鋼鐵冶金系統節能技術分析

張春霞

（安徽科瑞咨詢服務有限公司，安徽 蕪湖 241000）

在社會能源消耗中，鋼鐵冶金行業的占比較高，原因一方面是生產企業數量增多，二是生產工藝上存在變化。例如：燒結、球團工序中，能源消耗減少；焦化、高爐工序中，能源消耗卻在增多。國家提出低碳節能的發展目標，鋼鐵冶金企業要想可持續發展，必須走節能道路，以下結合實踐進行探討。

1 鋼鐵冶金企業節能發展的重要性

一方面，鋼鐵冶金是高污染、高能耗的企業，隨著國家環保力度加大，這些企業成為了重點關注和治理對象。鋼鐵冶金企業只有創新生產工藝，優化生產流程，提高能源使用率，減少污染形成，才能滿足國家提出的新標準和要求。另一方面，鋼鐵冶金企業面臨的市場競爭更加激烈，在保證質量的前提下，提高生產效率、降低生產成本，才能獲得經濟效益的最大化，在市場競爭中占據優勢。這其中，走節能道路，減少能源消耗，是降低成本的有效手段[1]。因此，鋼鐵冶金企業節能發展，既能滿足國家的要求，也能促進自身健康長遠發展。

2 鋼鐵冶金工藝中能源消耗的影響因素

2.1 燃料比

鋼鐵生產工藝中，各個工序均會帶來一定能耗，且不同工序的能耗有明顯差異。舉例來說，鋼鐵冶煉過程中，焦比、煤比、煤氣、高爐鼓風能源消耗，在總消耗中占比分別為50%、20%、10%、5%。高爐煉鐵時，80%的熱量來源于燃料碳素，其余20%來源于風熱和化學反應。燃料比不同，對冶金工序能耗產生的影響不同，是節能發展的一個關鍵點。

2.2 高爐煤氣

在焦化工序中，不僅消耗煤資源，高爐煤氣消耗占比約10%[2]。結合實際生產，高爐煤氣的消耗，和結焦時間長短有關。一般情況下，結焦時間越短，高爐煤氣消耗量越少，但對焦爐設備產生的不利影響越嚴重。此外，煙氣中帶有一定余熱，對余熱進行回收利用，也會影響總能耗。可見，焦化工藝中必須調整結焦時間，來減少高爐煤氣的能量消耗。

2.3 余熱利用

隨著科學技術的進步，鋼鐵冶金行業的節能減排工作取得顯著成績。在余熱利用上，大中型企業的利用率提高，單位鋼生產的綜合能耗明顯降低。但是，中低溫余熱的利用效果不佳，主要用在助燃氣體的預熱上，或者直接排放到大氣中。調查顯示，燒結是冶鐵的第二大能耗工序，其中50%的余熱沒有充分利用，是一個比較嚴重的浪費現象。

3 鋼鐵冶金企業節能技術的改進方向

3.1 降低燃料比

第一，加強燃料的質量控制，將自動化監測裝置、人工試驗相結合，確保燃料滿足生產要求。鋼鐵冶煉時，為了改善生產工況，實現充分燃燒，要降低燃料的粉末含量。考慮到燃料在下落時，會發生二次粉化，應控制裝料倉的高度和容量，既降低下落高度，又增大容量。此外，從燃料的篩分上入手，嚴格把控篩分工序，減少入爐粉末量。

第二，適當提高風溫。一般風溫每提高100℃，燃料比可減少13kg/t。但是，風溫并不是越高越好，因為風溫過高，系統的安全性會受到影響。綜合生產安全、節能兩個指標，將風溫控制在 1300℃以內[3]。

第三，增加富氧率。富氧率越高，其一位于風口區域的煤燃燒更充分，可以提高置換比。其二隨著富氧率提高，煤氣的產生量會減少，跟隨煤氣被帶走的熱量也會減少。生產實踐中，富氧率指標每提高1%，燃料比就會降低0.5%。結合生產工況，合理設定富氧率，保證富氧量充足，可降低燃料比，實現節能目標。

第四，提高爐頂煤氣壓力。生產過程中，爐頂煤氣壓力每提高10kPa，燃料比能降低0.4%。分析原因在于：隨著煤氣壓力增大，煤氣的流速就會減小，能在爐內停留更長時間，有利于燃料和煤氣充分接觸，促使鐵礦石的還原反應更加徹底。另外，煤氣壓力增高，煤氣的流動性更穩定，被灰塵帶走的熱量就變少，也可以減少能耗損失。

