第2章钢铁行业重点能效技术与应用案例

1第第第第2章章章章钢铁行业重点能效技术与应用案例钢铁行业重点能效技术与应用案例钢铁行业重点能效技术与应用案例钢铁行业重点能效技术与应用案例2.1行业发展概况行业发展概况行业发展概况行业发展概况钢铁工业是中国国民经济的重要基础产业和实现新型工业化的支柱产业。在强劲的市场需求拉动下，“十五”期间中国钢铁工业高速发展，粗钢产量年平均增长22.4%；“十一五”期间继续增长，到2008年粗钢产量突破5亿吨，达到5.01亿吨，比2005年增加1.48亿吨，年均增长12.3%；生产生铁4.71亿吨，比2005年增加1.27亿吨，年均增长11.1%；分别占全球粗钢、生铁产量的37.7%和48.8%，为全球第一大钢铁生产国。5.014.894.193.532.832.221.821.521.2902468200020012002200320042005200620072008年单位：亿吨生铁粗钢钢材粗钢产量粗钢产量粗钢产量粗钢产量粗钢产量占世界比重粗钢产量占世界比重粗钢产量占世界比重粗钢产量占世界比重：：：：37373737....7777%%%%生铁产量占世界比重生铁产量占世界比重生铁产量占世界比重生铁产量占世界比重：：：：48484848....8888%%%%图2.12000~2008年中国钢铁产量增长情况国际钢铁协会（IISI）有关统计数据显示，2008年全球67个主要产钢国家和地区粗钢总产量为13.3亿吨，同比下降1.2%，产量连续第二年超过13亿吨。欧盟、北美、南美和独联体等主要产钢国和地区粗钢产量均有所下降，但中东及亚洲特别是中国钢产量有所提高。2008年，亚洲粗钢产量为7.7亿吨，同比增长1.9%，占世界总产量的58%；中国钢铁产量连续12年保持世界第一，并且遥遥领先于其他国家。中国钢铁产量比排名2~8位的日本、美国、俄罗斯、印度、韩国、德国、乌克兰等七个国家的总和还多。25009150091500915009111874118741187411874914991499149914968516851685168515505550555055505534953495349534945834583458345833711371137113711337133713371337130483048304830480200004000060000粗钢产量/万吨中国日本美国俄罗斯印度韩国德国乌克兰巴西意大利中国粗钢产量是日本的4倍，美国的5倍，德国的11倍图2.22008年世界十大钢铁生产国的粗钢产量2.2能源消耗现状能源消耗现状能源消耗现状能源消耗现状钢铁工业属于资源、能源密集型产业。中国钢铁行业是传统的能耗大户，国家能源局统计数据显示，全行业总能耗约占全国总能耗的14.71%，每年煤资源和资源消耗均列各行业之首。自2001年起，国家大力循环经济，节能减排在钢铁行业内全面展开，钢铁行业整体能源利用效率有了显著的提高，单位能耗与排放量也不断降低，钢铁行业吨钢综合能耗从2000年的920千克标煤降至2008年的629.93千克标煤，吨钢可比能耗从2000年的760千克标煤降至2008年的609.61千克标煤，降幅均超过两位数（见图2.3）。32000200020002000----2008200820082008年我国钢铁行业吨钢综合能耗年我国钢铁行业吨钢综合能耗年我国钢铁行业吨钢综合能耗年我国钢铁行业吨钢综合能耗、、、、可比能耗可比能耗可比能耗可比能耗920920920920880880880880800800800800790790790790760760760760741741741741645645645645632632632632629.93629.93629.93629.93760760760760747747747747698698698698709709709709701701701701714714714714623623623623614614614614609.61