钢铁行业节能减排概述

1、认知流程新潜力，优化过程结构，培育钢企新优势钢铁企业余热余能高效利用综合技术 最近徐匡迪院士指出：目前钢铁行业面临供大于求，钢价大跌，成本高企的无利、微利困境。 又指出钢铁企业尚有30的余热、余能未被回收利用。其中，焦化过程约有50千克/吨焦。 这意味着，在2011年4.2亿吨炼焦生产过程中，有2100万吨标煤的余热未被回收利用。说明流程潜力巨大。提纲 一、钢铁企业形势严竣，开发新潜力，构筑新优势 二、认知钢企是流程工业，节能潜力在于结构优化 三、钢铁企业余热余能利用潜力分析 四、创新钢铁企业流程结构优化和能质高效匹配技术，提高系统能量流价值 五、钢铁流程余热余能利用综合技术一、钢铁企业经济形

2、势严竣、开发新潜力、构筑新优势中国钢铁产量增幅平稳下调0200004000060000800002001 2003 2005 2007 2009 2011粗钢产量(万粗钢产量(万t/t/年 )年 )粗钢产量(万t/年)钢铁工业处于发展艰困期的特征 国民经济发展出现不平衡、不协调、不可持续，要求转变发展方式，产业环境发生重大变化； 钢铁市场需求遭遇天花板；高成本不能传导为高价格；今年前7个月吨钢利润1.68元。销售利润率仅0.13。 由紧缺市场市场过剩、高质量、高增产不能带来高效益；由粗放管理可以盈大利到精细管理不盈利； 传统的依靠政策、依靠地区差异、依靠规模、依靠模仿技术和发展模式的发展手段难

3、以扭转企业经营状态； 行业产业链面临挑战，突显工艺链竞争的重要； 依靠知识、依靠智慧、依靠自主创新成为企业核心竞争力。 在趋同的市场环境中，价格、品种和质量是市场因素；效率、成本则是内在因素。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物质流潜力：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多年努力，中国钢铁工业劳动生产率由20t/人.年提高到600t/人.年，先进企业达到了1000t /人.年以上；综合成材率也由7080提高到了97以上。 日益严峻的外部市场压力和内部成本压力，亟需深层次挖掘

4、钢铁制造流程的能源转换功能。 能源动力成本约占总成本的30%以上。 二、认知钢企是流程工业，节能潜力在于结构优化 中国冶金专家提出冶金流程学理论，以过程的多功能、多目标性、多价值性及物质流、能源流、价值流的集成匹配的过程协同状态思路，为钢铁企业系统能效、系统价值的优化开发指明了方向。 流程工业是指物质流在能量流的推动和作用下按照信息流设定的“程序”及“流程网络”通过物理和化学变化的方法，将自然原料转化，变为适用产品的连续性生产过程。流程工业在国民经济中占有重要位置。占国民经济总产值66以上、主要行业能耗占全国工业总能耗的70。钢铁、煤炭、发电、石油、化工、造纸等 八大行业均属流程工业。 流程工

5、业高效运行的特征是：稳定有序、连续紧凑、高效转化、藕合匹配。 （一）钢铁工业流程工业特征 1、目前流程工业均存在能耗高、成本高、污染重、劳动生产率低、资源利用率低等特点。对流程产业功能多样性、目标多样性、价值多样性及工艺过程能质转换价值认识不足，远末开发。物质流基本处于有序，能量流、信息流远末有序。是这一状态的根本原因。 2、流程工业物质流是增值过程，能量流是耗散过程，能量流价值的开发在于防止和减少能量的衰减和贬值。这是节能的意义所在，亦是社会能源危机的根源。 3、流程工业的物质流是从无形到有形，能量流是从有形到无形。对他们的有序运行必须靠信息流的可视化、智能优化和智能控制来保障。 4、流程工

