浅析炼钢余热蒸汽利用方案

浅析炼钢余热蒸汽利用方案

摘要:针对炼钢余热蒸汽的有效回收利用进行了研究分析,提出了几种利用方案,并进行了对比,希望能够开拓余热蒸汽利用的新思路,解决生产实际问题。

关键词:汽化冷却余热蒸汽

冶金工业是耗能大户,不论是有色冶金或黑色冶金工业都存在大量的节能问题。以钢铁企业为例,焦炉、高炉及炼钢工序均有相当数量的余热未能回收利用。钢铁工业的二次能源主要包括各种副产煤气、余热、余能(压)。国际上主要产钢国家的二次能源产生量占其钢铁工业一次能源消耗量的40%～50%,其中各种副产煤气(焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气)占绝大多数。其余热的温度最高可达1600℃,热能的形态有固体、气体、液体,其中很多为间隙排放,因之给余热回收带来了一定的难度。由于热管的众多特点,特别适用于上述场合的余热回收利用。高温热管及高温热管空气预热器、高温热管蒸汽发生器开发运用成功,给冶金企业的高品位余能利用带来了新的希望。

一、ESSE加热炉和均热炉的余热利用

轧钢连续加热和均热炉是钢铁企业中耗能较多的设备。其热效率一般只有20%～30%,约有70%～80%的热量散失于周围环境和被排烟带走。其中烟气带走的热损失约占30%～35%。加热炉的烟气量根据炉型大小不同,一般在(标准状态)7000～300000m3/h的范围内。烟气温度一般为550～990℃,也有超过1000℃以上的。从直接节能来考虑,工程界希望将烟气的余热用来加热助燃空气。当助燃空气被加热到400℃时,可以得到节能20%～25%的效果。

二、轧钢连续加热炉的余热回收

轧钢连续加热炉排出的烟气温度很高,有时可达1000～1100℃,余热回收利用的方式首推采用空气预热器。这样虽然可以达到节能的目的,但不能直接节约燃料,也得不到由于燃烧条件改善而对产品产量质量方面带来的好处。当前很多工厂采用余热锅炉和空气预热器相结合的办法来达到兼顾的目的。

三、ESSE余热锅炉流程

国内外许多轧钢加热炉采用了余热锅炉和空气预热器相结合的流程来回收烟气的高温余热。这种流程的优越性在于,余热锅炉可以以较少的设备投资回收烟气高温部分的余热,所产生的蒸汽如果可以外销,则可在极短的时间内收回投资。空气通过预热器可预热至300℃以上,一次能耗可以节约14%～18%,这是最合算的流程。如果采用蒸汽透平发电,再将背压蒸汽外销,也是一种经济效益很好的方案。热管空气预热器和热管省煤器可以在较低的条件下充分发挥其传热效率高和体积紧凑的特点。

四、烧结工序的余热利用

烧结工序是高炉矿料入炉以前的准备工序。有块状烧结和球团状烧结两种工艺。块状烧结是将不能直接加入炉的炼铁原料,如精矿粉、高炉炉尘、硫酸渣等配加一定的燃料和溶剂,加热到1300～1500℃,使粉料烧结成块状。球团烧结则是将细磨物料,如精矿粉配加一定的黏结剂,在造球设备上滚成球,然后在烧结设备上高温烧结。两种烧结过程都要消耗大量的能源。据统计,烧结工序的能耗约占冶金总能耗的12%。而其排放的余热约占总能耗热能的49%。回收和利用这些余热,显然极为重要,回收余热主要在成品显热及冷却机的排气显热两个方面。

五、ESSE高炉热风炉余热回收

高炉热风炉是产生热风的设备,由于风温可高达1200℃以上,因之热风炉都是蓄热式。其工作原理是先使煤气和助燃空气在燃烧室燃烧,燃烧生成的高温烟气进入蓄热室内的格子砖加热,然后停止燃烧,再将鼓风机送来的冷空气通过蓄热式格子砖,将格子砖所积蓄的热量带走,冷空气被加热到所需的温度进入高炉。使用热管换热器回收的这部分余热,用来加热助燃空气则可以改善蓄热炉内的燃烧状况,从而使炉顶温度提高。对于以煤气为燃料的单位,一般多采用热管换热器回收排烟余热,回收的余热用来加热空气。

六、余能余热循环利用

全流程全方位回收余能余热,重点实施了焦炉干熄焦发电、焦炉煤调湿、饱和蒸汽发电等一批重大节能技术和措施,实现了生产全过程各种资源的循环和再利用。

1、干熄焦(CDQ):通过干熄焦系统取代湿法熄焦后,有效回收焦炭显热,吨焦发电150千瓦时,年发电3.2亿千瓦时,折合节约标煤11万吨,年回收热能折合8.4万吨标准煤。同时,不再排放含有粉尘、酚、氰、硫化物等有害气体的水蒸汽。

2、焦煤炉调湿(CMC):将回收的低压蒸汽作为热载体,对装炉煤进行干燥处理,使结焦所需热量消耗大大降低,提高了焦炭质量,减少了焦化废水的产生量。依靠自主创新建成,开创国内首家成功范例。

3、高炉煤气联合循环发电(CCPP):回收低品位高炉煤气经加压、燃烧后,产生高温高压烟气进入燃气轮机发电,可高效利用高炉煤气15万立方米/小时(11亿立方米/年),发电量3.95亿千瓦时/年,减少烟尘排放135吨/年、二氧化碳排放1275吨/年。

4、高炉煤气余压(TRT)发电:将高炉副产煤气的压力能、热能转换为电能。把煤气导入透平膨胀机,使压力能转化为机械能,驱动发电机发电。吨铁发电量达39千瓦时,发电2.39亿千瓦时/年,折合节约标煤8.6万吨,满足了高炉自身用电,还有外供,创国内最好水平。

5、饱和蒸汽余热发电:针对夏季蒸汽富余的情况,在余热蒸汽自用后富裕量然较大的第二炼钢厂、新炼钢厂、热连轧厂、新热轧厂建设四台饱和蒸汽发电机组,为国内首创,发电量1亿千瓦时/年,可减少电厂发电用煤6万吨/年,减少二氧化硫年排放量4700多吨/年,减少排尘量50吨/年。回收余热蒸汽量已占到钢厂蒸汽总用量的40%。

6、转炉负能炼钢:在炼钢工序,实施电炉全封闭收尘、转炉三次除尘、转炉余热蒸汽发电、转炉煤气回收和连铸板坯红送工艺技术,转炉实现了负能炼钢。

七、结语

我国钢铁工业余热资源丰富,回收利用的潜力很大。近年来能源涨价幅度加大,能源费用在产品成本中的比重不断增加,长期卖方市场的格局被打破,节能降耗已成为冶金企业实现两个根本转变、提高竞争力的重要途径。相信未来的21世纪,我国钢铁工业的废气余热利用会有较大的进展。

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