能源審計原理與實施方法

1、 能源審計原理與實施方法 鋼鐵行業(yè)能源審計 制作：邱志強(qiáng) 許南祥 高儒祥 王俊濤 夏文蓮 侯丁丁 段宇棟 目錄 鋼鐵行業(yè)的特點及能耗現(xiàn)狀 鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)的主要路線及節(jié)能分析 鋼鐵行業(yè)的能源審計步驟與節(jié)能技術(shù) 某新建鋼鐵廠項目的能耗分析及措施 1 1 2 2 3 3 4 4 Contents 5.1.1鋼鐵行業(yè)特點 產(chǎn)能過剩產(chǎn)能過剩 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 不合理不合理 產(chǎn)能過剩是中國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的“第一頑疾”，一方面落后產(chǎn)能 沒有及時被淘汰，另一方面產(chǎn)能又在快速增加。2009年末， 全行業(yè)粗鋼產(chǎn)能已達(dá)7億噸左右，其中不符合產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn) 的煉鐵產(chǎn)能1.6億噸左右、煉鋼產(chǎn)能1.9億噸左右，而國內(nèi)市 場粗鋼消費(fèi)

2、量預(yù)測只有5.65億噸，呈現(xiàn)產(chǎn)能嚴(yán)重過剩狀況。 產(chǎn)業(yè)集中產(chǎn)業(yè)集中 度低度低 目前，全國有1000多家鋼鐵企業(yè)，排名前10位鋼鐵企業(yè)鋼 產(chǎn)量僅占全國的43.5%，而美國、日本和歐盟排名前4位的 鋼鐵企業(yè)鋼產(chǎn)量在本國的占比均超過60%。根據(jù)國家關(guān)于 加快鋼鐵工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的若干意見，2015年我國前10家鋼 鐵生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)量要占到全國產(chǎn)量的60以上，但目前仍有 不小的差距。由于產(chǎn)業(yè)集中度低，我國在鐵礦石談判中長 期處于劣勢。 5.1.2我國鋼鐵工業(yè)耗能現(xiàn)狀 1 重點鋼鐵企業(yè)噸鋼可比能耗比國際先進(jìn)水平相差9.81。 2004 年，我國重點鋼鐵企業(yè)平均噸鋼綜合能耗為705kgce t；而2000年，工業(yè)發(fā)

3、達(dá)國家噸鋼可比能耗平均值為 642kgcet ( 美國663、日本620,德國602、法國683) 。 2 鋼鐵工業(yè)能耗增幅低于鋼產(chǎn)量增幅約5。由于鋼鐵工業(yè)積 極采用先進(jìn)節(jié)能工藝技術(shù)和裝備，在鋼產(chǎn)量高速增長的同時， 消耗能源的增幅低于鋼產(chǎn)量的增幅。 ( 詳見表 1) 3 鋼鐵工業(yè)主要工序能耗呈下降趨勢。據(jù)統(tǒng)計，我國重點鋼鐵 企業(yè)主要工序能耗在不斷下降，而煉鐵工序能耗呈上升趨勢 則是因為高爐煉鐵原燃料供應(yīng)緊張，價位攀升，成分不穩(wěn)定， 質(zhì)量下降所造成的。通過加強(qiáng)管理，大力開展各項節(jié)能技術(shù)， 2004年的能耗指標(biāo)好于2003年。（詳見表2） 5.2鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)的主要工藝路線及節(jié)能分析 煉鋼工序煉鋼工

4、序軋鋼工序軋鋼工序 煉鐵工 序 煉鐵工序煉鐵工序 1 1精料技術(shù)精料技術(shù) 2提高熱風(fēng)溫度技術(shù)提高熱風(fēng)溫度技術(shù) 3干法熄焦技術(shù)干法熄焦技術(shù) 4高爐爐頂壓差技術(shù)高爐爐頂壓差技術(shù) 煉鋼工序煉鋼工序 1轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼技術(shù)轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼技術(shù) 2鐵水處理技術(shù)：鐵水處理技術(shù)： a解放高爐生產(chǎn)能力 b降低鐵水含硫量 c保證煉鋼吃精料 軋鋼工序軋鋼工序 1 1蓄熱式燃燒技術(shù)蓄熱式燃燒技術(shù) 5.2.1技術(shù)層面 高爐爐頂煤氣余壓回收發(fā)電技術(shù)高爐爐頂煤氣余壓回收發(fā)電技術(shù) 高爐爐頂煤氣余壓回收發(fā)電技術(shù)高爐爐頂煤氣余壓回收發(fā)電技術(shù)是利用高爐爐頂煤氣中是利用高爐爐頂煤氣中 的余壓能及熱能經(jīng)透平膨脹做功來驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電的一的余壓

