钢铁工业能源现状和管理.docx

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钢铁工业能源现状和管理

钢铁工业能源现状和管理

　　一、2004年中国能源消耗总量为19.7亿吨标准煤,其中钢铁工业消耗2.99亿吨标准煤（含矿山、铁合金、焦化、耐材等行业），占中国能源总消费量的15.18％。

2007年钢铁工业总能源占全国能耗14.71%，工业废水排放量占工业排放总量8.53%，工业粉尘排放量占工业总排放量15.18%。

　　1、钢铁工业用能结构

表.1  钢铁工业能源消费构成                              单位：

％

煤炭

电力

石油类

天然气

2004年中国

69.90

26.4

3.20

0.50

焦煤、煤粉47.93

动力煤21.97

日本

85.72

1.9

2.38

0

焦炭、煤粉51.58

副产煤气34.12

厂内使用22..22

发电11.9

宝钢

88.78

11.0

0.22

0

焦炭58.45

煤粉16.20

动力煤13.94

 说明：

　　⑴钢铁工业的用能是以煤炭为主，占70％以上。

钢铁工业用能发展趋势是向多买煤，少买电力和石油类产品，不用天然气方向发展。

　　⑵日本钢铁企业自发电量占企业总用电量50％，说明充分利用好副产煤气对节能有重大意义。

　　⑶副产煤气（高炉、焦炉、转炉煤气）的热值是企业购煤总热量的34.12％。

数值巨大，煤气使用好坏对企业能耗会产生重大影响。

应高度重视钢铁企业煤气应用情况，尽最大限度科学、合理地发挥其作用。

　　⑷钢铁企业尚没有向社会上供电的能力，也没有必要刻求。

　　2、钢铁企业煤气性能和使用情况

表2. 煤气性能

热值kJ／m³

高炉煤气

转炉煤气

焦炉煤气

发生量m³／t

2800～3500

7000～8400

17000～19500

1700～2000

80～120

350～430

成份％

CO2

14～22

5～7

2～3

CO

24～30

60～90

5～7

H2

1～2

0.5～2.0

55～60

N2

57～59

10～20

4～10

CH4

0.3～0.8

24～27

O2

0.3～0.8

CnH2n-2

1～2

表3  2007年前三季全国重点钢铁企业煤气使用情况

高炉煤气放散率％

焦炉煤气放散率％

转炉煤气回收率m³／t钢

平均值

6.67

3.37

63

先进值

0（15个企业）

0（24个企业）

115

落后值

23.96

13.54

0（16个企业）

 说明：

（1） 从表2可看出转炉煤气热值是高炉煤气的热值1倍多，但全国重点钢铁企业（79个单位）有20个单位没有进行回收利用，这是个很大的浪费。

国外工业发达国家转炉煤气回收量在100m³／t钢左右，而我国在56m³／t钢这也是个浪费。

　　存在的主要问题是：

　（a）转炉容积偏小，回收投资大，难于管理。

　（b）转炉除尘技术部份企业尚未过关。

　（c）转炉煤气回收后，没有设置煤气储存柜，用户没能落实。

　（d）企业管理尚存在缺陷。

　　转炉煤气回收量大于100m³／t钢，煤气显热可回收90㎏／t钢蒸汽，且能使回收的物质得到充分利用，就可以实现负能炼钢。

（2）焦炉煤气合H2大于55％，去烧掉太可惜了，应当提取H2去做清洁燃料（技术已过关，储存方法也解决了，只是经济问题），也可再转换为二甲醚，可代替汽油，还可以去用作直接还原炼铁（最好的还原剂），首钢已在可行性研究。