6、业能量流的高效运行有量的平衡，更有质的效率及能量、能质、能级、时间、空间和用户的耦合匹配。 5、提高流程工业的能源效率，要对工序间热流股及能源介质进行网络优化、集成优化，追求集约能效。做到：能质级匹、等效替代、低值高用、梯级高效、能尽其效。流程产业过程描述流程产业管控模式转换（三流一态）（二）钢铁企业能源结构调整取得显著成效，流程潜力依然很大 工序能耗逐年下降：“十一五”期间，钢铁行业主要生产工序能耗下降12.54，2010年与2005年相比较，重点统计钢铁企业焦化、烧结、炼铁、转炉、电炉工序能耗分别下降24.17%、12.44%、8.51%、100.95%、23.68%，其中转炉工序总体上实

7、现负能炼钢。 主要节能设备配置水平大幅度提高： CDQ装置：2005年前建成投产的仅有20套；截至2010年底，我国已投产和在建的干熄焦装置159套，干熄焦炭能力为1.59亿吨，占我国炼焦总产能4.5亿吨的35.3，其中重点统计钢铁企业焦化干熄焦率已经提高到83。 干法TRT装置：2005年前有约49座；“十一五”期间建设了550座，1000m3以上高炉基本全部配备TRT。 烧结矿余热回收发电装置：超过50%以上企业利用烧结矿余热进行发电。 余热余能等能源介质回收利用率不断提高：2010年与2005年相比较：焦炉煤气回收率：由95.48%提高至98.24%；高炉煤气回收率：由90.74%提高至

8、94.72%；转炉煤气回收量：由47.5m3/t钢提高至81m3/t钢；自发电比例：由27.44%提高至34%；低温余热回收利用技术不断被开发应用：饱和蒸汽发电、高炉冲渣水采暖、焦化初冷器余热水采暖、焦炉烟气余热回收、高炉热风炉烟气余热回收、轧钢加热炉烟气余热回收等。 节能减排效果大幅提高：改革开放以来，中国钢铁工业生产规模和行业竞争力显著提高，钢铁生产的吨钢能耗历经单体能效、系统能效、网络集成能效等三大阶段，大幅下降。深层次结构调整成为节能新目标。三、钢铁企业余热余能利用潜力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14.34 GJ/t钢材，折合490kgc

9、e /t钢材。钢铁企业节能的核心是余热余能高效回收和匹配利用，以及为低品质余热资源找到用户。即：系统能效、系统价值的优化集成。钢铁流程节能潜力依然很大： 从钢铁生产的高温物料流程来看：各种工业炉窑的热效率均低于70%。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中的热量绝大部分未回收，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。2、从焦化工艺看能源状况蒸馏采用正压工艺，温度曲线如下：初冷预冷脱硫预热硫铵终冷洗苯加热温度曲线。总温度差大于100度，相

10、当30吨蒸汽/小时从焦炉能源平衡看能效 按年产焦炭120万吨/年计算。配煤水份下降4%（11%7%），少产生废水6.5万吨/年，降低废水处理费用65万元/年；扣除煤调湿本身能耗，少消耗高炉煤气8000万m3/年，降低费用800万元/年，(煤调湿利用烟囱余热2200亿KJ/年；干熄焦回收焦炭余热发电1.08亿度/年，5400万元/年；上升管余热按50回收，2170万元/年；总计每吨焦降低成本70.3元。 生产1吨焦炭消耗的热量相当于113kg标准煤，2009年我国共生产3.45亿吨焦炭，共消4746.6万吨标准煤热量，其中，废气从烟囱带走908.2万吨标准煤热量，荒煤气带走519.3万吨标准煤热

11、量。1、能源“量”的潜力 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%，烟气回收率为14.92%，冷却水余热利用率为1.90%，各种渣的余热回收利用率仅为1.59%。基本上是高质能源低效回收、低效利用，经济效益差。 总体判断：“十一五”钢铁企业余热资源的利用率大约40%左右，仍有较大的节能空间和潜力。关键是低品质余热余能的匹配高效利用技术的开发。 如：2010年钢铁行业高炉煤气放散281亿m3、焦炉煤气放散6.52亿m3、转炉煤气放散36.28亿m3，折标准煤454.5万吨。若用来发电，可发