609.61609.61609.61000020020020020040040040040060060060060080080080080010001000100010001200120012001200200020012002200320042005200620072008千克标煤千克标煤千克标煤千克标煤////吨吨吨吨吨钢综合能耗吨钢综合能耗吨钢综合能耗吨钢综合能耗吨钢可比能耗吨钢可比能耗吨钢可比能耗吨钢可比能耗图2.32000~2008年钢铁行业吨钢综合能耗和吨钢可比能耗根据中国钢铁工业协会最新发布的《2008年中国钢铁行业节能减排研究报告》显示，2008年大中型钢铁企业总能耗22324.49万吨，比上年增长0.01%，比粗钢产量增幅低1.12个百分点；万元工业增加值能耗5.13吨，比上年下降2.41%；吨钢可比能耗比上年下降0.77%；吨钢耗用新水5.09立方米，比上年下降5.11%。在排污方面，外排废水中的化学耗氧量比上年下降28.99%，二氧化硫排放量下降3.82%，工业烟尘排放量下降7.48%，工业粉尘排放量下降12.06%。与2007年相比，钢铁企业的能源消耗率和污染物排放量的下降速度都有所加快，各工序能耗对比详见表2.1。表2.12007~2008年全国重点钢铁企业能源消耗对比单位：kgce/t烧结球团焦化炼铁转炉电炉轧钢2007年55.4730.12126.89428.286.3280.9459.522008年55.4930.29119.97427.725.7481.5259.22从能源结构上来看，中国与世界主要产钢国钢铁工业的相比，煤炭所占比例远远高于其它国家，而天然气和燃料油的比重则明显低于发达国家(见图2.4)。4部分产钢国家钢铁工业能源结构对比部分产钢国家钢铁工业能源结构对比部分产钢国家钢铁工业能源结构对比部分产钢国家钢铁工业能源结构对比69.90%69.90%69.90%69.90%60.00%60.00%60.00%60.00%55.80%55.80%55.80%55.80%56.40%56.40%56.40%56.40%7.00%7.00%7.00%7.00%20.70%20.70%20.70%20.70%19.90%19.90%19.90%19.90%17.00%17.00%17.00%17.00%8.20%8.20%8.20%8.20%26.40%26.40%26.40%26.40%16.00%16.00%16.00%16.00%15.30%15.30%15.30%15.30%23.70%23.70%23.70%23.70%3.20%3.20%3.20%3.20%0.50%0.50%0.50%0.50%0%0%0%0%20%20%20%20%40%40%40%40%60%60%60%60%80%80%80%80%100%100%100%100%中国中国中国中国美国美国美国美国德国德国德国德国日本日本日本日本煤炭煤炭煤炭煤炭石油石油石油石油天然气天然气天然气天然气电力电力电力电力图2.4部分产钢国家钢铁工业能源结构对比数据来源：中国钢铁工业协会。2.3生产生产生产生产过程能耗过程能耗过程能耗过程能耗与节能技术与节能技术与节能技术与节能技术2.3.1概述钢铁行业主要工序能耗及其适用节能技术的节能量和技术经济分析等如表2.2所示。5表2.2钢铁行业主要工序能耗及其适用节能技术工序工序内容工序能耗节能技术技术内容简述适用条件典型节能量典型投资额投资回收期市场潜力炼焦煤调湿风选技术采用流化床技术，利用焦炉烟道废气，对炼焦煤料水分进行调整，并按其粒度和密度的不同进行选择粉碎，以达到提高焦炭质量、降低炼焦耗热量等目的所有机械化焦炉可使吨焦能耗下降326MJ；百万吨焦炭厂年节能1.48万tce120-150万吨/年规模焦化厂需投资6000万元4年左右目前只有少数应用，按推广30%计算，共需投资42亿元，节能潜力为117万tce炼焦将炼焦煤在密闭的焦炉内隔绝空气高温加热放出水分和吸附气体，随后分解产生煤气和焦油等，剩下以碳为主体的焦炭重点钢铁企业的焦化工序煤耗为70kgce/t，电耗在38kWh/t左右，耗新水在1.6m3/t左右干熄焦技术（CDQ）干法熄焦是用循环惰性气体做热载体，由循环风机将冷的循环气体输入到红焦冷却室冷却，高温焦炭至250℃以下排出。