鋼鐵工業(yè)在帶動我國經(jīng)濟發(fā)展的同時，作為高能源強度行業(yè)也加劇了全球性的能源危機和生態(tài)環(huán)境惡化，是我國能源消費最大的部門之一。新形勢下，降本增效、節(jié)能減排逐漸成為鋼鐵企業(yè)應(yīng)對危機、轉(zhuǎn)型發(fā)展的必然選擇，而提高能源系統(tǒng)的運行水平將發(fā)揮關(guān)鍵作用。能源成本、能源利用效率水平已經(jīng)成為影響我國大部分鋼鐵企業(yè)盈利水平和可持續(xù)發(fā)展能力的關(guān)鍵因素，能源系統(tǒng)的高效運行已經(jīng)成為先進鋼鐵企業(yè)核心競爭力的標志。

鋼鐵企業(yè)能耗取決于主生產(chǎn)系統(tǒng)、能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的能耗特點以及兩者之間的作用關(guān)系。作為主要能源介質(zhì)，煤炭主要以煉焦煤、噴吹煤和燃料煤的方式輸入到鋼鐵制造流程中。伴隨著復(fù)雜的物理化學(xué)變化，煤炭被轉(zhuǎn)化為焦炭、煤氣的化學(xué)能及熱量、壓力等物理能。煤炭的使用、轉(zhuǎn)化及二次能源回收再利用過程比較復(fù)雜，并且在相互之間、工序之間存在交叉復(fù)雜的關(guān)系，構(gòu)成一個比較復(fù)雜的大型能量系統(tǒng)。研究企業(yè)節(jié)能的前提就是要弄清楚能源構(gòu)成及損失結(jié)構(gòu)，找出相應(yīng)的技術(shù)措施，實現(xiàn)單體設(shè)備、工藝路線、操作工藝上的節(jié)能。

某鋼鐵企業(yè)為板材生產(chǎn)基地，屬長流程工藝，主要包括焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼和熱軋等生產(chǎn)工序。主要外購能源為煤粉、焦炭、新水和電，二次能源介質(zhì)為高爐煤氣、焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、混合煤氣、蒸汽、氧氣、氮氣、氫氣、壓縮空氣、其他惰性氣體及一部分自發(fā)電等。外供能源為部分焦爐煤氣。

通過將所有使用的能源介質(zhì)進行折標煤分析，研究該鋼鐵企業(yè)的各種能源介質(zhì)的使用占比、能源轉(zhuǎn)化效率及各生產(chǎn)工序的能源損失，利用能源量、損失量、轉(zhuǎn)化效率將各種能源介質(zhì)排序，抓大放小，制定各種節(jié)能措施。

該鋼鐵企業(yè)的二次能源介質(zhì)結(jié)構(gòu)見表1。

高爐煤氣所占能源介質(zhì)的份額最大，為42%，焦爐煤氣次之占27%，電力消耗為16%，蒸汽及轉(zhuǎn)爐煤氣消耗為6%，其余能源介質(zhì)消耗較小均未超過3%。

從能效介質(zhì)所占比重來看，鋼鐵企業(yè)重點分析的目標能效介質(zhì)為高爐煤氣、焦爐煤氣、電力、轉(zhuǎn)爐煤氣及蒸汽，需要對能源介質(zhì)的使用效率、損失占比及工藝消耗進行系統(tǒng)分析，找出相對應(yīng)的節(jié)能方式及工藝路線。

分析重點能源介質(zhì)在工序中重點設(shè)備的分布情況，確定重點工序及重點設(shè)備的研究范圍。

2.2.1工序的煤氣消耗分析

高爐煤氣主要用于焦爐燃燒、CCPP發(fā)電、高爐熱風(fēng)爐自用、燃氣鍋爐及混合煤氣燃燒。其中焦爐用高爐煤氣最多約占全部消耗的30%以上，CCPP次之占總體消耗的25%，單個高爐的熱風(fēng)爐煤氣消耗為17%，燃氣發(fā)電鍋爐消耗占5%，其他用作混合煤氣燃燒。

焦爐煤氣用戶非常多，主要用于CCPP發(fā)電（17%）、煉鋼白灰窯生產(chǎn)（17%）、混合煤氣燃燒（17%）、焦爐燃燒（14%）、燃氣鍋爐及球團（8%、9%）、燒結(jié)機（3%），其他混合料場、連鑄切割、鋼包烘烤、中間包烘烤及熱處理加熱爐的消耗非常少。

轉(zhuǎn)爐煤氣用于混合煤氣在加熱爐及鋼包烘烤中的消耗，其中轉(zhuǎn)爐、1580生產(chǎn)線加熱和5.5m寬厚板加熱的轉(zhuǎn)爐煤氣消耗分別為0.11kgce/t、0.61kgce/t和1.27kgce/t。

