节能减排潜力

我国能源以化石能源为主 化石燃料消耗是引起世界范围二氧化碳排放增加的主要因素 将化石燃料折算成能源消耗量用来计算二氧化碳的排放量已形成共识 钢铁生产过程产生 的二氧化碳排放 95 以上来自能源消耗 即在很大程度上节能和二氧化碳减排实质是一致 的 2008 年我国钢铁工业二氧化碳排放最占全球球钢铁工业二氧化碳总排放的 51 而欧 盟为 12 日本为 8 俄罗斯为 7 美国为 5 其他国家 17 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 如图 3 所示 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的绝大部分 热量未回收 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 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 可以发现能 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 折合490kgce t 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 资料显示 世界先进产钢国的吨钢燃料消耗小于500kg 而我国重点钢铁企业 除宝钢外 的吨钢燃料消耗都在500kg以上 比世界先进水平高出约12 炼 铁系统能耗在吨钢综合能耗中约占70 而炼铁工序在炼铁系统能耗中又占70 以上 因此 炼铁工序节能是钢铁企业节能的重点 我国炼铁工序的能耗指标 与国际先进水平还有很大差距 高炉入炉焦比的国际先进水平已经达到240 300kg t 高炉炼铁燃料比达到439kgce t 芬兰 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进行调查 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 J 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 分析影响节能的主要因素包括以下几点 1 长期以来 人们一直关注钢铁流程中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 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 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 4 钢铁企业传统的余热余能回收方式忽视回收能的质量 以低参数热风 热水 蒸汽等为工质 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 能源利用效率低 甚至造成回收后又放散的无效状态 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 6 余热余能回收利用的理论研究滞后 能源高效利用 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 7 钢铁企业中焦炉煤气 高炉煤气 转炉煤气均是优质化工合成原料 并且作 为副产物其成本较低 钢铁企业化工合成功能有待深度开发 并可为社会的可 持续发展提供新价值和资源 2 3 我国钢铁企业能源配置 能源管理潜力 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 1 钢厂用能以煤炭为主 占83 49 蟑1 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 t 折合55万tee 其构成为0 8一1 35MPa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 烟损失达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 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 存在的问题包括 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 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 余热余能中 煤气具有较高的棚值 可作为发电的理想燃料 可采用CCPP自发电或与电力部分合作追求规 模发电效益 除煤气以外 其他余热资源温度超过700 C的占71 8 具有较高的烟值 因此这部分余 热资源从质量上来讲 具有发电的可行性 改变将余热余能低效回收转化为低品质蒸汽 热水等低烟值工 质且不易集中高效和 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 炼铁节能潜力 炉渣显热回收 普通高炉液态炉渣的温度在1400 左右 热焓为1670 1880kJ kg 约为炼铁工序能耗的4 10 当采用低品 位矿石冶炼时还会更高 目前高炉热态炉渣的显热基 本没有回收利用 我国钢铁工业的能源消耗结构以煤为主 据世界钢铁组织统计 长流程吨钢碳 排放量1 7吨 短流程吨钢碳排放量在0 4吨左右 而据我国统计 长流程吨碳 排放量在2 2吨 短流程吨钢碳排放量在0 8吨左右 以废钢为源头的电炉流程 与以铁矿为源头的高炉 转炉流程相比 每吨钢可节约铁矿石1 3t 降低能耗 35Okgce 减排c02 1 3 t减拌废渣600kg 我国钢铁工业能耗约占全国总能耗的12 而轧钢能耗约占全国钢铁工业总能 耗 的13 20 t 随着现代钢铁产品质量 品种的升级 深加工层次的不断增 长 轧钢工序能耗在不断增加 1999年国际先进水平的热轧工序为 47 82kgce t 冷轧工序为80 28kgce t 中国钢铁的轧钢工序无论是冷轧 还是热轧与国际先进轧钢工序相比 工序能耗均有一定差距 若考虑两者的差 异并取我国轧钢工序与国外相同的水平 则可比能耗要比先进产钢国高达 17 2 即112kgce t钢12 其中由于装备 技术和管理落后 折合每吨钢 高出国外能耗40 4kgce 因为轧钢加热炉是轧钢系统的主要耗能设备 占轧钢能耗的60 70 轧钢 节能的潜力很大 目前 我国以煤炭和电力为主要能源 而链源转佬率较高懿石油和天然气应用 较少 仅此顼存在的节能潜力可达标煤 钢15 20 kg t 钢铁工业用能结构是 煤炭占69 9 电力26 4 燃油3 2 天然气0 5 钢铁企业节能工作重点是降 低煤炭和电力的用量 降低炼铁能耗的主要技术措施有 风温升高100 节约焦比15kg t 脱湿鼓风 风中每减少1 g ms水 可提高风温9 降焦比0 7kg t 富氧鼓风 富氧1 高炉增产4 26 高炉煤气发热 值升高3 4 节焦1 允许多喷吹12 20kg t煤粉 焦炭和煤粉灰分降低1 炼铁焦比可下降1 5 结构节能 每喷吹1吨煤粉 可降低炼铁系统能耗 约100kgce t 每增加使用1吨球团矿 可降低炼铁系统 能耗20kgce t左右 优化高炉操作技术 生铁含Si每降低0 1 可降低 焦比4 5kg t 炉顶煤气压力提高lkPa 可降焦比3 5 增产1 左右 煤气co z含量提高0 5 可减少燃耗 10kg t 对热风炉管道进行保温 可使热风温度升高9 17 采用小球烧结厚料层烧结工艺 可减少烧结燃耗 15 20kg t烧 烧结对混合料进行预热 温度升高1 0 减少固 体燃耗2kg t 控制烧结点火负压 可降低烧结工序能耗4 5 对炼焦煤进行调湿 水份从10 降到6 节能8 2 低温烟气回收技术 目前 我国钢铁企业烟气余热利用中 高温烟 气余热的回收利用情况较好 而中低温烟气余热的 回收利用率较低 钢铁企业用高温烟气预热助燃 空气 而通过空气预热器后约400 500 的中温 烟气则没有被大部分企业加以利用 至于温度更低 的3000C以下的低温烟气利用的更少 国外已研 究开发利用200 以下的低温烟气余热用于供暖 和制冷 就现有的技术而言 排人烟囱的最佳温度 可以达到150 180 而如何利用中低温烟气余 热是一个亟需研究的问题 现在国内烧结余热回 收应用较多的是热管式余热锅炉 宝钢每吨烧结矿 可回收75182kg中压蒸汽 并入公司蒸汽管网 多 数企业回收的是低压蒸汽 未并入管网 只是就近 使用 高炉工序能耗占钢铁联合企业总能耗的50 以 上 高炉炼铁用能有78 足来自碳素燃烧 就是燃料 比 所以 降低高炉燃料比是钢铁企业节能减排工 作的霞点 也是减少污染物排放的主要手段 2010年 重点企业高炉燃料比的降低 为我国吨钢综合能耗降 低做出了重要贡献 我们应当大力推广能够大幅度降 低燃料比企业的好经验 副产煤气产生量大 吨铁产生1400 1700ms煤气 吨焦产生380 420m3