钢铁工业节能与余热利用

钢铁工业节能与余热利用摘要：我国钢铁工业用能结构是以煤炭为主，而且用能结构是向着多用煤、少用电和不用石油和天然气的方向发展，这种能源结构客观上造成了我国钢铁工业能源利用效率低、污染严重和节能减排任务繁重。进入21世纪以来，我国钢铁工业在现有矿物能源储量有限条件下和环境持续污染的形势下，充分考虑我国矿业以贫矿为主、能源以煤为主的基本国情，更多的依靠科技进步，千方百计节约能源和资源，在钢产量连续高速增长的情况下节能降耗取得显著成绩。关键词：钢铁工业节能、能耗、余热利用Abstract：China'ssteelindustryiscoal-basedenergystructure,andthestructureistowardmoreenergy-usingcoal,electricity,andnolessinthedirectionofoilandgasdevelopment,theobjectiveofthisenergystructureofChina'sironandsteelindustrycausedbythelowefficiencyofenergyuse,pollutionseriousandenergysavingtasksarearduous.Intothe21stcentury,China'ssteelindustryintheexistingfossilenergyreservesarelimitedandtheenvironmentundertheconditionsofcontinuouspollutionsituation,givefullconsiderationtoleanoreminingmainlycoal-dominatedenergybasicnationalconditions,torelymoreonscientificandtechnologicalprogressdoeverythingpossibletosaveenergyandresources,therapidgrowthinsteelproductioninthecaseofcontinuousenergysavingachievedremarkableresults.Keywords:ironandsteelindustryenergyconservation,energyconsumption,wasteheatutilization1.余热利用的概述1.1余热利用定义余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%-67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。玻璃、冶金、冶炼、石化、建材、陶瓷、轻纺等行业中具有280℃以上烟气(或其他高温污染气体)的余热回收。即只要是排烟温度高于280℃的工业锅炉、流化床锅炉、导热油炉、冶炼炉、冶金炉、高炉热风炉、加热炉，以及化肥厂、造纸厂都可应用。余热回收利用是提高经济性、节约燃料的一条重要途径。火电厂的生产过程中存在各种余热。譬如,锅炉排污热量、除氧器排气及汽封排汽等余热。这类余热属于携带工质的分热,通常在回收利用热量的同时。还将回收部分工质:另一类余热,它们只有热量可以利用,不存在工质的回收,譬如,发电机损失的热量、冷油器带走的热量以及锅炉排烟的余热等。这类余热属于纯热量回收利用。余热的可利用性和价值决定于它的产量和质量两个方面。余热的数量是指余热量的大小,余热的质量是指余热的品位高低,可以用它的温度、压力以及携带热量的介质给于表征。余热品位愈高,数量越大它的可利用性和价值也就愈大。余热的可利用性和价值不等于余热利用的效果。前者是指余热本身的品质和性质,它仅表示余热具有的可用性,但并不表示余热利用的有效性。后者不全由余热本身品质所决定,还决定于余热利用的场所、环境以及利用的方法,即决定于使用余热的对象和条件。譬如,余热作为热量利用就比作为功能利用的效果好。因为,热变功要付出冷源损失的代价。火电厂热系统由于存在各种能级,因而为选择余热利用的场所提供了较大的自由度。1.2余热利用现状节能降耗是冶金企业长期的战略任务。冶金企业从原料、焦化、烧结到炼铁、炼钢、连铸以及轧钢的生产过程中产生大量含有可利用热量的废气、废水、废渣，同时在各工序之间存在着含有可利用能量的中间产品和半成品。充分回收和利用这些能量，是企业现代化程度的标志之一。在各种工业炉窑的能量支出中，废气余热约占15%～35%，这些废气净化处理后是一种输送和使用方便、燃烧后又无需排渣和除尘、不易造成环境污染的优质能源。若能按工艺要求提供合适热值的煤气作能源，还有利于改善产品质量。但是由于企业生产结构和工业炉窑配置等原因，目前我国许多冶金企业仍排放大量废气。这是造成企业能源消耗高的一个重要原因。2.钢铁工业节能的技术途径与发展趋势2.1钢铁工业的节能要求从目前我国钢铁工业节能与余热利用技术发展的特点分析，今后节能减排的工作重点与要求为：提高二次能源利用，实现负能炼钢；装备的大型化，减少总体节能差距；建设能源管理中心，优化能源网络；发展能源转化功能建立资源节约型环境友好型企业；提高企业能源管理，建立完善的节能减排监测制度；2.2钢铁工业节能与余热利用的技术途径近年来，我国重点钢铁企业在减量化用能、提高能源利用效率、增加和有效回用二次能源等方面做了卓有成效的工作。但由于我国用能结构是以煤为主，因此能源利用率低，更为重要的是产业集中度低。