鋼鐵行業余熱余能自發電標準體系構建

熊 超,史君杰

(冶金工業規劃研究院，北京 100013)

引言

鋼鐵工業是國民經濟的重要基礎產業，同時也是能源消耗大戶。我國鋼鐵工業在節能方面取得了巨大進步，提前完成“十三五”能耗指標下降任務，但仍然存在生產工藝結構不合理、不同企業之間節能管理水平差距大、節能技術創新難等問題，依然存在節能潛力。

我國鋼鐵生產主要以長流程為主，作為一個高溫化學、物理反應，其生產過程中產生大量余熱余能資源，具有較高的回收利用價值。余熱余能目前最主要的利用方式仍是發電。提高自發電率是企業節能減排、實施低成本制造的有效手段，自發電率可以用來評價行業或企業的節能減排工作。

鋼鐵工業近年來自發電水平提高很快，但仍有較大潛力。根據殷瑞鈺院士提出的鋼鐵“三大功能”理論，即“產品制造功能、能源轉換功能和廢棄物消納處理功能”，在未來循環經濟中，鋼鐵可以發揮更為重要的作用，鋼鐵聯合企業完全可以做到“只買煤，不買電”。據理論計算，無焦化的鋼鐵企業自發電率可以做到80%，有焦化的可以做到110%。這幾年不少先進企業的成功經驗已證明這是有可能實現的目標。

2018 年我國鋼鐵行業自發電率49%，構建余熱余能自發電標準體系，有利于進一步規范并提高鋼鐵節能發電技術水平，統一自發電計算口徑及計算方法，客觀比較查找企業之間自發電水平存在的差距，進而合理評價節能工作水平，促進行業節能減排。

1 鋼鐵余熱余能利用概況

鋼鐵生產消耗的一次能源中約40%以某種形式的熱能釋放出，其溫度上至1500 ℃，下至近于環境溫度的廣泛范圍，目前生產每噸鋼產生8～9 GJ余熱余能資源，主要分為副產煤氣、固體余熱、排氣余熱及廢汽廢水余熱。

目前鋼鐵余熱余能除加熱燃料、生產預熱外，最經濟的利用方式是外供周邊；但多數鋼鐵企業周邊沒有煤氣、蒸汽用戶，因此通過能源轉換產生電力，成為鋼鐵企業余熱余能的主要利用方式，自發電率也成為衡量企業節能水平的關鍵指標。鋼鐵余熱余能發電方式主要包括煤氣發電、TRT發電、燒結余熱發電、干熄焦發電、全廠蒸汽發電等。

鋼鐵煤氣發電有燃氣-蒸汽聯合循環發電（CCPP）和鍋爐發電兩種方式。CCPP機組具有較高發電效率，但投資較大及維護費用較高，逐步被高參數鍋爐發電機組取代。鋼鐵企業近些年主動淘汰中、低參數機組，集中煤氣資源建設高溫超高壓、超高溫超高壓、超高溫亞臨界機組，獲得了較大效益。高參數機組在小型化方面有了較快的發展，為在中小型鋼鐵企業中推廣創造了條件。

我國高爐余壓利用裝置的配備率已經很高，未配置相關設備的高爐均為早期建成的小型高爐，由于限制類高爐需限期升級為允許類，隨著近年來產能置換工作的深度開展，加之高爐節能降本工作的倒逼，預計未來幾年高爐余壓利用裝置的配備率可以達到100%，下一步的發展趨勢主要集中在如何提高余壓回收效率。我國燒結機裝備不斷大型化，新建裝備中360 m2及以上大型燒結機成為主流，隨著淘汰落后進程加快，大型燒結機、大型密閉性環冷機的比例和產能占比將繼續提升，燒結余熱發電的潛在裝機總量預計在2500 MW以上。

