《鐵合金單位產品能源消耗限額》(GB21341-2017)在節能監察中的應用

文_顧淼波 揚州市節能監察中心

根據《2019年工業節能監察重點工作計劃》(工信部節函[2019]77號)要求，各地節能監察機構對鐵合金等行業重點用能企業強制性單位產品能耗限額標準執行情況進行專項節能監察。2019年6月，工業和信息化部發布《鐵合金行業能耗專項監察工作手冊》明確指出，能耗計算依據就是《鐵合金單位產品能源消耗限額》（GB21341-2017） (以下簡稱《標準》)。作為一線節能監察人員，必須要深入理解《標準》的含義，靈活掌握《標準》的應用。

1 《標準》適用范圍

如表1所示，《標準》的適用需要同時滿足產品品種、生產裝置、加工工藝等限定條件。

表1 《標準》適用條件匯總表

1.1 裝置判定

按生產裝置不同，鐵合金冶煉可分為電爐法、高爐法、轉爐法和爐外法。電爐法常見的有礦熱爐、電弧爐和感應爐等。礦熱爐也叫還原爐，功能和高爐類似，都是將礦石和碳質還原劑混合加熱，生產出高碳鐵合金。電弧爐和感應爐（常見的有中頻爐）的功能和轉爐類似，都是以廢鋼、生鐵、鐵水等金屬為原料，通過加熱、吹氧脫碳，生產低碳鐵合金或合金鋼。

在現場節能監察實踐中區分礦熱爐、電弧爐和感應爐的最簡便方法就是看電爐的計量單位。礦熱爐原料是礦石，一般無法精確計算單爐產量，因此其規格通常以配套變壓器容量表示，單位為兆瓦（MW）。電弧爐和感應爐原料已經是生鐵、廢鋼等，雜質較少，因此其規格通常以一爐鐵水產量表示，單位為噸（t）。

1.2 工藝判定

1.2.1 礦熱爐冶煉工藝（圖1）

礦熱爐冶煉鐵合金常見工藝中，塊礦直接入爐屬于最傳統的冶煉方法，是《標準》的適用范圍。

碎礦、粉礦、精礦直接投爐的情況，通常只出現的敞口或半封閉礦熱爐上，也可適用《標準》。

敞口或半封閉礦熱爐因能源消耗大、污染排放高正逐步被淘汰。全封閉礦熱爐以碎礦、粉礦、精礦為原料時，因安全問題，必須在入爐前實施人工造塊。以常見的燒結工序為例，如果被監察對象外購燒結礦，或者自產燒結礦冷裝入爐，則可適用《標準》；如果被監察對象采用燒結礦熱裝入爐，將對礦熱爐能耗產生重大影響，因此建議不適用《標準》。根據《標準》6.2計算方法中，焦煤統計只算“鐵合金生產的碳質還原劑耗用量”一種用途的情況推測，該《標準》統計范圍內未考慮到燒結工序（燒結用焦煤被計為燃料，而非還原劑）。

此外還有一些非傳統工藝，例如預還原燒結、回轉窯預還原等，一部分甚至大部分的還原反應均發生在礦熱爐外，因此也無法適用《標準》。

1.2.2 熔劑法與無（少）熔劑法

《標準》自2008版修訂為2017版以后，特別提出電爐高碳錳鐵的對標，僅限于采用無熔劑法或少熔劑法工藝的情況。現場節能監察中，我們可以通過表2的對比，來判定是否對標、對哪種標。

表2 熔劑法與無（少）熔劑法特征對比表

環保部的《清潔生產標準 鋼鐵行業（鐵合金）》（HJ 470-2009）標準只對熔劑法設限，變相鼓勵少（無）熔劑法，可能是因為少（無）熔劑法產生的固廢較少，環境污染小。而《標準》剛好相反，只對少（無）熔劑法設限。這主要因為我國錳礦90%以上是貧礦，而采用少（無）熔劑法必然要從國外大量進口富錳礦石。節能監察當中，我們可以根據任務目的和現場情況，靈活適用上述兩個標準。

2 《標準》能耗等級

根據《標準》，鐵合金礦熱爐生產企業單位產品能耗等級分為3級，3級能耗指標即為現有企業的限定值，2級能耗指標即為新建企業的準入值。

2.1 入爐礦品位

能耗指標等級標準會依據入爐礦品位變化而調整，調整規律依據入爐礦品位越高，電（焦）耗越低。入爐礦的品位，指的是主要元素占入爐礦石的質量分數，而不是占全部原料的質量分數。

2.2 鉻鐵比

對于高碳鉻鐵的冶煉，《標準》提出入爐礦鉻鐵比≥2.2的要求。該要求延續自《標準》2008版，當時依據的YB/T 5277-2005《冶金用鉻礦石》標準，品位最低的鉻塊礦K-38，其化學成分要求Cr2O3/FeO≥2.5（將原子量Cr=52、Fe=56、O=16帶入計算，即折算鉻鐵比Cr/Fe≥2.1992≈2.2）。《標準》2017版，對應更新后的YB/T 5277-2014《冶金用鉻礦石》標準，品位最低的鉻塊礦K-36，其化學成分同樣要求鉻鐵比Cr/Fe≥2.2。

由此我們可以得出兩點推論：①《標準》主要考慮塊礦入爐工藝，因此沒有參考鉻精礦粉的相關指標。②《標準》對采用鉻鐵比Cr/Fe＜2.2礦料（即達不到冶金級標準的貧礦）不予對標，這也符合本文前述的鼓勵利用國產貧礦的原則。

