能源审计原理与实施方法

能源审计原理与实施方法钢铁行业能源审计制作：邱志强许南祥高儒祥王俊涛夏文莲侯丁丁段宇栋目录钢铁行业的特点及能耗现状钢铁行业生产的主要路线及节能分析钢铁行业的能源审计步骤与节能技术某新建钢铁厂项目的能耗分析及措施1234Contents5.1.1钢铁行业特点产能过剩产品结构不合理产能过剩是中国钢铁产业的“第一顽疾”，一方面落后产能没有及时被淘汰，另一方面产能又在快速增加。2009年末，全行业粗钢产能已达7亿吨左右，其中不符合产业准入标准的炼铁产能1.6亿吨左右、炼钢产能1.9亿吨左右，而国内市场粗钢消费量预测只有5.65亿吨，呈现产能严重过剩状况。产业集中度低目前，全国有1000多家钢铁企业，排名前10位钢铁企业钢产量仅占全国的43.5%，而美国、日本和欧盟排名前4位的钢铁企业钢产量在本国的占比均超过60%。根据国家关于加快钢铁工业结构调整的若干意见，2015年我国前10家钢铁生产企业产量要占到全国产量的60％以上，但目前仍有不小的差距。由于产业集中度低，我国在铁矿石谈判中长期处于劣势。5.1.2我国钢铁工业耗能现状1重点钢铁企业吨钢可比能耗比国际先进水平相差9.81％。2004年，我国重点钢铁企业平均吨钢综合能耗为705kgce／t；而2000年，工业发达国家吨钢可比能耗平均值为642kgce／t(美国663、日本620,德国602、法国683)。2钢铁工业能耗增幅低于钢产量增幅约5％。由于钢铁工业积极采用先进节能工艺技术和装备，在钢产量高速增长的同时，消耗能源的增幅低于钢产量的增幅。(详见表1)3钢铁工业主要工序能耗呈下降趋势。据统计，我国重点钢铁企业主要工序能耗在不断下降，而炼铁工序能耗呈上升趋势则是因为高炉炼铁原燃料供应紧张，价位攀升，成分不稳定，质量下降所造成的。通过加强管理，大力开展各项节能技术，2004年的能耗指标好于2003年。（详见表2）5.2钢铁行业生产的主要工艺路线及节能分析炼钢工序轧钢工序炼铁工序炼铁工序1精料技术2提高热风温度技术3干法熄焦技术4高炉炉顶压差技术炼钢工序1转炉负能炼钢技术2铁水处理技术：a解放高炉生产能力b降低铁水含硫量c保证炼钢吃精料轧钢工序1蓄热式燃烧技术5.2.1技术层面高炉炉顶煤气余压回收发电技术•高炉炉顶煤气余压回收发电技术是利用高炉炉顶煤气中的余压能及热能经透平膨胀做功来驱动发电机发电的一项技术•工作原理：高炉荒煤气经除尘器后的净煤气进入透平机发电•主要设备：透平装置TRT（BlastFurnaceTop-pressureRecoveryTurbineUnit国际上简称为TRT）是利用炉顶煤气压力回收炼铁生产过程中的二次能源，是不消耗燃料，无污染的经济的发电设备高炉炉顶煤气余压回收发电技术•TRT工艺分类：湿法TRT和干法TRT•湿法TRT：高炉炉顶煤气采用水来降低高炉炉顶煤气温度和除尘并设置TRT装置的工艺•干法TRT：高炉炉顶煤气采用干式除尘并设置TRT装置的工艺图一：湿法TRT发电系统图二：干式TRT发电系统高炉炉顶煤气余压回收发电技术•未来发展趋势：TRT发电设备的高功率化•实现TRT发电设备高功率化，①现在占TRT发电设备主流的湿式TRT发电系统，由离心透平向轴流透平转化；由高炉尾气的部分回收系统向全量回收系统改良；控制方式由调速阀控制改为静叶可调机构控制等。②通过改善措施，使技术成熟的湿式TRT发电系统向高功率干式TRT发电系统转化干法熄焦技术•干法熄焦技术（CokeDryQuenching）是相对于用水熄灭炽热红焦的湿法熄焦而言的，简称“干熄焦”。它是回收红热焦显热和改善操作环境的一项先进工艺技术•干熄焦技术的基本原理：利用冷的惰性气体（如氮气或氩气等）或燃烧后的废气，在干熄炉中与炽热红焦换热从而冷却红焦，吸收了红焦热量的惰性气体将热量传给干熄焦锅炉产生蒸汽，被冷却的惰性气体再有循环风机鼓入干熄炉冷却红焦。