宝钢低温余热利用现状及前景分析

宝钢作为国内大型钢铁企业，一贯重视余能 （ 热） 回收等重大节能技术应用和相关装备的投 入，不但为宝钢的能源管理工作持续保持先进奠 定了重要基础，同时也为国内钢厂节能减排工作 的推进起到了带头示范作用［1］。随着宝钢对大型 余热 （ 能） 回收装备技术的能效提升改造，如 煤调湿技术，高温高压干熄焦 （ CDQ） 发电技 术、烧结 余 热 回 收 技 术、高 炉 余 热 发 电 技 术 （ 干法 TＲT） 、热送热装比例提高、加热炉汽化 冷却技术、炉窑烟气余热回收技术等，宝钢余热
项目利用回收的烟气余热生产 90℃ 左右的 热水，储存到热水箱中，并通过移动供热 （ 热 水车） 运输到厂区。将热水通过水泵输送到厂
图 1 热轧加热炉余热回收模型
图 2 退火炉烟气余热回收模型 区浴室的保温水箱中，供员工洗澡使用。项目热 水产量为 17. 4t / h，目前可满足厂内约 10 个浴室 热水需求。锅炉烟气余热回收模型如图 3。 2. 4 蒸汽冷凝水发电技术
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1 低温余热资源现状分析
钢铁在生 产 过 程 中 需 要 投 入 大 量 的 外 购 能 源，这些能源通过企业内部的循环利用，最终除 附加于产品 （ 包括副产品、固废等） 本身及外 卖等形式外，其余绝大部分以热量的形式散失到 环境中，包括物料冷却散热、炉窑排烟散热、蒸 汽冷凝 水 散 热、 冲 渣 水 散 热、 循 环 冷 却 水 散 热 等。随着中高品位的余热不断回收利用，这些未 被利用的余 （ 废） 热具有一个共同特点就是温 度较低，利用较难，但在外部节能减排和企业内
宝钢某热轧产线现有三座蓄热式加热炉，每 台加热炉排出的烟气通过二个通道汇至各自独立 的烟囱排放到大气： 一通道烟气经过蓄热式烧嘴 后温度为 190℃ 左右，再通过引风机抽吸至烟囱 排放； 二通道烟气经过空气预热器加热一次风 后，温度仍有 410 ～ 600℃ ，经过烟道上阀门调 节后排到大气。
经过多方论证和对加热炉工艺和烟气流量、
Analysis of the low － temperature heat utilization of the present and prospects in Baosteel
Zhang Ying Gui Qilin Wang Xiaoming （ Baoshan Iron and Steel Co． ，Ltd． ）
冷轧连退炉烟气从初始 700℃ 进行余热梯级 回收利用，依次布置气 － 气、气 － 水、气 － 气换 热器进行余热回收，到引风机前烟气温度降低到 195 ～ 220℃ ，最后排放到大气中。同时连退线仍 在使用蒸汽换热器对带钢进行烘干，烘干温度要 求 100℃ ，不仅能耗高，而且冬季由于原有换热 器能力所限，烘干机达不到预定温度，影响烘干 效果。
经过对生产线热力系统的综合分析，在退火 炉烟气排放总管、三级换热器头上，增设一套烟 气 － 水换热器，在热风烘干进风口增设一套热水 （ 蒸汽） － 空气换热器，利用热水作为中间热 媒，将热风干燥系统的空气从 20℃ 加热到 65 ～ 100℃ 。为保证系统在运行时，不会因为热量富 余而造成循环系统中热水沸腾，在热水循环系统 中增设了一个稳压罐，通过氮气使罐内压力达到 0. 5MPa。系统投产后，大大改善了热风干燥效 果，并且可实现节约蒸汽约 1t /h。连退炉烟气余 热回收模型如图 2。 2. 3 低压锅炉烟气余热回收利用技术
宝钢煤 调 湿 为 蒸 汽 回 转 干 燥 煤 调 湿 工 艺 系 统，过热蒸汽进入多管回转式干燥机，间接加热 湿煤，蒸汽在换热管内释放热量后凝结成水，冷 凝水通过冷凝罐回收，冷凝罐中的冷凝水又通过 上部蒸汽压力送至闪蒸罐，在闪蒸罐内冷凝水蒸 发产生闪蒸汽，部分蒸汽接入煤调湿低压蒸汽管 网，用于设备管道伴热。冷凝水则直接排放，这 部分冷凝水温度约为 100℃ ，流量为 15t / h。
无计量
可回收节能量 9. 7 万 tce / a
8 万 tce / a 5 万 tce / a 2 万 tce / a
工序
热轧 厚板 冷轧 硅钢 钢管
潜力点
加热炉 加热炉 退火炉 退火炉 加热炉等
表2
炉窑数 座 11 5 11 10 10
轧钢区域烟气余热资源
热载体温度 ℃
300 ～ 500 250 ～ 400 200 ～ 300 200 ～ 600 200 ～ 400
2 宝钢主要采用的低温余热回收技术
近几年， 宝 钢 通 过 自 主 攻 关 和 引 进 外 部 资 源，技改和合同能源管理平台快速实施，在热轧 加热炉、冷轧连退炉以及低压锅炉等多条产线的 约 12 座工业炉窑实施了余热回收改造，300℃ 以 上烟气余热已基本完成或正在实施改造，并在煤 调湿工艺上实施了热水发电示范项目，在低温余 热回收利用上取得了显著成果。
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宝钢低温余热利用现状及前景分析
张 颖 桂其林 王晓明
（ 宝钢股份有限公司能源环保部）
摘 要 宝钢一直重视余热 （ 能） 回收利用工作，近几年宝钢在低温余热回收方面也取得了 重要的进步。分析了宝钢股份总部低温余热资源及低温余热利用现状，重点介绍了宝钢在加 热炉、退火炉以及低压锅炉烟气余热回收等几种典型的低温余热回收利用技术，根据目前余 热回收利用工作的推进进度，分析了宝钢低温余热回收下一步的工作方向和余热利用前景。 关键词 低温余热 余热利用 发电 热水
冷凝水发电技术利用低沸点工质吸收 95 ～
图 3 低压锅炉烟气余热回收模型
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100℃ 的热水的热量，使液态工质变成高压饱和 蒸汽，蒸汽推动高速汽轮机以不低于 30000r / min 的速度旋转，再经减速机减至 1500 ～ 3000r / min 的额定转速，拖动 100kW 永磁发电机，发电机 所产生的交流电通过 SWP 系列并网逆变器并入 电网。冷凝水发电模型如图 4。