3.2 減少煤氣消耗

上文已經提及，高爐煤氣的消耗，和結焦時間長短有關，適當縮短結焦時間，可以降低煤氣能耗。一般生產工況下，將配合煤的水分控制在14%以內，可縮短結焦時間，維持在18h～19h之間。或者調節焦爐的熱工，以空氣過剩系數α為例，如果是焦爐煤氣加熱，將α調整至1.1～1.3；如果是高爐煤氣加熱，將α調整至1.1～1.2，可進一步降低煉焦能耗。

3.3 余熱回收利用

以干熄焦技術為例，在余熱回收利用中比較常見，回收利用余熱，可用來發電、蒸汽，既能提高能源利用效率，又能減少熱量損失和水污染。此外，對燒結煙氣、冷卻風中的余熱進行回收，可安裝余熱鍋爐，利用余熱點火助燃。

4 鋼鐵冶金系統節能技術的應用實踐

4.1 燒結礦余熱回收技術

在燒結工序中，對余熱進行回收利用，首先是引進國外技術，然后自主研發，最終實現了技術創新。從回收利用方式來看，最開始只能回收余熱，現在可以回收余熱蒸汽、電力等。我國鋼鐵冶金行業中，在燒結機上安裝環冷機余熱回收利用裝置，已經成為一種常見現象。

環冷機在設計之初，就是以燒結礦為標準，缺點是風量大、冷卻快、漏風嚴重，難以滿足再利用的需求。對此，必須進行改造。

該工藝系統主要包括三個部分：一是冷卻罐，二是余熱鍋爐，三是汽輪機和發電機。和傳統的余熱回收系統相比，該系統裝置的漏風率基本為零，優點是氣體和固體之間的熱量交換充分，出口熱空氣的能級更高。舉例來說，如果燒結礦的排出溫度為150℃～200℃，余熱回收率相比于傳統系統，能提高30%～40%[4]。

4.2 低溫余熱供熱技術

鋼鐵生產過程中，能源轉換可以提供推動力，同時也會產生剩余能量，例如副產煤氣、余熱余能等。其中，品質較高的余能，可以進行回收利用，但品質較差的余能回收利用不足。對此，低溫余熱可作為民用供熱資源，以唐鋼為例，和熱力公司合作，利用發電機組冷卻水的溫差，為附近居民社區供暖。該項目投入運行后，企業可從每噸水中獲益0.2元～0.3元，且整個供熱系統是密閉的，水量損失小，可獲得良好的經濟效益和環境效益。

4.3 爐子熱效率提升技術

一方面，改善燃料的燃燒質量。燃料的燃燒離不開燃燒器，燃燒器的性能會影響燃料的消耗量。結合爐子的結構、生產形式、目的，對比不同燃燒器的特征，合理設計并選擇燃燒器，是節能的有效手段。此外，以高溫空氣蓄熱燃燒技術為例，優點是余熱回收效率高、NOx排放量少。使用蓄熱式加熱爐，能將空氣先預熱到1000℃～1100℃，排煙溫度則降低至150℃～200℃。和普通的加熱爐相比，節能率達到40%以上；和換熱器預熱技術相比，節能率約為20%。

另一方面，對爐襯結構進行優化。一是采用自帶黑體筑爐材料專利技術，制成黑體元件用在爐膛內，該黑體元件可對熱射線進行調控，改變漫反射，增加熱射線的到位率，促使爐子的熱效率提高，節能率達到10%以上。二是在爐子內壁涂刷高輻射率的涂料，有利于充分利用熱能，以高溫遠紅外節能涂料為例，節能效果達到5%～7%。三是在爐子內部貼上多晶莫來石纖維，能減少爐內的熱量散失，提高爐子內壁的保溫性能。

4.4 電機節能技術

在軋鋼工藝中，常用設備有軋機、風機、輥道、水泵等，這些設備均需要電能，因此可以從電機上進行節能。結合生產需要，電機的優化設計，可以采用變頻調速技術，避免大材小用，節能率能達到20%～40%。或采用動態諧波抑制技術、無功補償技術，能降低電源側的電流諧波量，調整三相不平衡，從而促使電路損耗降低，實現節能目標。

5 結語

綜上所述，鋼鐵冶金企業具有能耗大、污染嚴重的特點，新形勢背景下，對生產技術進行節能改造，才能實現可持續發展的目標。分析可知，影響能源消耗的因素，主要有燃料比、高爐煤氣、余熱利用等，節能方向是降低燃料比、減少煤氣消耗、對余熱回收利用。文中以燒結礦余熱回收技術、低溫余熱供熱技術、爐子熱效率提升技術、電機節能技術為例，介紹了節能技術的應用，希望為實際生產提供經驗借鑒。