5、能及熱能經(jīng)透平膨脹做功來驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電的一 項技術(shù)項技術(shù) 工作原理：高爐荒煤氣經(jīng)除塵器后的凈煤氣進(jìn)入透平機(jī) 發(fā)電 主要設(shè)備：透平裝置TRT（Blast Furnace Top-pressure Recovery Turbine Unit國際上簡稱為T R T）是利用爐頂煤 氣壓力回收煉鐵生產(chǎn)過程中的二次能源，是不消耗燃料， 無污染的經(jīng)濟(jì)的發(fā)電設(shè)備 高爐爐頂煤氣余壓回收發(fā)電技術(shù)高爐爐頂煤氣余壓回收發(fā)電技術(shù) TRT工藝分類工藝分類：濕法：濕法TRT和干法和干法TRT 濕法濕法TRT：高爐爐頂煤氣采用水來降低高爐爐頂煤氣溫度：高爐爐頂煤氣采用水來降低高爐爐頂煤氣溫度 和除塵并設(shè)置和除塵并設(shè)置TRT裝

6、置的工藝裝置的工藝 干法干法TRT：高爐爐頂煤氣采用干式除塵并設(shè)置：高爐爐頂煤氣采用干式除塵并設(shè)置TRT裝置的工裝置的工 藝藝 圖一：濕法TRT發(fā)電系統(tǒng) 圖二：干式TRT發(fā)電系統(tǒng) 高爐爐頂煤氣余壓回收發(fā)電技術(shù)高爐爐頂煤氣余壓回收發(fā)電技術(shù) 未來發(fā)展趨勢未來發(fā)展趨勢：TRT 發(fā)電設(shè)備的高功率化發(fā)電設(shè)備的高功率化 實現(xiàn)實現(xiàn)TRT 發(fā)電設(shè)備高功率化發(fā)電設(shè)備高功率化，現(xiàn)在占，現(xiàn)在占TRT發(fā)電設(shè)備主流發(fā)電設(shè)備主流 的濕式的濕式TRT 發(fā)電系統(tǒng)，由離心透平向軸流透平轉(zhuǎn)化；由高發(fā)電系統(tǒng)，由離心透平向軸流透平轉(zhuǎn)化；由高 爐尾氣的部分回收系統(tǒng)向全量回收系統(tǒng)改良；控制方式由爐尾氣的部分回收系統(tǒng)向全量回收系統(tǒng)改良；控

7、制方式由 調(diào)速閥控制改為靜葉可調(diào)機(jī)構(gòu)控制等。通過改善措施，調(diào)速閥控制改為靜葉可調(diào)機(jī)構(gòu)控制等。通過改善措施， 使技術(shù)成熟的濕式使技術(shù)成熟的濕式TRT發(fā)電系統(tǒng)向高功率干式發(fā)電系統(tǒng)向高功率干式TRT 發(fā)電系發(fā)電系 統(tǒng)轉(zhuǎn)化統(tǒng)轉(zhuǎn)化 干法熄焦技術(shù)干法熄焦技術(shù) 干法熄焦技術(shù)干法熄焦技術(shù)（Coke Dry Quenching）是相對于用水熄滅）是相對于用水熄滅 熾熱紅焦的濕法熄焦而言的，簡稱熾熱紅焦的濕法熄焦而言的，簡稱“干熄焦干熄焦”。它是回收。它是回收 紅熱焦顯熱和改善操作環(huán)境的一項先進(jìn)工藝技術(shù)紅熱焦顯熱和改善操作環(huán)境的一項先進(jìn)工藝技術(shù) 干熄焦技術(shù)的干熄焦技術(shù)的基本原理基本原理 ：利用冷的惰性氣體（如氮氣

