熔盐储热技术在钢铁工业应用的现状及发展前景——《中国冶金报》正式发布，各大行业媒体争相转载
近日，《中国冶金报》发布题为《熔盐储热技术在钢铁工业应用的现状及发展前景》的专题文章，文章通过梳理分析熔盐储热技术的发展及其在钢铁工艺中的创新应用，阐述熔盐储热技术在钢铁行业能源的综合利用提效中的可行性以及所起到的重要作用以及未来的发展前景。中国钢铁新闻网、中华网、凤凰网、中国工业在线、钢企财经等各大媒体平台争相转载。
钢铁企业低碳转型在即
储热为其用能降本增效
我国是钢铁大国，钢铁行业作为高耗能行业，随着国家能源体制改革逐步深化、政府对钢铁能源结构调整要求提高、市场驱动钢铁产品多变造成能源结构改变，钢铁生产既面临能源、资源、环境的强约束，又面临节能技术突破遭遇瓶颈，而低碳清洁能源比例低、集中式能源供应系统柔性不足、能源回收与能源转换效率提升难、钢铁生产和能源利用时空匹配难等问题更加突出的现状。因此，在“双碳”目标压力下，钢铁绿色低碳转型发展亟需节能新理论、节能新技术。通过工艺能源消耗的过程节能提效，引入新能源优化能源结构，提高能源调度灵活性降低用能成本，是实现钢铁企业减碳提升竞争力的重要路径。
储热技术优势在于可以解决能源波动、不连续而导致的能源利用率低、设备效率低等问题，同时提高企业对于新能源的消纳能力；进一步的，储热技术通过与工艺相结合，提升企业整体能源调度灵活性，可以允许工艺设备设计或运行在较低的负荷，从而降低投资和运行成本。
熔盐储热优势明显，
可实现多行业广泛大规模应用
熔盐是熔融盐的简称，指金属阳离子和非金属阴离子所形成的熔融态无机盐，故也可认作离子液体。熔盐在常温常压下为固态，达到一定温度后转变为液态，液态熔盐中阴阳离子之间的相互作用使其具有特殊的物理及化学性能，适合作为传热储热的媒介。根据阴离子种类的不同，常见熔盐大致分为氟化盐、氯化盐、碳酸盐、硫酸盐和硝酸盐等。
作为储热材料大规模应用时，需要熔盐具有熔点低、分解温度高、黏度低、热导率高等特点。因此在目前常用的熔盐材料中，硝酸盐体系相对能满足上述要求，最为适合用作熔盐储热介质，由硝酸钾、硝酸钠组成的混合熔盐已成功应用在太阳能热发电站的商业案例中，因此成为目前应用最广、装机容量最大的储热材料。近几十年来，硝酸熔盐组作为传热储热介质被大众熟知，是由于其在光热电站上的大规模应用，近些年，随着硝酸熔盐储热系统的运行越来越成熟稳定，其储热应用也逐渐扩展到清洁能源供热、火电深度调峰、余热回收等应用。
储热适用于钢铁制造长流程
可有效利用工艺各环节余能
熔盐储热在低品位蒸汽提质的综合应用
目前我国的钢铁制造流程主要以长流程为主，具有典型的耗散结构特征，在钢铁制造的能源流中，热能是位于整个能源流的中心，在一次能源和二次能源之间建立联系。因此，热能储存方法可以通过弥合热量供需缺口，实现热能生产和消耗的匹配。储热技术能够连接所有能源形式，包括机械能、电能、化石燃料和光能等，通过减少热损失、余热回收等方式，提高能源利用率。进一步的，储热技术通过与冶金工艺相结合，提升钢铁制造流程整体能源调度灵活性，可以允许工艺设备设计或运行在较低的负荷，从而降低投资和运行成本。
图：热能在钢铁能源链中的关系
从各个环节余热资源分布来看，每个环节均有余热产生，余热资源种类较为丰富，主要包含余压、烟气、煤气和显热等，主要集中在炼铁、炼钢等工艺环节。炼铁、炼钢工艺环节产生的余热资源占整个钢铁余热资源的60%；各工艺环节中产生的煤气资源占整个钢铁余热资源的50%。储能在钢铁生产一直被应用，煤气系统中的“煤气柜”作为煤气缓冲与储存装置，在系统中可以视为储能设备，这是钢铁工业能源系统中最为重要的蓄能设施；蒸汽系统中，蒸汽蓄能器也是一种重要的蓄能装置。但是目前储能技术的应用仍然比较少，在新的发展形势下，将成熟的熔盐储热系统在钢铁生产中创新应用前景非常广阔。