　（3）煤气要先得到充分利用，最后有富余量才去发电。

因为煤气用于发电能量转化率不高。

煤气－蒸汽－发电工艺能源转化率在25％左右，煤气－燃气轮机－发电工艺能源转化率在45％左右。

　（4）采用蓄热式燃烧技术（在热风炉、轧钢加热炉等）可以将低热值的高炉煤气得到充分利用，可发替换出高热值的焦炉煤气，去创造出更多的经济价值。

　　3.近年全国重点钢铁企业各工序能耗情况

表4  重点钢铁企业各工序能耗情况                       单位：

㎏ce/t

    年

吨钢综

合能耗

吨钢可

比能耗

烧结

球团

焦化

炼铁

转炉

电炉

轧钢

2     2000

920

760

69.50

159.34

464.53

29.04

273.83

118.76

2    2001

876

870

68.71

153.78

448.32

27.82

241.29

108.97

      2002

815

700

67.26

40.12

149.81

454.21

27.02

230.20

101.32

     2003

778

696

65.90

41.28

140.58

483.89

25.45

210.49

97.34

     2004

761

705

66.38

42.00

142.21

466.20

26.57

209.89

92.91

热宽84.67

冷宽100.46

热窄72.46

    2005

741.05

714.12

64.83

39.62

142.21

456.79

36.34

201.02

88.82

热宽80.52

    2006

645.12

623.04

55.04

33.08

123.41

430.59

8.17

70.05

64.12

    2007

平均

632．12

612．27

55．21

123．11

426．84

6.03

81．34

63．08

先进

490.42

532.69

38.04

82.84

377.89

-16.07

46.71

28.24

落后

775.65

807.40

85.26

434.63

569.32

37.98

171.63

220.72

 2008

 首季

624．13

613．09

56．98

30.0

116．02

426．09

5．59

85．27

58．19

说明：

（1）2007全国产钢4.69，年增长率在18.48％，但吨钢可比能耗是下降6.2%。

由于钢铁工业节能成绩显著，能源年增长率低于钢产量增长率。

（2）从2007年统计数据可看出钢铁企业之间能耗的先进水平与落后水平之间的差距甚大，说明企业的节能潜力巨大。

　　（3）工业发达国家的吨钢可比能耗为642㎏ce／t与我国重点钢铁企业平均值相比差11.2％，是因能源统计和能源介质析标系数等方面出现问题，出现数据失真情况。

本人认为我国钢铁工业总体能耗水平与国际先进水平之间的差距在15％左右。

　　（4）2006年以后国家规定电力折标煤系数从0.404Kgce/kwh改为0.1229Kgce/kwh致使全行业能耗指标约下降18%。

表5：

钢铁工业工序能耗与国际先进水平比较

综合能源

烧结

焦化

球团

炼铁

转炉

电炉

轧钢

其他

2005年

741

64.83

142.21

39.62

456.79