Abstract Baosteel has long been valuing the recycling and reuse of waste heat （ energy） ，meantime has achieved great progress on the utilization of low － temperature waste heat over the recent years． The resources and the status of the low － temperature waste heat utilization in the area of Baosteel headquarters were described． Several typical low － temperature recycling techniques were introduced such as flue gas waste heat recycling which were applied to heating furnace，annealing furnace，and low － pressure boiler． Based on the current working schedule of waste heat recycling，the next phase working direction of low － temperature waste heat recycle and prospects of waste heat utilization in Baosteel were analyzed． Keywords low － temperature heat waste heat the generation of electric hot water
收稿日期： 2014 － 08 － 20 张 颖（ 1966 － ） ，高级工程师； 200941 上海市宝山区。
资源回收利用总量不断提高。据统计 2008 年宝 钢已利用的余热资源总量为 158 万 tce，比 2003 年的 132. 9 万 tce［2］有大幅提升。
随着国家节能减排压力的加大，以及原燃料 成本的不断增长，在钢铁行业微利时代的大背景 下，节能改造不但符合国家战略，同时也是企业 降本的一个重要手段。近几年，宝钢的余热回收 工作逐步向中低温余热回收利用方向发展，大批 中低温余热回收利用项目的陆续投产，如加热炉 烟气余热回收、退火炉烟气余热回收、蒸汽冷凝 水余热发电等，中低温余热回收为企业节能降耗 和降低成本做出了重要贡献。
热载体产量 m3 / h 724000 268000 444000 122000 194000
节能量 万 tce / a
5. 2 1. 7 1. 2 0. 8 1
备注
集中，量大 集中，量大 分散，量小 分散，量小 分散，量小
全厂 5 个轧钢工序共 47 座主要工业炉窑， 排烟温度在 200 ～ 600℃ ，以排烟温度降到 150℃ 为基准，余热资源年累计量约为 10 万 tce，年累 计余热资源量达 500tce 以上的炉窑有 34 座，其 中排烟温度在 300℃ 及以上的有 18 座，这 18 座 炉窑可回收余热资源 9 万 tce。
宝钢某低压锅炉通过燃烧高炉煤气生产蒸汽 并入厂区低压蒸汽管网供用户使用，单台锅炉产 汽量 为 70t / h， 烟 气 通 过 空 气 预 热 器 后 仍 有 174℃ ，排烟量约为 8 万 m3 / h。在钢铁行业中一 般认为 200℃ 以下的烟气余热很难利用。项目采 用了在电力行业广泛应用 的 “复 合 相 变 换 热” 技术，复合相变换热器可使锅炉尾部烟气温度降 低至烟气的露点温度附近，最大限度地回收烟气 热量，提高能源利用率［4］。
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成分的分析，在加热炉原有高温烟道空气预热器 后增加一路旁通将高温烟气引入余热锅炉，并通 过变频风机将温度降低到 150℃ 的烟气排到系统 原有烟 囱 中，实 现 余 热 回 收。余 热 锅 炉 生 产 1. 8MPa，300℃ 蒸汽并入厂区蒸汽管网，单台锅 炉蒸汽产量可达 8. 5t / h。项目投运后经检测，对 加热炉炉压、炉内气氛控制系统等无影响，且余 热锅炉系统可实现热状态下的切入切出，不会对 炉窑正常生产造成影响。余热回收系统见图 1。 2. 2 冷轧连退炉烟气余热回收利用技术
部降本双重压力下，企业必须在低温余热回收利 用方面加大投入。为此宝钢股份在 2011 年对总 部区域低温余热进行了详细的调查，并制定了低 温余热回收利用的推进规划，宝钢的余热资源如 表 1。
依据表 1，宝钢可利用的低温余热资源量保 守估计可达 25 万 tce，根据目前技术成熟度及投 资回报率，低温烟气余热是主要的技术改造方 向，对轧钢区域主要炉窑的烟气余热资源分析如 表 2。
潜力点 烟气 热水
压缩空气热 循环热水 放散蒸汽
表 1 宝钢股份总部区域低温余热资源
主要分布区域 轧钢区域 冶炼区域 全厂 全厂 冶炼区域
热载体温度 200 ～ 600℃ 80℃ 以上 80 ～ 120℃ 35 ～ 40℃ 100℃ 以上
热载体产量 1752 万 m3 / h
10000t / h 108 万 m3 / h 17. 6 万 t / h
2. 1 热轧加热炉烟气余热回收利用技术 从实际生产来看，热轧加热炉烟气带走的热
量在热平衡中占的比例较高，一般可达 30% ～ 40 % ［3］，尽管 新 建 及 改 造 的 加 热 炉 采 用 了 蓄 热 式燃烧技术和空气预热技术，但炉窑排烟温度仍 然较高，部分炉窑常规烟道排烟温度可达 500℃ 以上。