钢铁工业节能技术发展现状及趋势*

分类：冶金论文发表 时间：2018-09-18 09:19 关注：(1)

　　王海风郦秀萍周继程张春霞上官方钦

　　(钢铁研究总院先进钢铁流程及材料国家重点实验室)

　　摘要文章针对我国钢铁工业节能现状及问题进行分析，在总结节能技术发展历程的基础上，提出我国节能技术由单体节能向系统节能、能量流网络优化和建立工业生态链接方向发展，以及钢铁工业“重点推广”、“完善后推广”、“前沿探索”技术共17项，介绍了“单体节能”、“界面技术”和“工业生态链接”3类节能技术的应用案例。

　　关键词钢铁工业节能技术发展趋势

　　StatusanddevelopmenttrendofenergysavingtechnologyofchinesesteelindustryWangHaifengLiXiupingZhouJichengZhangChunxiaShangguanFangqin(CentralIronandSteelResearchInstitute)AbstractStatusandproblemsofenergysavingofChinesesteelindustrywerestudiedinthepaper.Thedevelopmenttrendofenergysavingtechnologywasputforwardbasedonsummarizingthedevelopmentcourseofenergysaving.Itisfromtheenergysavingoftheproceduretotheoptimizationoftheprocessandenergyflownetworkandtheindustrialecologychainwithotherindustryandsociety.Finally，17environmentalprotectiontechnologieswereproposedand3energysavingcaseswereintroduced.

　　Keywordssteelindustryenergysavingtechnologydevelopmenttrend

　　文章中钢铁工业是指钢铁生产企业，主要包括焦化、球团、烧结、直接还原铁、高炉炼铁、转炉炼钢、电炉炼钢、炉外处理(含铁水预处理与钢水精炼)、连铸、热轧、冷轧、深加工以及配套系统等，不包括铁合金、耐火材料和炭素等。中国钢铁工业能源动力成本约占总成本的30%～35%。面对日益严峻的外部市场压力和内部成本压力，中国钢铁工业亟需深层次挖掘钢铁制造流程的能源转换功能，发展节能技术。

　　1我国钢铁工业能源消耗现状及目标

　　1.1我国钢铁工业能源消耗现状

　　我国钢铁工业能源消耗量占全国能耗总量的13.3%[1-2]，重点钢铁企业吨钢综合能耗由2000年的0.920tce/t降至2015年的0.572tce/t。与“十二五”初相比，重点钢铁企业各主要工序能耗指标也有所进步(表1)。

　　我国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会于2013年10月10日发布、2014年10月1日实施《焦炭单位产品能源消耗限额(GB21342-2013)》、《钢铁生产主要工序单位产品能源消耗限额(GB21256-2013)》，规定了焦化、烧结、球团、高炉和转炉各工序能耗的限定值、准入值和先进值(表2)。钢铁企业节能压力巨大。

　　1.2存在问题

　　目前我国钢铁工业能源消耗存在的主要问题有以下几点。

　　(1)产业规模大、粗钢产量增速快，能耗总量大。虽然吨钢综合能耗逐年下降，但由于粗钢产量增加太快，使得钢铁工业的能源消耗总量居高不下。与2000年相比，2015年钢铁工业总能耗增加了2.4倍。

　　(2)钢铁工业自主开发节能技术能力有待加强。目前我国钢铁企业普遍采用的干熄焦(CDQ)技术、煤调湿(CMC)技术、高炉炉顶余压发电(TRT)技术和燃气蒸汽联合循环发电(CCPP)技术等的技术源均来自国外(表3)，进一步提高能效的技术需要自主开发。

　　(3)钢铁企业间节能进展不平衡。一些先进钢铁企业的装备、工艺技术以及能效等已达到或接近世界先进水平。但仍有一些企业装备和工艺技术落后，能耗高、污染重，严重影响了钢铁工业整体水平的提高。

　　(4)钢铁产品净出口量大，资源、能源、环境负荷沉重。2005年起，我国成为钢材净出口国，目前是世界最大钢材出口国，大量出口给我国带来巨大的资源、能源消耗和大量的污染排放。

　　1.3我国钢铁工业能耗目标

　　2013年我国工业和信息化部与中国工程院联合开展重大咨询项目“工业绿色发展工程科技战略及对策”研究，经专家讨论，提出2020年我国钢铁工业能耗发展目标[3]:

　　(1)有效控制钢铁工业的产出总规模，使钢铁行业能源消耗总量得到遏制;

　　(2)钢铁工业能耗强度进一步下降，达到国际先进水平;

　　(3)形成具有中国自主知识产权的钢铁工业绿色发展的技术支撑体系，促进钢厂具备三大功能并实现动态-有序和连续-紧凑运行;

