钢铁厂余热利用案例分析-方豪v2
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• 迁西县属温带大陆性的季风气 候，年平均气温10.1℃，1月份 平均气温－7.8℃。
• 2015年前，由县城的区域燃煤 小锅炉房供热，供热煤耗高、 污染重，与周边的工业排放形 成污染叠加，冬季空气质量 差。
3
项目概况
迁西县供热困境
• 供热面积逐年增长,但是“清洁取暖”要求燃煤小锅炉加紧淘汰,供 热需求难以满足，急需找到燃煤替代的方案。
炉烟气、煤气锅炉烟气 • 固体显热属于高温余热，但难以利用——铁渣、钢渣、钢材成品（铁渣、钢渣冲渣水） • 设备、工艺冷却系统，均为低温冷却循环水——高炉冷却系统、转炉设备冷却等
津西钢厂余热潜力调研
烧结
炼铁
炼钢
轧钢
发电
钢铁厂取热流程设计
津西钢铁厂余热点位置示意
• 余热点众多、位置分散 • 但各热源点按照生产工
• 津西、万通钢铁厂位于迁西县城 西北10km处，两厂毗邻
• 通过10km DN1000 管道将钢铁厂 余热输送至县城，县城燃煤锅炉 保留备用，可满足供热需求。
6
项目概况
津西钢铁厂
• 津西钢铁厂现有炼铁高炉9座， 炼钢转炉6座，年产铁量600余 万吨，产钢量650万吨。
• 津西钢厂现有余热发电机组共5 台，分别是1台80MW、2台50MW， 1台18MW和1台12MW。
小城镇利用低品位工业余热供暖案例
汇报人：方豪 清华大学建筑节能研究中心 内蒙古自治区供热工程技术研究中心
1
目录
• 项目概况 • 钢铁厂余热分析 • 余热取热流程设计 • 余热供热效果分析 • 提升余热回收率的一些思考 • 总结
项目概况
• 迁西县位于河北省东北部，距 离唐山市75公里，全县总面积 1439平方公里，人口39万。
钢铁厂取热流程设计
津西钢铁厂取热流程设计
• 根据工序位置、供热负荷划分片区 • 设计取热支路 • 甚至形成取热网
余热 发电
烧结
炼铁
炼铁
炼铁
钢铁厂取热流程设计
进一步设计及优化取热流程 • 供回水温度108/30℃，流量4100t/h，供热量371MW，抽气调峰热量占35%
余热发电
பைடு நூலகம்
锅炉
烟气
11MW
供水
• 迁西县城供热面积为360万平米，按热指标50W/㎡计算，县城所需供 热负荷180MW
• 预计至2020年，迁西县城供热面积增长至500万平米 • 2030年以后，县城最终供热面积将发展到800万平米
一期 二期 三期
县城供热面积 360万㎡ 500万㎡ 800万㎡
热指标 50W/㎡ 45W/㎡ 40W/㎡
抽气 81℃
108℃ 130MW
79℃ 77℃
79℃ 90℃
烧结 烧结 烟气 47MW
低压发电蒸汽 30MW
吸收机 50MW
热风炉 烟气 4.6MW
54℃
热风炉 烟气 1.7MW
57℃
热风炉 烟气 6.1MW
57℃
冲渣水 37MW
冲渣水 15MW
冲渣水 31MW
20MW
38℃
38℃
38℃
4100t/h 回水 30℃
1600℃ 1200℃
800℃
1400~1500℃ 900~1000℃
>1600℃
1100~1200℃
800℃
烧结 环冷机 炼铁
铁水
炼钢
连铸 热轧钢 冷轧
冷却
搬运
热送
装车
钢铁厂余热分析
未利用余热的情况
• 中高品位余热基本用于发电，产生乏汽——余热发电、煤气发电的乏气余热 • 烟气余热高温段基本用于发电，剩余200℃以下烟气余热——烧结烟气、热风炉烟气、加热
序有序地分布
余热发电
连铸、轧钢
炼铁
炼钢
>50MW 20~50MW 10~20MW
<10MW
>90℃ 50~90℃
<50℃
连铸、轧钢
炼铁
炼钢 余热发电
炼铁
烧结
钢铁厂取热流程设计
取热流程设计思路
• 按烧结、炼铁、炼轧钢、余热发电四个工序段划片 • 每个片区内部位置因素影响较小，容易实现理想的取热流程 • 各工序按照品位高低排序：炼铁或连轧钢→烧结→余热发电
冷却水 18MW
冷却水 7MW
冷却水 13MW
2000t/h
700t/h
1400t/h
炼铁
余热供热效果分析
2015-16采暖季实际运行情况
• 回收冲渣水余热和部分冷却水余热
• 中压蒸汽驱动吸收机提取冷却水余热
• 低压蒸汽补热
热网回水
• 考虑热源费用和电费后，总成本17.2元/GJ，能源成本4kgce/GJ 47℃ 4800m3/h