36.34

201.02

88.82

工业发达国家先进水平

642

655

51.89

128.1

437.93

-8.88

198.60

含冷轧钢

128.00

工序能耗占行业比例%

12.13

6.45

1.03

59.26

3.58

2.33

10.22

5.00

表6：

2006年全国重点钢铁企业电、水、物耗情况

采矿

选矿

烧结

球团

焦化

炼铁

转炉

电炉

轧钢

热轧

电耗，kwh/t

1.35

29.03

37.89

34.85

36.79

67.69

43.46

280.08

100.39

84.05

水耗m³/t

7.06

0.54

1.33

5.91

29.65

12.29

38.99

19.44

18.28

耗新水

m³/t

0.88

0.26

0.42

2.09

2.38

0.93

2.27

2.02

2.47

物耗

剥采比

3.56

选矿比

2.52

单耗

0.929

矿耗

1.024

煤耗

1.39

矿耗

1.668

金属料耗

1.106

金属料耗

1.127

成材率

96.45

成材率

96.17

 说明：

（1）炼铁系统占钢铁工业总能耗的78.87％。

所以钢铁联合企业的节能工作重点应在炼铁系统，同时又是环境治理的重点。

（2）据统计2007年我国有13个单位烧结工序能耗达到国际先进水平，新余为38.04Kgce/t，炼铁有38个单位，焦化有5个单位。

说明我国在一些钢铁企业中主要工序的节能技术装备水平已经达到了国际先进水平,在能源管理和生产技术操作水平等方面已经有能力达到国际先进水平。

对于全行业来讲是需要加强节能的普级与提高工作。

　　（3）”十五”以来，全国重点钢铁企业加大节能工作力度，吨钢可比能耗下降6.04%，炼铁工序能耗下降1.66%，焦化工序下降1.08%，烧结工序下降6。

72%。

　　（4）我国炼钢系统能耗与国际先进水平的差距最大，是目前钢铁行业节能工作应加强的地方。

炼钢节能在工艺、技术、装备和操作上是技术难点、只是在投资和管理上要做工作。

一. 钢铁工业的能源管理

1、钢铁企业能源分类

（1）一次性能源：

自然界原来就存在，没有经过加工或转换。

　　品种：

煤炭、石油、天然气、电力。

（2）二次性能源（或为再生能源）；以多种形式由其它载能体转换而来的。

　　品种：

煤气、蒸汽、压缩空气、物体显热、液体或气体的压力能。

2、钢铁企业的能源管理

（1）节能概念

 节能含义；包括减少浪费和增加回收两个部份。

　　减少浪费：

加强对用能的质量和数量的管理，优化用能结构，

　　减少物流损失，能源介质的无谓排放等。

　　增加回收：

大力回收生产过程中产生的二次能源（包括余压、余热、余能和煤气等）。

 节能工作的内容；直接节能和间接节能　

　　直接节能：

减量化用能，提高能源利用效率、降低产品单位能耗。

　　间接节能；工艺结构调整、优化工艺流程、减少生产中间环节、提高产品性能和寿命等。

（1）节能工作的内涵

　　钢铁企业节能工作包括；管理节能、结构节能和技术节能

　　管理节能；通过对企业现代化管理，建立相应的节能工作制度和实施细则，设立监管机构（如能源管理中心），最终实现所制订的节能目标。

　　钢铁企业能源管理中心的工作内容是；监测、控制、调整、故障分析诊断、能源平衡等。

如能够实现现代企业管理，就可以产生节约公司总能耗的5％的效果。

公司能源管理中心的工作目标为：

