鋼鐵行業(yè)節(jié)能降耗改造技術(shù)方案
一、序言
鋼鐵行業(yè)是工業(yè)領(lǐng)域的耗能大戶，也是我國節(jié)能減排潛力最大的行業(yè)之一。“十一五”期間，鋼鐵行業(yè)一方面頻頻被“點(diǎn)名”，成為全社會(huì)節(jié)能減排的重點(diǎn)和難點(diǎn)領(lǐng)域；另一方面，鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排取得的成效，也為全社會(huì)推進(jìn)節(jié)能減排做出了巨大貢獻(xiàn)。
去年9月國家已經(jīng)出臺(tái)《鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)范條件》，對鋼鐵企業(yè)的環(huán)境保護(hù)、能源消耗和資源回收利用、工藝裝備等方面做出了具體的要求。《條件》明確提出，對于不具備規(guī)范條件的企業(yè)需按照規(guī)范條件要求進(jìn)行整改，整改后仍達(dá)不到要求的企業(yè)應(yīng)逐步退出鋼鐵生產(chǎn)。對不符合規(guī)范條件的企業(yè)，有關(guān)部門不予核準(zhǔn)或備案新的項(xiàng)目、不予配置新的礦山資源和土地、不予新發(fā)放產(chǎn)品生產(chǎn)許可證、不予提供信貸支持。
與“十一五”相比，“十二五”期間，國家的環(huán)保法律法規(guī)將更加嚴(yán)格，節(jié)能減排任務(wù)更艱巨，鋼鐵行業(yè)的壓力也更大。在“十二五”規(guī)劃綱要提出的鋼鐵行業(yè)發(fā)展重點(diǎn)方向中，與節(jié)能減排相關(guān)的內(nèi)容占據(jù)了大多數(shù)：支持非高爐煉鐵、潔凈鋼生產(chǎn)、資源綜合利用等技術(shù)開發(fā)；重點(diǎn)推廣能源管控系統(tǒng)技術(shù)和高溫高壓干熄焦、余熱綜合利用、燒結(jié)煙氣脫硫等節(jié)能減排技術(shù)。
二、高爐沖渣水余熱利用
目前，鋼鐵產(chǎn)業(yè)余熱余能的回收利用率相當(dāng)?shù)?，其中，高溫余熱比較容易回收，目前在節(jié)能降耗的技術(shù)改造中已大部分得到回收；但低溫余熱的回收卻幾乎為零，如高爐沖渣水的余熱，大多被浪費(fèi)掉。應(yīng)該指出，低溫余熱約占總余熱的35%，因此，鋼鐵產(chǎn)業(yè)的低溫余熱存在著巨大的回收潛力。
鋼鐵廠在高爐煉鐵工藝中，產(chǎn)生的爐渣溫度大約為1000℃。目前，大多數(shù)煉鐵企業(yè)的處理方法是：將此爐渣在沖渣箱內(nèi)由沖渣泵提供的高速水流急冷沖成水渣并?；?，以供生產(chǎn)水泥之用。一般每噸鐵排出約 0.3t 渣，每噸渣可產(chǎn)生 80～95℃，5～10t 的沖渣水。 為了保證沖渣水的循環(huán)利用效果，需要將這部分沖渣水在沉淀過濾后引入空冷塔，降溫到50℃以下再次循環(huán)沖渣。這樣就使得很大一部分熱量在空冷塔中流失，既造成了能源的浪費(fèi)，又對環(huán)境造成了熱污染。 若能合理利用這些余熱，既可節(jié)約能源、減少運(yùn)行成本，又可保護(hù)環(huán)境、減少熱污染。熱泵的利用是解決這一問題的有效途徑。
熱泵作為一種有效的節(jié)能技術(shù)，正在成為利用低品位能量的有效工具。根據(jù)驅(qū)動(dòng)能源的不同，熱泵還可分為電力驅(qū)動(dòng)的蒸汽壓縮式熱泵、蒸汽或廢熱驅(qū)動(dòng)的吸收式熱泵和熱力驅(qū)動(dòng)的蒸汽噴射式熱泵三大類。利用高溫?zé)嵩?，將低溫?zé)嵩?如廢熱)提高到某一中間溫度而加以利用的熱泵稱為第一類熱泵，如家用熱泵式空調(diào)等；利用大量中間溫度的廢熱和該廢熱源與低溫?zé)嵩吹臒釀莶?，來制取熱量少但溫度高于中溫廢熱的熱水或蒸汽的熱泵為第二類熱泵，如熱泵干燥機(jī)等。鋼鐵
企業(yè)的許多工序中產(chǎn)生大量低品位余熱，所以，吸收式熱泵特別是第二類熱泵在冶金企業(yè)中有很大的應(yīng)用潛力。