我國已擁有投產干熄焦裝置274 套，全國焦化干熄焦率已達到51%，下一步大型化、改善干熄焦效率、推進全干熄將是主要趨勢。全廠蒸汽發電大多采用軋鋼加熱爐及轉爐余熱蒸汽作為熱源，部分企業燒結、焦爐沒有配套燒結余熱發電、干熄焦發電，而將余熱蒸汽送至全廠蒸汽余熱發電機組集中發電。蒸汽集中利用發電主要有飽和蒸汽發電、過熱蒸汽發電及螺桿發電等三種方式。

2018 年全國粗鋼產量為92826.4 萬t，年電力消費量4195.75 億kWh，平均噸鋼耗電量452 kWh/t，利用余熱余能自發電量約2070億kWh，自發電率達到49%。

2 余熱余能自發電標準體系主要內容

鑒于目前鋼鐵行業提高能源利用水平的需要，冶金工業規劃研究院提出建立鋼鐵行業余熱余能自發電標準體系，立項并研制一系列相關行業標準，以期規范并提高鋼鐵節能發電技術水平，統一自發電計算口徑及計算方法，客觀比較查找企業之間自發電水平存在的差距，進而合理評價節能工作水平，促進行業節能減排。主要內容見表1所示。

表1 鋼鐵行業余熱余能自發電標準體系

3 《鋼鐵企業余熱余能自發電率評價導則》（2019-0389T-YB）介紹

鋼鐵行業中企業結構類型、生產方式、裝備水平、企業工序流程范圍有差異，企業在自發電率的對標交流中時常困惑不可比性，都期待行業對于自發電率有統一的計算口徑及計算方法。因此行業標準《鋼鐵企業余熱余能自發電率評價導則》（2019-0389T-YB）的制定具有重要的意義，本標準目前已經完成了草案，以下為標準的主要內容。

