钢铁行业节能降耗改造技术方案

一、序言

钢铁行业是工业领域的耗能大户，也是我国节能减排潜力最大的行业之一。“十一五”期间，钢铁行业一方面频频被“点名”，成为全社会节能减排的重点和难点领域；另一方面，钢铁行业节能减排取得的成效，也为全社会推进节能减排做出了巨大贡献。

去年9月国家已经出台《钢铁行业生产经营规范条件》，对钢铁企业的环境保护、能源消耗和资源回收利用、工艺装备等方面做出了具体的要求。《条件》明确提出，对于不具备规范条件的企业需按照规范条件要求进行整改，整改后仍达不到要求的企业应逐步退出钢铁生产。对不符合规范条件的企业，有关部门不予核准或备案新的项目、不予配置新的矿山资源和土地、不予新发放产品生产许可证、不予提供信贷支持。

与“十一五”相比，“十二五”期间，国家的环保法律法规将更加严格，节能减排任务更艰巨，钢铁行业的压力也更大。在“十二五”规划纲要提出的钢铁行业发展重点方向中，与节能减排相关的内容占据了大多数：支持非高炉炼铁、洁净钢生产、资源综合利用等技术开发；重点推广能源管控系统技术和高温高压干熄焦、余热综合利用、烧结烟气脱硫等节能减排技术。

二、高炉冲渣水余热利用

目前，钢铁产业余热余能的回收利用率相当低，其中，高温余热比较容易回收，目前在节能降耗的技术改造中已大部分得到回收；但低温余热的回收却几乎为零，如高炉冲渣水的余热，大多被浪费掉。应该指出，低温余热约占总余热的35%，因此，钢铁产业的低温余热存在着巨大的回收潜力。

钢铁厂在高炉炼铁工艺中，产生的炉渣温度大约为℃。目前，大多数炼铁企业的处理方法是：将此炉渣在冲渣箱内由冲渣泵提供的高速水流急冷冲成水渣并粒化，以供生产水泥之用。一般每吨铁排出约0.3t渣，每吨渣可产生80～95℃，5～10t的冲渣水。为了保证冲渣水的循环利用效果，需要将这部分冲渣水在沉淀过滤后引入空冷塔，降温到50℃以下再次循环冲渣。这样就使得很大一部分热量在空冷塔中流失，既造成了能源的浪费，又对环境造成了热污染。若能合理利用这些余热，既可节约能源、减少运行成本，又可保护环境、减少热污染。热泵的利用是解决这一问题的有效途径。

热泵作为一种有效的节能技术，正在成为利用低品位能量的有效工具。根据驱动能源的不同，热泵还可分为电力驱动的蒸汽压缩式热泵、蒸汽或废热驱动的吸收式热泵和热力驱动的蒸汽喷射式热泵三大类。利用高温热源，将低温热源(如废热)提高到某一中间温度而加以利用的热泵称为第一类热泵，如家用热泵式空调等；利用大量中间温度的废热和该废热源与低温热源的热势差，来制取热量少但温度高于中温废热的热水或蒸汽的热泵为第二类热泵，如热泵干燥机等。钢铁企业的许多工序中产生大量低品位余热，所以，吸收式热泵特别是第二类热泵在冶金企业中有很大的应用潜力。

1.制取高温水或低压蒸汽

将高炉冲渣水沉淀过滤后，进行水水热交换，再通过吸收式热泵机组，利用冲渣水中大量的中温热源为热能驱动,用大量中温热源和低温热源的热势差，制取高温水或者低压蒸汽，将部分中低热能转移到更高温位，从而提高了热源的利用品位，同时也对冲渣水进行了冷却。制取的蒸汽可用于厂区或厂区周边建筑供热、洗浴或为锅炉补水。以年产值10万吨钢铁的某钢铁厂为例，其每年产生吨90℃冲渣水。通过吸收式热泵将冲渣水降温至60℃，则可获得62.8MW热量，相当于燃烧吨标准煤产生的热量。

2.制取工艺冷却水

钢铁企业在生产过程中有许多部门需要制取低温冷媒水用于工艺冷却和空调制冷，如轧钢厂、焦炉煤气净化工艺、主电室、电气控制室、电子计算机房、操作台、仪表放、各办公楼、居住区等。从冷却要求来说，有的可以用较高温度的冷却水，而又的冷却过程必须使用较低温度的冷却水，这部分低温冷却水就需要通过制冷机组制取。

可以使用吸收式热泵机组，利用高炉冲渣水进行制冷。首钢是国内第一家利用高炉冲渣水进行制冷的钢铁企业。在满足多个部门空调用冷量的同时，充分利用了余热资源达到了节能降耗的目的。

