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认知流程新潜力,优化过程结构,培育钢企新优势钢铁企业余热余能高效利用综合技术•最近徐匡迪院士指出:目前钢铁行业面临供大于求,钢价大跌,成本高企的无利、微利困境。•又指出钢铁企业尚有30%的余热、余能未被回收利用。其中,焦化过程约有50千克/吨焦。•这意味着,在2011年4.2亿吨炼焦生产过程中,有2100万吨标煤的余热未被回收利用。说明流程潜力巨大。提纲•一、钢铁企业形势严竣,开发新潜力,构筑新优势•二、认知钢企是流程工业,节能潜力在于结构优化•三、钢铁企业余热余能利用潜力分析•四、创新钢铁企业流程结构优化和能质高效匹配技术,提高系统能量流价值•五、钢铁流程余热余能利用综合技术一、钢铁企业经济形势严竣、开发新潜力、构筑新优势中国钢铁产量增幅平稳下调020000400006000080000200120032005200720092011粗钢产量(万t/年)粗钢产量(万t/年)1516318237222342829135324419154897150092577076387468388112611820.321.927.224.918.716.92.4012.610.77.32.205101520253001000020000300004000050000600007000080000200120022003200420052006200720082009201020112012.1-2粗钢产量(万t/年)增长率(%)27.24.6-6-149141924293439粗钢年增长率(%)钢铁工业处于发展艰困期的特征•国民经济发展出现不平衡、不协调、不可持续,要求转变发展方式,产业环境发生重大变化;•钢铁市场需求遭遇天花板;高成本不能传导为高价格;今年前7个月吨钢利润1.68元。销售利润率仅0.13%。•由紧缺市场—市场过剩、高质量、高增产不能带来高效益;由粗放管理可以盈大利—到精细管理不盈利;•传统的依靠政策、依靠地区差异、依靠规模、依靠模仿技术和发展模式的发展手段难以扭转企业经营状态;•行业产业链面临挑战,突显工艺链竞争的重要;•依靠知识、依靠智慧、依靠自主创新成为企业核心竞争力。•在趋同的市场环境中,价格、品种和质量是市场因素;效率、成本则是内在因素。企业失去核心竞争力,则会导致没有胜利的竞争,没有效益的空忙。•按照钢铁流程动态运行过程的本质审视钢铁流程的物质流潜力:铁素流的技术空间和市场空间已经非常有限;立足碳素流培育新竞争力的空间广阔。•经过30多年努力,中国钢铁工业劳动生产率由20t/人.年提高到600t/人.年,先进企业达到了1000t/人.年以上;综合成材率也由70~80%提高到了97%以上。•日益严峻的外部市场压力和内部成本压力,亟需深层次挖掘钢铁制造流程的能源转换功能。•能源动力成本约占总成本的30%以上。二、认知钢企是流程工业,节能潜力在于结构优化•中国冶金专家提出冶金流程学理论,以过程的多功能、多目标性、多价值性及物质流、能源流、价值流的集成匹配的过程协同状态思路,为钢铁企业系统能效、系统价值的优化开发指明了方向。•流程工业是指物质流在能量流的推动和作用下按照信息流设定的“程序”及“流程网络”通过物理和化学变化的方法,将自然原料转化,变为适用产品的连续性生产过程。流程工业在国民经济中占有重要位置。占国民经济总产值66%以上、主要行业能耗占全国工业总能耗的70%。钢铁、煤炭、发电、石油、化工、造纸等八大行业均属流程工业。•流程工业高效运行的特征是:稳定有序、连续紧凑、高效转化、藕合匹配。•(一)钢铁工业流程工业特征•1、目前流程工业均存在能耗高、成本高、污染重、劳动生产率低、资源利用率低等特点。对流程产业功能多样性、目标多样性、价值多样性及工艺过程能质转换价值认识不足,远末开发。物质流基本处于有序,能量流、信息流远末有序。是这一状态的根本原因。•2、流程工业物质流是增值过程,能量流是耗散过程,能量流价值的开发在于防止和减少能量的衰减和贬值。