3.1 范圍

本標準規定了鋼鐵企業余熱余能自發電率的計算方法及評價程序。本標準適用于鋼鐵企業余熱余能自發電率的評價工作。

3.2 評價原則

（1）余熱余能自發電率的評價指標應科學、有效，具有可操作性。

（2）余熱余能自發電率的評價在行業內的企業之間具有可比性。

（3）余熱余能自發電率的評價應采用一個整年為周期的生產運行數據為評價依據。

3.3 自發電率影響因素

自發電率影響因素見表2。

表2 自發電率影響因素

3.4 自發電率計算方法

3.4.1 一般規定

（1）為了統一口徑，流程結構方面作出以下規定：

——鐵鋼比0.83；

——焦鋼比0.4；

——電爐鋼比例10%。

（2）從工序上只到熱軋工序，不包括冷軋及深加工工序。冷軋及深加工工序的用電不計入，耗用的煤氣、蒸汽可折算為發電量進入計算。

（3）若制氧工序外委，鋼鐵企業轉供的電力需要計入。

（4）外銷煤氣、蒸汽，折算為發電量。

（5）購入天然氣，折算為發電量進行抵扣。

（6）汽動鼓風等蒸汽拖動耗用蒸汽折算成發電量。

3.4.2 計算方法

（1）自發電率基準值

自發電率基準值根據式（1）計算：

式中：SGR1——自發電率基準值（%）；

SG——自發電量（104kWh）；

SC——發電機組自耗電（104kWh）；

EC——全廠總用電量（104kWh）。

（2）自發電率折算值

自發電率折算值根據式（2）計算：

式中：SGR2——自發電率折算值（%）；

SG——自發電量（104kWh）；

SC——發電機組自耗電（104kWh）；

EC——全廠總用電量（104kWh）；

SG1——外調煤氣（包括外賣、制氫、制化產、供冷軋等）折算成電量（104kWh）；

SG2——外調蒸汽（包括供汽動鼓風等蒸汽拖動）折算成電量（104kWh）；

SG3——購入天然氣折算成電量（104kWh）。

4 鋼鐵提升自發電率技術

焦化工序：煤調濕技術、熱管式余熱鍋爐技術、焦爐荒煤氣上升管余熱回收技術、干熄焦技術、焦爐加熱優化控制系統技術；

燒結工序：降低燒結漏風率技術、燒結環冷機余熱回收利用技術、燒結煙氣循環利用技術、燒結機大煙道余熱回收、燒結余熱能量回收驅動技術（SHRT）；

球團工序：球團廢熱循環利用技術；

高爐工序：高爐爐頂煤氣干式余壓發電（TRT）、高爐BPRT 技術、熱風爐蓄熱體高輻射覆層技術、高爐渣余熱回收利用、爐頂均壓煤氣回收、高爐熱風爐雙預熱技術；

煉鋼工序：轉爐煙氣余熱回收技術、轉爐煙氣汽化煙道后余熱回收技術、鋼水真空循環脫氣工藝干式（機械）真空系統應用技術、鋼渣熱悶余熱回收技術、鋼包蓄熱式烘烤技術、鋼包加蓋及新型耐火材料應用、電爐煙氣余熱回收技術；

軋鋼工序：低溫軋制、在線熱處理、蓄熱式燃燒技術、加熱爐汽化冷卻技術、加熱爐黑體強化輻射節能技術、加熱爐富氧燃燒技術、加熱爐煙氣余熱回收利用技術、連鑄坯熱裝熱送技術、免加熱軋制技術；

能源動力工序：高參數全燃煤氣鍋爐-蒸汽輪機發電技術、燃氣-蒸汽聯合循環發電技術、屋頂光伏發電技術、能源管理中心及優化調控技術、余熱回收發電技術、余熱發電汽輪機冷端優化技術、空壓機管理控制系統節能技術、水泵整流節能裝置技術；

系統節電技術：高壓變頻調速技術、無功就地補償技術、電力需求側管理平臺、電網升級改造智能化控制管理。

5 結論與建議

綜上，鋼鐵行業余熱余能自發電標準體系已經初步建立，正在不斷完善過程中。

目前行業標準《鋼鐵行業電力需求側管理平臺管理規范》（2016-1679T-YB）、《鋼鐵行業電力需求側管理平臺技術規范》（2016-1680T-YB）已經報批待發布。《鋼鐵余熱資源綜合梯級利用導則》（2017-0423T-YB）、《鋼鐵企業副產煤氣發電技術規范》（2017-1318T-YB）已經審定通過即將報批。《鋼鐵企業余熱余能自發電率評價導則》（2019-0389T-YB）、《鋼鐵企業副產煤氣發電設計規范》（2019-0391TYB）、《鋼鐵行業余熱發電汽輪機冷端系統優化技術規范》（2018-0455T-YB）、《鋼鐵行業電能質量優化要求與方法》（2017-1284T-YB）已經完成完成草案，正在研究制訂過程中。

目前我國鋼鐵行業平均自發電率為49%，隨著發電技術的進步以及企業節能意識不斷提高，目前各企業的自發電水平不斷提高。

建議廣大鋼鐵企業積極參與余熱余能自發電標準體系的構建工作，參加行業標準《鋼鐵余熱資源綜合梯級利用導則》，系統梳理企業可利用、已經利用及未利用的余熱余能資源，依據梯級利用的用能原則提高能源利用效率。參加《鋼鐵企業自發電率評價導則》，與行業對標要不局限于工序能耗層面，對企業能源利用的重要指標——自發電率，進行科學計算與對標，促進企業提高自發電率，降低能源成本。參加《鋼鐵企業副產煤氣發電技術規范》《鋼鐵企業副產煤氣發電設計規范》《鋼鐵行業余熱發電汽輪機冷端系統優化技術規范》，對現有和擬建發電技術按照高標準規范，提高發電效率和運行穩定性。參加《鋼鐵行業電力需求側管理平臺管理規范》《鋼鐵行業電力需求側管理平臺技術規范》《鋼鐵行業電能質量優化要求與方法》，合理建設并管理電力需求側管理平臺，提高企業電能使用效率，實現電能質量優化。

各企業應根據自身條件，找差距，定措施，特別要在分布式能源梯級利用、優化煤氣發電機組配置、推廣應用節能節電技術方面采取措施，切實提高自發電水平，相關管理部門也需要不斷完善政策，給余熱余能發電創造有利條件。