節(jié)能技術(shù)在高耗能冶煉系統(tǒng)的應用

范敏(中鋼集團武漢安全節(jié)能研究院有限公司，湖北 武漢 430081)

0 引言

冶金是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，同時冶煉也是能耗高、物耗高的行業(yè)，其節(jié)能技術(shù)的應用對推動整個行業(yè)發(fā)展有著積極的作用。節(jié)能工作在冶金行業(yè)作用重大，應用技術(shù)的發(fā)展到今天，已經(jīng)不再是靠企業(yè)自身力量單打獨斗所能完成的，要使節(jié)能工作落到實處，必須依靠最新的信息化、智能化技術(shù)，采用最新的具有科技含量的節(jié)能方法、產(chǎn)品、技術(shù)裝置和系統(tǒng)優(yōu)化觀念，來實現(xiàn)新形勢下的節(jié)能。

1 冶煉節(jié)能技術(shù)應用的必要性

自建國以來，我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了探索階段的波動發(fā)展、起步階段的穩(wěn)定發(fā)展、加速階段的跨越發(fā)展和減量階段的創(chuàng)新發(fā)展四段歷程。目前，我國鋼鐵行業(yè)正處于創(chuàng)新發(fā)展、減量化發(fā)展階段。

2017 年我國鋼材消費量達到7.28 億元，同比增長了8.2%；粗鋼產(chǎn)量達到8.32 億噸，同比增長3%。據(jù)海關(guān)數(shù)據(jù)，2017 年我國出口鋼材7543 萬噸，同比大幅下降30.5%；而鋼材進口量為1330 萬噸，同比增長0.6%。面對國內(nèi)鋼材產(chǎn)能總量過剩、產(chǎn)品創(chuàng)新不足、高端產(chǎn)品依賴進口等突出問題，優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、良好的服務和實惠的價格是鋼鐵企業(yè)強大的競爭力。因此，我們的鋼鐵企業(yè)應摒棄以量取勝的傳統(tǒng)觀念，加強鋼鐵行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、推進節(jié)能技術(shù)的應用、加強企業(yè)節(jié)能管理工作，使鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展。

據(jù)2018 年5 月統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析：鋼鐵行業(yè)重點企業(yè)的球團工序能耗從2017 年的25.59kgce/t 下降到25.19kgce/t，電爐工序能耗從2017 年的58.11kgce/t 下降到56.64kgce/t；而焦化、燒結(jié)、煉鐵和轉(zhuǎn)爐冶煉工序能耗均較2017 年有小幅波動。因此，鋼鐵行業(yè)節(jié)能工作任重道遠。

2 冶煉系統(tǒng)的節(jié)能現(xiàn)狀

在我國冶金系統(tǒng)節(jié)能工作方面，出現(xiàn)了兩類現(xiàn)象：一個是通過工藝的改進、設備的改造、節(jié)能技術(shù)的應用和管理節(jié)能手段等，積極推動節(jié)能減排工作，利用實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，反饋節(jié)能效果，調(diào)整了企業(yè)的用能結(jié)構(gòu)，改善了企業(yè)的用能現(xiàn)狀，獲得了明顯的經(jīng)濟效益；另一類是與國外先進的節(jié)能技術(shù)相比，我國鋼鐵冶煉系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)與之還存在較大的差距，在兼顧節(jié)能和環(huán)保方面，還有所欠缺。

3 冶煉系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的應用

我國鋼鐵行業(yè)冶煉系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)整體來看，可以分為源頭節(jié)能技術(shù)、過程高能效技術(shù)和余熱余能高效回收技術(shù)幾個方面，以下就我國鋼鐵行業(yè)冶煉系統(tǒng)現(xiàn)有的、應用較普遍的部分節(jié)能技術(shù)應用進行歸納整理。

3.1 煤調(diào)濕技術(shù)

該項技術(shù)可劃分為源頭節(jié)能技術(shù)范圍，煤調(diào)濕技術(shù)即裝爐煤水分控制工藝，通過煉焦煤料在裝爐前嚴格控制其水分，確保焦爐煤水分恒定，以達到降低煉焦耗熱量，提高焦炭質(zhì)量的目的。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，采用煤調(diào)濕技術(shù)后，煤料含水量每降低1%，煉焦耗熱量就會降低62MJ/t(干煤)，可實現(xiàn)煉焦工序的節(jié)能。

3.2 蓄熱式燃燒技術(shù)

蓄熱式燃燒技術(shù)屬于過程高能效技術(shù)，目前在鋼鐵冶煉行業(yè)中應用極其廣泛，它能在實現(xiàn)余熱回收利用的同時，減少氮氧化物的排放，同時兼顧節(jié)能減排的效果。從加熱爐技術(shù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，爐內(nèi)的溫差保持平衡狀態(tài)，可以提升整體的加熱品質(zhì)，結(jié)構(gòu)圖見圖1。從蓄熱式加熱爐本身來說，明顯減少設備故障率和維修頻率，在第一時間提升加熱溫度量化指標，在應用的階段能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排。

圖1 蓄熱式燃燒裝置

3.3 余熱利用技術(shù)