12、电约80亿kWh，价值约40亿元。 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。 2、能源“质”的潜力目前企业大多存在高质能低效回收，能源高质先用、高质低用、低质无处用。能源介质优化潜力巨大。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410520t/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。实质是高质低用，低质无用。蒸汽质量（压力、温度）决定蒸汽的做功能力：P=1公斤/cm2饱合蒸汽 火用 值=453.8kj/kgP=10公斤/cm2饱合蒸汽 火用 值

13、=788.4KJ/KgP=100公斤/cm2饱合蒸汽 火用 值=1029.9KJ/Kg不同的干熄焦工艺、煤气发电工艺和参数，效率相差很大：高压高温自循环全冷凝干熄焦发电技术与常规中温、中压干熄焦发电技术相比，每吨蒸汽发电量提高18，总效率提高13.25。燃气蒸汽联合循环发电技术，热能效率高达5060，大大超过常规的锅炉发电机组，综合效率是常规中温中压锅炉发电的近两倍！燃气蒸汽热电联产分布式供能方式，最高能效可超过90。（中国目前火电厂平均能效为36）差距巨大、潜力巨大。三种发电工艺煤气消耗量，m3高炉煤气/kWh3、“能质匹配”潜力 钢铁企业用能很少关注能质匹配的价值优化，往往以主工艺要求配置

14、能源，造成能源浪费和价值流失。 燃气以高、焦、转三混管网模式运行，高质低用、不稳定、运行成本高。 注重吨钢新水耗量，忽视总耗水量。新水耗量低、总水耗量高；水量降、成本升；不注重水质价值。 工艺过程传热介质蒸汽当家，衰变快、能效低、过程损失大。 连续能源流供给不连续能源用户，用户能质、能级不匹配，能效低。（真空喷射、取暖、消防） 电力系统低效率运行：过于注重安全而忽视效率，功率因数低、负载率低、电网电压低、无功补偿配置不合理、耗损高等。“能质匹配”潜力 炼钢蒸汽喷射抽真空：目前普遍采用蒸汽喷射抽真空，把连续能源流给了不连续用户，造成大量效益损失。 炼铁蒸汽鼓风：系统能效低。高温高压发电机组发电测

15、算煤气价格，汽动鼓风比电动鼓风年多出费用1323万元，也即汽动鼓风改为电动鼓风省出煤气用于60MW发电机组发电，年可以多创效益为1323万元。 焦化厂采用直接蒸汽蒸氨：能效低、废水多、成本高 采用电取暖：把高品质的电能用于低品质的室内采暖是极其不合理4、管理潜力能源管理基本上处于生产主导型的安全保供模式，而非能源主导型的系统能效管理，导致能源管理粗放，能耗高，效益大量流失。能源介质价值与价格严重分离，内部机制与市场隔离。如：宝钢蒸汽192元/t、焦炉煤气2.225元/Nm3；而很多企业蒸汽80元/t，焦炉煤气0.2元/Nm3，更有的企业压缩空气与氧气一个价格。表面满足于“充分”利用，实则高成本

16、运行。钢铁企业余热余能高效利用的价格潜力在于系统能效。有的企业为使用N2而放散氧气。尚未开展能源系统诊断与优化，无针对性节能规划，未建立能源管理体系，没有能源管控中心。由于设计、采购、运行等原因钢铁企业输入给运行装置的能量总是大于产品生产所需求的能量，即在能量流的输入- 输出端存在能量的“数量”不平衡。降低装置输入端的能量、回收输出端的余热余能、优化装置的设计与操作，实现运行匹配高效是钢铁企业实施科学使用能源、挖掘节能潜力的基础。运行装置最佳经济运行区域目前，钢铁厂多数热工设备在偏离“经济区”的右侧运行，缺乏高效调适优化手段和智能管控能力。作业率低，产品能耗高、运行成本高。这方面的节能潜力很大