1.制取高溫水或低壓蒸汽
將高爐沖渣水沉淀過濾后，進(jìn)行水水熱交換，再通過吸收式熱泵機(jī)組，利用沖渣水中大量的中溫?zé)嵩礊闊崮茯?qū)動(dòng),用大量中溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臒釀莶?，制取高溫水或者低壓蒸汽，將部分中低熱能轉(zhuǎn)移到更高溫位，從而提高了熱源的利用品位，同時(shí)也對沖渣水進(jìn)行了冷卻。制取的蒸汽可用于廠區(qū)或廠區(qū)周邊建筑供熱、洗浴或?yàn)殄仩t補(bǔ)水。
以年產(chǎn)值10萬噸鋼鐵的某鋼鐵廠為例，其每年產(chǎn)生180000噸90℃沖渣水。通過吸收式熱泵將沖渣水降溫至60℃，則可獲得62.8mw熱量，相當(dāng)于燃燒1046噸標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生的熱量。
2.制取工藝?yán)鋮s水
鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中有許多部門需要制取低溫冷媒水用于工藝?yán)鋮s和空調(diào)制冷，如軋鋼廠、焦?fàn)t煤氣凈化工藝、主電室、電氣控制室、電子計(jì)算機(jī)房、操作臺(tái)、儀表放、各辦公樓、居住區(qū)等。 從冷卻要求來說，有的可以用較高溫度的冷卻水，而又的冷卻過程必須使用較低溫度的冷卻水，這部分低溫冷卻水就需要通過制冷機(jī)組制取。
可以使用吸收式熱泵機(jī)組，利用高爐沖渣水進(jìn)行制冷。首鋼是國內(nèi)第一家利用高爐沖渣水進(jìn)行制冷的鋼鐵企業(yè)。在滿足多個(gè)部門空調(diào)用冷量的同時(shí)，充分利用了余熱資源達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。
以制取5000kw冷量為例，如使用電壓縮制冷機(jī)組，電壓縮機(jī)組能效比cop按3.0計(jì)算，按小時(shí)滿負(fù)荷費(fèi)用計(jì)算，耗電量為
5000kw/3.0=1666.7kwh。每千瓦時(shí)電費(fèi)按0.55元計(jì)算，則電壓縮制冷機(jī)組每小時(shí)運(yùn)行費(fèi)用為916.7元。選用雙效吸收式熱泵制冷時(shí)，按小時(shí)滿負(fù)荷費(fèi)用計(jì)算，消耗蒸汽量6.25t/h，蒸汽價(jià)格80元/噸，則每小時(shí)500元?？梢钥闯鑫帐綗岜弥评滟M(fèi)用是電制冷的54.5%。
3.發(fā)電
沖渣水余熱回收發(fā)電系統(tǒng)的一般思路是：該系統(tǒng)主要由循環(huán)工質(zhì)蒸汽發(fā)生器、動(dòng)力機(jī)、工質(zhì)循環(huán)增壓泵和發(fā)電機(jī)組成。循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入余熱蒸汽發(fā)生器中吸收沖渣水熱量汽化為工質(zhì)蒸汽。工質(zhì)蒸汽進(jìn)入動(dòng)力機(jī)中，推動(dòng)動(dòng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。其中動(dòng)力機(jī)本身具有減溫減壓的功能。液態(tài)工質(zhì)在增壓泵的作用下進(jìn)入余熱蒸汽發(fā)生
器中再次吸收熱量，循環(huán)往復(fù)。每噸 90℃熱水可發(fā)電 1.5kwh，折標(biāo)煤 0.6kg，80℃熱水可發(fā)電 1kwh，折標(biāo)煤 0.4kg。
以年產(chǎn)值10萬噸鋼鐵的某鋼鐵廠為例，其每年產(chǎn)生180000噸90℃沖渣水，沖渣水經(jīng)過冷卻塔冷卻后循環(huán)利用，年耗水量約為19000噸。將沖渣水余熱用來發(fā)電，則年發(fā)電量為270000 kwh，年節(jié)省標(biāo)煤108噸，節(jié)水19000噸。
