談鋼結構余熱利用技術

談鋼結構余熱利用技術

1鋼鐵綜合能耗情況鋼鐵工業(yè)是一個注重石化燃料的高污染和高能耗行業(yè)。它的能耗占工業(yè)總能耗的25%左右。它是工業(yè)節(jié)能的中心。為實現(xiàn)中國鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,國家出臺了鋼鐵產(chǎn)業(yè)結構調整、淘汰落后產(chǎn)能的系列政策,鋼鐵節(jié)能工作并取得很大成效,鋼鐵綜合能耗從2000年920kgce/t降至2010年的612kgce/t。首鋼作為國內大型鋼鐵企業(yè),在2010年世界500強企業(yè)名列325位,粗鋼產(chǎn)量從1996年的792萬t增長到2010年的3154萬t,噸鋼綜合能耗從1996年的992kgce/t降至2010年的618kgce/t。首鋼的節(jié)能降耗與歷年實施的節(jié)能技術改造緊密關聯(lián),主要以余熱(能)利用技術為主,如TRT、干熄焦發(fā)電,汽化冷卻、蓄熱式燃燒、煙氣余熱利用和副產(chǎn)煤氣回收利用等。2濕式6.4mw低壓發(fā)電系統(tǒng)余熱資源占鋼鐵能源消耗總量的40%左右,在2010年首鋼北京廠區(qū)停產(chǎn)前,首鋼就開展實施了多項余熱利用技術,為新建鋼廠提供寶貴經(jīng)驗。如首鋼煉鐵廠2號高爐上配備的5.7MW濕式壓差發(fā)電系統(tǒng)于1983年投產(chǎn);首鋼煉鐵廠4號高爐上配備的濕式6.4MW壓差發(fā)電系統(tǒng)于1996年投產(chǎn);1號和2號高爐分別配備12MW壓差發(fā)電系統(tǒng),于2003年投產(chǎn),到2006年壓差發(fā)電最高達1.89億KWH;首鋼焦化廠的1號和3號焦爐分別配備12MW干熄焦系統(tǒng),分別于2004和2006年投產(chǎn),到2006年最高發(fā)電量為0.66億KWH;首鋼電力廠三臺鍋爐采取摻燒高爐煤氣和一臺全燒高爐煤氣鍋爐發(fā)電能力為3×50MW,2009年發(fā)電12.56億KWH。余熱利用技術在首鋼新建三地(首秦、遷鋼和京唐)鋼廠不斷得到應用,主要余熱(能)利用技術應用情況如表1所示。3可用資源利用率3.1煤氣放散率及回收量首鋼三地鋼廠副產(chǎn)煤氣離零排放要求較遠,尚有開發(fā)利用空間。高爐煤氣與焦爐煤氣放散率如圖1(a)所示,三地高爐煤氣放散率均超8%,焦爐煤氣放散率為3.3%左右,三地鋼廠轉爐煤氣回收量如圖1(b)所示,京唐轉爐煤氣回收量為84Nm3/t,首秦與遷鋼轉爐煤氣回收量均超110Nm3/t。3.2熱爐爐內部件蒸汽回收采取汽化冷卻技術回收燒結系統(tǒng)環(huán)冷機廢氣余熱,煉鋼系統(tǒng)采用汽化冷卻技術轉爐高溫煙氣,軋鋼系統(tǒng)采取汽化冷卻技術冷卻加熱爐爐內部件,首鋼新建三地鋼廠燒結、煉鋼和軋鋼系統(tǒng)蒸汽回收情況如圖2所示?？芍?燒結系統(tǒng)余熱蒸汽回收量最少20～30kg/t,三地煉鋼系統(tǒng)蒸汽回收量均大于80kg/t;軋鋼系統(tǒng)余熱蒸汽除遷鋼蒸汽回收量較少外(爐尾煙氣排放溫度為400℃左右),首秦和京唐軋鋼系統(tǒng)余熱蒸汽回收量均較大,但是由于回收蒸汽均為中低壓蒸汽,故在使用方面很受限制。4余熱回收利用技術余熱直接利用具有高效、經(jīng)濟、方便和簡單等優(yōu)點。在首鋼新建三地鋼廠各工序流程普遍采用,如首秦、遷鋼和京唐三地高爐共24座熱風爐均采取熱管換熱器預熱煤氣和助燃空氣,京唐利用部分熱風爐廢煙氣預熱制粉。首秦采用燒結熱風點火,京唐燒結系統(tǒng)采取熱風循環(huán)預熱燒結礦。首鋼三地軋鋼系統(tǒng)余熱直接利用技術情況如表2所示,遷鋼4座2160mm和京唐1座2250mm軋鋼加熱爐廢煙氣采取換熱器技術預熱助燃空氣和煤氣;首秦兩座4300mm軋鋼加熱爐采取蓄熱燃燒技術預熱煤氣和助燃空氣;遷鋼3座1580mm、京唐2250mm和1580mm各3座軋鋼加熱爐均采取蓄熱式燃燒技術預熱助燃空氣;首秦、遷鋼和京唐軋鋼系統(tǒng)均采取了熱裝熱送技術,其中熱裝熱送率分別實現(xiàn)40%,23%和48%。5全高爐煙氣、干熄焦隨著余熱利用技術的不斷進步,余熱利用發(fā)電向大型化、高效化方向發(fā)展,如干式TRT逐步替代濕式TRT,高溫高壓干熄焦替代傳統(tǒng)干熄焦,全高爐煤氣和CCPP發(fā)電替代傳統(tǒng)燃煤鍋爐發(fā)電。