摘要：冶金行业作为高能耗产业，其烧结、炼钢、轧钢等环节产生的余热若未有效回收，将导致能源浪费并加重环境负担。针对当前余热回收技术存在的效率低、适配性差等问题，文章从技术改进、系统集成、智能调控三方面提出节能优化方案，通过引入高温蓄热式回收和低温余热梯级利用技术提升余热捕获效率，优化系统集成实现与生产流程的协同运行，并应用智能调控技术动态调整回收策略。实际案例验证表明，该方案可使冶金企业余热回收率提升25%~35%，吨钢能耗降低80~120kg标准煤，为行业绿色低碳发展提供关键技术支撑。

　　关键词：冶金热能工程；余热回收；节能优化；梯级利用；智能调控

　　在“碳达峰、碳中和”战略目标驱动下，冶金行业作为能源消耗与碳排放核心行业，节能降耗已成为其实现产业转型升级的核心命题。当前，国内多数冶金企业虽已配备余热回收装置，但仍存在诸多问题，其一，高温余热回收装备耐高温性能不足，易出现腐蚀、堵塞等问题，导致换热效率逐年下降；其二，温度低于200℃的低温余热，受限于回收技术难度大、投资回报周期长等因素，经济性欠佳，目前多数企业仍处于未充分回收状态，甚至直接排放；其三，余热回收系统与生产工艺协同性不足，缺乏动态调控机制，无法根据冶炼工况波动实时调整运行参数，造成余热资源错配与能源浪费。因此，研究冶金热能工程余热回收的节能优化技术，对提升余热利用率、降低企业生产成本、实现绿色生产具有重要现实意义。

　　1冶金热能工程余热分布与特性分析

　　1.1主要生产环节余热类型

　　冶金生产各核心工序因工艺需求不同，产生的余热类型与特性存在明显差异。烧结工序在铁矿粉焙烧固结过程中，会同步产生高温烟气与烧结矿显热。烟气伴随原料燃烧与粉尘夹带，含尘量达30~50g/m3且含有SO2、NOX等腐蚀性气体，受烧结机产量波动影响，温度在300~400℃间起伏；刚出炉的烧结矿温度达600~800℃,以显热形式缓慢释放。炼钢工序的余热集中于转炉吹炼环节，一方面生成1200~1600℃的高温烟气，携带大量铁氧化物粉尘且含可燃的CO，另一方面1500~1600℃的钢水在连铸冷却时，会持续4~6h释放高热量显热。轧钢工序则有两类余热：一是加热炉为钢坯升温产生的800~1000℃烟气，温度稳定但因燃料含硫，烟气SO2浓度较高；二是轧制后钢材残留的300~500℃中低温显热，需快速回收以减少热量损耗[1]。

　　1.2余热特性参数量化

　　不同工序余热的温度、流量及可回收热量直接影响回收技术选择，具体参数如表1所示。

　　由表1可知，转炉钢水显热与烧结烟气余热的可回收热量最大，是节能优化的重点对象；而轧后钢材余热温度较低，需采用适配的低温回收技术。

　　2当前余热回收技术存在的问题

　　2.1高温余热回收设备性能不足

　　针对转炉1200℃以上的高温烟气，现有余热锅炉多采用普通碳钢材质，长期运行后易因高温氧化和粉尘磨损导致管壁变薄，换热效率从初始的85%降至50%以下。部分企业虽选用耐热钢材质，但成本过高，且未配套有效的清灰装置，烟气中的粉尘堆积在换热管表面，进一步降低传热效果[2]。

　　2.2低温余热回收经济性差

　　对于温度低于200℃的余热，如轧钢冷却水余热（温度50~80℃)、烧结机尾部低温烟气（温度150~200℃),现有技术多采用板式换热器加热生活用水或车间供暖，但回收收益难以覆盖设备投资与运行成本。以某轧钢厂为例，其冷却水余热回收系统年运行成本约80万元，而节约的能源费用仅60万元，导致系统长期处于停运状态。

　　2.3系统协同性不足

　　多数冶金企业的余热回收系统独立运行，未与生产工艺联动。例如，烧结烟气余热锅炉的蒸汽产量固定，当烧结机产量波动时，多余蒸汽无法及时利用，只能通过放空阀排放；炼钢转炉余热回收系统未与钢水连铸工序衔接，钢水显热仅通过自然冷却释放，未实现热量梯级利用[3]。

