能源审计原理与实施方法

1、 能源审计原理与实施方法 钢铁行业能源审计 制作：邱志强 许南祥 高儒祥 王俊涛 夏文莲 侯丁丁 段宇栋 目录 钢铁行业的特点及能耗现状 钢铁行业生产的主要路线及节能分析 钢铁行业的能源审计步骤与节能技术 某新建钢铁厂项目的能耗分析及措施 1 1 2 2 3 3 4 4 Contents 5.1.1钢铁行业特点 产能过剩产能过剩 产品结构产品结构 不合理不合理 产能过剩是中国钢铁产业的“第一顽疾”，一方面落后产能 没有及时被淘汰，另一方面产能又在快速增加。2009年末， 全行业粗钢产能已达7亿吨左右，其中不符合产业准入标准 的炼铁产能1.6亿吨左右、炼钢产能1.9亿吨左右，而国内市 场粗钢消费

2、量预测只有5.65亿吨，呈现产能严重过剩状况。 产业集中产业集中 度低度低 目前，全国有1000多家钢铁企业，排名前10位钢铁企业钢 产量仅占全国的43.5%，而美国、日本和欧盟排名前4位的 钢铁企业钢产量在本国的占比均超过60%。根据国家关于 加快钢铁工业结构调整的若干意见，2015年我国前10家钢 铁生产企业产量要占到全国产量的60以上，但目前仍有 不小的差距。由于产业集中度低，我国在铁矿石谈判中长 期处于劣势。 5.1.2我国钢铁工业耗能现状 1 重点钢铁企业吨钢可比能耗比国际先进水平相差9.81。 2004 年，我国重点钢铁企业平均吨钢综合能耗为705kgce t；而2000年，工业发

3、达国家吨钢可比能耗平均值为 642kgcet ( 美国663、日本620,德国602、法国683) 。 2 钢铁工业能耗增幅低于钢产量增幅约5。由于钢铁工业积 极采用先进节能工艺技术和装备，在钢产量高速增长的同时， 消耗能源的增幅低于钢产量的增幅。 ( 详见表 1) 3 钢铁工业主要工序能耗呈下降趋势。据统计，我国重点钢铁 企业主要工序能耗在不断下降，而炼铁工序能耗呈上升趋势 则是因为高炉炼铁原燃料供应紧张，价位攀升，成分不稳定， 质量下降所造成的。通过加强管理，大力开展各项节能技术， 2004年的能耗指标好于2003年。（详见表2） 5.2钢铁行业生产的主要工艺路线及节能分析 炼钢工序炼钢工

4、序轧钢工序轧钢工序 炼铁工 序 炼铁工序炼铁工序 1 1精料技术精料技术 2提高热风温度技术提高热风温度技术 3干法熄焦技术干法熄焦技术 4高炉炉顶压差技术高炉炉顶压差技术 炼钢工序炼钢工序 1转炉负能炼钢技术转炉负能炼钢技术 2铁水处理技术：铁水处理技术： a解放高炉生产能力 b降低铁水含硫量 c保证炼钢吃精料 轧钢工序轧钢工序 1 1蓄热式燃烧技术蓄热式燃烧技术 5.2.1技术层面 高炉炉顶煤气余压回收发电技术高炉炉顶煤气余压回收发电技术 高炉炉顶煤气余压回收发电技术高炉炉顶煤气余压回收发电技术是利用高炉炉顶煤气中是利用高炉炉顶煤气中 的余压能及热能经透平膨胀做功来驱动发电机发电的一的余压

5、能及热能经透平膨胀做功来驱动发电机发电的一 项技术项技术 工作原理：高炉荒煤气经除尘器后的净煤气进入透平机 发电 主要设备：透平装置TRT（Blast Furnace Top-pressure Recovery Turbine Unit国际上简称为T R T）是利用炉顶煤 气压力回收炼铁生产过程中的二次能源，是不消耗燃料， 无污染的经济的发电设备 高炉炉顶煤气余压回收发电技术高炉炉顶煤气余压回收发电技术 TRT工艺分类工艺分类：湿法：湿法TRT和干法和干法TRT 湿法湿法TRT：高炉炉顶煤气采用水来降低高炉炉顶煤气温度：高炉炉顶煤气采用水来降低高炉炉顶煤气温度 和除尘并设置和除尘并设置TRT装