　　(4)钢铁工业必须与社会协调发展，与其它行业及周边社会实行生态链接并取得突破。为此还提出2020年我国钢铁工业主要量化的能源指标(表4)以及与石化/化工、建材和社会实现深度、规模化链接的设想。到2020年，钢铁行业与其它行业及社会的生态链接将得到重点突破。如:冶金煤气资源化，制氢气、甲醇、LNG等与化工行业链接;利用冶金渣余热直接生产建筑材料与建材行业链接;利用钢厂低温余热给社区供热等与社会链接。

　　2能源转换功能解析

　　能源转换功能是钢铁生产流程的拓展功能。其内涵是能量流(主要是碳素流)按照设定的工艺流程，驱动和作用于物质流(主要是铁素流)，使铁素物质流发生状态、形状和性质等一系列变化，成为期望的产品。过程中，在一些工序/装置中也发生能源形式、品质的转换形成“二次能源”，如焦化工序、高炉工序和转炉工序等。此外，能源的推动力往往是过剩的，过剩的能源成为余热、余能。因此，能源转换功能优化是通过建立能量流网络和能量流综合调控的程序等措施，及时回收、合理、高效地利用二次能源、剩余能源[1](图1)。

　　因此，可将节能技术分为单体节能技术[4-5]，界面技术[6-8]，系统节能与能量流网络优化[9-12]，建立工业生态链接四个方面[13-18]。

　　(1)单体节能技术单体节能技术是针对高炉、转炉、连铸和轧钢等工序、设备的节能技术，包括余热余能的回收利用。

　　(2)界面技术相对于流程主体工序技术而言，界面技术是存在于主体工序之间的起到衔接-匹配、协调-缓冲作用的装置系统、技术等的集合。界面技术不仅涵盖了物流的衔接、传递、匹配，而且包含着时间和空间特征，良好的工艺技术界面可以解除工序间冶金负荷相互制约的关系，不仅可以解放工序的生产能力、提高生产率，还可以提高整个生产系统的可靠性，尤其对于降低工序间物质流温度损失具有重要作用。在钢铁生产流程过程中存在多次的升温、降温过程，界面技术优化可以加速物质流运行从而减少物质流温度损失，实现节能。在流程中重要的两大界面是炼铁-炼钢界面和连铸-热轧界面[19]。

　　(3)能量流网络技术钢铁制造流程动态运行过程的物理本质是物质流(主要是铁素流)在能量流(长期以来主要是碳素流)的驱动和作用下，按照设定的运行“程序”，沿着特定的“流程网络”作动态-有序的运行，并实现多目标优化。能量流和物质流时而分离、时而相伴。相伴时，相互作用、影响，要高度重视能量转换效率;分离时，又分别表现各自的行为特征，要及时回收、合理高效地利用独立运行的能量流。

　　4节能技术案例分析

　　4.1竖罐式烧结矿显热回收利用技术

　　我国烧结工序的余热回收利用工作，先后经历了引进国外先进技术、自主研发和引进消化后再创新等几个阶段，回收利用方式也从简单热回收到生产余热蒸汽发展到回收电力等。目前，我国已有近百台烧结机配备了烧结矿环冷机余热回收利用装置。显而易见，由于最初的环冷机是为冷却烧结矿“量身设计”的，所以风量大、料层薄、冷却快、漏风严重等弊端不可避免，无法满足高效“换热”和“取热”的要求。为了实现既要冷却烧结矿又要回收余热的双重目的，必需对现有环冷机的结构与操作进行彻底改造。

　　5总结及展望

　　(1)目前我国钢铁工业吨钢综合能耗和各工序能耗逐年下降，但由于粗钢产量大，钢铁工业能耗总量依然很大。

　　(2)节能技术方面，进一步研究和构建钢铁生产流程能量流网络，以提高钢铁厂总体能源利用效率;加强钢铁企业与其它行业和社会间的工业生态链建设，不仅可以在更广泛的层次上提高能源利用效率，而且可以提高钢铁企业能源和废弃物利用的附加值。

　　(3)随着智能化的发展、信息技术的应用，在研究钢铁企业物质流、能量流运行机制的基础上，实现物质流与能量流耦合运行，并为进一步提高钢铁企业整体水平发挥作用。

　　参考文献

　　[1]殷瑞钰.冶金流程工程学(第2版)[M].北京:冶金工业出版社，2009.

　　[2]殷瑞钰，张春霞.钢铁企业功能拓展是实现循环经济的有效途径[J].钢铁，2005，40(7):1-8.

　　[3]张春霞，王海风，张寿荣等.中国钢铁工业绿色发展工程科技战略及对策[J].钢铁，2015，50(10):1-7.

　　[4]周继程，张春霞，郦秀萍等.基于能级分析的钢厂余热资源回收利用方式的合理性探讨[J].钢铁，2013，48(2):80-85.

　　[5]蔡九菊.钢铁厂节能减排及余热回收利用若干关键技术研究与进展[C].2008全国能源与热工学术年会论文集，2008:67-95.