鋼鐵工業(yè)冷床余熱利用潛力分析

　　1 引言

　　能源是支撐人類文明進步的物質(zhì)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代社會發(fā)展不可或缺的基本條件，但同時也是長遠制約經(jīng)濟發(fā)展的重要因素之一。隨著低碳經(jīng)濟的到來，提高能源利用效率已形成全球共識。

　　據(jù)《中國的能源政策(2012)》指出，鋼鐵、有色、化工、建材四大高耗能行業(yè)用能占到全社會用能的40%左右[1]，且能源效率相對較低，單位增加值能耗較高。其中，鋼鐵產(chǎn)業(yè)的能耗約占全國總能耗的16.1%，鋼鐵工業(yè)排放的CO2占我國CO2排放總量的12%，因此推行鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排是我國未來能源發(fā)展的重點。

　　在鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過程中，消耗能源推動物料轉(zhuǎn)變的同時會產(chǎn)生大量的余能，如何有效回收利用這些余能已成為鋼鐵業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑之一。近年來，國內(nèi)外學者已對鋼鐵工業(yè)余熱余能回收利用的重要性及可行的技術(shù)理論問題展開了大量的研究[2～4]，對我國鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排戰(zhàn)略的實施發(fā)揮了重要作用。

　　2 中國鋼鐵業(yè)余能回收利用技術(shù)現(xiàn)狀

　　鋼鐵生產(chǎn)消耗的一次能源中約40%以某種形式的熱能釋放，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余能資源通常包括余熱、余壓以及副產(chǎn)品能源。當前，對于我國鋼鐵業(yè)余能回收利用的技術(shù)情況如下。

　　2.1 高爐爐頂煤氣余壓透平發(fā)電技術(shù)

　　高爐爐頂煤氣余壓回收發(fā)電(Top Gas Pressure Recovery Turbine，TRT)是利用高爐爐頂排出的高爐煤氣中的壓力能與熱能轉(zhuǎn)化為機械能并驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電[5]?，F(xiàn)代高爐大都采用高壓爐頂，從爐頂排出的高爐煤氣除具有化學能外，還具有一定的物理能，為促進這些可燃廢氣的綜合利用，通常采用高爐煤氣余壓透平發(fā)電技術(shù)(TRT)，將煤氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機械能并驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。爐頂煤氣壓力大于120kPa的高爐均應有TRT裝置，目前我國TRT普及率已達90%以上。

　　2.2 干熄焦技術(shù)

　　干法熄焦是目前國外較廣泛應用的一項節(jié)能技術(shù)，其英文名稱為Coke Dry Quenching，簡稱CDQ。干熄焦是利用惰性氣體，在干熄爐中與紅焦換熱從而冷卻紅焦。吸收了紅焦熱量的惰性氣體將熱量傳給干熄焦鍋爐產(chǎn)生蒸汽，被冷卻的惰性氣體再由循環(huán)風機重新鼓入干熄爐冷卻紅焦，而鍋爐產(chǎn)生的蒸汽或并入廠內(nèi)蒸汽管網(wǎng)或用于發(fā)電。在干熄焦過程中，80%的紅焦顯熱被回收，干熄每噸焦炭可產(chǎn)生0.42～0.45t中壓蒸汽(450℃，4.6MPa)，比傳統(tǒng)濕熄焦工藝節(jié)水0.5t，同時可避免濕熄焦過程中產(chǎn)生的含有大量酚，氰化物和硫化物蒸汽排入大氣中，從而有效改善生態(tài)環(huán)境。

　　2.3 自產(chǎn)煤氣回收利用

　　鋼鐵生產(chǎn)過程中，主要副產(chǎn)3種煤氣，分別是高爐煤氣、焦爐煤氣及轉(zhuǎn)爐煤氣，它們的熱值見表1[6]。

　　據(jù)統(tǒng)計，自產(chǎn)煤氣占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的17%左右，除少量煤氣泄漏損失外，其余均可利用。自產(chǎn)煤氣主要用于加熱爐加熱，各種鐵包、鋼包烘烤，焦爐煤氣還可用于連鑄切割，制氫等。

　　焦化的化產(chǎn)工序要回收粗焦爐煤氣中的化工產(chǎn)品，所采用的工藝工種多樣。然而，當前煉鐵高爐煤氣、煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣均有干法回收技術(shù)替代早先的濕法回收技術(shù)。與傳統(tǒng)的濕法相比，高爐煤氣采用干法除塵技術(shù)，可以提高高爐煤氣的溫度，減少煤氣中的水含量，節(jié)約水資源;轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術(shù)，取消了規(guī)模龐大的濁環(huán)水處理系統(tǒng)以及笨重的機械設(shè)施，操作靈活，略可提高轉(zhuǎn)爐煤氣的回收量。

　　2.4 低溫煙氣回收技術(shù)

　　目前，我國鋼鐵業(yè)高溫煙氣余熱的回收利用較普及，而中低溫煙氣余熱的回收利用率較低。企業(yè)通常用高溫煙氣預熱助燃空氣，而通過空氣預熱器后約400～500℃的中溫煙氣則沒有被大部分企業(yè)加以利用，至于大量400℃以下的低溫煙氣余熱由于其投資回報差利用更少。為將低溫余熱轉(zhuǎn)化為各種環(huán)境都可利用的能源，利用低溫余熱發(fā)電成為低溫余熱利用技術(shù)研究的主要方向。其中，有機工質(zhì)郎肯循環(huán)發(fā)電的研究和應用[7]最為廣泛，該技術(shù)可通過采用不同低沸點的有機物作為工質(zhì)，可回收55℃以上的低溫熱源。

　　2.5 蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)

　　蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)的全名稱為高溫低氧空氣燃燒技術(shù)(High Temperature and Low Oxygen Air Combustion-HTLOAC)，也稱作HTAC (High Temperature Air Combustion)技術(shù)[8]。其特征是極大限度地回收燃燒產(chǎn)物中的顯熱，實現(xiàn)超高溫(助燃空氣可預熱至800～1000℃，甚至更高)、超貧氧(氧氣提及濃度3%～15%)燃燒。該技術(shù)可實現(xiàn)燃料化學能的高效利用和低NOX排放，從根本上提高了加熱爐的能源利用率(熱回收效率80%以上)，特別是在鋼鐵業(yè)對低熱值高爐煤氣的合理利用，既減少了污染物高爐煤氣的排放，又節(jié)約了能源，是滿足當前資源和環(huán)境要求的先進技術(shù)。