余热发电 烧结
炼铁
炼轧钢
140℃ 120℃ 100℃
80℃ 60℃ 40℃ 20℃
津西钢厂余热分工序T-Q图（已考虑余热回收率）
150℃
烟气
160℃
烟气
180℃
烟气
150℃
烟气
冲渣 水 冷却 水
冷却 水 冷却 水
冷却 水 （369MW）
烧结 47MW
炼铁 180MW
炼钢、轧钢 100MW
余热发电 391MW
• 转炉炼钢工艺在我国钢铁行业中应用广泛
• 2015年单位生产能耗572千克标煤/吨钢，未利
用的低品位余热约有7GJ/吨钢，能源利用率不足
60%
9%
近10年钢产量及能耗
91%
钢铁厂余热分析
余热热源类型
• 由于每个工艺段都需要在高温下进行，成品、废渣、废水、废气中存在大量显热 • 还需要有专门的冷却系统保护零部件（高炉冷却系统、转炉氧枪冷却系统） • 焦炭未完全氧化所剩余的化学热（高炉煤气、转炉煤气）
津西渣水 万通渣水 吸收机 蒸汽 厂区内部使用 县城供热量
平均供热功率 MW
81.2 14.2 33.8 25.5
9.8 117.5
4000m3/h
津西1-9#冲渣水 80MW
厂区内部 10MW
64.5℃
低压发电蒸汽 48m3/h 29MW
吸收机 34MW
29.3℃
71.5℃
冷却水 8.5MW
蒸汽补热 25MW
万通钢铁厂
• 有炼铁高炉3座，炼钢转炉2 座，年产铁量200余万吨， 产钢量200万吨
• 万通钢厂现有余热发电机组共3 台，分别是1台6MW发电机组， 1台9MW机组和1台18MW机组。
7
钢铁厂余热分析
钢铁生产工艺流程及余热利用现状
钢铁生产流程示意图
• 津西、万通钢铁厂工艺流程：
烧结→高炉炼铁→转炉炼钢→轧钢
75℃
~68.5℃ 117MW
供热负荷 180MW 225MW 320MW
4
“余热暖民”的设想
项目概况
“到2020年，通过集中 回收利用低品位余热资源， 替代燃煤供热20亿㎡以上， 减少供热用原煤5000万吨以 上 … 选 择 150 个 示 范 市 （ 县 、 区），探索建立余热资源用 于供热的经济范式、典型模 式…”
项目概况
• 2015年前，由县城的区域燃煤 小锅炉房供热，供热煤耗高、 污染重，与周边的工业排放形 成污染叠加，冬季空气质量 差。
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项目概况
迁西县供热困境
• 供热面积逐年增长,但是“清洁取暖”要求燃煤小锅炉加紧淘汰,供 热需求难以满足，急需找到燃煤替代的方案。
炉烟气、煤气锅炉烟气 • 固体显热属于高温余热，但难以利用——铁渣、钢渣、钢材成品（铁渣、钢渣冲渣水） • 设备、工艺冷却系统，均为低温冷却循环水——高炉冷却系统、转炉设备冷却等
津西钢厂余热潜力调研
烧结
炼铁
炼钢
轧钢
发电
钢铁厂取热流程设计
津西钢铁厂余热点位置示意
• 余热点众多、位置分散 • 但各热源点按照生产工
• 津西、万通钢铁厂位于迁西县城 西北10km处，两厂毗邻
• 通过10km DN1000 管道将钢铁厂 余热输送至县城，县城燃煤锅炉 保留备用，可满足供热需求。
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项目概况
津西钢铁厂
• 津西钢铁厂现有炼铁高炉9座， 炼钢转炉6座，年产铁量600余 万吨，产钢量650万吨。
• 津西钢厂现有余热发电机组共5 台，分别是1台80MW、2台50MW， 1台18MW和1台12MW。
小城镇利用低品位工业余热供暖案例
汇报人：方豪 清华大学建筑节能研究中心 内蒙古自治区供热工程技术研究中心
1
目录
• 项目概况 • 钢铁厂余热分析 • 余热取热流程设计 • 余热供热效果分析 • 提升余热回收率的一些思考 • 总结
项目概况
• 迁西县位于河北省东北部，距 离唐山市75公里，全县总面积 1439平方公里，人口39万。
钢铁厂取热流程设计
津西钢铁厂取热流程设计
• 根据工序位置、供热负荷划分片区 • 设计取热支路 • 甚至形成取热网
余热 发电
烧结
炼铁
炼铁
炼铁
钢铁厂取热流程设计
进一步设计及优化取热流程 • 供回水温度108/30℃，流量4100t/h，供热量371MW，抽气调峰热量占35%
余热发电
பைடு நூலகம்
锅炉
烟气
11MW
供水
