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(yè)的占比較高，原因一方面是生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量增多，二是生產(chǎn)工藝上存在變化。例如：燒結(jié)、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(jié)能的發(fā)展目標，鋼鐵冶金企業(yè)要想可持續(xù)發(fā)展，必須走節(jié)能道路，以下結(jié)合實踐進行探討。

1 鋼鐵冶金企業(yè)節(jié)能發(fā)展的重要性

一方面，鋼鐵冶金是高污染、高能耗的企業(yè)，隨著國家環(huán)保力度加大，這些企業(yè)成為了重點關注和治理對象。鋼鐵冶金企業(yè)只有創(chuàng)新生產(chǎn)工藝，優(yōu)化生產(chǎn)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(yè)面臨的市場競爭更加激烈，在保證質(zhì)量的前提下，提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，才能獲得經(jīng)濟效益的最大化，在市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢。這其中，走節(jié)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(yè)節(jié)能發(fā)展，既能滿足國家的要求，也能促進自身健康長遠發(fā)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(chǎn)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(chǎn)生的影響不同，是節(jié)能發(fā)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(jié)合實際生產(chǎn)，高爐煤氣的消耗，和結(jié)焦時間長短有關。一般情況下，結(jié)焦時間越短，高爐煤氣消耗量越少，但對焦爐設備產(chǎn)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(diào)整結(jié)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(yè)的節(jié)能減排工作取得顯著成績。在余熱利用上，大中型企業(yè)的利用率提高，單位鋼生產(chǎn)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(diào)查顯示，燒結(jié)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(xiàn)象。

3 鋼鐵冶金企業(yè)節(jié)能技術的改進方向

3.1 降低燃料比

第一，加強燃料的質(zhì)量控制，將自動化監(jiān)測裝置、人工試驗相結(jié)合，確保燃料滿足生產(chǎn)要求。鋼鐵冶煉時，為了改善生產(chǎn)工況，實現(xiàn)充分燃燒，要降低燃料的粉末含量?？紤]到燃料在下落時，會發(fā)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(tǒng)的安全性會受到影響。綜合生產(chǎn)安全、節(jié)能兩個指標，將風溫控制在 1300℃以內(nèi)[3]。

第三，增加富氧率。富氧率越高，其一位于風口區(qū)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(chǎn)生量會減少，跟隨煤氣被帶走的熱量也會減少。生產(chǎn)實踐中，富氧率指標每提高1%，燃料比就會降低0.5%。結(jié)合生產(chǎn)工況，合理設定富氧率，保證富氧量充足，可降低燃料比，實現(xiàn)節(jié)能目標。

第四，提高爐頂煤氣壓力。生產(chǎn)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(nèi)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(wěn)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(jīng)提及，高爐煤氣的消耗，和結(jié)焦時間長短有關，適當縮短結(jié)焦時間，可以降低煤氣能耗。一般生產(chǎn)工況下，將配合煤的水分控制在14%以內(nèi)，可縮短結(jié)焦時間，維持在18h～19h之間。或者調(diào)節(jié)焦爐的熱工，以空氣過剩系數(shù)α為例，如果是焦爐煤氣加熱，將α調(diào)整至1.1～1.3；如果是高爐煤氣加熱，將α調(diào)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(fā)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(jié)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(tǒng)節(jié)能技術的應用實踐

4.1 燒結(jié)礦余熱回收技術

在燒結(jié)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(fā)，最終實現(xiàn)了技術創(chuàng)新。從回收利用方式來看，最開始只能回收余熱，現(xiàn)在可以回收余熱蒸汽、電力等。我國鋼鐵冶金行業(yè)中，在燒結(jié)機上安裝環(huán)冷機余熱回收利用裝置，已經(jīng)成為一種常見現(xiàn)象。

環(huán)冷機在設計之初，就是以燒結(jié)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(tǒng)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(fā)電機。和傳統(tǒng)的余熱回收系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)裝置的漏風率基本為零，優(yōu)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(jié)礦的排出溫度為150℃～200℃，余熱回收率相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)，能提高30%～40%[4]。

4.2 低溫余熱供熱技術

鋼鐵生產(chǎn)過程中，能源轉(zhuǎn)換可以提供推動力，同時也會產(chǎn)生剩余能量，例如副產(chǎn)煤氣、余熱余能等。其中，品質(zhì)較高的余能，可以進行回收利用，但品質(zhì)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(fā)電機組冷卻水的溫差，為附近居民社區(qū)供暖。該項目投入運行后，企業(yè)可從每噸水中獲益0.2元～0.3元，且整個供熱系統(tǒng)是密閉的，水量損失小，可獲得良好的經(jīng)濟效益和環(huán)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(zhì)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(jié)合爐子的結(jié)構、生產(chǎn)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(jié)能的有效手段。此外，以高溫空氣蓄熱燃燒技術為例，優(yōu)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(jié)能率達到40%以上；和換熱器預熱技術相比，節(jié)能率約為20%。

另一方面，對爐襯結(jié)構進行優(yōu)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(nèi)，該黑體元件可對熱射線進行調(diào)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(jié)能率達到10%以上。二是在爐子內(nèi)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(jié)能涂料為例，節(jié)能效果達到5%～7%。三是在爐子內(nèi)部貼上多晶莫來石纖維，能減少爐內(nèi)的熱量散失，提高爐子內(nèi)壁的保溫性能。

4.4 電機節(jié)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(jié)能。結(jié)合生產(chǎn)需要，電機的優(yōu)化設計，可以采用變頻調(diào)速技術，避免大材小用，節(jié)能率能達到20%～40%。或采用動態(tài)諧波抑制技術、無功補償技術，能降低電源側(cè)的電流諧波量，調(diào)整三相不平衡，從而促使電路損耗降低，實現(xiàn)節(jié)能目標。

5 結(jié)語

綜上所述，鋼鐵冶金企業(yè)具有能耗大、污染嚴重的特點，新形勢背景下，對生產(chǎn)技術進行節(jié)能改造，才能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)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(jié)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(jié)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(jié)能技術為例，介紹了節(jié)能技術的應用，希望為實際生產(chǎn)提供經(jīng)驗借鑒。