2.2.2工序的電力消耗分析

所有設(shè)備都涉及電力系統(tǒng)的應(yīng)用，高爐鼓風(fēng)（0.46kgce/t）、燒結(jié)（0.77kgce/t）、軋鋼（0.99kgce/t）和轉(zhuǎn)爐（0.47kgce/t）系統(tǒng)所占比率較大,合計在60%以上，其他設(shè)備相對較低。

電力系統(tǒng)可分為工藝電、生產(chǎn)電及生活電。工藝電是將電能轉(zhuǎn)化成為熱能、機械能和風(fēng)能等，包括軋鋼系統(tǒng)的軋機、燒結(jié)系統(tǒng)的主抽風(fēng)機及環(huán)冷鼓風(fēng)機、除塵風(fēng)機、工藝熱處理電爐等，其特點是電能消耗由工藝參數(shù)決定，可通過工藝參數(shù)的變化及工序之間的耦合來實現(xiàn)工藝電的節(jié)能。生產(chǎn)電針對物料的移動、提升以及相關(guān)介質(zhì)的加壓等，主要包括吊車運行、上下料輻道運行、提升泵站運行等等，節(jié)能方式主要在于強化工作效率，降低空載、空轉(zhuǎn)問題，并對大型運行設(shè)備使用變頻技術(shù)。生活電主要為照明、洗浴等生活用電，強化管理、實現(xiàn)綠色照明等是節(jié)電的主要措施。

2.2.3工序的蒸汽消耗分析

生產(chǎn)用汽主要集中在轉(zhuǎn)爐、干熄焦及化工工序，回收所占比率較大合計在80%以上，其他工序均為生活用汽，見表2。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，鋼鐵流程不同能源介質(zhì)主要消耗的重點設(shè)備是：焦爐、高爐、熱風(fēng)爐、燒結(jié)機、白灰窯、轉(zhuǎn)爐和加熱爐，分析各種能耗設(shè)備的能源介質(zhì)消耗及損失，對于鋼鐵企業(yè)的節(jié)能具有實際意義。

2.3.1焦爐能效分析

焦爐是能源消耗的設(shè)備，同時也是鋼鐵企業(yè)重要的能源轉(zhuǎn)化設(shè)備，通過焦爐將煤高溫干憎為焦炭，同時產(chǎn)生焦爐煤氣作為鋼鐵企業(yè)最重要的二次能源。焦爐能耗介質(zhì)包括高爐氣、焦爐氣、電力、蒸汽和工業(yè)用水，見表3。其中煤氣消耗占95%以上，因此將焦爐作為焦化工序的重點能耗設(shè)備。CDQ雖然耗能量較小，但產(chǎn)生蒸汽及電能，且參數(shù)與焦爐的出焦溫度等參數(shù)相關(guān)，因此需要作為重點能效設(shè)備考慮。

焦爐的能源損失見表4，主要集中在燃燒廢氣和循環(huán)水物理熱（焦爐荒煤氣物理熱），對該部分低溫余熱資源目前回收方法較多，焦爐荒煤氣余熱利用技術(shù)及低溫余熱水供暖、制冷技術(shù)均可以有效回收利用。

2.3.2燒結(jié)能源結(jié)構(gòu)

燒結(jié)系統(tǒng)的能源消耗主要是固體燃料、焦爐煤氣及電，見表5。其中固體燃料及氣體燃料提供熱量，而電力系統(tǒng)主要為工藝用電。電耗增加與系統(tǒng)漏風(fēng)率直接相關(guān)，合理控制燒結(jié)臺車的抽風(fēng)壓力，減小臺車之間的縫隙，改善環(huán)冷機環(huán)縫密封方式，可減少主抽風(fēng)機及環(huán)冷鼓風(fēng)機的電耗。

燒結(jié)的熱損失主要是煙氣帶走熱量和環(huán)冷散熱，其占比分別為67%和33%。煙氣帶出熱量分為兩塊，燒結(jié)煙氣及環(huán)冷煙氣。燒結(jié)機不同位置的煙氣含硫量不同，高硫區(qū)一般在13號風(fēng)箱及20號風(fēng)箱之間，而該區(qū)域的溫度在100~300℃之間，完全滿足脫硫系統(tǒng)的溫度要求，可進行分區(qū)脫硫。而20號之后的風(fēng)箱溫度在300℃以上，可以加入環(huán)冷1段及2段煙氣一起用于余熱鍋爐發(fā)電系統(tǒng)。環(huán)冷機3段、4段煙氣溫度達到150~300℃，5段的溫度小于150℃可循環(huán)至4段，3段、4段的煙氣直接進行熱風(fēng)燒結(jié)及熱風(fēng)點火，降低燒結(jié)機的煤氣消耗及固體燃料消耗。

2.3.3煉鐵能源結(jié)構(gòu)