6、置的工艺装置的工艺 干法干法TRT：高炉炉顶煤气采用干式除尘并设置：高炉炉顶煤气采用干式除尘并设置TRT装置的工装置的工 艺艺 图一：湿法TRT发电系统 图二：干式TRT发电系统 高炉炉顶煤气余压回收发电技术高炉炉顶煤气余压回收发电技术 未来发展趋势未来发展趋势：TRT 发电设备的高功率化发电设备的高功率化 实现实现TRT 发电设备高功率化发电设备高功率化，现在占，现在占TRT发电设备主流发电设备主流 的湿式的湿式TRT 发电系统，由离心透平向轴流透平转化；由高发电系统，由离心透平向轴流透平转化；由高 炉尾气的部分回收系统向全量回收系统改良；控制方式由炉尾气的部分回收系统向全量回收系统改良；控

7、制方式由 调速阀控制改为静叶可调机构控制等。通过改善措施，调速阀控制改为静叶可调机构控制等。通过改善措施， 使技术成熟的湿式使技术成熟的湿式TRT发电系统向高功率干式发电系统向高功率干式TRT 发电系发电系 统转化统转化 干法熄焦技术干法熄焦技术 干法熄焦技术干法熄焦技术（Coke Dry Quenching）是相对于用水熄灭）是相对于用水熄灭 炽热红焦的湿法熄焦而言的，简称炽热红焦的湿法熄焦而言的，简称“干熄焦干熄焦”。它是回收。它是回收 红热焦显热和改善操作环境的一项先进工艺技术红热焦显热和改善操作环境的一项先进工艺技术 干熄焦技术的干熄焦技术的基本原理基本原理 ：利用冷的惰性气体（如氮气

8、或利用冷的惰性气体（如氮气或 氩气等）或燃烧后的废气，在干熄炉中与炽热红焦换热从氩气等）或燃烧后的废气，在干熄炉中与炽热红焦换热从 而冷却红焦，吸收了红焦热量的惰性气体将热量传给干熄而冷却红焦，吸收了红焦热量的惰性气体将热量传给干熄 焦锅炉产生蒸汽，被冷却的惰性气体再有循环风机鼓入干焦锅炉产生蒸汽，被冷却的惰性气体再有循环风机鼓入干 熄炉冷却红焦。干熄焦锅炉产生的中压蒸汽（或高压）蒸熄炉冷却红焦。干熄焦锅炉产生的中压蒸汽（或高压）蒸 汽或并入厂内蒸汽管网或送去发电汽或并入厂内蒸汽管网或送去发电 干法熄焦技术干法熄焦技术 干熄焦的焦炭冷却机理干熄焦的焦炭冷却机理 在干熄炉冷却段，焦炭向下流动，惰

9、性循环气体向上流动，在干熄炉冷却段，焦炭向下流动，惰性循环气体向上流动， 焦炭通过与循环气体进行热交换而冷却焦炭通过与循环气体进行热交换而冷却 优点优点： 同湿熄焦相比，干熄焦可回收利用红焦约同湿熄焦相比，干熄焦可回收利用红焦约83的显热的显热 ， 降低能耗降低能耗 干熄焦过程中焦炭缓慢冷却，降低了内部热应力，网状裂干熄焦过程中焦炭缓慢冷却，降低了内部热应力，网状裂 纹减少，气孔率低，因而其转鼓强度提高，真密度也增大纹减少，气孔率低，因而其转鼓强度提高，真密度也增大 干法熄焦技术干法熄焦技术 焦炭在干熄炉内从上往下流动时，焦炭在干熄炉内从上往下流动时，增加增加了焦块之间的相互了焦块之间的相互

10、摩擦和碰撞次数，大块焦炭的裂纹提前开裂，强度较低的摩擦和碰撞次数，大块焦炭的裂纹提前开裂，强度较低的 焦块提前脱落，焦块的棱角提前磨蚀，焦块提前脱落，焦块的棱角提前磨蚀，冶金冶金焦的机械稳定焦的机械稳定 性改善了性改善了 熄焦采用熄焦采用惰性循环气体惰性循环气体在密闭的干熄炉内对红焦进行冷却，在密闭的干熄炉内对红焦进行冷却， 可以免除对周围设备的腐蚀和对大气的污染。此外由于采可以免除对周围设备的腐蚀和对大气的污染。此外由于采 用焦罐定位接焦，焦炉出焦的粉尘污染也更易于控制用焦罐定位接焦，焦炉出焦的粉尘污染也更易于控制 降低有害物质的排放，保护环境降低有害物质的排放，保护环境 由于干熄焦由于干熄

