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【摘要】钢铁企业生产过程中会释放出大量的余热资源，并且具有较高的回收利用价值，但是在实际生产中受技术与资金等因素限制，最终回收利用率十分低。本文对基于我国钢铁企业余热资源回收利用现状，提出了相应的优化措施。
【关键词】钢铁企业；余热资源；回收利用
钢铁企业作为国民经济生产中的重要组成部分，生产所需能耗巨大，但是能源利用效率比较低。在节能降耗生产理念影响下，现在逐渐有更多新型节能技术被应用到钢铁企业生产中，就降低能耗方面取得了一定的效果。但是就余热回收利用方面，与国际平均水平相比还存一定差距，还需要从技术角度进行深入分析，采取措施，在原有技术基础上进行优化，争取不断提高余热回收效果。
一、钢铁企业余热资源分析
余热资源的种类按照余热载体的不同，可分为固体载体余热资源、液体载体余热资源和气体载体余热资源；按照余热载体温度不同，可分为高温余热（500℃以上）、中温余热（200℃-500℃）及低温余热（200℃以下）；按照余热资源来源的不同，可分为高温烟气余热、高温蒸汽余热、高温产品余热、高温炉渣余热、冷却介质余热、冷凝水余热、可燃废气余热、化学反应的余热等等。
钢铁行业，余热资源包括废渣显热、主产品显热、附属产品显热、冷却水显热以及废烟气显热等。从生产工序角度进行分析，铁前余热资源可以占到总余热量的75%左右。在进行回收利用技术研究时，需要将此阶段作为回收利用的重点。就我国钢铁企业余热回收效果来看，铁后炼钢以及轧钢工序阶段余热回收利用效果最为明显，可以占据到各资源量的一半左右。而铁前炼焦与烧结工序回收利用效率可以达到17%左右。在余热资源的利用方面，主产品显热、附属产品显热以及废烟气显热余热资源可以占据到70%。因此在对钢铁企业余热资源进行回收利用研究时，需要将重点放在产品显热与烟气显热方面。因为现在炉体冷却水显热，轧钢加热炉冷却水显热应用效率比较高，已经具有相对成熟的回收利用技术。相对而言废渣显热方面的回收利用研究程度比较浅，并且具有较高的难度，需要进行进一步研究。
二、余热回收原理分析
1.研究方法
对于钢铁企业余热回收利用方面的研究，可以选择用热平衡分析法、能级分析法以及㶲分析法等。第一，热平衡分析法基础为热力学第一定律，从能量守恒数量关系出发进行分析，不对热量品质与变化进行研究，并不能全面反映出热量利用的合理性。第二，能级分析法是以热力学第二定律分析法作为研究基础，从能级平衡数量方面出发，对回收余热能级进行分析，确定其是否可以满足用户所需热量能级要求，将两者能极差作为评价标准。此种方法重点分析供应方与用户之间热量质量匹配效果，并不对余热数量变化进行分析。第三，㶲分析法基础为热力学第二定律，只研究余热资源可转换部分㶲利用率，并不对不可转换部分的㶲利用率进行研究。从整体上看，想要对余热回收利用效率进行有效分析，需要将热力学第一定律与第二定律作为研究理论基础，除了要对热量数量损失进行分析，同时还要分析热量质量下降情况，两者缺一不可。
2.㶲流量示意图
图1为余热回收利用系统热/㶲流量示意图，其中输入系统余热为Q1（能级为Ω1），输出热量为Q2（能级为Ω2），输出动力为W（能级为1.0），系统估损失热量为QL（能级为ΩL）[2]。则可以用公式来表示系统热效率η1、系统输出热量和动力总能 及以及系统㶲效率ηⅡ。
（1）
（2）
（3）
其中，a表示输出热量所占输出总能量的比例，△Ω表示输入热量与输出热量的能极差。通过公式（3）可以得出，㶲效率主要受系统热效率与输入、输出热量间能极差影响，由此便可以得出余热回收利用效率的研究，需要从热力学第一与第二定律出发。建设T0为环境温度，T1为余热资源温度，T2为输出热量温度，"△Ω|为纯动力利用时能级差，便可以得出输入、输出热量能极差表示为温度的函数：
