余热余压利用技术

余热余压利用技术

（一）技术概述

余热余压利用工程主要是从工艺上来改进能源利用效率，通过改进工艺结构和增加节能装置以最大幅度的利用生产过程中产生的势能和余热。利用余热余压回收装置可将余热余压用于发电，余热混合料，部分代替燃料锅炉蒸汽以及点火、保温炉的助燃空气等。整个系统中不燃烧任何一次能源，不会对环境造成任何污染，实现能量的梯级合理利用。

余热余压利用技术多应用在钢铁、化工等行业，目前主要的技术包括：高炉炉顶压差发电技术、干法熄焦技术、纯烧高炉煤气锅炉技术、低热值煤气燃气轮机技术、转炉负能炼钢技术、蓄热式轧钢加热炉技术等。

下面重点介绍几项常用的余热余压利用技术。

1、高炉炉顶余压余热发电技术

（1）技术原理

能量回收透平装置（简称TRT）是世界公认的钢铁企业重大能量回收装置。它是利用高炉炉顶煤气的余压余热，把煤气导入透平膨胀机，使压力能和热能转化为机械能，驱动发电机发电的一种能量回收装置。煤气干式透平，是为了适应高炉干式除尘系统而研制开发的新一代余压透平，它能充分利用高炉煤气原有的热能，最大限度地利用煤气压力能来进行发电，在高炉炉容相同的条件下，干法比湿法的回收功率可提高30%-40%以上。这主要是进透平机前的气态参数发生了变化，煤气湿式净化后的温度，一般在50℃左右，而煤气干式净化后的温度一般在120-230℃之间，两者之差为70-180℃左右，且压力损失小，阻损一般为5kPa，甚至更低。由于干式TRT的煤气温度提高，阻损降低，煤气热焓提高，透平做功的能力也相对提高。

（2）技术效果、效益

①宏观效益

节能降耗、降低冶炼成本、增加效益、提高竞争力。

降低噪音，减少污染。

改善炉顶压力控制品质，提高控制水平。

TRT装置是目前国内外公认的最先进的冶金节能环保装置。

我国行业标准《钢铁企业设计节能技术规定》（YB9051-98）要求设TRT装置。

②经济效益

对于500-1000m³高炉配套湿法TRT,每年可回收1200-2400万度电。

对于1000-2000m³高炉配套湿法TRT,每年可回收2400-4800万度电。

对于2000-3200m³高炉配套湿法TRT,每年可回收4800-9000万度电。

对于3200-4300m³高炉配套湿法TRT,每年可回收9000-15000万度电。

以上是湿法TRT对应不同体积高炉产生的经济效益的大致范围。

2、干熄焦技术

（1）技术原理

基本原理是利用冷的惰性气体(燃烧后的废气)在干熄焦炉中与赤热红焦换热，从而冷却红焦。吸收了红焦热量的惰性气体，将热量传给废热锅炉产生蒸汽,被冷却的惰性气体再由循环风机，鼓入干熄炉冷却红焦。废热锅炉产生中压(或高压)蒸汽用于发电。

（2）技术效果、效益

效益分析主要集中在3个方面，以年产200万吨为例进行说明。

①自身经济效益

年产焦炭200万t为例，需配套建设2套125t/h干熄焦装置。按熄灭1t红焦回收0.54t蒸汽计，则回收蒸汽量为200×0.54=108万t/a。蒸汽价格按90元/t计，年收入为9720万元。如果上马配套余热发电项目，年发电量将达到6000万kWh，电价按0.4元/kWh计，年收入达到2400万元。因此，通过干熄焦回收红焦热量生产蒸汽的自身经济效益是很可观的。

以提高焦炭的质量计算，干熄焦比湿熄焦的产量提高一个层次，如将2级焦炭提升到准一级焦炭，甚至是一级焦炭，如果生产的是冶金焦，按照当前的市场行情，每吨能多收入100元，按照200万吨的年产量，就可以多收入20000万元；如果生产的是铸造焦，按照当前的市场行情，每吨至少能多收入400元，按照200万吨的年产量，至少多收入80000万元

②延伸效益

与湿熄焦相比，干熄焦炭的质量高，可使高炉炼铁的入炉焦比下降2.5%；同时高炉的生产能力可提高1%。

按照表1的基础数据，可以计算出:

降低炼铁入炉焦比，节省入炉焦炭所产生的效益:

年节省焦炭量:2000000×0.91×2.5%=45500t

产生的效益:45500×2442=11111.1万元

增产生铁所产生的效益:

2000000×0.91÷0.396)×1%×150=689.4万元

那么，干熄焦总的延伸效益为:

干熄焦总的延伸效益=11111.1+689.4=11800.5万元

也就是说，每吨干熄焦炭对炼铁系统的延伸效益为59元。

扣除干熄焦自身的能源动力消耗、固定资产折旧费、维修费、人工费和其他费用约3600万元，每套125t/h干熄焦装置年经济效益为4860+5900.3-3600=7160.3万元。

③环境效益

一方面，常规的湿熄焦，每熄一吨红焦炭就要将0.5kg含有大量酚、氰化物、硫化物及粉尘的蒸汽抛向天空，严重地污染了大气及周围的环境。这部分污染占炼焦对环境污染的三分之一，且很难找到比较好的治理方法。以规模为年产焦炭200万吨焦化厂为例，酚、氰化物、硫化氢、氨等有毒气体的排放量超过1000t，严重污染大气和周边环境。

干熄焦则由于采用惰性气体在密闭的干熄槽内冷却红焦，并配备良好有效的除尘设施，基本上不污染环境。

另一方面，干熄焦能够产生蒸汽(5～6t蒸汽需要1吨动力煤)，并可用于发电，可以避免生产相同数量蒸汽的锅炉对大气的污染，尤其减少了SO2、CO2向大气的排放，具有良好的社会效益。

3、钢铁行业烧结余热发电技术

（1）技术原理

钢铁行业烧结、热风炉、炼钢、加热炉等设备产生的废烟气，通过高效低温余热锅炉产生蒸汽，带动汽轮发电机组进行发电。

（2）技术效果、效益

从实现能源梯级利用的高效性和经济性角度分析，余热发电是最为有效的余热利用途径，平均每吨烧结矿产生的烟气余热回收可发电20kWh，折合吨钢综合能耗可降低8千克标准煤。

4、低热值高炉煤气燃气―蒸汽联合循环发电技术

1)技术原理

燃气蒸汽联合循环发电装置是燃气循环机组与蒸汽循环机组的联合体，燃气轮机燃烧做功，排出的烟气再通过余热锅炉产生蒸汽而做功发电。

从总管来的高炉煤气先经湿式电除尘器除尘，再经煤气加热器加热，后经低、高压空气压缩机压缩，进入燃气轮机燃烧做功，排出的烟气经过余热锅炉产生蒸汽，蒸汽带动汽轮机驱动压缩机做功，多余功带动发电机发电。

（2）技术效果、效益

与常规蒸汽发电相比，CCPP有以下优势：

CCPP发电效率高，成本低，经济效益好。

CCPP发电效率高，目前最高可达58％以上，并且还可以进一步提高。以钢铁厂50MW规模机组为例，CCPP发电效率可达40～46％，而同规模锅炉蒸汽发电效率为23～30％左右，CCPP的热效率高出80％以上。CCPP的供电成本低。

一般钢铁厂CCPP在回收的高炉煤气不计费时，供电成本仅为0.07-0.08元/kWh。

CCPP的项目投资收益率在25％以上，投资回收期一般为3～5年，经济效益良好。

CCPP发电工程的造价不高。

对于烧低热值高炉煤气的CCPP发电装置，投资为650～800美元/kW。在国内，50MW以油或天然气为燃料的燃气轮机发电厂工程造价为人民币1.9～2.6亿元人民币，约为4000～5200元/kW。以高炉煤气为燃料的燃气轮机，因低热值煤气容积流量的加大，煤气清洁和压缩的费用比燃油机组大，投资有所增加。如：通化钢铁集团股份有限公司56MW机组大多为国产设备，总投资约为2.6亿元，单位投资为4643元/kW。

燃气轮机负荷调节范围大。

燃气轮机负荷调节范围可达30～100％，而常规蒸汽发电厂负荷调节范围70～100％。调节灵活，负荷适应能力强。

燃气轮机发电的安全性好，运行可靠性高。

燃气轮机运行可靠性高。目前，GE公司的燃气轮机的年工作小时为8000小时以上（设计年作业率95％，即8322小时）。一般来讲，CCPP发电设计年运行时间为7800－8000小时。

由于燃气轮机燃烧的是洁净燃料，设备工作条件好，由此，故障率低。维修时间和工作量大大低于锅炉蒸汽发电。

CCPP发电冷却水量少。

一套CCPP由一台燃气轮机和一台蒸汽轮机组成，燃气轮机发电占CCPP发电的60％，蒸汽轮机发电只占40％。燃气轮机发电不需要冷却水。因此，CCPP的冷却水量只有同规模锅炉蒸汽发电机组的40％。