8、或利用冷的惰性氣體（如氮氣或 氬氣等）或燃燒后的廢氣，在干熄爐中與熾熱紅焦換熱從氬氣等）或燃燒后的廢氣，在干熄爐中與熾熱紅焦換熱從 而冷卻紅焦，吸收了紅焦熱量的惰性氣體將熱量傳給干熄而冷卻紅焦，吸收了紅焦熱量的惰性氣體將熱量傳給干熄 焦鍋爐產(chǎn)生蒸汽，被冷卻的惰性氣體再有循環(huán)風(fēng)機(jī)鼓入干焦鍋爐產(chǎn)生蒸汽，被冷卻的惰性氣體再有循環(huán)風(fēng)機(jī)鼓入干 熄爐冷卻紅焦。干熄焦鍋爐產(chǎn)生的中壓蒸汽（或高壓）蒸熄爐冷卻紅焦。干熄焦鍋爐產(chǎn)生的中壓蒸汽（或高壓）蒸 汽或并入廠內(nèi)蒸汽管網(wǎng)或送去發(fā)電汽或并入廠內(nèi)蒸汽管網(wǎng)或送去發(fā)電 干法熄焦技術(shù)干法熄焦技術(shù) 干熄焦的焦炭冷卻機(jī)理干熄焦的焦炭冷卻機(jī)理 在干熄爐冷卻段，焦炭向下流動，惰

9、性循環(huán)氣體向上流動，在干熄爐冷卻段，焦炭向下流動，惰性循環(huán)氣體向上流動， 焦炭通過與循環(huán)氣體進(jìn)行熱交換而冷卻焦炭通過與循環(huán)氣體進(jìn)行熱交換而冷卻 優(yōu)點優(yōu)點： 同濕熄焦相比，干熄焦可回收利用紅焦約同濕熄焦相比，干熄焦可回收利用紅焦約83的顯熱的顯熱 ， 降低能耗降低能耗 干熄焦過程中焦炭緩慢冷卻，降低了內(nèi)部熱應(yīng)力，網(wǎng)狀裂干熄焦過程中焦炭緩慢冷卻，降低了內(nèi)部熱應(yīng)力，網(wǎng)狀裂 紋減少，氣孔率低，因而其轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高，真密度也增大紋減少，氣孔率低，因而其轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高，真密度也增大 干法熄焦技術(shù)干法熄焦技術(shù) 焦炭在干熄爐內(nèi)從上往下流動時，焦炭在干熄爐內(nèi)從上往下流動時，增加增加了焦塊之間的相互了焦塊之間的相互

10、摩擦和碰撞次數(shù)，大塊焦炭的裂紋提前開裂，強(qiáng)度較低的摩擦和碰撞次數(shù)，大塊焦炭的裂紋提前開裂，強(qiáng)度較低的 焦塊提前脫落，焦塊的棱角提前磨蝕，焦塊提前脫落，焦塊的棱角提前磨蝕，冶金冶金焦的機(jī)械穩(wěn)定焦的機(jī)械穩(wěn)定 性改善了性改善了 熄焦采用熄焦采用惰性循環(huán)氣體惰性循環(huán)氣體在密閉的干熄爐內(nèi)對紅焦進(jìn)行冷卻，在密閉的干熄爐內(nèi)對紅焦進(jìn)行冷卻， 可以免除對周圍設(shè)備的腐蝕和對大氣的污染。此外由于采可以免除對周圍設(shè)備的腐蝕和對大氣的污染。此外由于采 用焦罐定位接焦，焦?fàn)t出焦的粉塵污染也更易于控制用焦罐定位接焦，焦?fàn)t出焦的粉塵污染也更易于控制 降低有害物質(zhì)的排放，保護(hù)環(huán)境降低有害物質(zhì)的排放，保護(hù)環(huán)境 由于干熄焦由于干熄

