我国钢铁工业节能的现状与发展前景(温燕明)

我国钢铁工业节能的现状与发展前景温燕明2011年4月莱钢我国钢铁工业节能的现状与发展前景我国钢铁工业节能的现状与发展前景提纲一、前言二、我国钢铁工业节能的现状三、我国钢铁工业节能的潜力四、我国钢铁工业转型发展需要创新五、结论我国钢铁工业节能的现状与发展前景经过改革开放30年的艰苦努力，中国钢铁工业实现了跨越式发展，已成为在国际钢铁界具有举足轻重地位的钢铁大国。在历史新阶段，钢铁企业面临着转型发展的沉重压力和历史机遇，需要深入研究、利用钢铁流程自身工艺特点和优势，从能量流、能流量网络优化的新视角深入挖掘节能潜力，依靠装备技术、工艺技术、管理技术创新，提升系统能效，实现节能减排、环境友好、社会友好的发展目标。一、前言我国钢铁工业节能的现状与发展前景二、我国钢铁工业节能的现状1、我国钢铁工业创造了举世瞩目的生产力我国粗钢产量已经连续14年据世界第一位。新世纪以来，我国钢铁工业进入了连续10年的高速发展期，依年均18.5％的增长速度，于2009年达到5.68亿吨。人均产钢量超过420kg，超过了工业化国家人均300kg的用钢水平和供钢水平。今年全国粗钢产量预计将突破6亿吨。1980～2008中国钢铁产量我国钢铁工业节能的现状与发展前景目前中国钢铁产量已经远超排名其后的日本、俄罗斯、美国、印度、韩国、德国、乌克兰、巴西、土耳其等9国产量的总和。至2009年，建国60年来，中国钢铁产量从占全世界的0.1%提高到46.56％，取得巨大进步和成就。我国钢铁工业节能的现状与发展前景2、我国钢铁工业取得节能减排丰硕成果我国钢铁企业通过生产流程的工艺结构调整，淘汰落后工艺，优化用能结构及节能新技术的开发应用，实现了能源消耗大幅下降。2005年吨钢综合能耗比1990年下降了54.1％，至0.741tce/t；2005年以后，电的折标系数改用“电热当量值”后，吨钢可比能耗由0.714tce/t降低到2009年的0.595tce/t。我国钢铁工业节能的现状与发展前景7我国钢铁企业节能降耗的历程注：2000年以后仅为重点大中型钢铁企业的统计数据。1980-2005电力折算系数为0.404kgce/kWh；2006-2009电力折算系数为0.1229kgce/kWh。中国钢铁工业吨钢综合能耗的变化我国钢铁工业节能的现状与发展前景我国大中型钢铁企业的能耗水平已经达到欧盟钢铁企业的水平，国内一些先进的大型钢铁联合企业的主体指标已达到或接近世界先进水平。我国钢铁工业节能的现状与发展前景与此同时，我国钢铁企业生产取水量（吨钢耗新水）、外排废水量和生产水重复利用率等指标明显改善。2002年至2009年，吨钢耗新水由15.58t降低到4.43t、吨钢外排废水由10.97t降低到1.69t、水的重复利用率由90.56％提高到96.9％；我国重点大中型钢铁企业生产取水量、外排废水量和生产水复用率的变化我国钢铁工业节能的现状与发展前景主要污染物排放明显降低，吨钢工业粉尘由2.858kg降低到0.743kg、吨钢COD排放由0.556kg降低到0.073kg。我国钢铁工业节能的现状与发展前景三、我国钢铁工业节能的潜力1、我国钢铁工业节能进程回顾中国钢铁工业的节能降耗发展历程，大致经历了三个阶段。第一个15年，主要着重第一、二载能体的工序节能、单体设备节能；第二个15年，主要着重以流程优化为主的系统节能，包括连铸、喷煤、一火成材、三干一电等新工艺，以及淘汰落后工艺及装备，采用能源的“梯级利用、高效转化”等措施；我们分析，下一个15年应是能源高效转化，能量流智能调度、集成匹配优化，以能源价值最大化为目标的能源结构、用能方式系统优化的新阶段。我国钢铁工业节能的现状与发展前景2、我国钢铁企业流程节能潜力分析在钢铁生产的高温物料流程中，各种工业炉窑的热效率均低于70%。五个中高温平台有一半以上保温设施简陋，大量热能散失；五个降温期中有四个降温过程中的热量绝大部分未回收，一个过程的热量回收率不到30%。