干熄焦锅炉产生的中压蒸汽（或高压）蒸汽或并入厂内蒸汽管网或送去发电干法熄焦技术•干熄焦的焦炭冷却机理•在干熄炉冷却段，焦炭向下流动，惰性循环气体向上流动，焦炭通过与循环气体进行热交换而冷却•优点：•同湿熄焦相比，干熄焦可回收利用红焦约83％的显热，降低能耗•干熄焦过程中焦炭缓慢冷却，降低了内部热应力，网状裂纹减少，气孔率低，因而其转鼓强度提高，真密度也增大干法熄焦技术•焦炭在干熄炉内从上往下流动时，增加了焦块之间的相互摩擦和碰撞次数，大块焦炭的裂纹提前开裂，强度较低的焦块提前脱落，焦块的棱角提前磨蚀，冶金焦的机械稳定性改善了•熄焦采用惰性循环气体在密闭的干熄炉内对红焦进行冷却，可以免除对周围设备的腐蚀和对大气的污染。此外由于采用焦罐定位接焦，焦炉出焦的粉尘污染也更易于控制•降低有害物质的排放，保护环境•由于干熄焦能提高焦炭强度和降低焦炭反应性，对高炉操作有利，尤其对质量要求严大型高炉用焦炭，干熄焦更有利铁水预处理•铁水预处理是指将铁水兑入转炉之前进行的各种提纯处理–普通铁水预处理普通铁水预处理包括：铁水脱硫、脱硅、脱磷的三脱预处理–特殊铁水预处理特殊铁水预处理是针对铁水中含有特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用如铁水提钒、提铌、脱铬等预处理工艺5.2.1蓄热式轧钢加热炉技术•蓄热式加热炉技术的核心是高风温燃烧技术，它具有高效烟气余热回收(排烟温度低于150℃)，高预热空气温度(空气预热温度高于800℃)和低NOx排放等多重优越性。•采用蓄热式加热炉技术，具有如下优点：可将加热炉排放的高温烟气降至150℃以下，热回收率达80%以上，节能30%以上；可将煤气和空气预热到1000℃以上；加热能力提高，生产效率可提高10%～15%；减少氧化烧损，使氧化烧损小于0.7%；有害废气量(如CO2、NOx、SOx等)的排放大大减少。短流程的电炉工艺结构层面炼铁工序炼钢工序增加高炉原料球团比例高炉喷煤技术连铸柸技术nimator5.2.2结构层面球团厂原料仓烘干机润磨机给料机生筛竖炉本体带冷机成品料场链板机烘干炉燃烧室冷却风机连铸工艺——模铸与连铸•模铸(ingotcasting)将高温钢液浇注到一个或多个钢锭模内使之凝固成形的方法，是钢液凝固成形的基本方法，其典型特征是生产过程的间续化。•连续铸钢(continuouscasting)将高温钢液连续地浇铸到一个或多个强制水冷的金属型腔内。凝固成形后，再经二次冷却，使之凝固，且成一定形状（规格）铸坯的工艺方法，其典型特征是生产过程的连续化。连铸工艺——设备连铸工艺——相关技术•连铸配套技求如下1.保护浇注采用无氧化保护浇注，大钢包与中间包用长水口，中间包与结晶器之间用浸入式水口，钢水面用保护渣，连接处用氩气保护。2.电磁搅拌安装在不同部位和不同搅拌方向的电磁搅拌装置可达到不同效果。有结晶器电磁搅拌（M－EMS），结晶器下方电磁搅拌（I－EMS），二次区电磁搅拌（S－EMS）和冶金长度末端的电磁搅拌（F－EMS）。这些搅拌装置可以单独亦可组合使用。3.液面控制这应采用灵敏可靠的结晶器液面测量及自动控制。目前对特殊钢方坯连铸机采用钴60或铯137液位检测仪，自动调节中间罐水口开口度控制液面，使液面波动范围在0～3mm内。4.中间包设计中间包按大容量和最佳形状设计。为保证夹杂物充分上浮析出，中间包钢液面深度不小于800mm，利用中间包钢水重量变化来自动调节钢水包水口开口度，控制中间包熔池深度。5.振动装置采用小振幅高频率的结晶器振动，一般频率可达0～360次/min，振幅＜10mm（有的为±4mm）。6.二冷控制精确控制二次喷水冷却。按不同钢种、不同拉速自动调节，均匀冷却。尽管气-水雾冷却会增加控制上的困难、价格较高，但对特殊钢连铸来说仍是十分必要的。7.自动控制采用计算机控制对稳定铸坯质量非常重要。高炉喷煤技术概念:高炉喷吹煤粉是从高炉风口向炉内直接喷吹磨细了的无烟煤粉或烟煤粉或这两者的混合煤粉以替代焦炭起提供热量和还原剂的作用，从而降低焦比，降低生铁成本。