吸收焦炭显热后的循环热气导入废热锅炉回收热量产生蒸汽而发电和供热。循环气体冷却、除尘后再经风机返回冷却室，如此循环冷却红焦熄焦能力2×140t/h及以上每吨焦可发电75kWh，年发电量可达到1.5亿kWh约2亿元3.5年左右已应用约50%，若按再推广20%比例计算，共需投资60亿元，节能潜力为45亿kWh烧结炼铁领域内的烧结是指把铁该工序能耗约占总能耗的烧结机余热发电技术烧结工序余热回收的重点为烧结废(烟)气余热和烧200-400℃的低温烟气每吨烧结矿可发电1.7亿元2.5年目前仅有少数应用，按6矿粉和其他含铁物料通过熔化物固结成具有良好冶金性能的人造块矿的过程，它的产生物就是烧结矿10%。重点钢铁企业煤耗平均值为72kgce/t，电耗平均值为38kWh/t结矿显热回收。通过回收烧结机尾落矿风箱及烧结冷却机密闭段的烟气加热余热锅炉来回收低品味余热能源（200~400℃），结合低温余热发电技术，用余热锅炉的过热蒸气来推动低参数的汽轮发电机组做功发电的成套技术12kWh，千万吨级烧结厂年发电量可达1.4亿kWh推广比例20%计算，约需总投资10亿元，年发电量可达到12亿kWh球团目前钢铁企业的球团生产有三种工艺，即竖炉、链篦机—回转转窑和带式焙烧结，其中链篦机—回转窑工艺生产球团矿的质量和能耗均比竖炉具有显著的优势重点钢铁企业球团工序的固体燃料消耗平均值为18kgce/t，煤气消耗为137m3/t，电力消耗为34kWh/t，吨球耗新水为0.3m3/t小球团烧结技术通过改变现有混合机工艺参数及内部结构，延长混合料在混合机内的有效滚动距离，改善混合料在混合机内的滚动状态，使烧结混合料造成3mm以上小球75%，通过蒸汽预热，燃料分加，偏析布料，提高料层厚度等方法，实现厚料层、低温、匀温、高氧化性气份烧结大、中、小型球团生产车间的技术改造和新厂建设吨球固体燃料消耗降低2kgce左右，百万吨级球团车间可节能2000tce90平米烧结机改造投资120万元0.5年左右若推广应用50%，总投资1亿元，每年可节煤10万tce炼铁将铁从其自然形态中还原出来的过程。炼铁方法主要有是钢铁生产过程中能耗和资源消耗最大的工序，占钢铁高炉炉顶煤气压差发电技术（TRT）利用高炉炉顶煤气的余压余热导入透平膨胀机驱动发电机发电400m3以上高炉（国家重点支持1000m3上高炉），炉吨铁发电量可达到40kWh，420m3高炉每千瓦装机投资7500元，400m3高2年左右目前1000m3以上高炉TRT普及率达到7顶煤气压力大于120kPa每年可发电2000万kWh，4000m3高炉每年可发电1.6亿kWh炉装备TRT约需2000万元90%以上，但干式TRT只有十几套。若将干式TRT比例提高到60%～70%，则需总投资12亿元，年发电量达到40亿kWh高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是铁矿石在特定的气氛中（还原物质CO、H2、C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料联合企业总能耗的60%。重点钢铁企业炼铁工序平均热耗为376kgce/t，电耗为70kWh/t，耗新水为2.2m3/t左右高炉煤气全干法除尘技术荒煤气经过粗除尘，除掉大颗粒粉尘，然后进行精除尘，经过净化的高炉煤气不仅可以用于余压发电，还可以提供给热风炉等用户进行再利用300~1000m3的大中型高炉吨铁可节约电耗18.5kWh，节约焦炭6kg。一个500m3高炉每年可节约电耗1000万kWh，可节约焦炭3240t500m3高炉约需投资1000万元1年左右目前在300~1000m3高炉应用不多