馬鋼余熱回收利用的成就與歷程

何世文

(馬鋼股份公司能源管控中心,安徽馬鞍山 243000）

1 概述

鋼鐵企業(yè)里的余熱是指在鋼鐵生產(chǎn)過程中，受生產(chǎn)工藝、熱能轉換技術水平、投資成本、管理經(jīng)營理念等多因素的局限，在已投運的生產(chǎn)流程中，未被合理利用的熱能。在中國鋼鐵生產(chǎn)過程中，消耗的能源以化石燃料為主，其熱能利用率平均約為35%～40%，未被充分利用的余能主要以熱能形式存在，它包括顯熱、潛熱及化學熱，就形態(tài)而言，一般指高溫煙氣余熱、廢蒸汽及高溫水余熱、鋼材產(chǎn)品及鋼坯和爐渣等固態(tài)余熱、可燃廢氣廢液和廢料化學余熱等。

提高余熱回收率，對企業(yè)而言可以提高經(jīng)濟效益，鋼鐵生產(chǎn)過程中能源成本一般占25%左右，加強余熱回收利用，減少一次能源的消耗，可減少成本支出，提高企業(yè)的市場競爭力；對社會而言，能源做為國家發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的重要內(nèi)容，余熱回收利用被認為是一種“新能源”，提高余熱回收利用率，減少資源浪費，改善環(huán)境，是解決我國能源消耗問題的重要途徑之一。

鋼鐵工業(yè)耗能占全國能耗的11%～15%，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量余熱余能，由于余熱品種多、溫度范圍廣、熱能載體的形式多樣；余熱回收技術從簡單的熱交換到系統(tǒng)性的能量轉換回收；在理念上經(jīng)歷了從追求鋼鐵直接效益到企業(yè)整體效益和社會效益，投資方面從主要傾向產(chǎn)能擴張到關注能源環(huán)保等因素的影響，在余熱回收方面經(jīng)歷了不回收余熱、回收容易回收的高中溫余熱、回收連續(xù)和零散的中低溫余熱、回收難回收的高溫熔渣余熱、零散及間歇余熱回收等階段。馬鋼是我國特大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)之一，伴隨著企業(yè)的發(fā)展，經(jīng)過幾代能源人的努力，在余熱回收方面也取得了顯著的成績。

2 馬鋼余熱回收工作的歷程

馬鋼是一個靠自身積累、滾動發(fā)展起來的老國有企業(yè)，經(jīng)過60 年的艱苦創(chuàng)業(yè)，形成了鐵、鋼、材1600 萬噸配套生產(chǎn)規(guī)模。隨著產(chǎn)能逐步擴張，能源消耗也逐步增加。在余熱資源回收利用方面，從理念的轉變、新技術的推廣應用和取得的成效，可大致分為3個階段：

（1）起步階段

時間段大約為20 世紀80 年代至2003 年馬鋼達到形成600萬t鋼配套生產(chǎn)能力期間。80年代初期，中國把“加強能源開發(fā)，大力節(jié)約能源消耗”確定為從1981 年起20 年經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略重點之一。馬鋼在企業(yè)發(fā)展提速的同時，把提倡節(jié)能降耗做為企業(yè)發(fā)展的重要舉措，提高余熱回收利用的意識初步形成。1981 年馬鋼公司為加強余熱回收工作的管理，馬鋼動力廠成立了余熱車間，統(tǒng)一管理全公司余熱系統(tǒng)的設備和生產(chǎn)運行。期間二軋加熱爐余熱鍋爐和汽化冷卻系統(tǒng)、三軋線材余熱鍋爐、一鋼平爐余熱鍋爐、初軋余熱鍋爐、中板汽化冷卻系統(tǒng)、轉爐汽化冷卻系統(tǒng)等余熱回收裝置先后投入運行，生產(chǎn)的蒸汽全部并網(wǎng)。為提高余熱回收蒸汽的利用效果，公司投資對廠區(qū)的蒸汽管網(wǎng)進行徹底改造，一三廠區(qū)蒸汽聯(lián)網(wǎng)，分區(qū)域建立了10個熱力站，提出主要生產(chǎn)用戶由主管網(wǎng)接口，小用戶一律由熱力站接口，完善蒸汽計量的管理模式，通過改造，取消廠區(qū)15座生活小鍋爐，節(jié)能效果明顯。該階段主要是針對生產(chǎn)工藝的需求和回收技術相對簡單的中高溫煙氣余熱的余熱回收。