（1）提高各类能源的使用效率，实现各类能源介质的优化调控，促进节能降耗；

（2）以减少能源中心定员，节约成本，提高工作效率；

　　（3）调度管理人员可以更全面地了解能源系统，提高能源管理水平；

　　（4）及时发现能源系统故障，加快故障处理速度，使能源系统更安全；

　　（5）使能源系统的运行监视、操作控制、数据查询、信息管理实现图形化、直观化和定量化。

　　马钢、宝钢、鞍钢、本钢、上一、梅山等企业均有好的工作业绩。

能源管理中心的工作是与生产一线同步进行。

而不应是离开生产，事后再统计分析。

这就要求调控要科学、及时、有效。

　　要树立系统节能的观点，打破工序之间的专业界限，站在高层次上来深入研究企业整体节能的科学性、合理性、实用性。

要在三个层次上（单体设备、各生产工序、钢铁联合企业）进行综合研究，目标是提高能源利用率。

如宝钢高炉可以喷煤比达260㎏／t，但高煤比会使高炉煤气发热值贫化，造成充分利用低热值高炉煤气产生负面影响。

但是，高喷煤比是炼铁技术发展方向。

要研究各企业在不同条件下煤气发热值和高炉煤气利用率的最佳方案，以最终全公司有最佳节能效果为基准。

宝钢就订出高炉喷煤比在200㎏／t左右。

《十一五科技发展规划》中指出钢铁工业有三大功能，完成各类钢铁产品的制造、能源转换、消纳社会上部份废物。

做为能源转换功能是要进行科学分析、优化操作、精细管理。

　　国内外钢铁工业的用能结构均向多买煤、少买电、提高能源转化率和使用效率方向发展。

大力回收钢铁企业的二次能源，并要得到科学、合理的应用已成为钢铁企业节能降耗的工作重点。

为此，各企业要根据实际情况制订出科学、可行的企业节能规划。

　 结构节能

　　调整钢铁工业生产工艺结构，用能结构可以实现节能。

如提高炼铁喷煤比、增加球团配比、采用连续铸钢工艺，采用薄板坯连铸连轧工艺，轧钢坯料热装工艺等技术均可实现节能效果。

　　焦化工序能耗是142.21㎏／t，喷吹煤粉工序能耗为20～35㎏ce／t，多喷吹煤粉，改变了高炉炼铁用能源结构，少用焦炭可节能1.5％。

这是高炉炼铁工序结构调整中心环节。

　　球团工序能耗33㎏ce／t、烧结工序能耗66.38％，多用球团，少用烧结就可节能。

同时球团含铁品位高于烧结，又可以实现提高入炉矿品位的效果。

　　连铸比模铸减少能耗25％～50％，薄板坯连铸连轧要比传统的模铸－开坯－热轧节能70％，连铸坯热装热送和直接轧制技术可节能35％。

　　采用短流程电炉生产工艺，就会节省了烧结、球团、焦化、高炉工序能耗。

　　钢铁比每升高0.1，吨钢综合能耗会上升约20Kgce/t。

　 技术节能

　　  采用先进的工艺、技术、装备、淘汰落后，可以促进节能工作。

这里只介绍几项关键节能技术，详细的分专业技术节能内容如下：

　　A）干法熄焦技术（CDQ）

　　从焦炉出来的红焦炭（950～1050℃）所含显热相当于炼焦生产消耗总热量35％～40％。

采用干法熄焦可回收红焦显热的80％，吨焦可产生3.9Mpa的蒸汽口0.45t（先进的可达0.6t）。

宝钢干熄焦可降低焦化工序能耗68㎏ce／t。

这是钢铁工业可回收余能所占比例的最大项目，约占可回收余能的一半。

　　干熄焦的焦炭质量得到提高，热反应性降低10％～13％，M40提高了3％～4％，M10改善0.3％～0.8％；在焦炭质量不变条件下，可多配10％～20％弱粘结性煤，可节水0.38t/t焦；高炉使用干熄焦的焦炭可降低焦炭质量不变化条件下，可多配10％～20％弱粘结性煤，可节水0.38t/t焦；高炉使用干熄焦炭可降低焦比2％，产量提高1％。

