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冶金废热利用技术及趋势展望

 论文栏目:冶金工业    更新时间:2012-06-12 17:55   

冶金废热利用技术及趋势展望范文

1前言

钢铁工业是资源—能源密集型产业,从选矿、烧结、炼焦、炼铁、炼钢到轧钢,每个生产工序都要消耗大量的能源和辅助原材料,且产生大量的废热和固体显热,约占总能耗的30%左右。这些余热资源如果能加以利用,不仅减少了污染物的排放,改善了钢铁企业周边的环境状况,更能深入挖掘各生产工艺的节能潜力,真正达到冶金工业节能降耗的要求。

2冶金余热高效综合利用技术[1]

2.1烧结余热高效利用技术

烧结工序能耗一般占整个钢铁生产吨钢能耗的10%左右,仅冷却机废气和烧结机烟气的显热就占烧结过程全部热支出的50%左右,余热利用潜力巨大。废气温度从450℃到150℃,高温部分温度在300~450℃。根据现场设备的测量结果,这部分废气占整个废气量的30%~40%;低于300℃的废气量占到整个废气量的60%多。整体来讲,烧结余热属于中低品质热源,且低品质所占比例较大。根据用户的个性化需求,将烧结余热分为热利用和动力利用2种方式。热利用仅仅是用热废气作为烧结助燃空气预热混合料或通入余热锅炉产生蒸汽用于生产。2008年以后,随着我国烧结余热利用技术更深入的发展,动力利用占据主导地位。济钢国际融入了双进气双压余热锅炉技术和锅炉尾部烟气循环技术,利用烧结冷却机产生的大量烟气,通过余热锅炉加热给水产生蒸汽,蒸汽推动汽轮机进行发电。从能源利用率角度来讲,动力利用是最有效的余热利用方式,烧结余热发电技术可以使热效率达到最大化。烧结机冷却系统余热发电工艺流程如图1所示。

2.2干熄焦余热高效利用技术

干熄焦技术是焦炉生产过程中利用循环氮气将红焦熄灭的熄焦技术。通过相关装置,利用循环氮气代替水与红焦换热,在熄灭焦炭的同时,回收了红焦余热,并将这些余热转换为电能,消除了湿法熄焦对环境的污染。对于一个规模为100万t/a焦化厂而言,每年可以减少8万~10万t动力煤燃烧对大气的污染,相当于减排烟尘140~180t/a、SO21280~1600t/a、CO210万~17.5万t/a,可降低炼焦能耗45~55kgce/t,干熄焦余热发电原理如图2所示。干法熄技术提高了焦炭质量,节约了能源,改善了厂区空气环境,社会效益、环境效益和经济效益显著。

2.3高炉炉顶煤气余压发电技术(TRT)

高炉炉顶余压发电技术是利用高炉炉顶煤气的余压转化成热能进行发电的技术。以济钢1座1750m3高炉为例,年产铁150万t,平均每吨铁产出1650~1750m3高炉煤气,煤气热值为3135~3344kJ。透平入口煤气流量30万~33万m3/h,压力0.20~0.25MPa,温度为135~170℃;透平出口煤气压力为10~14kPa,温度为90~150℃。总发电量可达14MW。目前,TRT发电系统按照煤气除尘方式分为干式除尘和湿式除尘,干式除尘更能有效利用煤气的显热,对比两种除尘方式以及高炉容量的大小,可以从表1得出相应的发电量。

2.4汽动鼓风技术

部分中小型钢铁企业高炉煤气除了少量用于热风炉、炼钢、轧钢工序等加热外,大部分放散,造成了大量的能源浪费,对环境造成污染。根据不同项目的工序特点,开发出能源短流程利用技术,将富裕的高炉煤气通入锅炉中进行燃烧,加热给水产生蒸汽推动汽轮机,汽轮机带动鼓风机转动,为热风炉提供空气。由于鼓风机直接由汽轮机驱动,避免了输变电线路的能量损耗,提高热能利用率,但是整个系统的热能利用率还需要根据鼓风汽轮机和电厂汽轮机的内效率来确定。

2.5饱和蒸汽发电技术

目前国内中小型钢铁企业,炼钢烟道汽化水冷装置及轧钢加热炉所产生的蒸汽除冬季部分用于采暖外,其他季节大部分蒸汽得不到合理利用,只能对空排放。加热炉产汽较为稳定,但是转炉蒸汽受炼钢冶炼周期和吹氧时间的影响,蒸汽的产生不连续且波动剧烈,因此饱和蒸汽发电技术的关键点在于保证蒸汽均匀、平稳地输出。为此,从炼钢主工艺着手,通过调整多台转炉的吹氧间隔时间来实现蒸汽的连续生成,在蒸汽出口处设置湿式变压蓄热器,使蒸汽连续、稳定、均量化输出,最终将输出的蒸汽经过汽水分离后用于推动汽轮机发电。其原理如图3所示。将炼钢饱和蒸汽发电技术运用到实际工程中,经过测算,平均节约标煤5kgce/t,回收蒸汽凝结水70~100kg/t,外供发电值11~13kW•h/t,经济效益明显。

3冶金余热高效利用技术展望

钢铁工业目前面临原料价格上涨、出口受限、环境制约等各方面压力,利润空间不断缩小,“十二五”是钢铁工业转型发展的关键时期,因此依靠节能减排技术,实现绿色钢铁工业就成为企业发展的有效出路。钢铁企业可以回收的余热资源按照温度分为高温、中温和低温余热,无论从数量还是种类上都十分可观。然而,要真正达到余热的高效利用,还要深入挖掘余热资源利用潜力。从我国钢铁企业多年来余热利用的情况来看,高温余热利用技术已经较为成熟,但中低温余热的高效利用技术有待进一步发展。钢铁企业余热的回收利用必须根据余热的参数和用户的需求,制定更加详细的方案,分清动力利用和直接热利用,总体依照强化主工序、按质回收、温度对口、梯级利用和系统优化提升的原则。

3.1大力发展余热回收系统集成系统

在巩固和发展当前节能减排技术的基础上,重点推进系统优化集成高炉煤气和转炉烟气干法除尘技术与煤气利用、烟气余热综合利用技术等节能减排技术,将烧结烟气脱硫、除尘与余热回收利用技术有机地结合起来,以循环经济运行模式,同时获得热利用、环保及副产品等全面收益。

3.2开展冶金渣有压热闷技术应用

目前应用较广的冶金渣处理主要是转炉钢渣闷渣技术,可以在此基础上开展有压热闷工艺,既可以提高闷渣的效率,又可以提高蒸汽品质。另外,该技术可以推广到高炉渣的利用中,对高炉渣进行干法粒化和余热回收方面的研究。

3.3扩大余热利用和余热资源范围

我国都市型钢铁企业占有很大比例,可通过收集富裕的余热资源对城市周边地区进行供热。同时,钢铁企业应该致力于消纳社会废弃物,利用某些冶金炉窑特有的高温、高还原性环境,将废弃物用作炉窑燃料。例如,高炉热风口喷吹废塑料技术已经具备可行性,而且热利用率较常规燃烧有大幅度提高。目前,一些省份已经从技术和政策层面开展钢铁企业消纳社会废弃物的立法工作,突破废弃物高效回收供应和稳定性等瓶颈后,将会实现大规模工业化生产。

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