17、。四、创新钢铁企业流程结构优化和能质高效匹配技术，提高系统能量流价值 发展转型的比较举例 1、浙江元立钢厂实现自供电91吨钢成本降低400元/T的 经验。 2、南钢开发产品“精在高端、强在特色” 3、同世达开发焦炉煤气价值，合成甲烷、甲醇、合成氨： 采用动力煤气化气优化焦化厂气体资源提高企业综合竞争力。 4、达钢利用炼钢转炉气与焦炉气合成甲醇，高效利用资源实现创 新价值，取得市场竞争力。 都是创新发展模式的结果，值得效仿、学习。 能量是矢量，是有方向性的，只能熵增、蜕变。高效回收、高效利用，防止能量贬值是节能根本。 冶金过程余热余能有时间、空间、能质、能量、用户经济适配效率和耦合效益。分布式余

18、热余能利用是手段 冶金流程余热余能数量大，能质差别大，系统能质结构优化是提高系统能效的基础。 为低品质余能找到用户是过程能效提高的重点，钢铁企业余热余能利用综合技术的目标是：“低质高用、能质匹配、等效替代、集成优化、梯级利用”。 以冶金流程能源的质量序、价值序，优化能源流及能源流网络，使之实现效率、价值的最优匹配耦合，追求冶金能源流的有序运行。并以此为目标，开发工艺技术、装备技术和管理技术。（1）提高钢企流程结构优化的节能潜力，提高流程竞争力焦化工序是钢铁流程的能源转化中心，现钢企焦炭产量仅32。其回归钢铁流程，可实现焦炭质量、焦炭成本、煤气优化、余热回收发电自供及能源流的高效集成。其本质是能

19、量流价值回归，竞争力回归。吨焦对钢铁流程贡献500元，促进钢企节能减排。（2）流程能源结构优化，实现二次能源物质转化达钢能源结构调整主要内容 以冶金能源质量序、价值序系统优化能源使用序为手段，对钢铁企业能源系统进行全面系统的梳理、诊断。并以技术规划的形式固化下来，持续改进完善，能够实现能源效率基础上的效益最大化。邯郸钢铁公司：规模1200万吨钢/年煤气、蒸汽、余热系统：优化出效益潜力10.19亿元/年。唐山建龙钢铁公司：规模200万吨钢/年。蒸汽、煤气、余热系统优化出效益潜力2.2亿元/年。山东金能集团130万吨焦炭/年，在全国焦炭行业亏损的情况下，优化高效利用煤气价值，使企业年效益2.6亿元

20、。四川达钢：规模250-300万吨钢/年。 工艺过程煤气、蒸汽、余热系统系优化生产甲醇：去年同口径实现效益7亿元/年。 五、钢铁流程余热余能利用综合技术过程工业能质匹配、高效利用、系统能效寓于“三流一态”。利用能流夹点技术、能效替代技术、高能效转化技术、信息智能操控技术、能质匹配技术，实现能源介质优化、工艺过程及热流股优化，实现最优能源结构、最低能源成本、最小环境影响、最大能源价值。1、源头节能技术 焦炉烟气煤调湿技术 利用高炉冲渣水余热、热风炉烟气余热实施鼓风脱湿技术 利用热风炉烟气余热实施水渣微粉生产 高水平热送热装技术 高温高压干熄焦技术 高炉干法除尘技术提高TRT发电水平、热风温度 转