　　鞍山华泰公司对引进干熄焦技术装备进行消化、吸收、创新已能设计、制造150t/h的熄焦装置，其投资比国外同类设备低一半，其技术性能已达国外同类设备水平。

这对我国推广应用干熄焦起到了积极作用。

目前我国在建和建成的干熄焦已达94套。

　　采用高压锅炉发电技术，可以使CDQ的发电效率提高10％。

其蒸汽压力从5.4Kpa升到9.5Kpa，蒸汽温度从450℃升高到580℃，并可进一步采用二级蒸汽发电工艺。

　　B）高炉炉顶煤气压差发电技术（TRT）

　　理论上高炉炉顶煤气压力在80Kpa，TRT所发的电能与所用的电能平衡，煤气压力在100Kpa时会有经济效益，而煤气压力大于120Kpa时会有明显的经济效益。

　　TRT发电能力是随炉顶煤气压力而变化，一般每吨生铁可发20～40度电。

采用干法除尘，可提高发电量30％左右。

因煤气温度每提高10℃，发电透平机出力可提高3％。

一般在40-45度电，最高发电量可达54度电。

　　高炉鼓风能耗约占炼铁工序能耗10％～15％，采用TRT装置可回收高炉鼓风机能量的30％左右，可降低炼铁工序能耗11～18㎏ce／t。

　　从技术政策上讲，炉顶压力大于120Kpa的高炉均应当有TRT装置。

我国已有400多套TRT设施。

　　C）转炉负能炼钢技术

　　吨钢回收转炉煤气100m³t钢，煤气显热回收蒸汽50㎏／t钢，并使回收的热能得到充分利用就可发实现负能炼钢。

国外大型转炉基本上均是负能炼钢运行。

我国宝钢、武钢、鞍钢、本钢等钢企业也实现了负能炼钢。

所谓负能炼钢一般是指转炉工序，而铁水预处、连铸、炉外精炼工序能耗不在内。

2007年太钢转炉工序能耗为-16.07㎏ce／t，太钢为-13.24㎏ce／t。

2005年宝钢是包括铁水预处理，转炉工序能耗为-3.54㎏ce／t，连铸能耗为15.9㎏ce／t。

　　D）冶金炉窑高效燃烧技术

　　采用蓄热式高效高温空气燃烧技术可以使炉室节能15％。

热风炉采用空气、煤气双预热可从实现使用低热值高炉煤气，实现1200℃以上高风温。

轧钢加热炉采用此技术可使轧钢工序能耗降低19㎏ce／t。

目前全国已有270座加热炉使用了该技术。

　　E）烧结矿余热回收技术

　　用热空气冷却热燃结矿（烧结设计规范要求生产冷烧结矿），高温空气使锅炉产生高压和中压蒸汽，再进行发电；高温空气可以用于热风烧结，可使烧结工序能耗降低10㎏ce／t。

