热回收技术还有待开发;多高炉炉渣显热的回收通过冲渣水采暖实现,部分北方企业已经应用于生产实践,目前研究的重点是干式粒化回收法、风淬法、离心法等回收方法;高炉炉顶余压可以利用TRT技术回收,国内全部1000m3以上高炉及部分小高炉都已实现,目前正在研究的方法是干式TRT回收法;对于热风炉烟气显热的回收利用,国内钢厂通过煤气、空气双预热来实现,目前研究的重点是开发耐高温、耐腐蚀性能、气密性好的高性能换热器。

在炼钢工序,煤气潜热的利用即煤气利用已经普及;转炉烟气显热是经汽化冷却进行蒸汽回收利用,正在进行的研究重点是蒸汽发电以及导热相变材料回收储热等;电炉烟气显热未回收,电炉烟气汽化冷却系统正在研究中心;炉渣显热也未回收,技术有待开发;钢坯显热部分通过连铸坯热装热送实现回收,该项技术已经成熟和普及,目前研究的重点是对于钢水过热和凝固潜热以及连铸坯物理显热的回收利用。
 

电炉的烟气余热利用案例
 
在轧钢工序,加热炉烟气的显热回收利用方式有:在烟道内设置换热器,用烟气加热助燃空气或煤气;设置预热段用烟气加热炉料;设置蒸汽过热器;设置余热锅炉用烟气热量生产蒸汽;蓄热式燃烧;炉内水梁汽化冷却,下一步研究方向是低湿余热发电。

冶金能源节约可分为3个方面:源头治理、过程治理和末端治理。源头治理是在工艺设计方面采用能源消耗少的设计;过程治理是在生产过程中的管理和操作中节能;末端治理是在能源消耗了之后通过回收利用达到降低能源消耗总量的效果。余热余能的回收利用属于末端治理,是节能的重要途径之一,与此同时,源头治理与过程治理也是钢铁企业实现资源循环利用和可持续发展所不可忽视的重要方面。


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