　　3冶金热能工程余热回收节能优化技术

　　3.1高温余热回收技术优化

　　3.1.1耐高温材料升级

　　针对转炉1200~1600℃的高温烟气回收难题，核心突破点在于耐高温材料的升级迭代。传统余热锅炉换热管多采用Q235普通碳钢，在高温烟气长期冲刷下，管壁易发生氧化腐蚀与粉尘磨损，通常3年就需更换，且换热效率从初始85%逐年降至50%以下，严重影响余热回收效果。优化方案选用镍基合金制作换热管，该合金含镍量超60%，并添加铬、钼等元素，耐高温上限可达1800℃,能完全适配转炉高温烟气环境，抗腐蚀性能较普通碳钢提升40%，使用寿命延长至8年，大幅降低设备更换频率与维护成本。同时，为解决烟气中粉尘附着导致的传热效率下降问题，在换热管表面喷涂Al2O3陶瓷涂层，涂层厚度控制在0.1~0.2mm，表面粗糙度Ra≤0.8μm，可减少粉尘黏附率60%以上，清灰周期从15天延长至60天，使换热效率稳定维持在80%以上[4]。

　　3.1.2蓄热式回收系统应用

　　在轧钢加热炉800~1000℃烟气回收中，蓄热式回收系统凭借“高效储热、按需释放”的优势，成为节能优化的关键技术。该系统核心组件为蜂窝陶瓷蓄热体，其材质选用堇青石-莫来石，具有耐高温、导热系数高、孔隙率大的特点，单块蓄热体尺寸为150mm×150mm×300mm，通过模块化拼接形成蓄热床，确保烟气与蓄热体充分接触。工作时，高温烟气先进入左侧蓄热床，蓄热体快速吸收热量，温度从常温逐步升至700℃；当左侧蓄热体达到饱和状态后，系统自动切换气流通道，常温助燃空气进入右侧蓄热床（已吸收热量的蓄热体），在蓄热体加热下，助燃空气温度从25℃快速升至500℃,再送入轧钢加热炉参与燃烧。这种“交替蓄热-放热”的模式，能将烟气余热回收率从传统换热方式的55%提升至85%以上，使加热炉燃料（高炉煤气）消耗降低30%[5]。

　　3.2低温余热梯级利用技术

　　3.2.1低温发电与供暖结合

　　针对烧结机尾部150~200℃的低温烟气，传统回收方式因效率低、收益差被长期忽视，而“低温发电+供暖”的梯级利用模式，有效破解了这一难题。该技术以有机朗肯循环（ORC）发电为核心，选用R245fa作为循环工质，其沸点为15.3℃,在低温环境下易气化，发电效率可达12%~15%，远高于传统蒸汽发电（低温段效率仅5%~8%）。系统工作流程为：低温烟气先进入ORC蒸发器，加热工质使其气化产生高压蒸汽，推动涡轮发电机发电；发电后，工质经冷凝器冷凝为液态，循环利用，此时烟气温度降至80~100℃,再进入板式换热器加热循环水，用于车间冬季供暖或职工浴室热水供应，实现“发电-供暖”的梯级能量利用，余热总利用率提升至70%以上。

　　3.2.2余热驱动吸收式制冷

　　在夏季，轧钢冷却水50~80℃的低温余热，可通过吸收式制冷技术转化为冷能，为车间空调降温，实现“余热变冷源”的创新应用。该技术核心设备为溴化锂吸收式制冷机组，以水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂，利用余热加热溴化锂溶液，使其产生水蒸汽，水蒸汽在冷凝器中冷凝为液态水，再经节流阀降压后进入蒸发器，吸收空气热量气化，产生7~12℃的冷风，送入车间降温；汽化后的水蒸汽被溴化锂溶液吸收，形成浓溶液，循环进入发生器加热，完成制冷循环。与传统电动空调相比，该技术无需消耗大量电能，仅需少量辅助动力（如溶液泵耗电），制冷能耗降低60%以上。

　　3.3智能协同调控系统构建

　　3.3.1动态监测与调控

　　余热回收系统的高效运行，离不开精准的动态监测与智能调控，这一技术通过“传感器采集-PLC控制-设备联动”的闭环模式，解决了传统系统“被动运行、响应滞后”的问题。首先，在烧结机烟道、转炉烟罩、轧钢冷却水管道等余热产生环节安装高精度传感器，温度传感器实时监测余热温度，流量传感器记录烟气或水流速，压力传感器监控系统压力，所有数据通过工业以太网传输至中央控制室PLC系统。PLC系统根据预设算法，自动调整设备运行参数，当烧结机产量增加，烟气流量上升时，自动调大余热锅炉引风机转速，提高烟气收集量；当炼钢转炉停炉，余热减少时，自动降低余热锅炉给水量，避免蒸汽产量过剩；当蒸汽用量减少，则将多余蒸汽导入容积为50m3的蓄热器存储，压力维持在0.8~1.0MPa，待用量增加时再释放，避免蒸汽放空浪费。