对于300㎡烧结机可配置12500KW的电站，蒸汽压力4Kpa,，温度在425℃，提高发电效率。

　　F）烧结工序节能

 固体燃料消耗占烧结工序总能耗75%～80%，电力消耗占13%～20%，点火能耗占5%～10%。

 烧结矿含铁品位由±1.0%降到±0.5%，高炉系数升高2%，焦比降1.0%，碱度波动由±1.0降到±0.05，高炉系数提高2.5%，焦比降1.3%。

 小球烧结、燃料分加、厚料层（650mm左右），可减少料消耗15～20Kg/t，降低烧结工序能耗5Kg/t，还可提高烧结质量。

　　烧结料层每提高10mm，燃耗可降低1～3Kg/t，FeO含量下降0.22%～0.5%。

 烧结尾矿在600～800℃，进行余热回收，可降工序能耗10Kgce/t。

马钢、济钢、已投入生产。

 对烧结机废气进行回收利用（其热值占烧结总能耗10%～20%），特别是1～5风箱废气温度高，用于热风烧结。

宝钢、南钢等企业已运行，降燃耗10%。

100℃热风，降燃耗5%。

 使用催化助燃剂可使烧结降低固体燃耗13%，增产5%。

 烧结机漏风减少10%，节电2度/t，减少烧结矿残碳损失。

 减少烧结固体燃耗的办法：

　　生石灰活性度每提高10ml，可降低燃耗1.5Kg/t，提高产量1%。

　　合理配矿：

少用赤铁矿和石灰石，配加钢渣。

焦粉粒度0.5～3.0mm。

　　提高料温：

每提高10℃，燃耗减少2Kg/t，提高一、二混温度。

　　强化制粒：

改善料层透气性，增加料层厚度

　　提高成品率，减少返矿：

返矿减少1.5%～3%，节焦粉0.6Kg/t。

　　偏析布料、双层配碳烧结：

使大颗粒料布在下层、燃料在上层。

　　固体燃料分加：

一次混合加20～30%的细焦粉，其余在二混。

　　热返矿量在30%，固体燃耗降10.4Kg/t。

　　FeO含量降低0.22%～0.5%。

　　配加轧钢氧化铁皮1Kg/t，可节燃耗0.2Kg/t。

　　烧结含粉率变化1%，影响焦比0.5%，影响产量0.5%～1.0%。

　　烧结直接还原度增加10%，焦比上升8～9%，产量下降8%～9%。

　　烧结间接还原度提高5%，高炉煤气中CO2升高，煤气利用率（ηco）升高0.66%。

配加5%左右钢渣，可降低固体燃耗3Kg/t。

 烧结矿的低温还原强度（RDI）每升高5%，煤气利用率降低0.5%，焦比上升1.55%，产量下降1.5%。

 烧结余热锅炉（在点火器之后）进行蒸汽回收，可节能2.5Kg/t。

 降低点火热耗：

控制点火负压，降燃耗6～12%，降能耗5～6%。

采用节能型点火炉（带状火焰、热风）　

 低温烧结　

　　烧结温度由1300℃降至1150～1250℃，可降低固体燃耗7%～8%。

 降低烧结矿中FeO含量：

FeO含量升高1%，能耗上升0.68Kgce/t，高炉焦比也会升高1%～1.5%。

 节约气体燃料消耗：

双斜式点火器，ML型幕式点火器对煤气、空气双预热　

 节电：

烧结主风机和除尘风机采用变频调速技术。

　　G）高炉炼铁节能：

 提高风温：

风温升高100℃，可降焦比15Kg/t，多喷2　0～30Kg/t煤粉，提高产量4%。

热风带入的热量占高炉输入总热量的16%～19%。

 富氧鼓风：

富氧1%，增产4.76%，风口理论温度升高35～45℃，允许多喷煤10～15Kg/t。

节焦比1%，煤气发热值升3.4%。

 脱湿鼓风：

鼓风温度由13%降到6%，可增加风量14%，节能10%，降焦比0.7Kg/t。

风中减少1g/m³水，可提高风温9℃。

 煤气中CO2含量提高0.5%，可降燃耗10Kg/t，降工序能耗8.5Kgce/t。

 生铁含Si降低0.1%，可降焦比4～5Kg/t。

 提高炉顶煤气压力10Kpa，可增产1。

9%，降焦比3～5%，有利于冶炼低Si铁，提高TRT发电能力。

 高炉冷却采用软水窑闭循环设施，可节水和节电。

 热风炉废气综合利用。

可用于煤粉干燥，对空气和煤气双预热，可提高风温，还可用于煤的脱湿和风选。

 对冷风管道进行保温，可提高风温9～17℃。

 　铁矿石还原度每增加1%，可节省碳素消耗6～7Kg/t。

 　高炉采用全风操作，由鼓风机方面控制风量，高炉不放风。

 高炉炼铁降低燃料比会减少吨铁风耗。

燃料1Kg标煤，鼓风量要2.5m³，消耗风机能耗0.85Kg标煤。

宝钢吨铁风耗为930m³/t左右。

 提高焦炭质量，炼铁节能：

焦炭质量变化

燃料比

利用系数

生铁产量

M40+1%

-5.0Kg/t

+4%

M10–0.2%

-7.0Kg/t

+5%

灰分+1%

+1～2%

渣量增加2%

-2.5%

硫分+0.1%

+1.5～2.0%

-2.0%

水分+1%

+1.1～1.3%

-5.0%

 焦炭热反应性增加一位时，每吨铁燃料消耗要增加5%～11%。

 吨铁渣量减少100Kg/t，可降低燃料比20～50Kg/t，增产8%。

 炼铁少用石灰石100Kg/t，降焦比30Kg/t。

     H）高炉炼铁精料技术对节能的影响

　 高品位是精料技术的核心：

　　入炉品位提高1%，炼铁焦比下降1.5%，生铁产量提高2.5%

 提高原燃料强度可降低炼铁燃料消耗。

　　烧结、球团转鼓强度提高1%，高炉产量升高1.9%，焦比下降。

 熟料比提高1%，炼铁焦比下降2～3Kg/t。

 原料成分要稳定：

烧结矿设计规范要求品位波动＜±0.5%，碱度波动＜±0.5%，含铁品位波动1%，高炉产量会影响3.9～9.7%，焦比变化2.5～4.6%；碱度波动0.1，高炉产量会影响2.0～4.0%，焦比变化1.2～2.0%。

 原燃料粒度要均匀，减少炉料填充效应，提高煤气