冶金过程余能资源包括余热和余压。余热是在工艺过程中未被利用而排放到周围环境中的热量。按载热体形态的不同分为固态载体余热(焦炭、炉渣、烧结矿、球团矿、连铸坯等具有的显热)、液态载体余热(冷却水、冷凝水等具有的显热)及气态载体余热(高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、烟气、蒸汽等具有的显热);余压是由工艺设备排出的具有一定压力的流体,按载体形态的不同分为气态余压(如高炉炉顶煤气余压)和液态余压(如循环冷却水余压等)。
依据品质和回收利用的程度,冶金过程余能资源分为三类。①品质较高且稳定的余能资源,如各类煤气、高温烟气余热等,回收利用较为充分。②品质略低但具有回收利用可行性的余能资源,如焦化烟道余热、烧结大烟道余热、高炉冲渣水余热、空压机余热、循环冷却水余压等。③处于研究阶段,回收利用尚有一定技术障碍的余能资源,如炉渣显热、焦炉荒煤气显热、循环冷却水显热等,特点为温度低,分布比较分散且热源波动频繁。
冶金过程余能资源的回收利用方式有:①余热一般采用换热器的方式进行回收和利用。余热通过换热器对气体或液体介质进行加热。被加热的气体或液体将热量携带到需要的地方进行利用。被加热气体也包括助燃空气,被加热的助燃空气直接将回收的余热带进燃烧过程进行利用。②余压一般采用膨胀机(也称膨胀透平)进行回收。余压通过膨胀机转换为机械能以轴功的形式输出,轴功可直接用来拖动机械负载,也可拖动发电机进行发电,如高炉炉顶煤气余压发电。
工序不同,余能资源种类和利用回收技术不同。
①焦化工序余能资源。包括焦炭显热、烟道气显热和初冷水显热。每吨焦炭产生煤气约410立方米。出炉的热焦炭的温度一般为1000℃左右,主要采用干熄焦技术回收利用产生的蒸汽,用于发电。烟道气的温度一般为200~300℃,主要采用余热回收设备产生蒸汽供生产、生活使用或作为煤调湿热源。焦化初冷水的温度一般为60~70℃,主要采用换热器回收热量,北方地区可用于冬季采暖。
②烧结工序余能资源。主要包括烧结矿显热及烧结烟气显热。烧结尾矿的温度为600~800℃,烧结矿显热约占烧结工序总热耗50%。烧结矿显热的回收主要在环冷机系统中。按烧结矿显热产生的烟气温度分高温、中温、低温三部分。高温段烟气余热回收利用较为充分,主要采用余热锅炉产生蒸汽,用于发电或供生产使用;中、低温烟气余热一般采用直接利用方式,用于预热混料或热风等。烧结烟气在烧结大烟道高温区的温度为300~400℃,一般采用余热锅炉或热管换热器回收产生蒸汽。
③球团工序余能资源。主要包括球团矿显热、烟气显热。球团矿排出温度约为500℃,主要通过获取热风循环用于生产,作为烘干、预热等热源;烟气温度较低,约为120℃,除尘后排放。
④炼铁工序余能资源。炼铁工序是余能资源较为丰富的工序,主要包括高炉煤气显热和余压、热风炉烟气显热及高炉渣显热。生产每吨铁高炉煤气发生量约1650立方米,产渣约320千克。高炉炉顶煤气压力0.15~0.25兆帕,温度约200℃。余压余热的利用方式主要是通过高炉炉顶煤气余压发电回收,或采用高炉炉顶煤气余压透平与电机同轴驱动高炉鼓风机组(BPRT)回收能量,减少高炉鼓风电耗。热风炉烟气温度约500℃,主要利用换热器从烟气中回收显热,用于预热助燃空气和煤气,从而提高热风炉风温,降低焦比。液态高炉渣的温度约1500℃,显热的回收尚处于研发阶段。80~90℃的高炉冲渣水,采用换热器换热后用于采暖或煤气、空气预热等。
⑤炼钢工序余能资源。包括转炉烟气显热、钢渣显热以及连铸坯显热。转炉烟气温度约为1400℃,吨钢转炉煤气产量约115立方米。主要采用汽化冷却装置将高温烟气降温以满足后续除尘要求,并进行蒸汽回收。转炉钢渣温度约为1550℃,其余热的回收尚处于研发阶段。连铸坯温度约为900℃,连铸坯显热通过热装热送技术回收利用,即在运送过程中对热坯进行保温并直接装入再加热炉。
⑥轧钢工序余能资源。主要包括加热炉烟气显热和加热炉冷却水显热。加热炉烟气显热主要通过蓄热式燃烧装置或换热器进行回收,用于预热空气和煤气。加热炉冷却水用于冷却炉体金属构件,主要通过采用汽化冷却方式产生蒸汽进行回收。
⑦动力系统余能资源。主要包括动力锅炉排烟余热、空压机余热、循环冷却水余热及余压等,量相对较少,也比较分散,回收利用技术难度大。