目前鋼鐵企業(yè)回收的熱量主要用來產(chǎn)生熱風、熱煤氣、蒸汽和熱水，余熱利用領域較窄。而鋼鐵行業(yè)冶煉系統(tǒng)中，燒結(jié)余熱資源是研究最為廣泛的余熱資源。在整個鋼鐵冶煉系統(tǒng)中，越來越多的學者開始關(guān)注燒結(jié)余熱的利用方向，其主要目的是通過能源的再次利用來提升整體的節(jié)能指標。如燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)的應用，通過回收燒結(jié)機尾和冷卻機前段產(chǎn)生的廢氣余熱，將廢氣余熱資源轉(zhuǎn)換為電能，有效提高燒結(jié)工序的用能效率。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，平均噸燒結(jié)礦產(chǎn)生的煙氣余熱可發(fā)電20kW·h，可使噸鋼綜合能耗下降8kgce。

3.4 干式TRT發(fā)電技術(shù)

圖2 高爐爐頂余壓發(fā)電裝置

TRT 即高爐爐頂余壓發(fā)電，是煉鐵工序重要的節(jié)能技術(shù)之一，結(jié)構(gòu)裝置見圖2。利用高爐煤氣的余壓余熱，將煤氣導入到透平膨脹機，將熱能和壓力能轉(zhuǎn)化為機械能用于發(fā)電。這一技術(shù)的應用，能大幅度提高發(fā)電效率，并減少煤氣洗滌水的污水處理能耗。目前此項技術(shù)也在鋼鐵行業(yè)冶煉系統(tǒng)已全面推廣應用，節(jié)能效益較好。

4 冶煉系統(tǒng)節(jié)能方向探討

經(jīng)過長時間的發(fā)展，我國鋼鐵行業(yè)冶煉系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的應用已經(jīng)起到了顯著的效果，國家也通過一系列標準的制定和管理手段的約束，在不斷督促企業(yè)調(diào)整用能結(jié)構(gòu)、提升能源利用效率。因此，我們也需要更多、更新的節(jié)能技術(shù)服務于生產(chǎn)系統(tǒng)。以下結(jié)合工作實際，提出部分節(jié)能改造建議，為鋼鐵企業(yè)的節(jié)能工作提供參考。

4.1 建設能源管理中心

通過建立“數(shù)字化”能源綜合監(jiān)控中心、管理軟件開發(fā)、能源介質(zhì)數(shù)據(jù)搜集和整理等一系列工作，實現(xiàn)企業(yè)能源數(shù)據(jù)庫的建立和分析，滿足企業(yè)生產(chǎn)用能的穩(wěn)定供應、實現(xiàn)資源配置的最優(yōu)化，又能為企業(yè)決策部門提供客觀、專業(yè)和準確的能源資源管理信息，從而達到優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)、減少能源消耗的目的。

4.2 智能高效節(jié)能電機系統(tǒng)改造

智能電機系統(tǒng)是繼直流電機驅(qū)動、交流異步電機變頻驅(qū)動之后發(fā)展起來的新一代無極調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：通訊功能強大，可同時接入8 組信號；自動匹配和工況最適應的狀態(tài)，以保證合適工況條件下的最優(yōu)輸出；采用先進的電機控制算法，進行多方位的控制模式；可實現(xiàn)遠程集中控制。通過智能高效節(jié)能電機系統(tǒng)的改造，可明顯降低電機啟動電流、增加電機系統(tǒng)效率。據(jù)已應用的某鋼鐵企業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，通過對水處理凈環(huán)旁濾系統(tǒng)進行高效節(jié)能電機系統(tǒng)改造，實現(xiàn)綜合節(jié)電率達41.67%。

4.3 爐窯智能化能效提升

通過對高爐熱風爐、加熱爐、燃氣鍋爐和煤氣管網(wǎng)大系統(tǒng)等四個系統(tǒng)的智能協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，實現(xiàn)系統(tǒng)互通互聯(lián)，對企業(yè)大數(shù)據(jù)進行搜集和挖掘，對生產(chǎn)線進行智能化控制，以達到降低物耗能耗，提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的目的。

4.4 蓄熱式烘烤系統(tǒng)應用

采用自吸式燃燒技術(shù)，顯著降低助燃風機功率并提高燃燒器效率，采用新型雙通道蓄熱體實現(xiàn)無換向閥蓄熱烘烤，顯著降低廢氣的排煙溫度，節(jié)約燃氣消耗。通過熱廢氣的進口和排煙口的溫度差形成壓力變化來實現(xiàn)自動引風，同時分出助燃風機的部分風量作為動力源形成引力，實現(xiàn)無引風機蓄熱加熱，節(jié)約能源消耗。

4.5 多氧超低氮燃燒技術(shù)

此技術(shù)主要采用氧氣代替空氣助燃，在一定壓力下，氧氣從噴嘴高速噴出，行成周圍煙氣循環(huán)再摻燒，在爐內(nèi)行成多氧狀態(tài)，使得火焰覆蓋面大，爐溫分布均勻。此技術(shù)的應用避免了空氣助燃中氮氣的無效熱吸收和熱排放，大幅度降低氮氧化物和二氧化碳的排放，節(jié)能減排效果明顯。

5 結(jié)語

綜上所述，作為高耗能行業(yè)，如何降低冶煉系統(tǒng)能耗水平是一項長期、深入、持續(xù)的工作。企業(yè)在管理節(jié)能、公輔節(jié)能等方面還有大量的工作需要開展，相應的節(jié)能技術(shù)的推廣及應用之路還很長。