一、序言
鋼鐵行業(yè)是工業(yè)領(lǐng)域的耗能大戶，也是我國節(jié)能減排潛力最大的行業(yè)之一。“十一五”期間，鋼鐵行業(yè)一方面頻頻被“點(diǎn)名”，成為全社會(huì)節(jié)能減排的重點(diǎn)和難點(diǎn)領(lǐng)域；另一方面，鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排取得的成效，也為全社會(huì)推進(jìn)節(jié)能減排做出了巨大貢獻(xiàn)。
去年9月國家已經(jīng)出臺(tái)《鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)范條件》，對鋼鐵企業(yè)的環(huán)境保護(hù)、能源消耗和資源回收利用、工藝裝備等方面做出了具體的要求。《條件》明確提出，對于不具備規(guī)范條件的企業(yè)需按照規(guī)范條件要求進(jìn)行整改，整改后仍達(dá)不到要求的企業(yè)應(yīng)逐步退出鋼鐵生產(chǎn)。對不符合規(guī)范條件的企業(yè)，有關(guān)部門不予核準(zhǔn)或備案新的項(xiàng)目、不予配置新的礦山資源和土地、不予新發(fā)放產(chǎn)品生產(chǎn)許可證、不予提供信貸支持。
與“十一五”相比，“十二五”期間，國家的環(huán)保法律法規(guī)將更加嚴(yán)格，節(jié)能減排任務(wù)更艱巨，鋼鐵行業(yè)的壓力也更大。在“十二五”規(guī)劃綱要提出的鋼鐵行業(yè)發(fā)展重點(diǎn)方向中，與節(jié)能減排相關(guān)的內(nèi)容占據(jù)了大多數(shù)：支持非高爐煉鐵、潔凈鋼生產(chǎn)、資源綜合利用等技術(shù)開發(fā)；重點(diǎn)推廣能源管控系統(tǒng)技術(shù)和高溫高壓干熄焦、余熱綜合利用、燒結(jié)煙氣脫硫等節(jié)能減排技術(shù)。
二、高爐沖渣水余熱利用
目前，鋼鐵產(chǎn)業(yè)余熱余能的回收利用率相當(dāng)?shù)?，其中，高溫余熱比較容易回收，目前在節(jié)能降耗的技術(shù)改造中已大部分得到回收；但低溫余熱的回收卻幾乎為零，如高爐沖渣水的余熱，大多被浪費(fèi)掉。應(yīng)該指出，低溫余熱約占總余熱的35%，因此，鋼鐵產(chǎn)業(yè)的低溫余熱存在著巨大的回收潛力。
鋼鐵廠在高爐煉鐵工藝中，產(chǎn)生的爐渣溫度大約為1000℃。目前，大多數(shù)煉鐵企業(yè)的處理方法是：將此爐渣在沖渣箱內(nèi)由沖渣泵提供的高速水流急冷沖成水渣并?；?，以供生產(chǎn)水泥之用。一般每噸鐵排出約 0.3t 渣，每噸渣可產(chǎn)生 80～95℃，5～10t 的沖渣水。 為了保證沖渣水的循環(huán)利用效果，需要將這部分沖渣水在沉淀過濾后引入空冷塔，降溫到50℃以下再次循環(huán)沖渣。這樣就使得很大一部分熱量在空冷塔中流失，既造成了能源的浪費(fèi)，又對環(huán)境造成了熱污染。 若能合理利用這些余熱，既可節(jié)約能源、減少運(yùn)行成本，又可保護(hù)環(huán)境、減少熱污染。熱泵的利用是解決這一問題的有效途徑。
熱泵作為一種有效的節(jié)能技術(shù)，正在成為利用低品位能量的有效工具。根據(jù)驅(qū)動(dòng)能源的不同，熱泵還可分為電力驅(qū)動(dòng)的蒸汽壓縮式熱泵、蒸汽或廢熱驅(qū)動(dòng)的吸收式熱泵和熱力驅(qū)動(dòng)的蒸汽噴射式熱泵三大類。利用高溫?zé)嵩?，將低溫?zé)嵩?如廢熱)提高到某一中間溫度而加以利用的熱泵稱為第一類熱泵，如家用熱泵式空調(diào)等；利用大量中間溫度的廢熱和該廢熱源與低溫?zé)嵩吹臒釀莶?，來制取熱量少但溫度高于中溫廢熱的熱水或蒸汽的熱泵為第二類熱泵，如熱泵干燥機(jī)等。鋼鐵
企業(yè)的許多工序中產(chǎn)生大量低品位余熱，所以，吸收式熱泵特別是第二類熱泵在冶金企業(yè)中有很大的應(yīng)用潛力。