由于中小企业节能技术落后，给我国钢铁工业与余能利用带来致命问题。因此我国钢铁工业节能与余热利用工作，应根据我国国情，依靠科学技术进步，优化产业结构、用能结构，应用先进节能技术，强化节能管理。2.2.1结构节能的技术途径调整钢铁工业生产工艺结构、用能结构，优化生产流程可以产生重大节能效果，冶金工业曾提出钢铁工业发展三大重要技术路线：一是以发展连铸为中心，带动钢铁工业的结构优化；二是提高高炉炼铁喷煤比，促进炼铁系统的结构优化；三是促进轧钢工序生产的紧凑化、连续化、一火成材，提升轧钢生产技术水平。上述三大技术路线均能体现出钢铁工业结构节能的作用。钢铁工业结构节能：（1）优化高炉炼铁炉料结构，多使用球团矿，可以实现炼铁系统结构节能。（2）提高高炉炼铁喷煤比，优化钢铁工业用煤结构，可以实现结构节能。（3）降低铁钢比，发展短流程电炉生产工序，有极大的节能效果。（4）采用连续铸钢工艺技术，促进企业的结构节能。（5）连铸坯热送热装和直接轧制技术，促进轧钢工序节能。（6）建设新一代钢铁生产新流程，大大促进钢铁企业的节能工作。2.2.2技术节能的技术途径钢铁工业技术节能是一个重要方面，通过节能技术与装备，可实现企业节能效果显著。以重钢为例。可以使烧结采用厚料层烧结技术；烧结采用新型点火器；利用环冷机废气余热产生蒸汽等方法来节能。轧机采用热装工艺，热装温度大于450℃，可充分利用连轧柸的物理显热；加热炉采用蓄热式加热炉技术，利用高温烟气加热蓄热体，当烟气温度降到150℃以下时，通过换向让冷煤气和冷空气通过高温的蓄热室，可使煤气、空气自身的温度提高到900℃以上，解决传统燃烧技术无法利用低热值煤气和余热回收不充分的问题；水梁立柱采用双层绝热包扎，炉衬采用复合炉衬及高效保温材料可减少热损失，降低能耗。2.3钢铁工业节能与余热利用的发展2.3.1钢铁工业余热利用现状从广义上说，工业系统中凡是具有高出环境温度的排气、排液以及高温待冷却的物料所含有可使用的热能，统称余热、余热能源，包括燃料燃烧产物经利用后的排气显热，高温产品、中间产品或半成品的显热，高温废渣的显热，冷却水和废液带走的显热等。2005年，我国大中型钢铁企业生产1t钢所产生的余热资源总量为8.44GJ／t，约占吨钢能耗的37％。其中，最终产品或中间产品所携带的显热为3.35GJ／t，占余热资源总量的39％；各种熔渣的显热为0.74GJ／t，占余热资源总量9％；各种废弃所携带的热量为3.10GJ／t，占37％；冷却水携带的物理热约为1.24GJ／t，占15％。若按回收余热资源的数量和温度水平统计：2005年我国钢铁工业余热资源的平均回收率为25.8％。回收最多的是高温余热资源，回收率为44.4％；其次是中温余热资源，回收率为30.2％；低温余热资源的回收率不足1％。总之，我国大中型钢铁企业余热资源的利用率大约为30％到50％，全国平均值则更低。2.3.2钢铁工业节能与余热利用的发展趋势我国钢铁企业伴随生产流程进步和企业结构调整，产品种类、能源结构、装备水平以及物质流和能量流的表现形式等都发生了根本性变化。表现在：以连铸为中心的钢铁工艺流程向紧凑、连续、高效化方向发展，资源效率逐步提高；企业生产、转换或改质的二次能源比例不断增加，高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气因供需不平衡造成的煤气放散逐年减少，能源效率逐年提升；因为钢比系数和工序能耗的降低，吨钢能耗指标不断下降，节能降耗成效显著。尽管如此，中国钢铁工业的能耗水平与世界先进产钢国相比仍有较大差距，未来的节能难度增加，节能降耗的潜力很大。既要节约用能，更要科学用能，因此钢铁工业节能技术发展方向和趋势是加强系统节能、生产流程高效化、紧凑化，余热资源合理利用与高效回用以及熔渣显热利用技术等。3.钢铁工业能耗状况与节能潜力分析3.1我国的能源消费所谓一次能源构成主要是指煤炭、天然气、石油、核能和水电。煤炭消费在发达国家近十多年来几乎没有增加，能源消费的增量主要是天然气、石油、水电和核能。我国钢铁工业能源结构变化较大，除煤炭消费比例变化不大外，石油和电力消费比例变化较大。我国钢铁工业用能结构是多用煤，控制用电，极少使用天然气和石油。我国能源资源以煤为主，占70%以上，钢铁工业是煤炭消耗大户，煤是钢铁生产中燃料消耗的主体。我国能源消费的特点为：能源消费量大，人均占有能源少；能源消费结构以煤为主，脱离世界能源消费主流；以煤为主的能源消费引起污染物排放大，严重污染环境，加重治理难度；能源资源相对贫乏，面临长期短缺状况。3.2钢铁工业工序节能分析钢铁工业是主要能耗部门之一，2007年重点钢铁企业消费能源2.2580亿吨，占全国能源消费总量的10%左右。近年来钢铁工业能源消费的主要特点是油、气消耗比重下降，用电比重增加，煤炭消费结构有所改善，吨钢综合能耗下降幅度较大。据统计，在钢铁联合企业之中炼铁系统占企业总能耗的78.87%，炼铁工序占59.26%；炼铁系统所排放的各类污染物占企业总量的二分之三以上。炼铁系统烧结工序余热回收主要由三个方面：一是对热烧结矿冷却时进行余热回收，可回收工序能耗约10kg／t；二是对点火器的烧结矿显热进行回收；三是对抽风机前几个风箱热风的热量进行回收。参考文献：1《中国钢铁工业年鉴》中国2008年钢铁工业年鉴2《冶金工业节能与余热利用技术指南》冶金工业出版社3《冶金工业节能减排技术指南》化学工业出版社4《钢铁冶金的环保与节能》冶金工业出版社5《绿色钢铁和环境管理》冶金工业出版社6《钢铁工业节能潜力探讨》冶金环境保护