气资源结构优化及高效利用.ppt

冶金企业煤气资源结构优化及高效利用 提纲 一 背景二 钢铁企业能耗状况分析三 煤气资源结构优化及高效利用的思考四 煤气资源高效利用等效替代技术五 煤气资源结构优化模式六 能源管理模式的开发七 几点认识 一 背景 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 强有力地支撑了我国国民经济建设和发展 无论在规模 装备技术 工艺技术 还是管理技术 无论在产品 质量还是成本 环境等方面 都已成为在国际钢铁界具有举足轻重地位的钢铁大国 提前进入产能过剩的时期 遭遇产能继续增长 出口受阻 市场饱和的境况 企业面临惨烈的市场竞争 利润和效益大幅度下滑 大量企业甚至陷入亏损境地 资源 能源 环境 市场压力日趋严峻 作为高能耗的钢铁工业是CO2排放大户 下一步还将面临温室气体减排的现实压力 在参加哥本哈根减排大会前 中国政府决定 到 年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比 年下降 作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划 并制定相应的国内统计 监测 考核办法 新形势下 我国钢铁企业面临新的压力和挑战 钢铁企业反思企业核心的竞争力 效率 效能 效益节能减排 社会责任 在趋同的市场环境中 规模 价格 品种和质量是市场因素 效率则是内在因素 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年努力 中国钢铁工业劳动生产率由20t 人 年提高到600t 人 年 综合成材率也由70 80 提高到了95 以上 长期以来我们一直关注以铁素流为载体的产品形成技术的开发和产品主流程的资源保证及管理 而较忽视产品形成过程中以碳素流为载体的能源利用 能质转换技术的开发和管理 忽视能质转换及传递过程的耦合匹配 恰恰是这些能质转换技术直接涉及资源 能源的高效利用和高效转化 因而造成过程运行成本高 效率低 污染排放严重 在历史新阶段 钢铁企业要减少资源消耗和环境污染 降低生产成本 提高核心竞争力 必须以装备技术 工艺技术 管理技术创新 积极实施能质转換的全方位价值开发 追求能量流的系统高效集成 挖掘企业新的经济增长点 打造企业核心竞争力 二 钢铁企业能耗状况分析 近几年 是我国钢铁工业高速发展及节能降耗工作取得长足进展的重要时期 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 并通过采取能源的 梯级利用 高效转化 等措施 实现了能源消耗大幅下降 吨钢综合能耗已经由2000年的920kgce降低到2009年的619kgce 国内一些先进的大型钢铁联合企业已达到或接近世界先进水平 我国钢铁行业吨钢综合能耗变化趋势 注 吨钢综合能耗中电力折算系数为2005年以前为0 404kgce 2005年以后调整为0 1229kgce 2009年619 4kg t下降11kg t 从能源转化功能的角度 系统分析钢铁流程中的碳素流代谢过程 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 余热余能利用价值巨大 能源利用方式及结构潜力巨大 提高能源管理及系统能源效率的空间巨大 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 但按照能源转化及回收 能源输送 能源使用三段论分析 则能源转换效率 能源回收效率 能源利用效率差距大 潜力大 能量流转换关注热力学第一定律的能量平衡 这种传统的平衡方法无法发现进一步的节能潜力 而关注热力学第二定律的能质效率较少 导致能级及能级匹配性差 普遍存在高质低用 低质无用的现象 能质 能级匹配潜力大 以蒸汽为载体的能源输送方式 不稳定 衰变块 不可储存 能效低 用能不匹配 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 钢厂用能结构不合理 效率低 消耗大 效益差 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 蒸汽喷射真空精炼 