关于钢铁企业中低温烟气余热用于制冷的研究

时间：2015-12-20 23:53:51 所属分类：金属学与金属工艺 浏览量:

摘 要：总结和分析了我国钢铁企业，中低温烟气余热回收利用情况。采用火用分析方法确定了不同温度烟气余热的合理利用方式，对利用烟气直接驱动的制冷机组提出了改进方法，以提高其热力系数和能源利用火用效率。介绍了热风炉烟气余热梯级利用方案，将烟气先用

摘　要：总结和分析了我国钢铁企业，中低温烟气余热回收利用情况。采用火用分析方法确定了不同温度烟气余热的合理利用方式，对利用烟气直接驱动的制冷机组提出了改进方法，以提高其热力系数和能源利用火用效率。介绍了热风炉烟气余热梯级利用方案，将烟气先用于制冷，再用于预热助燃空气和煤气。

关键词：钢铁企业；低温预热；制冷

　　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、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、仪表房、各办公楼、居住区等。
　　1.钢铁企业烟气余热资源回收利用状况
　　在我国，钢铁企业属于能源密集型行业，是能耗大户，它消耗的能源是非常巨大的，在全国总能耗量中，它的能源消耗量占其中的16%左右，同时它的能源利用效率大概仅为30%~50%，和国际先进水平相比较，我国吨钢可比能耗要高出20%左右。而且随着我国日益突出的能源危机问题，各级政府部门开始大力推动淘汰落后产能、优化产业结构工作，以达到节能降耗的目的，这样一来，高能耗的钢铁企业的发展必将受到制约。而在生产过程中钢铁企业排放了大量的余热资源，并且其中很多余热资源具有回收利用的价值。目前我国钢铁工业生产1t钢产生的余热约为8．4GJ，只有 25.8%被回收利用。伴随着我国不断发展的钢铁节能技术，对于钢铁企业高效回收利用多种余热资源已经成为可能，而且对于钢铁企业节能降耗和增产增效已经成为了有力的推手。我国钢铁企业余热资源在回收利用方面和国外先进水平相比较，还是有很大的差距。国际先进钢铁企业余热资源的回收利用率超过50%，而我国的还不足30%。
　　2.烟气余热利用火用分析
每一种形态的能量，向“高级能量”转化的能力并不是相同的。如果以这种转换能力为尺度，就能评价出各种形态能量的优劣。但是转换能力的大小与环境条件有关，还与转换过程的不可逆程度有关。实际上采用在给定的环境条件下，理论上最大可能的转换能力作为量度能量品味高低的尺度，这种尺度称之为（火用）（Exergy）。定义为热力系工质的可用能。用于确定某指定状态下所给定能量中有可能做出有用功的部分。
　　当系统由一任意状态可逆地变化到与给定环境相平衡的状态时，理论上可以无限转换为任何其他能量形式的那部分能量，称之为（火用）。
　　2.1火用分析法和其他分析法相比较来讲，更具有普遍意义，评价钢铁企业中各种热工设备运行状况的统一数据，就是用火用效率作为评价的标准的，从而对各类热工设备的技术水平有所反映。
　　2.2在余热余能利用方面，对于不同品质能源的合理利用顺序可以通过火用分析方法来对其进行确定。要想最大限度地回收利用余热余能，就要依据火用分析结构来设计部分能源的梯级利用方案。
　　2.3对于钢铁企业在生产过程中必须采用而火用效率较低的热工设备，通过火用效率的计算可以找出其薄弱环节，从而为设备的改进提供依据和着手点。
　　3.烟气直接制冷应用情况
　　3.1烟气状况
　　当前，钢铁企业高温烟气余热有比较高的回收利用率，但是中低温烟气余热的回收利用还是存在着一些问题：第一，热焓的利用只是中低温烟气余热的回收利用（如作为工艺过程的预热、干燥用），没有做到按质、分级利用，造成余热品位的极大浪费；第二，不够完善的中低温烟气余热利用设备和系统整体效率较低，中低温烟气余热回收利用技术的经济性比较差，对该类技术的普及和推广有所影响。所以，钢铁企业中低温烟气余热可以考虑直接用于吸收制冷。钢铁企业中焦炉烟气，烧结烟气和热风炉烟气都可以作为制冷机组的驱动热源。而利用热风炉烟气驱动制冷机组取得冷量，可就近利用于改变冷却鼓风机进口空气温度来提高鼓风机效率从而降低能耗。
　　3.2热风炉烟气余热梯级利用方案
　　热风炉烟气在预热器前的排烟温度在200~300℃之间，因为有比较大的流量，所以能够提供的热量也较多。当前预热助燃空气和煤气，是热风炉烟气运用最多的地方，经过预热器后烟气温度还能达到大约150℃，造成很大一部分的热能浪费，而且将它直接用于驱动制冷机组效率也不是很高，所以应考虑采用组合利用即余热梯级利用的方案。
　　热媒式换热器较余热锅炉和热管式换热器比较，有布置灵活、容易控制温度的优点，并且还可以用较高的效率回收热风炉排放的200~300℃的低温烟气。但是在当前，将热管式换热器作为溴化锂吸收式机组的高压余热发生器是已开发的烟气型吸收式制冷机组的主要选择。因为钢铁企业烟气具有热负荷不稳定、烟气含尘量大且具有腐蚀性等特点，所以需要对烟气制冷机组进行专门的设计。
　　对回收的250℃左右的热风炉烟气首先用于直接驱动烟气型制冷机组，然后利用从制冷机组出来的160℃左右的烟气继续预热助燃空气和煤气，助燃空气和煤气进口温度分别为30℃和45℃，经过预热可以提高到100℃和95℃左右。热风炉烟气梯级利用系统将大大提高热风炉烟气的利用效率，也为其它各工序中低温烟气的梯级利用提供了参考。由于最终排放的烟气温度会低于100℃，因此要考虑到低温腐蚀问题，可以考虑采用诸如玻璃管换热器等解决措施。
　　4.结束语
　　做制冷机组驱动热源的中低温余热资源，在钢铁企业中存在着很多，当前，已经有部分吸收制冷机组在钢铁企业中运行，但只是很小的比例。本文提出关于烟气制冷的方法，通过对余热资源和钢铁企业各工序自身的特点的了解，对此方案的可行性和经济性进行了论证。在热风炉的烟气利用中，把烟气直接驱动制冷机组和利用烟气预热或干燥等回收工艺结合起来，实现中低温烟气热能梯级利用，最大限度地回收烟气余热。这也为钢铁企业其它各工序中低温烟气余热的梯级利用提供了参考。
参考文献：
【1】杨猛；董辉；力杰；郭宁.钢铁企业余热制冷系统方案分析[J].冶金能源2010，（07）.
【2】董辉；王萌；杨猛；杜涛；蔡九菊.钢铁企业中低温烟气余热用于制冷的研究[J].暖通空调2010，（12）.

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