（2）快速發(fā)展階段

時間段大約從2005 年起，馬鋼進行大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整，淘汰部分能耗大、污染大的設備，到2014 年馬鋼公司能控中心成立。期間馬鋼產(chǎn)能快速擴張，2006 年馬鋼年鋼產(chǎn)量突破1000 萬噸，到2008 年馬鋼形成1600 萬噸鋼配套生產(chǎn)規(guī)模。隨著產(chǎn)能的擴張和產(chǎn)品結構的調(diào)整，汽車板、硅鋼等長流程生產(chǎn)工藝投運，生產(chǎn)耗能及產(chǎn)生的余熱量也發(fā)生了較大的變化，同時在這期間隨著科技的進步，國內(nèi)余熱余能回收技術得到快速的發(fā)展和應用。為降低能耗，馬鋼公司在余熱余能回收方面投入大量資金，多個余熱余能回收項目建成投運。其中燒結帶冷廢氣余熱利用項目，是我國鋼鐵企業(yè)第一個在燒結系統(tǒng)實施低溫廢氣余熱發(fā)電技術；轉爐汽化飽和蒸汽發(fā)電項目，采用前壓加自立式調(diào)節(jié)技術的應用，獲國家發(fā)明專利授權，同時獲中國金屬協(xié)會科技進步二等獎；利用富裕蒸汽采用溴化鋰制冷進行高爐鼓風脫濕，有效降低煉鐵焦比，該技術應用穩(wěn)定，并形成行業(yè)標準；干熄焦及TRT 技術的應用，不僅有效地進行了余熱余能的回收，也提高了高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定性；轉爐通過增加回收蒸汽和煤氣，實現(xiàn)轉爐負能煉鋼；采用蓄熱式燃燒，使低熱值的高爐煤氣得到充分利用；全燒高爐煤氣鍋爐發(fā)電及CCPP 機組投運，大量消化富裕副產(chǎn)煤氣轉化為優(yōu)質(zhì)電能；北區(qū)和南區(qū)能源中心（EMS）先后投入運行；轉爐汽化自循環(huán)高效利用技術，滿足了RH 爐高壓蒸汽需求；焦化乏汽及蒸汽冷凝水回收、鍋爐排污回收再利用技術；軋鋼方面采用紅送熱裝，有效降低軋鋼能耗等等。這期間余熱回收的特點是，多項余熱回收技術得到廣泛應用，通過結合工藝的技術改造，余熱回收項目投入產(chǎn)出比較高，經(jīng)濟效益明顯。

（3）深度余熱回收階段

標志時間段為自2014 年馬鋼能控中心成立開始。隨著國家對鋼鐵企業(yè)能源環(huán)保要求越來越嚴格，鋼鐵行業(yè)市場競爭也日益激烈，企業(yè)生存壓力和社會責任越來越大。馬鋼為了適應發(fā)展的要求，為進一步做好能源環(huán)保管理工作，適時進行能源管理方面的調(diào)整，對承擔能源動力生產(chǎn)運行及管理方面的能環(huán)部和一、二能源總廠進行整合，組建新的能源管控中心，減少管理層次，實現(xiàn)能源管控一體化模式。新的能源管控中心對全公司的余熱回收項目，從規(guī)劃立項、組織實施到項目的后評價實施全方位管理，有效地推進余熱回收工作。馬鋼經(jīng)過前一階段的大規(guī)模余熱回收項目的實施，目前的余熱主要表現(xiàn)形式為中低溫且零散間歇式余熱為主，受投資回收率低的影響，余熱回收難度越來越大。為進一步推進余熱回收工作，在管理方面進行新的嘗試，全面推行合同能源管理模式，通過合作引進技術和資金，使余熱回收工作向深度發(fā)展，目前實施和投運的項目有：1580 煙氣余熱回收、棒材加熱爐余熱回收、電爐余熱煙氣回收項目、高效煤氣發(fā)電項目等，一鋼轉爐余熱深度回收項目正在合作研究過程之中。該階段由于余熱品質(zhì)低且分散，回收難度大，需要進一步突破技術和資金制約的瓶頸。

3 余熱回收存在的不足

馬鋼余熱回收工作經(jīng)過30多年的發(fā)展，取得了非常明顯的成果，噸鋼綜合能耗逐年降低，從2004年761 kgce/t 降到目前573 kgce/t。但余熱做為一種“新能源”，在充分回收和使用方面與國際高水平相比，還存在較大差距，主要有：

3.1 余熱回收技術相對單一，制約了回收工作的開展。目前針對中低溫煙氣余熱回收基本采用換熱生產(chǎn)蒸汽的方式。對于工業(yè)爐煙氣而言，余熱回收途徑一般為：預熱空氣和燃料、設置余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽、預熱爐料等，在設置預熱空氣和燃料裝置以及余熱鍋爐后，由于煙道阻力增加，需要增加引風機的功率而消耗電能，因此在技術方案的采用上，要通過技術經(jīng)濟比較綜合評判；高爐沖渣水方面，目前受技術經(jīng)濟的制約，應用不廣泛，高爐生產(chǎn)每噸鐵約產(chǎn)生85～95℃的沖渣水20t 左右，將這部分熱水通過閃蒸產(chǎn)生低壓蒸汽發(fā)電，每噸90℃熱水可發(fā)電1.5kWh，折標煤0.6kg。煉鐵及煉鋼產(chǎn)生的高溫爐渣顯熱的回收技術，還有待于進一步研究。