能源结构普遍蒸汽当家 蒸汽管网制 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 烟气显热回收率为14 92 冷却水的显热回收率只有1 90 各种渣的显热回收率仅为1 59 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 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 普遍存在高质能源低质化使用 低质能源无处使用 气态能源处在动态不平衡中 而我们通常采用静态的平衡手段进行管理 缺少动态 有效 可靠的智能手段 因此难以实现煤气零放散 应由不平衡到平衡寻求系统能效的改进 过去冶金技术创新以铁素流为主 而发挥能源转化功能缺乏装备技术 工艺技术 管理技术的创新 巨大节能潜力有待挖掘 缺少系统的能源管理方法和节能机制 整个工艺系统指标强度大 消耗高 传统的工序能耗分析方法有不少缺陷 局部工序能耗低而系统能耗高 能效低 效益差 三 煤气资源结构优化及高效利用的思考 煤气资源量大 结构优化及高效利用的意义重大 典型长流程钢铁企业中 三种煤气总的资源量达到10GJ 340kgce t钢 约占余热余能总量的68 占总能耗的50 冶金过程中消耗的煤炭资源有约60 转化为煤气 焦炉煤气 410 430m3 t焦 热值3800 4100kcal 高炉煤气 1400 1700m3 t铁 热值700 900kcal 转炉煤气 80 120m3 t钢 热值1500 2100kcal 基本原则 碳素流管铁素流 动态有序 连续紧凑 高效集成 耦合匹配 能量使用 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 耦合集成 系统能效 要转变视角 更新观念 创新用能新模式 开发用能新技术 构造用能新机制 煤气资源结构优化及高效利用的思路 高效回收 焦炉荒煤气显热回收 高炉煤气余压高效利用 干法除尘多发电 转炉煤气多回收 干法除尘回收潜热 节约使用 将煤气视为稀缺资源 开发使用高效用能技术 减少工艺过程煤气消耗 高效转化 零放散 CCPP 缓冲用户 用 非平衡 的思维方法实现动态有序平衡 匹配优化利用 煤气零放散 追求系统能质价值 创新用能新模式的探讨 1 除用于发电能量载体 钢厂不再利用蒸汽进行热输送 以热导油 电伴热 直燃式来代替低效蒸汽传热介质 2 以换热代替载热体加热或补偿加热 以系统余热高效回收利用节约煤气资源消耗 3 充分利用高炉煤气余压 焦炉煤气 转炉气质量优势创造更大价值 4 以负压洗涤 蒸馏等技术降低过程能源消耗强度 焦油负压 降低燃料消耗1 3 5 以等效替换提高过程能效 以机械真空泵代替蒸汽喷射真空 以直燃制冷代替蒸汽制冷 减少用能层级 以燃气蒸汽联合循环代替锅炉蒸汽发电 用蓄热式加热炉利用高炉自身压力用于轧钢加热 以工艺过程热水替代蒸汽采暖 以太阳能取代蒸汽加热洗澡 将蒸汽 高品质焦炉煤气的使用降低到最低甚至不用 6 将冶金余热余能进行高效 高质回收 不再回收低品质的热风 热水 蒸汽 而通过回收高温 高压蒸汽进行发电 四 煤气资源高效利用等效替代技术 炼钢转炉机械真空技术 节约蒸汽 节约燃气 吨钢耗电1kWh 不用燃气和蒸汽 效果显著 直燃式制冷技术 改变原来煤气烧锅炉产生蒸汽 蒸汽再溴化锂制冷的繁琐工艺流程 直接利用燃气作为能源进行制冷 减少能源转换环节 热效率提高59 87 焦化工序采用热导油替代蒸汽技术 同样热量需求用蒸汽 煤气 与用热导油 煤气 的成本约17 1 按年产120万吨规模的焦化厂计算 年可创效益7253万元 减少废水46 8万吨 采用对流传热比传导 辐射传热系数高几十至几百倍 使低品位焦化烟气余热使用成为可能 节约煤气7 01亿m3 年 减少废水7 9万m3 年 提高焦炭质量 并且为高效利用低品质能源提供了技术手段 炼焦煤的气流调湿分级一体化工艺技术 气流干燥工艺技术推广 气流干燥技术为钢铁企业大量低温余热的回收利用找到了一条新的途径 利用该项技术可实现以下用途 高炉水渣的干燥 喷吹煤的干燥 球团配料的干燥 夹点优化节能技术 煤焦油加工以焓分析和火用分析为工具 并采用能源夹点网络技术 优化能流网络 实现系统能量高效利用 