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我国钢铁工业节能的现状与发展前景从能源转化功能的角度系统分析钢铁流程中的能量流代谢过程，能源利用的潜力依然很大：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。我国钢铁工业节能的现状与发展前景过去，国内钢铁企业关注工序能耗的下降，特别是一、二类载能体单耗的下降，也关注了过程余热余能的回收利用。但在余热余能的高效转化、余热余能回收的高效利用方面关注度不够，潜力依然很大。余热资源种类我国钢铁工业节能的现状与发展前景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％。新日铁的节能进程如下：我国钢铁工业节能的现状与发展前景（1）长期以来，我们一直关注钢铁流程的产品形成技术的开发和主流程的资源保证及管理，而较忽视产品形成过程中能质转化价值及技术的开发和管理，忽视能质转化及传递、使用过程的耦合匹配，恰恰是这些能质转化技术直接涉及资源、能源的高效利用和转化，因而造成过程运行成本高、效率低、污染重，其实质是资源、能源的流失。我们分析影响节能的主要因素包括以下几点：（3）钢铁企业余热余能资源载体多样、分布分散、衰变快、不可储存、稳定性差、数量和质量差别大，集中回收利用难度大。（2）钢铁流程各生产工序基本上都是余热余能的阈值工序，在工序无热“阱”，工序回收的余热余能效率低，且数量不足。（4）钢铁企业传统的余热余能回收方式忽视回收能的质量，以热风、热水、蒸汽等为工质形式，回收效率低，且受能量品质低、衰变快、不稳定、用户不匹配等因素影响，能源利用效率很低，甚至造成回收后又放散的无效状态。我国钢铁工业节能的现状与发展前景（5）钢铁企业以钢铁产品生产为主的工艺，能量指标体系设置裕度大，指标优化技术落后，能量输送、转化、使用时耗损大，缺少集成优化智能控制手段。（7）钢铁企业是化石能源－煤的清洁气化工艺，其焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气均是优质化工合成原料资源，其合成功能的开发，可大大降低化学工业气体合成的成本，钢铁工业也可为社会的可持续发展提供新价值和资源。（6）余热余能回收利用的理论研究滞后，能源高效利用高效转化的关键装备技术、工艺技术和管理技术依赖进口，缺乏集成创新。回收热能贬值严重、能效低，甚至还有大量高、中、低品位余热余能尚没有形成有价值回收利用的手段。我国钢铁工业节能的现状与发展前景3、我国钢铁企业能源配置、能源管理潜力（1）钢厂用能以煤炭为主,占83.49％，大量使用蒸汽作为传热介质，导致过程能量损失严重。如某钢铁企业使用蒸汽状况：每年产生及消耗蒸汽500余万吨，折合55万吨标准煤；其构成为：0.8～1.35MPa仅占22％、0.5～0.8MPa占37％、0.3～0.5MPa占28％、小于0.3MPa的还有13％。从蒸汽管网1.4MPa到用户通过减压降至0.5MPa，火用损失达12.8％以上。可见能源转化效率低、使用效率低，优化提高能效的潜力巨大。我国钢铁企业在用能结构、用能管理方面还存在很大潜力，主要表现在：48%28%4%20%28%37%13%22%0.3-0.5MPa0.5-0.8MPa0.8-1.35MPa《0.3MPa《0.3MPa0.8-1.35MPa0.5-0.8MPa0.3-0.5MPa按用户蒸汽压力需求（按个数）按用户蒸汽压力需求（按用汽量）我国钢铁工业节能的现状与发展前景（2）钢厂在能源介质配置、转化、使用、回收再利用等环节，大量存在能量、能质、能级用户不匹配和高质低用、低质不用的问题，远未实现“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”。高品质蒸汽节流减压为低品质蒸汽使用用燃气干燥物料用高品质燃气烘烤焦炉煤气与高炉煤气混合用于工艺加热蒸汽喷射抽真空精炼水淬高温炉渣高温烟气湿法除尘等存在的问题有：（3）能源流远未实现“动态、有序、高效”运行。