3.2 回收蒸汽未得到充分合理利用。目前對大宗回收蒸汽發(fā)電技術是成熟的，但對于零散的回收蒸汽一般采用并網(wǎng)的方式，對于蒸汽管網(wǎng)在運行過程中會產(chǎn)生熱損失，包括：沿程損失、蒸汽泄漏損失、散熱損失、凝結水排放熱損失等，特別是南方生活用汽量波動較大的地區(qū)，并網(wǎng)蒸汽往往會冷凝為水而排放。從局部看是余熱回收，但并沒有充分發(fā)揮效益，其實不僅是無效的回收，而且增加消耗能源。所以必須用系統(tǒng)工程的觀點做好回收蒸汽轉換使用工作。

3.3 新建工程熱能利用評價不足。目前對于新建項目一般要求在可行性研究文本中有能源評價專篇，但在實際設計審查和實施過程中，往往只重視能源的平衡和保供，對于新建工程投運后實際產(chǎn)生的余熱及其回收很少做全面的評價。造成的結果是新項目投入生產(chǎn)后再投資進行余熱回收。這不僅造成重復投資，也使后續(xù)的余熱回收由于生產(chǎn)工藝、總圖布置等多方面的制約很難實施。新建項目中設計階段，應通過對能源消耗裝置的合理設計，在提高能源利用效率減少余熱發(fā)生量的同時，同步設計余熱回收系統(tǒng)，余熱優(yōu)先在本系統(tǒng)內(nèi)充分利用，使其發(fā)揮最大效益。

3.4 在新的節(jié)能減排形勢下，各企業(yè)在余熱回收工作方面取得明顯進展。但從與國際先進企業(yè)指標相比，以及在生產(chǎn)流程中尚未回收的余熱方面來看，余熱回收項目的資金投入、企業(yè)的重視程度還有差距。主要體現(xiàn)在針對回收難度大、投資回收率低的零散的中低溫余熱回收方面，企業(yè)及其決策者，往往把資金投入的回報做為項目決策唯一依據(jù)，忽視余熱資源浪費對環(huán)境和社會的影響。

3.5 運營模式單一，對于大型國有企業(yè)，由于受資產(chǎn)管理等制度方面的限制，目前的余熱回收裝置和回收后的余熱基本在企業(yè)內(nèi)部運轉，即使是通過合同能源管理模式的回收項目，其投資回收后設備也歸企業(yè)所有。單一的運作模式，很多由于余熱回收項目往往受資金、投資回收率以及回收后余熱使用等方面的因素，直接影響到方案的經(jīng)濟評價和最終決策。如果把余熱做為商品，開放商業(yè)化運營模式，由有技術和自己的企業(yè)進行余熱利用開發(fā)，將會有利推進余熱回收工作。

4 結束語

做好余熱回收和回收余熱的合理利用工作，對鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗是非常重要的。目前在國家強力推進節(jié)能減排的新形勢下，對鋼鐵企業(yè)的余熱回收工作提出了更高的要求。馬鋼在現(xiàn)有的余熱回收水平和成果的基礎上，今后工作的重點主要有：

4.1 積極推進余熱回收新技術的應用。針對目前余熱點多、量小、載體多樣、中低溫余熱占比高的特點，大力推廣熱媒式余熱回收系統(tǒng)、可移動熱載體、余熱冷熱電聯(lián)產(chǎn)、熱能儲存技術，大宗或者零散集中發(fā)電、高效換熱器等技術。

4.2 充分利用分布能源系統(tǒng)理念，合理利用回收的余熱，使其發(fā)揮最高效益。按分布式能源系統(tǒng)的理念，余熱回收必須按“就地回收、就地轉換、就地使用”的原則，根據(jù)余熱的特點和周邊生產(chǎn)工序系統(tǒng)對能源的需求，建立多個獨立的“能源島”，形成結構聯(lián)網(wǎng)，獨立運行的小供能系統(tǒng)，避免回收的熱能長距離輸送。

4.3 運用系統(tǒng)工程概念，根據(jù)余熱的形態(tài)及特點結合生產(chǎn)工藝，推進高效余熱轉換，以工藝改造為推動力，優(yōu)先推廣工序直接使用、就地高效轉換為優(yōu)質(zhì)電能等最佳合理流程和工藝技術。

4.4 充分利用國家對節(jié)能減排方面的優(yōu)惠政策。

4.5 引入多元化的管理運營模式，使余熱回收的資金和技術得到保障。