11、焦能提高焦炭强度和降低焦炭反应性，对高炉操能提高焦炭强度和降低焦炭反应性，对高炉操 作有利，尤其对质量要求严大型高炉用焦炭，干熄焦更有作有利，尤其对质量要求严大型高炉用焦炭，干熄焦更有 利利 铁水预处理 铁水预处理是指将铁水兑入转炉之前进行的各 种提纯处理 普通铁水预处理 普通铁水预处理包括：铁水脱硫、脱硅、脱磷的三脱预处理 特殊铁水预处理 特殊铁水预处理是针对铁水中含有特殊元素进行提纯精炼或 资源综合利用如铁水提钒、提铌、脱铬等预处理工艺 5.2.1蓄热式轧钢加热炉技术 蓄热式加热炉技术的核心是高风温燃烧技术，它 具有高效烟气余热回收(排烟温度低于150)，高 预热空气温度(空气预热温度高于

12、800)和低NOx 排放等多重优越性。 采用蓄热式加热炉技术，具有如下优点：可将加 热炉排放的高温烟气降至150以下，热回收率达 80%以上，节能30%以上；可将煤气和空气预热到 1000以上；加热能力提高，生产效率可提高 10%15%；减少氧化烧损，使氧化烧损小于0.7%； 有害废气量(如CO2、NOx、SOx等)的排放大大减少。 短流程的电炉工艺 结构层结构层 面面 炼铁工序炼铁工序 炼钢工序炼钢工序 增加高炉原料球团比 例 高炉喷煤技术 连铸柸技术 nimator 5.2.2结构层面 球团厂球团厂 原料仓原料仓 烘干机烘干机 润磨机润磨机 给料机给料机 生筛生筛 竖炉本体竖炉本体 带冷机

13、带冷机 成品料场成品料场 链板机链板机 烘干炉烘干炉 燃烧室燃烧室 冷却风冷却风 机机 连铸工艺模铸与连铸 模铸(ingot casting) 将高温钢液浇注到一个或多个钢锭模内使之凝固成形的方法，是钢 液凝固成形的基本方法，其典型特征是生产过程的间续化。 连续铸钢(continuous casting) 将高温钢液连续地浇铸到一个或多个强制水冷的金属型腔内。凝固 成形后，再经二次冷却，使之凝固，且成一定形状（规格）铸坯的 工艺方法，其典型特征是生产过程的连续化。 连铸工艺设备 连铸工艺相关技术 连铸配套技求如下 1.保护浇注 采用无氧化保护浇注，大钢包与中间包用长水口，中间包与结 晶器之间用

14、浸入式水口，钢水面用保护渣，连接处用氩气保护。 2.电磁搅拌 安装在不同部位和不同搅拌方向的电磁搅拌装置可达到不同效 果。有结晶器电磁搅拌（MEMS），结晶器下方电磁搅拌（IEMS）， 二次区电磁搅拌（SEMS）和冶金长度末端的电磁搅拌（FEMS）。这 些搅拌装置可以单独亦可组合使用。 3.液面控制 这应采用灵敏可靠的结晶器液面测量及自动控制。目前对特殊 钢方坯连铸机采用钴60或铯137液位检测仪，自动调节中间罐水口开口度 控制液面，使液面波动范围在03mm内。 4.中间包设计 中间包按大容量和最佳形状设计。为保证夹杂物充分上浮析 出，中间包钢液面深度不小于800mm，利用中间包钢水重量变化来

15、自动 调节钢水包水口开口度，控制中间包熔池深度。 5.振动装置 采用小振幅高频率的结晶器振动，一般频率可达0360次/min， 振幅10mm（有的为4mm）。 6.二冷控制 精确控制二次喷水冷却。按不同钢种、不同拉速自动调节，均 匀冷却。尽管气-水雾冷却会增加控制上的困难、价格较高，但对特殊钢 连铸来说仍是十分必要的。 7.自动控制 采用计算机控制对稳定铸坯质量非常重要。 高炉喷煤技术 概念: 高炉喷吹煤粉是从高炉风口向炉内直接喷吹磨细了的无烟煤粉或烟煤高炉喷吹煤粉是从高炉风口向炉内直接喷吹磨细了的无烟煤粉或烟煤 粉或粉或 这两这两 者的混合煤粉者的混合煤粉 以替代焦炭起提供热量和还原剂的作用