煤气消耗可降低30 产品收得率提高20 根据夹点处无热量传递 按照过程物流匹配的原则 及欧拉定律 就可得到以最小能量为优化目标的换热网络 多馏分加工煤焦油初馏过程的换热网络计算 高炉鼓风脱湿技术 每1g m3脱湿量可降低焦比0 8 1 2kg t铁 提高风温6 可以稳定冷风湿度 增加风量 稳定炉况 提高高炉铁产量 蓄热式加热技术 实施冶金炉窑及烤包等蓄热式改造 可单烧高炉煤气或转炉煤气 与常规加热相比 热效率提高30 40 NOx大幅度降低 热送热装及倍尺轧制技术 热送热装及倍尺轧制技术 可有效降低轧钢工序煤气消耗 节省出足够的煤气为后续的发电创造条件 燃气 蒸汽联合循环发电技术具有较高吸热温度的燃气轮机循环与具有较低平均放热温度的蒸汽轮机循环结合起来 热能效率高达50 60 大大超过常规的火力发电机组 实现钢铁厂副产煤气高效发电 五 煤气资源结构优化模式 按照系统 动态有序 集成优化 多目标体系的思路优化设计煤气资源利用新模式 追求煤气资源效率最大化 价值最大化 煤气资源结构优化模式一 推广应用先进节能技术 工艺系统不用蒸汽 轧钢加热炉用高炉煤气 富余煤气全部用于发电 建设余热余能分布式电厂 一千万吨规模钢铁企业 发电量能够达到41 95亿kWh 实现用电自给 煤气资源机构优化模式二 利用焦炉煤气提H2 转炉煤气提CO CO2 合成精甲醇64 4万吨 年 投资约12 88亿元 为煤气化路线1 3 1 2 生产成本下降30 40 年产值16 1亿元 尾气可发电270MW 年产值13 6亿元 1000万吨钢 年 500万吨焦 年的规模 煤气资源机构优化模式三 利用焦炉煤气 转炉煤气可生产商品甲醇63 47万吨 年 H21万m3 h 乙二醇20万吨 年 醋酸产品20万吨 年 投资42亿元 年产值39 6亿元 引入清华炉生产清洁燃气 与尾气 高炉煤气实施燃气蒸汽联合循环发电 并实施余热余能分布式发电 可实现用电自给及外送 清华炉 清华炉 非熔渣 熔渣分级气化技术 煤气资源机构优化模式四 利用焦炉煤气提H2 转炉煤气提CO 采取熔融还原工艺可生产海绵铁600万吨 年 引入清华炉生产清洁燃气 与高炉煤气用于工艺加热 富余燃气实施燃气蒸汽联合循环发电 并实施余热余能分布式发电 可实现用电自给 六 能源管理模式的开发 由于历史 技术 管理等原因 能源流过程效率低下 指标裕度大 能量品种 数量和用户难以高效匹配 耦合 使节能潜力长期得不到挖掘 以现代信息化技术优化能量流网络与能源管理体系的构建 将推动能量流的高效转化及科学管理 会带来冶金流程重构和工艺技术 管理技术的革命性创新 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 能源管理控制中心与节能进程间关系 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 搭建能量流网络管控平台 集成仿真 计量 信息化 自动化控制技术 以优化系统 强调集成和智能化为手段 实现煤气 水 电等能源介质在线监控 适时数据生成 动态优化 全过程集中统一管理 以不平衡的观点建立煤气系统动态优化智能控制体系 实现动态平衡 盈亏缓冲 灵活转换 闭环利用 放散为零的调控系统 能源管理体系 现在三体系关注了铁素流 它是形成产品的主体 也是企业实现社会价值的载体 而未关注能源流这个工艺过程的动力因素 恰恰这一因素又是直接影响产品形成的成本 资源 环境及安全 能耗高 产品合格率低 回收率低 质量不稳定 能效低 污染环境 废弃物 CO2 SO2等 多 能耗高 工艺运行成本高 产品成本竞争力差 能耗高 资源难以持续 能耗高 无法履行和谐的社会责任 没有能源体系的管理体系结构是不全面的 没有抓住冶金企业管理的本质要素 说明冶金管理体系需要能源体系来完善 能源管理需要文件化体系来规范 需要先进的方法论来指导 需要先进的理念来推动 能源体系的建立 将加速提升系统能效及对物能级配的有效调整 以能源管理体系及能源管控中心为载体 实现钢铁制造流程能源流网络化高效集成运行 钢铁制造流程能源网络化高效集成运行是冶金流程在管理和技术上的一次革命 是其运行质量的一次飞跃 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