5.1實驗系統(tǒng)首鋼新建三地鋼廠高爐TRT發(fā)電配置情況如表3所示,首秦高爐采取重力和布袋二級干式除塵系統(tǒng),1號高爐(1200m3)配備6.4MW壓差發(fā)電系統(tǒng)和2號高爐(1800m3)配備10MW壓差發(fā)電系統(tǒng)分別于2005年和2007年投產(chǎn);采取濕法除塵的遷鋼1號高爐(2650m3)配備15MW壓差發(fā)電系統(tǒng)和采取重力和布袋二級干式除塵的遷鋼2號高爐(2650m3)配備15MW壓差發(fā)電系統(tǒng)于2007年投產(chǎn),遷鋼3號高爐(4000m3)采取重力和布袋二級干式除塵,配備30MW壓差發(fā)電系統(tǒng)于2010年投產(chǎn);京唐1號和2號高爐(5500m3)采取旋風和布袋二級干式除塵,配備36.50MW壓差發(fā)電系統(tǒng)分別于2009年和2010年投產(chǎn)。5.2干熄焦發(fā)電系統(tǒng)首鋼焦化干熄焦(CDQ)發(fā)電配備情況如圖4所示,其中遷化焦爐(55孔)一期和二期分別配備2×15MW干熄焦發(fā)電系統(tǒng),分別于2004年和2008年投產(chǎn),京唐1號和2號焦爐(70孔)分別配備30MW干熄焦發(fā)電系統(tǒng),分別于2009年和2010年投產(chǎn)。5.3燃煤-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電首鋼新建三地鋼廠高爐煤氣及燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(CCPP)發(fā)電情況如表5所示。首秦利用高爐煤氣發(fā)電,設備能力為15MW,于2007年投產(chǎn);遷鋼配備2×25MW全高爐煤氣鍋爐發(fā)電于2007年投產(chǎn),150MW燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(CCPP)于2011年投產(chǎn);京唐1號和2號300MW燃煤-燃氣混燒鍋爐發(fā)電分別于2009年和2010年投產(chǎn),1號和2號150MW燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(CCPP)分別于2009和2010年投產(chǎn)。此外,遷鋼利用轉爐煙氣余熱采取螺桿膨脹動力發(fā)電能力2×6MW于2008年投產(chǎn),首鋼礦業(yè)公司利用燒結余熱發(fā)電能力為26MW于2011年投產(chǎn)。首鋼新建三地鋼廠自發(fā)電比例與余熱發(fā)電占自發(fā)電比例如圖3所示?？芍?首秦自發(fā)電比例最低,僅為14%,但余熱發(fā)電占自發(fā)電比例最高為45%,遷鋼自發(fā)電比例居中,為54%,而京唐自發(fā)電比例最高,為94%,遷鋼與京唐余熱發(fā)電占自發(fā)電比例均為14%～15%左右。6低金融廢水處理從首鋼近年新建鋼廠來看,由于余熱利用技術的成熟,中高溫余熱及副產(chǎn)煤氣資源利用最高,如熱風爐煙氣余熱、轉爐煙氣余熱和焦炭余熱,而難回收的高溫熔渣如高爐渣顯熱(占16～18kgce/t鋼)和鋼渣顯熱(占10～12kgce/t鋼)利用不佳,焦爐上升管余熱還沒有回收,特別是冷卻水、低溫排放廢氣等低品位余熱目前還沒有利用。如首鋼三地的高爐渣均采取循環(huán)水沖渣技術處理,但造成水污染和損耗,除少數(shù)鋼廠冬天采取部分沖渣水采暖外,目前幾乎沒有利用;2007年使用熱悶法處理鋼渣技術在遷鋼開展實施,2011年在京唐開展實施,但是鋼渣顯熱也沒有有效回收。高爐冷卻水溫度為40～50℃,顯熱占20kgce/t左右,也沒有利用,此外,低溫排放廢氣尚有不少顯熱沒有利用,故對于上面難回收的余熱及其回收利用技術還有待進一步研究和開發(fā)。針對余熱利用難點問題,在統(tǒng)一規(guī)劃余熱資源基礎上綜合設計余熱資源利用方案是實現(xiàn)余熱利用的有效方法,其基本原則是逐級回收,溫度對口,梯級利用。如低溫余熱冷卻水采取熱泵技術提高水溫實現(xiàn)采暖,將低溫低壓蒸汽與補燃富余高爐煤氣或轉爐煤氣聯(lián)合提高蒸汽品位發(fā)電;或用蒸汽驅動替代部分電動可以減少用電量;特別是應當提高余熱發(fā)電比例,減少燃煤發(fā)電比例,降低鋼鐵用電成本,故利用低溫余熱發(fā)電是今后有待進一步突破的技術難點。7焦爐煤氣回收利用的探討(1)余熱利用如TRT、干熄焦發(fā)電,汽化冷卻、蓄熱式燃燒、煙氣余熱利用和副產(chǎn)煤氣回收利用等技術在首鋼近年新建鋼廠過程,不斷得到應用,產(chǎn)量和余熱利用率不斷提高,而噸鋼綜合能耗不斷下降。(2)首鋼副產(chǎn)煤氣資源如焦爐煤氣,高爐煤氣與零排放還有一段距離,轉爐煤氣回收利用較好;三地燒結、煉鋼和軋鋼余熱蒸汽還有富余,有待進一步開發(fā)使用。(3)在首鋼新建三地鋼廠煉鐵熱風爐煙氣預熱助燃空氣和煤氣,燒結熱風循環(huán)和點火,軋鋼系統(tǒng)采用換熱器、蓄熱式燃燒和熱裝熱送等余熱直接利用技術具有高效,經(jīng)濟、