（4）
通过公式（4）便可以得出，在T1=2T2时，|△Ω|r=|△Ω|d，则热利用与动力利用效果相同；当在T1>2T2时，Ω1>1/2，且|△Ω|r>|△Ω|d，此时动力利用效果要大于热利用；当T1<2T2时，Ω1<1/2，且|△Ω|r<|△Ω|d，此时动力利用效果要小于热利用。
图1 余热回收利用系统热/㶲流量示意图
3.余热资源利用原则
想要提高余热资源利用效率，在进行分析时，需要对其数量、温度以及用户需求等方面进行综合分析，并遵循能级相匹配原则，实现以质量回收、温度对口以及梯级利用方式的应用。第一，在存在合适热用户的前提下，可以直接将余热作为资源利用，并且具有最高的利用率，实现最高的经济效益。如产品显热经过转换处理，而直接被提供给下一道工序，通过钢铁余热来进行预热干燥物料以及生产蒸汽热水等。第二，动力回收高温余热，常见有发电与热电联产等。第三，低温余热可以采取热利用方式，避免直接利用低温余热，可以将其作为热泵系统低温热源，再向其提供温度水平后进行有效利用。第四，余热利用过程不宜再增加过多额外的能源消耗。
三、钢铁企业余热资源回收利用研究要点
1.焦化生产工序
此工序在生产焦炭的过程中，同时会产生副产品焦炉煤气，其中含有价值量高的化工产品。生产过程中会产生大量余热，包括焦炭显热、焦炉煤气显热以及焦炉烟气显热等，其中高温焦炭显热可以选择用干熄焦技术回收，将其用于蒸汽轮机发电，提高余热回收利用效率。干熄焦技术可以说是钢铁企业回收焦化工序潜力最大的技术，其主要是利用冷的惰性气体，在干熄炉内与炽热红焦进行换热，对红焦进行有效冷却处理。对于吸收了红焦热量的惰性气体，其将热量传输给干熄焦锅炉可以产生蒸汽，冷却后的惰性气体则继续进入到干熄炉内对红焦进行冷却处理。干熄焦技术的应用，可以回收红焦显热80%左右，具有十分显著的节能降耗效果，并且还可以改善焦炭质量，提高焦炉生产能力。
2.炼钢工序
就我国炼钢企业发展现状来看，以转炉能耗最大，在进行降耗研究时需要将其作为重点。转炉炼钢环节，C-O反应会产生大量富含CO的烟气，温度可以达到1550～1700℃，可以带出大量潜热与显热，对其进行余热回收利用研究，需要通过强化换热来对烟气热量进行有效回收，同时可以通过开发低品质余热蒸汽高效发电系统来提高热工转换效率。现在常用技术有湿法除尘工艺与干法除尘工艺，均可通过设置汽化冷却烟道，将烟气温度由1500℃降到800℃左右。传统湿法除尘工艺采用大量循环水喷水降温，工艺要求较低，煤气回收量大，并且系统稳定性高，但是在实际应用过程中所需水资源量大，并且还会对环境产生一定影响。干法除尘工艺则设置蒸发冷却器，通过蒸汽引射循环水将烟气快速冷却至160℃左右，再通过电除尘器对烟气做除尘处理[4]。
3.轧钢工序
现在大部分钢铁企业轧钢生产工序得到了更新，热送热装与在线加速冷却技术得到了广泛应用。此工序中轧钢加热炉为主要能耗设备，在进行余热回收利用研究时，可以利用空气换热器、炉底辊道汽化冷却余热锅炉以及煤气换热器等来对轧钢加热炉烟气余热进行回收，将其温度降低到200℃以下。
结束语：
钢铁企业生产中能耗大，想要提高其资源生产利用效率，除了要做好各生产环节的优化外，还需要做好余热回收利用的研究。即结合钢铁企业生产特点，确定余热回收利用研究方向，选择合适的方法，针对不同生产环节进行分析，通过设置专业设备，以及对生产方式进行优化，争取不断提高余热回收利用综合效率。
参考文献：
[1] 仇芝蓉.我国钢铁企业余热资源的回收与利用[J].冶金丛刊，2010，06：47-50.
[2] 陈春霞.钢铁生产过程余热资源的回收与利用[D].东北大学，2008.