高爐系統(tǒng)能源消耗主要是固體燃料及煤氣，詳見表6，其中固體燃料占80%以上，煤氣消耗為10%左右。

高爐的能源損失見表7。鐵水的物理熱及化學(xué)熱損失最多，這部分能源帶入煉鋼系統(tǒng)為負能煉鋼創(chuàng)造條件。高爐渣余熱次之，INBA法處理高爐渣余熱沒能充分回收利用，大部分余熱變成飽和蒸汽無法回收，作為世界性難題在各個國家均有研究，但實際應(yīng)用較少。高爐循環(huán)冷卻壁的冷卻水損失和熱風(fēng)爐煙氣余熱損失均有可利用的空間，可以實現(xiàn)解凍或供暖等需求。

2.3.4煉鋼能源結(jié)構(gòu)

煉鋼系統(tǒng)主要耗能子工序是白灰窯爐及煉鋼轉(zhuǎn)爐，其他諸如鑄機及精煉爐的能耗主要體現(xiàn)在電力系統(tǒng)及水系統(tǒng)（另作分析）。轉(zhuǎn)爐能源介質(zhì)消耗見表8。

轉(zhuǎn)爐的能耗主要體現(xiàn)在氧氣、電和蒸汽的消耗，約占70%以上。白灰窯的消耗為焦爐煤氣、電力和工業(yè)新水，其中焦爐煤氣占97%。轉(zhuǎn)爐能源的損失包括轉(zhuǎn)爐渣物理熱、爐氣物理熱、爐體散熱和煙塵物理熱，其占比分別為44%、29%、22%和5%。最大部分為轉(zhuǎn)爐渣余熱，由于粘度、溫度及游離CaO、MgO脫除等限制，沒有高效利用。

連鑄能源損失包括鋼液的潛熱損失和鋼坯顯熱損失，分別為70%和30%，可以說是整個鋼鐵工序最大的損失。為強化冷卻，這部分熱量大都轉(zhuǎn)化至低溫冷卻水，很難有效利用。鋼坯顯熱損失較大，可以通過提高加熱工序熱裝溫度及熱裝率的方式，最大限度地利用該部分能量。

2.3.5熱軋能源結(jié)構(gòu)

熱軋系統(tǒng)能耗主要包括兩部分：一是加熱爐的能耗，占整個熱軋工序的4/5，加熱爐主要消耗混合煤氣；二是軋機，主要消耗電能。

軋鋼加熱爐消耗的能源介質(zhì)主要是焦爐氣、轉(zhuǎn)爐氣、高爐氣、電力和水等，其中煤氣約占總體能源的96%以上，其他水電等能源介質(zhì)消耗較低。

加熱工序的熱量損失包括坯料熱損失、煙氣損失和蒸汽帶出熱三部分，分別為64%、24%和12%。坯料的物理熱損失全部轉(zhuǎn)化到冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，是鋼鐵工序最大的能源損失項?，F(xiàn)有利用納米流體技術(shù)進行循環(huán)污水中的熱量回收，實現(xiàn)軋材的部分余熱利用。降低煙氣熱損失的技術(shù)主要有三種：

（1）采用換熱器技術(shù)，將空氣預(yù)熱到450℃左右，煤氣預(yù)熱到300P，以直接熱回收的方式回用到加熱爐內(nèi)，降低加熱爐的燃耗；

（2）采用蓄熱式技術(shù)進行余熱回收，利用煙氣余熱預(yù)熱空、煤氣，降低燃耗，熱效率可高達70%以上，但因其設(shè)備維護量大，耗材量增加，檢修點多，易造成“節(jié)能不節(jié)錢”的問題,尤其在大型鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用效果較差；

（3）采用余熱鍋爐技術(shù)，將煙氣余熱轉(zhuǎn)化為蒸汽進行發(fā)電，余熱回收不對加熱爐的工藝操作造成任何影響，配合換熱器技術(shù)實現(xiàn)余熱的最大限度回收，但投資較大，同時由于能源的二次轉(zhuǎn)化造成能源使用效率降低。

鋼鐵企業(yè)主要的用能介質(zhì)是煤、焦炭、煤氣、電及蒸汽，主要的用能設(shè)備有焦爐、燒結(jié)機、高爐、熱風(fēng)爐、轉(zhuǎn)爐、加熱爐。主要的能源損失是高爐渣、轉(zhuǎn)爐渣的余熱，連鑄坯的顯熱及潛熱，加熱后鑄坯的顯熱以及大量的煙氣熱損失。

鋼鐵企業(yè)的節(jié)能重點應(yīng)放在這些設(shè)備的提效降耗及能源介質(zhì)的合理利用上，能源梯級利用、就近回用、減少轉(zhuǎn)化是鋼鐵企業(yè)能源利用的準則，最終實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)的能源近零排放。