1.制取高溫水或低壓蒸汽
將高爐沖渣水沉淀過濾后，進(jìn)行水水熱交換，再通過吸收式熱泵機(jī)組，利用沖渣水中大量的中溫?zé)嵩礊闊崮茯?qū)動(dòng),用大量中溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臒釀莶?，制取高溫水或者低壓蒸汽，將部分中低熱能轉(zhuǎn)移到更高溫位，從而提高了熱源的利用品位，同時(shí)也對沖渣水進(jìn)行了冷卻。制取的蒸汽可用于廠區(qū)或廠區(qū)周邊建筑供熱、洗浴或?yàn)殄仩t補(bǔ)水。
以年產(chǎn)值10萬噸鋼鐵的某鋼鐵廠為例，其每年產(chǎn)生180000噸90℃沖渣水。通過吸收式熱泵將沖渣水降溫至60℃，則可獲得62.8mw熱量，相當(dāng)于燃燒1046噸標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生的熱量。
2.制取工藝?yán)鋮s水
鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中有許多部門需要制取低溫冷媒水用于工藝?yán)鋮s和空調(diào)制冷，如軋鋼廠、焦?fàn)t煤氣凈化工藝、主電室、電氣控制室、電子計(jì)算機(jī)房、操作臺(tái)、儀表放、各辦公樓、居住區(qū)等。 從冷卻要求來說，有的可以用較高溫度的冷卻水，而又的冷卻過程必須使用較低溫度的冷卻水，這部分低溫冷卻水就需要通過制冷機(jī)組制取。
可以使用吸收式熱泵機(jī)組，利用高爐沖渣水進(jìn)行制冷。首鋼是國內(nèi)第一家利用高爐沖渣水進(jìn)行制冷的鋼鐵企業(yè)。在滿足多個(gè)部門空調(diào)用冷量的同時(shí)，充分利用了余熱資源達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。
以制取5000kw冷量為例，如使用電壓縮制冷機(jī)組，電壓縮機(jī)組能效比cop按3.0計(jì)算，按小時(shí)滿負(fù)荷費(fèi)用計(jì)算，耗電量為
5000kw/3.0=1666.7kwh。每千瓦時(shí)電費(fèi)按0.55元計(jì)算，則電壓縮制冷機(jī)組每小時(shí)運(yùn)行費(fèi)用為916.7元。選用雙效吸收式熱泵制冷時(shí)，按小時(shí)滿負(fù)荷費(fèi)用計(jì)算，消耗蒸汽量6.25t/h，蒸汽價(jià)格80元/噸，則每小時(shí)500元?？梢钥闯鑫帐綗岜弥评滟M(fèi)用是電制冷的54.5%。
3.發(fā)電
沖渣水余熱回收發(fā)電系統(tǒng)的一般思路是：該系統(tǒng)主要由循環(huán)工質(zhì)蒸汽發(fā)生器、動(dòng)力機(jī)、工質(zhì)循環(huán)增壓泵和發(fā)電機(jī)組成。循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入余熱蒸汽發(fā)生器中吸收沖渣水熱量汽化為工質(zhì)蒸汽。工質(zhì)蒸汽進(jìn)入動(dòng)力機(jī)中，推動(dòng)動(dòng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。其中動(dòng)力機(jī)本身具有減溫減壓的功能。液態(tài)工質(zhì)在增壓泵的作用下進(jìn)入余熱蒸汽發(fā)生
器中再次吸收熱量，循環(huán)往復(fù)。每噸 90℃熱水可發(fā)電 1.5kwh，折標(biāo)煤 0.6kg，80℃熱水可發(fā)電 1kwh，折標(biāo)煤 0.4kg。
以年產(chǎn)值10萬噸鋼鐵的某鋼鐵廠為例，其每年產(chǎn)生180000噸90℃沖渣水，沖渣水經(jīng)過冷卻塔冷卻后循環(huán)利用，年耗水量約為19000噸。將沖渣水余熱用來發(fā)電，則年發(fā)電量為270000 kwh，年節(jié)省標(biāo)煤108噸，節(jié)水19000噸。