图：钢铁余热资源分布情况
熔盐储热在低品位蒸汽提质的综合应用
目前，冶金企业利用余热产生蒸汽的技术主要有：干熄焦、烧结环冷余热发电、转炉煤气汽化冷却、电炉烟气余执回收和加热炉烟气汽化冷却等。然而，这些余热蒸汽品质普遍较低，且受生产工艺影响，某些蒸汽还具有间歇性和周期性的特点，这不仅限制了蒸汽后续利用，也降低了余热回收效果。利用熔盐将间歇性和周期性的高温余热进行回收并存储，对冶金过程中多点的低品位饱和蒸汽进行过热，或者直接转化为稳定可持续的高温蒸汽，使发电功率和能源利用效率得到大幅提升，改善余热发电系统的经济性，同时提高余热发电系统的灵活性，显著提高经济效益。
图：低品位蒸汽过热提质综合利用技术路线
炼钢过程中产生的高温余热采用熔盐作为换热储热介质，通过烟气-熔盐换热器加热熔盐。通过熔盐储热系统将间歇性余热资源变为稳定输出的热源，整个循环系统可以使高温余热保持高品质热能，同时也可提质低品位蒸汽,有效降低企业的用能成本,大幅提高钢铁厂高温余热的回收利用效率。
熔盐储热在煤气发电调峰中的应用
煤气发电在钢铁冶炼过程中，主要起到被动消纳煤气的作用，所以主动调节能力较弱，因此钢铁企业作为重要的电力用户主动参与电网平衡，在应对未来新能源更大规模、更高质量发展中，起到的作用就较弱。熔盐可利用的最高温度，与目前煤气发电机组的运行温度比较匹配，因此利用熔盐储热与煤气发电机组耦合，实现对煤气发电机组灵活性的提升，从而实现钢铁企业的调峰功能。
图：熔盐储热在煤气发电调峰中应用的技术路线
2022年6月，建龙集团与思安新能源签定煤气综合利用发电项目技改工程合同，此项目作为煤气熔盐储热调峰应用场景在钢铁行业的首个示范案例。项目拟建设一套装机规模5MW的燃烧高炉煤气加热熔盐进行调峰和消纳新能源光伏发电系统，系统设计储热6h，放热6h，产生高温超高压参数的蒸汽，并入煤气发电机组发电，可实现调峰30000kWh/d。设计按机组日运行小时数按24小时，年运行小时数按8000小时计。新建熔盐换热器可实现副产高温超高压13.7MPa，540℃蒸汽，为煤气发电项目提供调峰蒸汽。目前项目正在紧张设计施工过程中，预计今年下半年度成功交付运营。
熔盐储热技术未来发展前景和展望
硝酸熔盐储热技术作为目前大规模储能技术中应用较为成熟稳定的技术，正受到越来越多的重视，并且在清洁能源供热、火电深度调峰、余热回收等领域有了一定规模化的应用。在新的发展形式下，钢铁企业节能提效的力度加大，需要在传统节能的理念上进行创新，储热技术在不同的技术利用余热余能中是一个强大的热管理工具，根据前期的实践证明，熔盐储热系统在钢厂中的创新应用，能够给钢铁企业带来多种益处。
1.稳定煤气、烧结、转炉等波动较大余热余能资源的热能输出，提高余热发电机组发电效率。
2.在差别电价约束下，利用峰谷价差生产，保证生产的同事降低企业生产成本。
3.在减产减排降耗约束下，通过调峰服务，促进可再生能源消纳，降低单位产能的碳排放，避免大量压缩产能，减少企业损失。
4.参与电力辅助服务，进行需求侧响应，通过低成本电力和服务补贴，增加企业收益。
结语
在能源密集型制造业中，钢铁制造行业是迄今为止最受关注的行业，在“碳达峰”“碳中和”的背景下，及钢铁节能空间日趋变窄的严峻形势下,通过充分发挥储热系统在构建多能互补的综合能源体系中的作用，提高余热余能资源利用率，加大可再生能源应用比例,加快推进钢铁能效提升及能源结构优化，同时降低CO2排放和能源成本，这是未来提升企业竞争力的重要途径。