16、，从而降以替代焦炭起提供热量和还原剂的作用，从而降 低焦比，降低生铁成本。低焦比，降低生铁成本。 用煤粉代替焦炭，降低成本 解决焦炭短缺问题； 降低生产成本； 综合能耗降低； 高炉喷煤意义 有利于采用高风温和富氧鼓风技术 解决高风温产生的问题； 解决富氧鼓风产生的问题； 有利于调节炉况，改善高炉冶炼过程 增加调节手段，调节炉温较快； 改善高炉内的还原过程； 稳定连续性： 连续生产的需要连续生产的需要 高炉热制度稳定的需要高炉热制度稳定的需要 各风口喷吹量均匀性: 保证高炉圆周方向的均匀性保证高炉圆周方向的均匀性 喷吹量的可调节性: 有利于调节炉温有利于调节炉温 计量准确性: 防止炉温波动防止炉

17、温波动 设备简单及安全 喷煤条件 喷煤设备要求 高炉： 热风温度：要求高风温。 富氧鼓风： 喷煤设备及条件 其它条件 焦炭性能： 高强度：由于焦炭负荷上升，料柱透气性变差，对焦炭强度 要求提高。 渣量： 降低入炉矿石的SiO2含量，降低吨铁渣量，减少通过滴落带 的渣量，可以降低高炉下部压差，改善高炉冶炼过程。 喷煤工艺流程号高炉喷煤工艺流程号高炉 Distributer 热风炉废热风炉废 气引风机气引风机 主排风机主排风机 振动筛振动筛 N2 输送压缩空气输送压缩空气 BFG COG Air 旋风分离器旋风分离器 布袋除尘器布袋除尘器 原煤仓原煤仓 磨煤机磨煤机 煤粉仓煤粉仓 干燥炉干燥炉喷吹

18、罐喷吹罐 分配器分配器 混合器混合器 流化气流化气 加压气加压气 2 18 给煤机 高炉喷煤技术 工艺流程 5.2.3低温余热回收节能 原则原则1 废弃废弃-蒸汽蒸汽-电原则电原则：10000m3的的300-400度的低温烟气度的低温烟气 经过余热锅炉，可以产生经过余热锅炉，可以产生1t的过热蒸汽，发电的过热蒸汽，发电200kw.h 原则原则2 电电-标煤原则标煤原则：1kw.h电相当于电相当于0.39kg的标煤。的标煤。 烧结过程消耗量 是60kg/t但从热平 衡计算知烧结矿冷 气机余热占32.6%， 烧结矿的废气余热 占15.8%若回收利 用可回能耗20kg/t 炼铁工序炼铁工序 转炉工序

19、新技术： 1.强化铁水预处理强化铁水预处理 2.提高钢水炉外精炼比提高钢水炉外精炼比 4.推广溅渣护炉技术推广溅渣护炉技术 5.提高炉衬寿命提高炉衬寿命 6.提高金属收得率提高金属收得率 7.开发钢渣显热回收技术开发钢渣显热回收技术 3.提高废钢回收量和利用率提高废钢回收量和利用率 8.提高制氧机控制水平提高制氧机控制水平 转炉设备 转炉炉体及转炉倾动系统 铁水、废钢、散状材料设备 氧枪提升机构 转炉烟气净化与回收设备 5.2.4冶金流程新技术 干熄焦技术干熄焦技术 TRT技术技术 高炉喷煤技术高炉喷煤技术 球团矿技术球团矿技术 转炉负能炼钢技术转炉负能炼钢技术 连铸坯的热送连铸坯的热送.热装

20、和直接轧制技术热装和直接轧制技术 能源网络图 能量平衡表 能耗指标表 5.3.1 钢铁企业能源审计 能源节超情况表 技改措施节能情况表 主 要 内 容 技术准备 是前期阶段，主要进行审计小组成立、现场调查 及审计技术方案的编写 现场审计 测试 主要包括：有关资料的收集、现场调查分析和现 场测试 分析总结 对企业的总体用能情况进行分析，计算各项指标，并 对照有关标准分析评价，指出企业用能水平，提出节 能技术改造方案 审计的实施三个阶段 n高炉高风温技术高炉高风温技术 n高炉喷煤技术高炉喷煤技术 n冷固结球团技术冷固结球团技术n直流电弧炼钢技术直流电弧炼钢技术 n连铸坯一火成材技术连铸坯一火成材技术 5.3.2 主要能耗工艺节能技术与设备 主要能耗工艺节能技术 n小球烧结技术小球烧结技术n电炉煤氧枪助熔节电技术电