• 迁西县城供热面积为360万平米，按热指标50W/㎡计算，县城所需供 热负荷180MW
• 预计至2020年，迁西县城供热面积增长至500万平米 • 2030年以后，县城最终供热面积将发展到800万平米
一期 二期 三期
县城供热面积 360万㎡ 500万㎡ 800万㎡
热指标 50W/㎡ 45W/㎡ 40W/㎡
抽气 81℃
108℃ 130MW
79℃ 77℃
79℃ 90℃
烧结 烧结 烟气 47MW
低压发电蒸汽 30MW
吸收机 50MW
热风炉 烟气 4.6MW
54℃
热风炉 烟气 1.7MW
57℃
热风炉 烟气 6.1MW
57℃
冲渣水 37MW
冲渣水 15MW
冲渣水 31MW
20MW
38℃
38℃
38℃
4100t/h 回水 30℃
1600℃ 1200℃
800℃
1400~1500℃ 900~1000℃
>1600℃
1100~1200℃
800℃
烧结 环冷机 炼铁
铁水
炼钢
连铸 热轧钢 冷轧
冷却
搬运
热送
装车
钢铁厂余热分析
未利用余热的情况
• 中高品位余热基本用于发电，产生乏汽——余热发电、煤气发电的乏气余热 • 烟气余热高温段基本用于发电，剩余200℃以下烟气余热——烧结烟气、热风炉烟气、加热
序有序地分布
余热发电
连铸、轧钢
炼铁
炼钢
>50MW 20~50MW 10~20MW
<10MW
>90℃ 50~90℃
<50℃
连铸、轧钢
炼铁
炼钢 余热发电
炼铁
烧结
钢铁厂取热流程设计
取热流程设计思路
• 按烧结、炼铁、炼轧钢、余热发电四个工序段划片 • 每个片区内部位置因素影响较小，容易实现理想的取热流程 • 各工序按照品位高低排序：炼铁或连轧钢→烧结→余热发电
冷却水 18MW
冷却水 7MW
冷却水 13MW
2000t/h
700t/h
1400t/h
炼铁
余热供热效果分析
2015-16采暖季实际运行情况
• 回收冲渣水余热和部分冷却水余热
• 中压蒸汽驱动吸收机提取冷却水余热
• 低压蒸汽补热
热网回水
• 考虑热源费用和电费后，总成本17.2元/GJ，能源成本4kgce/GJ 47℃ 4800m3/h
余热发电 烧结
炼铁
炼轧钢
140℃ 120℃ 100℃
80℃ 60℃ 40℃ 20℃
津西钢厂余热分工序T-Q图（已考虑余热回收率）
150℃
烟气
160℃
烟气
180℃
烟气
150℃
烟气
冲渣 水 冷却 水
冷却 水 冷却 水
冷却 水 （369MW）
烧结 47MW
炼铁 180MW
炼钢、轧钢 100MW
余热发电 391MW
• 转炉炼钢工艺在我国钢铁行业中应用广泛
• 2015年单位生产能耗572千克标煤/吨钢，未利
用的低品位余热约有7GJ/吨钢，能源利用率不足
60%
9%
近10年钢产量及能耗
91%
钢铁厂余热分析
余热热源类型
• 由于每个工艺段都需要在高温下进行，成品、废渣、废水、废气中存在大量显热 • 还需要有专门的冷却系统保护零部件（高炉冷却系统、转炉氧枪冷却系统） • 焦炭未完全氧化所剩余的化学热（高炉煤气、转炉煤气）
津西渣水 万通渣水 吸收机 蒸汽 厂区内部使用 县城供热量
平均供热功率 MW
81.2 14.2 33.8 25.5
9.8 117.5
4000m3/h
津西1-9#冲渣水 80MW
厂区内部 10MW
64.5℃
低压发电蒸汽 48m3/h 29MW
吸收机 34MW
29.3℃
71.5℃
冷却水 8.5MW
蒸汽补热 25MW
万通钢铁厂
• 有炼铁高炉3座，炼钢转炉2 座，年产铁量200余万吨， 产钢量200万吨
• 万通钢厂现有余热发电机组共3 台，分别是1台6MW发电机组， 1台9MW机组和1台18MW机组。
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钢铁厂余热分析
钢铁生产工艺流程及余热利用现状
钢铁生产流程示意图
• 津西、万通钢铁厂工艺流程：
烧结→高炉炼铁→转炉炼钢→轧钢
75℃
~68.5℃ 117MW
供热负荷 180MW 225MW 320MW
4
“余热暖民”的设想
项目概况
“到2020年，通过集中 回收利用低品位余热资源， 替代燃煤供热20亿㎡以上， 减少供热用原煤5000万吨以 上 … 选 择 150 个 示 范 市 （ 县 、 区），探索建立余热资源用 于供热的经济范式、典型模 式…”
项目概况