这是节能的意义所在,亦是社会能源危机的根源。•3、流程工业的物质流是从无形到有形,能量流是从有形到无形。对他们的有序运行必须靠信息流的可视化、智能优化和智能控制来保障。•4、流程工业能量流的高效运行有量的平衡,更有质的效率及能量、能质、能级、时间、空间和用户的耦合匹配。•5、提高流程工业的能源效率,要对工序间热流股及能源介质进行网络优化、集成优化,追求集约能效。做到:能质级匹、等效替代、低值高用、梯级高效、能尽其效。流程产业过程描述物质流能量流信息流流程过程(三传一反)物质流在能源流推动下有信息流的管控下完成能质转换产品价值能量耗散环境影响流程产业管控模式转换(三流一态)传统管理模式高效物能转换模式流程状态:注重物质流制造价值能质不藕合不匹配,处低效运行物质流信息流产品价值能量流(从属保障)能量流(从属保障)流程状态:注重能质转换多种价值能质藕合匹配,处高效运行能量流信息流多种价值物质流(能源主导)(二)钢铁企业能源结构调整取得显著成效,流程潜力依然很大•工序能耗逐年下降:“十一五”期间,钢铁行业主要生产工序能耗下降12.54%,2010年与2005年相比较,重点统计钢铁企业焦化、烧结、炼铁、转炉、电炉工序能耗分别下降24.17%、12.44%、8.51%、100.95%、23.68%,其中转炉工序总体上实现负能炼钢。•主要节能设备配置水平大幅度提高:•CDQ装置:2005年前建成投产的仅有20套;截至2010年底,我国已投产和在建的干熄焦装置159套,干熄焦炭能力为1.59亿吨,占我国炼焦总产能4.5亿吨的35.3%,其中重点统计钢铁企业焦化干熄焦率已经提高到83%。•干法TRT装置:2005年前有约49座;“十一五”期间建设了550座,1000m3以上高炉基本全部配备TRT。•烧结矿余热回收发电装置:超过50%以上企业利用烧结矿余热进行发电。•余热余能等能源介质回收利用率不断提高:2010年与2005年相比较:焦炉煤气回收率:由95.48%提高至98.24%;高炉煤气回收率:由90.74%提高至94.72%;转炉煤气回收量:由47.5m3/t钢提高至81m3/t钢;自发电比例:由27.44%提高至34%;低温余热回收利用技术不断被开发应用:饱和蒸汽发电、高炉冲渣水采暖、焦化初冷器余热水采暖、焦炉烟气余热回收、高炉热风炉烟气余热回收、轧钢加热炉烟气余热回收等。•节能减排效果大幅提高:改革开放以来,中国钢铁工业生产规模和行业竞争力显著提高,钢铁生产的吨钢能耗历经单体能效、系统能效、网络集成能效等三大阶段,大幅下降。深层次结构调整成为节能新目标。三、钢铁企业余热余能利用潜力•冶金生产过程中消耗的有效能量仅占28.3%,而转化为余热余能的占71.7%,达到14.34GJ/t钢材,折合490kgce/t钢材。•钢铁企业节能的核心是余热余能高效回收和匹配利用,以及为低品质余热资源找到用户。即:系统能效、系统价值的优化集成。钢铁流程节能潜力依然很大:从钢铁生产的高温物料流程来看:各种工业炉窑的热效率均低于70%。五个中高温平台保温设施不完善,大量热能散失;五个降温期中有三个降温过程中的热量绝大部分未回收,两个过程的热量进行了回收,其中焦炭的热量通过CDQ得到了有效回收,而烧结矿、球团矿热回收效率低;冶金渣的热量几乎未进行有效回收。整个流程中近70%的能源处于散失状态。原燃料处理工序炼铁、炼钢工序热轧工序冷轧工序温度℃15001000500煤粉矿石熟料焦炭铸坯热轧带卷酸洗带卷冷轧带卷炼焦加热炉退火炉铁水钢水2、从焦化工艺看能源状况蒸馏采用正压工艺,温度曲线如下:初冷预冷脱硫预热硫铵终冷洗苯加热温度曲线。总温度差大于100度,相当30吨蒸汽/小时从焦炉能源平衡看能效按年产焦炭120万吨/年计算。配煤水份下降4%(11%→7%),少产生废水6.5万吨/年,降低废水处理费用65万元/年;扣除煤调湿本身能耗,少消耗高炉煤气8000万m3/年,降低费用800万元/年,(煤调湿利用烟囱余热2200亿KJ/年};干熄焦回收焦炭余热发电1.08亿度/年,5400万元/年;上升管余热按50%回收,2170万元/年;总计每吨焦降低成本70.3元。