•用煤粉代替焦炭，降低成本–解决焦炭短缺问题；–降低生产成本；–综合能耗降低；高炉喷煤意义•有利于采用高风温和富氧鼓风技术–解决高风温产生的问题；–解决富氧鼓风产生的问题；•有利于调节炉况，改善高炉冶炼过程–增加调节手段，调节炉温较快；–改善高炉内的还原过程；•稳定连续性：–连续生产的需要–高炉热制度稳定的需要•各风口喷吹量均匀性:–保证高炉圆周方向的均匀性•喷吹量的可调节性:–有利于调节炉温•计量准确性:–防止炉温波动•设备简单及安全喷煤条件喷煤设备要求•高炉：–热风温度：要求高风温。–富氧鼓风：喷煤设备及条件其它条件•焦炭性能：–高强度：由于焦炭负荷上升，料柱透气性变差，对焦炭强度要求提高。•渣量：–降低入炉矿石的SiO2含量，降低吨铁渣量，减少通过滴落带的渣量，可以降低高炉下部压差，改善高炉冶炼过程。喷煤工艺流程－－号高炉Distributer热风炉废气引风机主排风机振动筛N2输送压缩空气BFGCOGAir旋风分离器布袋除尘器原煤仓磨煤机煤粉仓干燥炉喷吹罐分配器混合器流化气加压气×2×18给煤机高炉喷煤技术工艺流程5.2.3低温余热回收节能原则1废弃--蒸汽--电原则：10000m^3的300--400度的低温烟气经过余热锅炉，可以产生1t的过热蒸汽，发电200kw.h原则2电--标煤原则：1kw.h电相当于0.39kg的标煤。烧结过程消耗量是60kg/t但从热平衡计算知烧结矿冷气机余热占32.6%，烧结矿的废气余热占15.8%若回收利用可回能耗20kg/t炼铁工序转炉工序新技术：1.强化铁水预处理2.提高钢水炉外精炼比4.推广溅渣护炉技术5.提高炉衬寿命6.提高金属收得率7.开发钢渣显热回收技术3.提高废钢回收量和利用率8.提高制氧机控制水平转炉设备•转炉炉体及转炉倾动系统•铁水、废钢、散状材料设备•氧枪提升机构•转炉烟气净化与回收设备5.2.4冶金流程新技术干熄焦技术TRT技术高炉喷煤技术球团矿技术转炉负能炼钢技术连铸坯的热送.热装和直接轧制技术能源网络图能量平衡表能耗指标表5.3.1钢铁企业能源审计能源节超情况表技改措施节能情况表主要内容技术准备是前期阶段，主要进行审计小组成立、现场调查及审计技术方案的编写现场审计测试主要包括：有关资料的收集、现场调查分析和现场测试分析总结对企业的总体用能情况进行分析，计算各项指标，并对照有关标准分析评价，指出企业用能水平，提出节能技术改造方案审计的实施三个阶段高炉高风温技术高炉喷煤技术冷固结球团技术直流电弧炼钢技术连铸坯一火成材技术5.3.2主要能耗工艺节能技术与设备主要能耗工艺节能技术小球烧结技术电炉煤氧枪助熔节电技术连铸坯热送装置与直接轧制余热、余压、余能回收利用技术共有五种：干熄焦技术高炉煤气综合利用技术高炉炉顶余压发电转炉煤气回收利用技术工业炉窑综合节能技术主要耗能设备节能技术交流变频调速技术变压器经济运行节电技术就地动态无功补偿节电技术对交流电机采用变频调速，具有更高的效率和更大的转动惯性通过优化理论及定量化计算与变压器实际运行工况相结合的一项应运技术用电设备大多为感性负载（例如电动机），这些负载在运行时需电网提供大量无功负荷某新建钢铁项目的能耗分析及节能措施1.能源结构2.节能措施3.能源绩效分析与评价能源结构每年购入能源总量为710吨标煤，主要介质为洗精煤、喷吹煤和动力煤，分别占购入总量的57%、25%、17%。节能措施1.球团工序2.焦化工序3.高炉工序4.炼钢工序5.热轧工序6.冷轧工序7.自备电厂能源绩效分析与评价某钢铁厂每年回收的能源为337×104t标煤，其中高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气和电分别占42.5%、24.3%、8.5%、11.5%和13.2%。企业每年购入能源710万吨标煤，外调能源为73万吨标煤，自耗能源为637万吨标煤。企业综合能耗为0.628t标煤/t钢，吨钢可比能耗为0.625t标煤。上述钢铁厂节能技术从主要的高炉工序入手，大大降低了能耗，回收节约近47%的能源消耗，取得了很好的节能效果。