吸收式热泵制冷流程图

以制取kW冷量为例，如使用电压缩制冷机组，电压缩机组能效比COP按3.0计算，按小时满负荷费用计算，耗电量为kW/3.0=.7kWh。每千瓦时电费按0.55元计算，则电压缩制冷机组每小时运行费用为.7元。选用双效吸收式热泵制冷时，按小时满负荷费用计算，消耗蒸汽量6.25t/h，蒸汽价格80元/吨，则每小时元。可以看出吸收式热泵制冷费用是电制冷的54.5%。

3.发电

冲渣水余热回收发电系统的一般思路是：该系统主要由循环工质蒸汽发生器、动力机、工质循环增压泵和发电机组成。循环工质进入余热蒸汽发生器中吸收冲渣水热量汽化为工质蒸汽。工质蒸汽进入动力机中，推动动力机转动，并带动发电机产生电能。其中动力机本身具有减温减压的功能。液态工质在增压泵的作用下进入余热蒸汽发生器中再次吸收热量，循环往复。每吨90℃热水可发电1.5kWh，折标煤0.6kg，80℃热水可发电1kWh，折标煤0.4kg。

以年产值10万吨钢铁的某钢铁厂为例，其每年产生吨90℃冲渣水，冲渣水经过冷却塔冷却后循环利用，年耗水量约为吨。将冲渣水余热用来发电，则年发电量为kWh，年节省标煤吨，节水吨。

三．烟气余热回收

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，余热回收主要在烧结矿成品显热及冷却机的排气显热两个方面。目前热管技术主要应用在冷却机的排气显热回收上。烧结机生产时，热烧结矿从烧结机的尾部落下经破碎后，通过振动筛分经溜槽落到冷却机传送带上，在溜槽部分热矿料温度可达～℃，此时以辐射形式向外散热为主，落到冷却带上后料温仍在℃以上。一般在烧结冷却机下布置有数台冷却风机，通过轴流风机或鼓风机，使冷却风强制穿过料矿层，经料矿加热后，在第一风罩内冷却风温提高到～℃，在第二风罩内冷却风温提高到～℃，这两个风罩内的冷却风都可以利用其余热。

烟气热回收主要目的是利用热管设备吸收锅炉余热产出过热蒸汽。主要设备包括：蒸汽过热器、高温热管式蒸发器、高压蒸汽包、热管式省煤器、低温热管式蒸发器、低压蒸汽包、除氧器、分汽缸、连排扩容器、定排扩容器、取样器、水箱循环管路及电控系统等组成。蒸汽过热器采用翅片列管式，其余换热设备全部采用重力热管式，高温区采用高温热管式蒸发器，中温区采用热管式省煤器，低温区采用低温热管式蒸发器。热管设备全部采用环翅片钢——水热管，热管与水平呈15°夹角倾斜布置，烟气下进上出、垂直烟道。

热管技术介绍：热管是一种具有特高导热性能的新颖传热元件。热管是由钢、铜、铝管内灌充导热介质，抽成一定的真空后密封而成，管内的工作介质由多种无机活性金属及其化合物混合而成，具有超强的热活性和热敏感性，遇热而吸，遇冷而放。

以首钢京唐钢铁厂烧结车间为例，年产.3万吨烧结矿，年回收蒸汽约为77.6万吨。

四．变频技术的利用

在工厂电力拖动自动控制系统领域中，作为传动源的异步电动机担负着重要的角色，变频器的高静、动态性能、宽调速范围及无级调速方式等特点远远胜过直流电动机调速。

变频技术是应交流电动机无级调速的需要而产生的。变频器是通过对电力半导体器件(如IGBT)等的通断控制，将电压和频率固定不变的交流电工频电源，变换为电压和频率可变的交流电的电能控制装置，为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC），我们把实现这种转换的装置称为“变频器”（inverter）。对于交—直—交型的变频器来说，为了产生可变的电压和频率。首先要把工频(50Hz或60Hz)的交流电源，变换为直流电(DC)再转换成各种频率(0Hz～50Hz、0Hz～60Hz及0Hz～Hz)的交流电，最终实现对电机的调速运行。变频调速是异步电动机变压变频调速系统的简称，即改变电机供电电源的电压和频率，以改变旋转磁场的旋转速度，从而使电机的转速得到改变。变频调速的功能特点是明显的，改变电动机转速即可达到改变流量、压力的目的，又可使输入功率成三次方减少。可见节电效果相当显著。对部分功率有富裕的水泵而言，应用变频调速还可以起到节水作用，从而避免了“大马拉小车”的弊端。

可对钢铁厂除尘风机、水泵、烧结风机系统等设备进行变频节电改造，使其达到最佳运行状态，同时节省其运行费用。