　　3.3.2全流程热量协同

　　突破“工序孤立、热量分散”的局限，构建“烧结-炼钢-轧钢”全流程余热协同网络是提升企业整体余热利用率的核心策略。该网络以“热量梯级利用、跨工序调配”为原则，将各工序余热按需分配至最需要的环节。烧结工序烟气余热产生的0.6MPa低压蒸汽，不再仅用于本工序预热，而是通过管网输送至炼钢转炉，为氧枪冷却系统提供热源，替代原有电动冷却泵，降低炼钢工序电耗。在转炉钢水连铸工艺中，通过安装结晶器余热回收系统，可有效回收钢水在1500~1600℃高温区间释放的显热。该系统将部分余热用于加热连铸循环冷却水，使其温度提升至80℃。随后，该高温热水被输送至轧钢工序，作为钢坯入炉前的预热介质，使钢坯表面温度从环境温度（25℃)均匀升至80℃。这一工艺优化显著降低了轧钢加热炉的燃料消耗，实现了能源的高效梯级利用。轧钢加热炉800~1000℃烟气，经蓄热体回收后，剩余150~200℃余热，通过热风管道送回烧结工序，用于铁矿粉原料预热，降低烧结机燃料用量。

　　4节能优化技术应用效果验证

　　某大型钢铁企业年产能500万吨，其烧结、炼钢、轧钢工序长期存在余热回收短板，转炉高温烟气余热回收率仅40%，换热管因高温腐蚀3年需更换一次，烧结机尾部150~200℃低温烟气与轧钢50～80℃冷却水余热利用率不足15%，多直接排放。各工序余热系统独立运行，蒸汽放空率达15%，年额外消耗标准煤超3万吨，不仅推高生产成本，还不符合“双碳”政策要求，亟需系统性技术改造。

　　企业针对性部署三类核心技术：其一，高温余热回收端，将转炉余热锅炉换热管更换为镍基合金材质并喷涂陶瓷涂层，轧钢加热炉加装蜂窝陶瓷蓄热式回收系统；其二，低温余热利用端，烧结机尾部配套1.5MW有机朗肯循环（ORC）低温发电机组与供暖系统，轧钢车间安装溴化锂吸收式制冷机组；其三，智能调控端，全厂区部署温度、流量、压力传感器，构建“烧结-炼钢-轧钢”全流程热量协同网络，实现余热参数实时监测与跨工序热量调配。

　　改造后关键指标显著改善，如表2所示。整体余热回收率从32%提升至67%，吨钢能耗降低120kg标准煤，年节约标准煤3.2万吨，折合减少CO2排放8万吨；经济效益上，年发电量增加200×104kW·h，供暖与制冷成本降低240万元，蒸汽放空损失减少180万元，综合年节约成本3050万元，项目总投资7600万元，回收期仅2.5年；设备维护方面，转炉余热锅炉换热效率稳定在80%以上，清灰周期延长4倍，维护成本降低60%，轧钢加热炉燃料消耗减少30%，充分验证了技术的可行性与实用价值。

　　5结论

　　冶金热能工程余热回收的节能优化需要针对不同余热特性，从技术升级、梯级利用、智能协同三方面突破。通过高温材料升级与蓄热技术应用，解决高温余热回收效率低的问题。借助ORC发电、吸收式制冷等技术，提升低温余热经济性；构建智能调控网络，实现全流程热量协同。实际案例表明，节能优化技术可大幅提升余热回收率与企业经济效益，为冶金行业实现碳达峰、碳中和目标提供有效路径。未来，还需进一步研发高效低成本的余热回收材料，推动余热回收技术与数字化、智能化深度融合，持续提升冶金行业能源利用效率。

　参考文献

　　［1］李孟想.冶金企业低品位余热回收技术的创新与优化［J］.能源与节能，2024（5）：84-87.

　　［2］谭煜，王亿，李晓鹏，等.化学法回收高炉渣余热的现状及展望［J］.材料与冶金学报，2025，24（3）：207-214+252.

　　［3］王建军，李金枝，安东东，等.轧钢冷床余热高效智能绿色回收系统［J］.冶金动力，2025（2）：88-91.

　　［4］刘春雨，张杰，陈云柯，等.热风炉余热回收技术、工艺及装置综述［J］.四川冶金，2025，47（2）：83-86.

　　［5］万庆明，周春丽.高温多尘冶金烟气能质回收技术新进展［J］.节能，2025，44（7）：148-152.