能量流从“无序”到“有序”，管理潜力很大。并且工艺过程指标裕度大，转化效率低、回收能质低、用户不匹配，系统能效潜力很大。我国钢铁工业节能的现状与发展前景四、我国钢铁工业转型发展需要创新1、创新钢铁装备技术、工艺技术、管理技术钢铁企业的生产过程实质上是物质、能量及相关信息的流动、演变过程，其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（主要是碳素流）的驱动下，按设定的“程序”，沿着特定的“流程网络”作动态－有序运行，是铁素物质流和碳素能量流在全流程范围内形态演变的持续表征。这就需要我们以铁素物质流同样的重视程度深层次研究能量流的高效转换和全价值开发。我国钢铁工业节能的现状与发展前景钢铁制造流程是开放的、非平衡的、不可逆的耗散过程。钢铁流程的价值在于铁素流是增值过程、能量流是耗散过程，其价值在于防止和减少能量的贬值和耗散。优化钢铁流程就要致力于物质流、能量流耗散最小化和效率最大化。要追求提升系统能效为目标的“动态有序、连续紧凑、高效转化、耦合匹配”的新流程技术集成。因此，要通过对组成流程的“三传一反”装置高效化来实现工序功能的解析优化；要通过降低流程过程裕度及采用界面技术的协同优化，实现系统能效提升；要通过能源介质及物质流和工序之的间耦合匹配、集成重构、网络优化，来实现集成能效提升。我国钢铁工业节能的现状与发展前景铁钢界面“一罐到底”模式：200t以上铁水罐（一罐到底）模式，脱硫模式下铁水入转炉温度可以达到1350℃，可多吃废钢约40kg/t钢，降低吨钢能耗约23kgce。我国钢铁工业节能的现状与发展前景热导油换热技术高温高压干熄焦技术荒焦炉煤气余热回收技术煤炭焦化炼铁炼钢电力烧结轧钢低热值煤气余热蒸汽烧结矿余热烧结矿余热回收发电烧结余热分级高效利用技术高效热风炉技术干法除尘及TRT技术蓄热式烤包技术炼钢干法除尘余热回收高效发电技术蓄热式加热炉技术热送热装技术低品质余热蒸汽发电技术燃气蒸汽联合循环发电技术余热余能的回收与利用技术我国钢铁工业节能的现状与发展前景开发原燃料预处理技术强化过程节能我国钢铁工业节能的现状与发展前景能源管理体系及能源管控中心：实现钢铁制造流程能源流网络化高效集成运行。以能源体系文件化运行和能源中心为载体，提高能源流网络目标优化的符合性、可靠性、及时性、有效性。实现能源介质优化节能、工艺创新节能、能源结构优化节能、管理优化节能的最佳综合目标，追求系统能效。在更高层次上建设第三代钢厂，使钢厂产品制造功能、能源转换功能、废弃物消纳和资源化三大功能，得以充分发挥。实现物质流、能源、信息流的“动态有序、紧凑连续、高效集成、耦合匹配”。我国钢铁工业节能的现状与发展前景从静态优化到动态优化，在线即时优化；从过程局部优化到系统集成优化；从人工操作优化到智能软件在线优化；从单项优化到跨品种、区域转化优化；从局部目标优化到综合总体目标优化；从开环优化到闭环智能优化。能源管控中心:钢铁流程能量流全过程优化、集成、智能控制，建立能量流网络。实现能源流可视化、过程集成优化、操控智能化。我国钢铁工业节能的现状与发展前景2、创新钢铁企业分布式发电运行模式对余热余能的利用，主要有两种方式，一是热利用，二是动力利用。对于热利用，已经得到了较好的开发，但由于钢铁流程中热量总体过剩，并且热利用的途径已非常有限，因此需要考虑动力利用，若将其转化为电能，则可扩大其利用途径。改变将余热余能低效回收转化为低品质蒸汽、热水等低火用值工质，不易集中高效和匹配耦合使用的回收方式，通过建设分布式电站，将不同种类余热余能转化为统一形式的高能级的电能，就近回收，就近输送，就近使用，余热余能转化效率高、输送效率高、使用效率高。余热余能发电应追求效益规模。我国钢铁工业节能的现状与发展前景目标：实现钢厂用电自给。能源使用：温度对口、梯级利用、能级匹配、高效回收。能源优化：高质高用、等效替代、职能集成、系统能效。经测算