21、炉干法除尘技术，回收烟气、煤气余热发电 炼铁精料技术 喷吹煤干燥技术、焦碳干燥技术 焦化工序余热余能分布式利用技术等 煤调湿：炼焦原料煤调湿技术可使吨焦降低能耗10.3kg/T、含酚废水下降1/3、吨焦效益30元/T。 目前有的工艺采用焦炉煤气或蒸汽为热源，将高品质能源用于对温度要求不高的烘干工艺，吨煤消耗60kg蒸汽、成本20元/T以上。烟道气煤调湿成本5元/T以下。 炼焦煤气流分级及调湿技术 以焦炉烟气为热源，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得到匹配利用，提高焦炭质量，减少焦化废水产生量。 鼓风脱湿：目前普遍使用蒸汽为热源，若3000m3高炉蒸汽消耗量约

22、为56t/h，在实现制冷脱湿的同时消耗大量的蒸汽。 烟气鼓风脱湿技术：回收利用热风炉排放废气，驱动制冷机组进行冷却脱湿，每1g/m3脱湿量可降低焦比0.81.2kg/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。焦化工序余热余能分布利用集成技术2、过程高能效技术 炼钢干式真空精炼技术 过程能量流夹点优化技术 焦化烟气负压蒸馏工艺 热导油替代蒸汽技术 炼铁高压炉顶操作 炼铁炼钢铁水一罐到底技术 蓄热式燃烧技术 多切分及多倍尺轧钢技术 在线淬火技术 连铸连轧技术等“能质匹配”潜力 炼钢蒸汽喷射抽真空：目前普遍采用蒸汽喷射抽真空，把连续能源流给了不连续用户，造成大量效益损失

23、。机械抽真空技术应用机械式抽真空项目，取消蒸汽消耗，改为电力驱动，能量系统匹配运行，灵活、低耗，可完全替代蒸汽抽真空并达到同样的效果，吨钢耗电量仅为23kWh。夹点优化节能技术以焓分析和 火用 分析为工具，并采用能源夹点网络技术，系统优化能流网络，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 采用热导油替代蒸汽技术:冶金企业大量使用蒸汽，同样热量需求用蒸汽（煤气）与用热导油（煤气）的成本约4：1。按年产120万吨规模的焦化厂计算，年可创效益3

24、512万元，减少废水 16.8万吨 。热导油是闭环耦合用能模式。蒸气是开放耗散型用能模式，能效差距巨大。热导油使在轧钢等使用。3、余热余能高效回收技术 高温高压干熄焦技术 燃气蒸汽联合循环发电技术 炼钢余热蒸汽余热回收发电技术 转炉煤气+焦炉煤气生产甲醇技术 余热送城市采暖技术等转炉煤气配加焦炉煤气生产甲醇流程用焦炉煤气生产LNG、甲醇和合成氨流程10万吨/年焦炉煤气和转炉煤气制甲醇装置全景图达钢结构优化实现二次能源物质转化，在钢铁生产稳定、自发电比不变多产甲醇10万吨/年。吨钢能源成本下降136.70元/钢、吨钢综合能耗下降96kgcl/吨、二氧化碳排放抵扣达198.33kg/吨钢，实现二氧

25、化碳本质减排。不同原料气醇成本比较 天燃气 2800-3000元/t 煤制气 2500-3015元/t 焦炉气 1647元/t 焦炉气+转炉气 1322元/t1000万吨规模钢铁企业，利用焦炉煤气、转炉煤气可生产商品甲醇63.47万吨/年、H2 1万m3/h、乙二醇20万吨/年、醋酸产品20万吨/年，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。4、关注能源介质的高质、高效优化集成 钢铁制造流程能量系统具有非平衡、非稳态、非线性、开放性、复杂大系统的本质特点，需要用系统诊断分析、系统优化的方法进行研究。 （1）蒸汽系统：蒸汽做传热介质不闭环、效率低，热导油等做传热介质闭环、热效率高；优化替代蒸汽传热介质及低压、不连续蒸汽用户；采暖余热化、工艺和生活用蒸汽最小化，高质、高压蒸汽用于发电及动力用户，获得高质、高效用能价值。 （2）煤气系统：