燃气轮机的发电环保性能好。

燃气轮机排气污染小。由于燃气和空气均净化至含尘量约1mg/m3进入燃气轮机，所以排气含尘量仅1mg/m3。NOX含量为30PPM，远低于常规锅炉1000mg/m3以上的排气NOX含量。

5、玻璃熔窑余热发电技术

（1）技术原理

将窑炉的废热烟气通过余热锅炉，生产一定压力和温度的过热蒸汽，将过热蒸汽输送到汽轮机内膨胀做功，将热能转换成机械能，带动发电机发电。

（2）技术效果、效益

玻璃熔窑余热发电技术的节能效益分析，以500t／d浮法玻璃生产线为例，烟气余热为4．9×107kJ／h(烟气参数为：76000Nm3／h，450℃)，可发电量约为1900kwh。可达全线生产用电的60％左右。

余热发电工艺过程不需要燃烧燃料（煤、油和燃气），对大气环境不增加任何污染物（TSP、SO2、NOX）的排放，与火力发电厂发出同等电量相比较，还可节约能源，减少CO2及污染物的排放，降低排气温度，减轻温室气体效应。根据京都议定书和CDM（清洁发展机制）的规定，建设纯低温余热电站减排的CO2量可在国际CO2市场上交易，可为企业在获得环保效益的同时获得额外的经济效益。

（二）相关政策

2011年8月31日国务院下发了《国务院关于引发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知》（国发[2011]26号），在《“十二五”节能减排综合性工作方案》中明确提出能量梯级应用、低温余热发电等作为重点节能技术，在“十二五”期间大力推广应用。

在2012年2月国务院颁布的《工业节能“十二五”规划》提出在钢铁、有色金属、化工、建材、轻工等余热余压资源丰富行业，全面推广余热余压回收利用技术，推进低品质热源的回收利用，形成能源的梯级综合利用。其中：

钢铁行业基本普及焦炉干熄焦装置、高炉干法除尘及炉顶压差发电装置，重点推广焦炉实施煤调湿改造、转炉余热发电装置和烧结机余热发电装置；

有色金属行业重点建设冶炼烟气废热锅炉和发电装置，推广粗铅、镁冶炼余热回收利用技术；

化工行业重点推广硫酸生产低品位热能利用技术和炭黑余热利用技术；建材行业在新型干法水泥生产线全部配套建设纯低温余热发电系统，重点推广玻璃熔窑余热发电技术、煤矸石烧结砖生产线余热发电技术；

轻工行业加快对造纸生产实施全封闭气罩热回收节能技术改造。

加大焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、炼化尾气等工业副产煤气的回收力度，促进工业可燃气体资源综合利用。优化工业副产煤气回收工艺，提高副产煤气回收率，减少煤气放散损失，提高煤气净化质量，推广煤气高温高压发电和燃气-蒸汽联合循环发电技术。发展以工业副产煤气为原料的综合利用技术，研发推广焦炉煤气作为冶炼还原和化工原料，采用转炉煤气、高炉煤气等混合煤气作为替代燃料。到2015年，工业副产煤气回收利用率达到98%以上。

（三）技术应用情况

对于干式TRT技术，目前，我国1000m3以上大型高炉大部分已配套炉顶余压发电装置TRT，但大部分为湿式TRT，只有少数采用干式TRT，干式比湿式的发电量高30%左右。冶金工业的持续发展需要采用高效、节能、环保的TRT装置，以节约能源，减少浪费，降低成本，提高效益。干式TRT是为了适应冶金高炉干式除尘系统而研制的新一代产品，在140多座1000m3以上高炉推广干式TRT技术，每年可发电约40亿kWh，相当于节省了一座60万kW装机容量的发电厂，经济效益相当可观。“十一五”期间，TRT普及率为100%（其中干式TRT60%左右），该技术在行业能推广到的比例为1000m3以上高炉的60%～70%，年可取得总节能量40亿kWh。

对于干熄焦技术，2008年底前，全国干熄焦普及率只有30%左右，钢铁行业50%左右，且大部分为中低压干熄焦，高压干熄焦的推广潜力很大。“十一五”期间该技术在行业能推广到的比例为10%～20%，年可发（节）电30亿kWh。

钢铁企业的烧结、冶炼、加热等设备产生大量的低温废气，基本没有得到合理利用，所以其推广前景广阔，节能潜力巨大。“十一五”期间该技术在行业推广到的比例为10%～20%，年可发（节）电12亿kWh。

采用CCPP技术目前在国内只有少数几家，该技术可以有效解决煤气放散问题，且发电效益大大提高，对于目前钢铁企业节能降耗起到很大的技术推动作用，推广潜力巨大。“十一五”期间该技术在行业能推广比例为20%～30%，年可发电20亿kWh。