2.3 技術要求

《標準》還要求新建及改擴建項目：一是鐵合金礦熱爐必須采用矮煙罩半封閉或全封閉型，且容量不小于25MV·A；二是錳鐵高爐容積不小于300m3。

3 《標準》能耗計算

《標準》介紹了3項單位產品能耗指標的計算方法，分別是鐵合金單位產品綜合能耗、鐵合金單位產品冶煉電耗（僅考核電爐）、鐵合金單位產品焦炭消耗（僅考核高爐），3項指標的計算方法都是以總能耗除以總產量。

3.1 能耗統計

3.1.1 冶煉電力能源耗用量

該部分包含了礦熱爐變壓器高壓側電表計量的全部用電量，按工況分為冶煉電、洗爐電、烘爐電。

洗爐通常發生在兩種情況下：一是出現爐底上漲、排渣不暢、爐瘤等導致不能正常生產的情況；二是需要轉煉其他品種鐵合金時。通過技術和管理水平的提高，該部分能源消耗可以避免或減少。在計算鐵合金單位產品冶煉電耗時，2008版《標準》中，取冶煉電耗=冶煉電；而2017版《標準》中，取冶煉電耗=冶煉電+洗爐電。新《標準》釋放出明確信號，就是要企業提升技術、加強管理。

礦熱爐砌筑完畢開爐過程中，先用木材、焦炭、重油焙燒電極，電極燒結完畢用電烘爐；也可直接用電焙燒電極和烘爐。烘爐電不屬于正常生產用電，雖然計入企業冶煉電力能源耗用量，但是不計入冶煉電耗。

3.1.2 動力能源耗用量

該部分為生產加工全過程動力能源耗用量，主要包括2個子項：一是所有工序的動力能源耗用量；二是輔助設施的動力電、照明電等。其中第2部分輔助設施用能在2008版《標準》中并未提及，2017版《標準》加以補充修正。現場節能監察中，要注意統計循環水等公用工程的電能消耗，計入綜合能耗。

3.1.3 碳質還原劑耗用量

該部分指的是，與礦石配比，直接投入礦熱爐的小顆粒冶金焦或小顆粒蘭炭耗用量。如前文所述，《標準》不考慮燒結工序，也不計算作為燃料使用的焦炭量。

3.1.4 扣除回收外供能源

該部分要注意的是：只有在鐵合金礦熱爐冶煉界區內回收，并外供至界區以外的二次能源（如煤氣、余熱等）才計入統計范圍。例如回收余熱用于原料烘干預熱的，就不能納入該項統計。

3.2 產量統計

《標準》規定鐵合金產品產量：一是要按該產品主要元素標準成分折算；二是要以精整后入庫成品量計算。根據本文表1中列舉的相關產品標準，我們在節能監察中可能面臨的產品，其主要元素成分占比區間如表3。

表3 鐵合金產品主要元素成分對比表

有些企業冶煉上述品種鐵合金只是作為中間產品，礦熱爐出產的鐵水直接進入后道的電弧爐、精煉爐冶煉合金鋼。此類企業沒有相應的精整入庫產量，所以也不適用《標準》。

4 產業政策

根據《節能監察辦法》的要求，節能監察機構的職責是對違法違規用能行為予以處理，并提出依法用能、合理用能建議。在對鐵合金生產企業的節能監察中，除了考核單位產品能耗，還有一項重要內容就是核查企業主要生產工藝、設備情況。

4.1 淘汰工藝

現行的《產業結構調整指導目錄（2013年修訂）》中，“淘汰類，（五）鋼鐵”中，有關條款表述如下。

第5款 鐵合金生產用24m3以下帶式錳礦、鉻礦燒結機（4月8日已發布的《2019年本征求意見稿》，擬改為32m3）。第6款 200m3及以下鐵合金、鑄鐵管生產用高爐。第9款 30t及以下電爐（不含機械鑄造電爐）。

第22款 6300kVA以下鐵合金礦熱電爐，3000kVA以下鐵合金半封閉直流電爐、鐵合金精煉電爐（鎢鐵、釩鐵等特殊品種的電爐除外）。

第29款 100m3及以下鐵合金錳鐵高爐。

4.2 鼓勵技術

4.2.1 預熱、預還原技術

《產業結構調整指導目錄（2013年修訂）》中，“鼓勵類（六）鋼鐵，第14款 利用低品位錳礦冶煉鐵合金的新工藝技術，以及高效利用紅土鎳礦煉精制鎳鐵的回轉窯-礦熱爐（RKEF）工藝技術”。根據相關資料顯示，以回轉窯-礦熱爐工藝為代表的預熱、預還原技術也適用于錳、硅、鉻等金屬的冶煉。此類技術節能效果明顯，適宜在節能監察過程中向鐵合金生產企業宣傳推廣。

4.2.2 余熱回收技術

《國家重點節能低碳技術推廣目錄》（2017年本，節能部分）中，“第38項 礦熱爐煙氣余熱利用技術”，“第48項 全密閉礦熱爐高溫煙氣干法凈化回收利用技術”。

5 結語

節能監察工作既要嚴格執法，守住生態文明建設的底線，又要強化服務，引導企業以高質量發展來滿足人民生活需要。本文通過對《標準》的深入解讀，提出鐵合金行業節能監察工作中的關鍵問題及建議。