生产1吨焦炭消耗的热量相当于113kg标准煤,2009年我国共生产3.45亿吨焦炭,共消4746.6万吨标准煤热量,其中,废气从烟囱带走908.2万吨标准煤热量,荒煤气带走519.3万吨标准煤热量。519.3万吨标煤/年4746.6万吨标煤/年年产废水5670.6万吨炉体散热8%烟气余热19%1、能源“量”的潜力据对国内20家有代表性的钢铁企业余热余能资源回收利用情况的调查显示:2005年这些企业余热资源平均回收率为25.8%,其中产品显热回收率为50.04%,烟气回收率为14.92%,冷却水余热利用率为1.90%,各种渣的余热回收利用率仅为1.59%。基本上是高质能源低效回收、低效利用,经济效益差。总体判断:“十一五”钢铁企业余热资源的利用率大约40%左右,仍有较大的节能空间和潜力。关键是低品质余热余能的匹配高效利用技术的开发。如:2010年钢铁行业高炉煤气放散281亿m3、焦炉煤气放散6.52亿m3、转炉煤气放散36.28亿m3,折标准煤454.5万吨。若用来发电,可发电约80亿kWh,价值约40亿元。而国外先进国家对余热余能资源(包括副产煤气)的回收率已达到90%以上,如日本新日铁达到了92%。•2、能源“质”的潜力目前企业大多存在高质能低效回收,能源高质先用、高质低用、低质无处用。能源介质优化潜力巨大。如某钢铁企业使用蒸汽状况:年生产及余热回收、消耗蒸汽500余万吨,折合55万吨标准煤,其平均日负荷410~520t/h,从蒸汽管网1.4MPa到用户通过减压降至0.5MPa,火用损失12.8%以上。实质是高质低用,低质无用。•蒸汽质量(压力、温度)决定蒸汽的做功能力:•P=1公斤/cm2饱合蒸汽火用值=453.8kj/kg•P=10公斤/cm2饱合蒸汽火用值=788.4KJ/Kg•P=100公斤/cm2饱合蒸汽火用值=1029.9KJ/Kg1.11.21.31.41.5蒸汽温度,℃比功效率kJ/kg5387606491.11.21.31.41.5蒸汽压力,MPa比功效率kJ/kg6.9013.8不同的干熄焦工艺、煤气发电工艺和参数,效率相差很大:•高压高温自循环全冷凝干熄焦发电技术与常规中温、中压干熄焦发电技术相比,每吨蒸汽发电量提高18%,总效率提高13.25%。•燃气-蒸汽联合循环发电技术,热能效率高达50~60%,大大超过常规的锅炉发电机组,综合效率是常规中温中压锅炉发电的近两倍!•燃气—蒸汽热电联产分布式供能方式,最高能效可超过90%。(中国目前火电厂平均能效为36%)差距巨大、潜力巨大。三种发电工艺煤气消耗量,m3高炉煤气/kWh53.82.80123456中温中压锅炉发电高温高压锅炉发电CCPP发电不同蒸汽压力高炉煤气消耗蒸汽压力过热蒸汽蒸汽热焓锅炉热效率煤气热值每吨蒸汽煤气消耗kg/cm2℃kj/kg%kcal/m3m3/t蒸汽52642980858001048103003050858001073203503136.2868001091404503329.28880011311005403474.19580010942006003536.39680011023007003739.8978001153不同蒸汽压力发电煤气和蒸汽消耗蒸汽压力过热蒸汽发电蒸汽消耗锅炉热效率煤气热值发电高炉煤气消耗kg/cm2℃kg/kWh%kcal/m3m3/kWh103005.8858006.22203505.5868005.90404504.5888004.831005403.65958003.922006003.5968003.763007003.2978003.433、“能质匹配”潜力•钢铁企业用能很少关注能质匹配的价值优化,往往以主工艺要求配置能源,造成能源浪费和价值流失。•燃气以高、焦、转三混管网模式运行,高质低用、不稳定、运行成本高。•注
本文标题:钢铁行业节能减排概述
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