11、焦能提高焦炭強(qiáng)度和降低焦炭反應(yīng)性，對高爐操能提高焦炭強(qiáng)度和降低焦炭反應(yīng)性，對高爐操 作有利，尤其對質(zhì)量要求嚴(yán)大型高爐用焦炭，干熄焦更有作有利，尤其對質(zhì)量要求嚴(yán)大型高爐用焦炭，干熄焦更有 利利 鐵水預(yù)處理 鐵水預(yù)處理是指將鐵水兌入轉(zhuǎn)爐之前進(jìn)行的各 種提純處理 普通鐵水預(yù)處理 普通鐵水預(yù)處理包括：鐵水脫硫、脫硅、脫磷的三脫預(yù)處理 特殊鐵水預(yù)處理 特殊鐵水預(yù)處理是針對鐵水中含有特殊元素進(jìn)行提純精煉或 資源綜合利用如鐵水提釩、提鈮、脫鉻等預(yù)處理工藝 5.2.1蓄熱式軋鋼加熱爐技術(shù) 蓄熱式加熱爐技術(shù)的核心是高風(fēng)溫燃燒技術(shù)，它 具有高效煙氣余熱回收(排煙溫度低于150)，高 預(yù)熱空氣溫度(空氣預(yù)熱溫度高于

12、800)和低NOx 排放等多重優(yōu)越性。 采用蓄熱式加熱爐技術(shù)，具有如下優(yōu)點：可將加 熱爐排放的高溫?zé)煔饨抵?50以下，熱回收率達(dá) 80%以上，節(jié)能30%以上；可將煤氣和空氣預(yù)熱到 1000以上；加熱能力提高，生產(chǎn)效率可提高 10%15%；減少氧化燒損，使氧化燒損小于0.7%； 有害廢氣量(如CO2、NOx、SOx等)的排放大大減少。 短流程的電爐工藝 結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)層 面面 煉鐵工序煉鐵工序 煉鋼工序煉鋼工序 增加高爐原料球團(tuán)比 例 高爐噴煤技術(shù) 連鑄柸技術(shù) nimator 5.2.2結(jié)構(gòu)層面 球團(tuán)廠球團(tuán)廠 原料倉原料倉 烘干機(jī)烘干機(jī) 潤磨機(jī)潤磨機(jī) 給料機(jī)給料機(jī) 生篩生篩 豎爐本體豎爐本體 帶冷機(jī)

13、帶冷機(jī) 成品料場成品料場 鏈板機(jī)鏈板機(jī) 烘干爐烘干爐 燃燒室燃燒室 冷卻風(fēng)冷卻風(fēng) 機(jī)機(jī) 連鑄工藝模鑄與連鑄 模鑄(ingot casting) 將高溫鋼液澆注到一個或多個鋼錠模內(nèi)使之凝固成形的方法，是鋼 液凝固成形的基本方法，其典型特征是生產(chǎn)過程的間續(xù)化。 連續(xù)鑄鋼(continuous casting) 將高溫鋼液連續(xù)地澆鑄到一個或多個強(qiáng)制水冷的金屬型腔內(nèi)。凝固 成形后，再經(jīng)二次冷卻，使之凝固，且成一定形狀（規(guī)格）鑄坯的 工藝方法，其典型特征是生產(chǎn)過程的連續(xù)化。 連鑄工藝設(shè)備 連鑄工藝相關(guān)技術(shù) 連鑄配套技求如下 1.保護(hù)澆注 采用無氧化保護(hù)澆注，大鋼包與中間包用長水口，中間包與結(jié) 晶器之間用

14、浸入式水口，鋼水面用保護(hù)渣，連接處用氬氣保護(hù)。 2.電磁攪拌 安裝在不同部位和不同攪拌方向的電磁攪拌裝置可達(dá)到不同效 果。有結(jié)晶器電磁攪拌（MEMS），結(jié)晶器下方電磁攪拌（IEMS）， 二次區(qū)電磁攪拌（SEMS）和冶金長度末端的電磁攪拌（FEMS）。這 些攪拌裝置可以單獨亦可組合使用。 3.液面控制 這應(yīng)采用靈敏可靠的結(jié)晶器液面測量及自動控制。目前對特殊 鋼方坯連鑄機(jī)采用鈷60或銫137液位檢測儀，自動調(diào)節(jié)中間罐水口開口度 控制液面，使液面波動范圍在03mm內(nèi)。 4.中間包設(shè)計 中間包按大容量和最佳形狀設(shè)計。為保證夾雜物充分上浮析 出，中間包鋼液面深度不小于800mm，利用中間包鋼水重量變化來

15、自動 調(diào)節(jié)鋼水包水口開口度，控制中間包熔池深度。 5.振動裝置 采用小振幅高頻率的結(jié)晶器振動，一般頻率可達(dá)0360次/min， 振幅10mm（有的為4mm）。 6.二冷控制 精確控制二次噴水冷卻。按不同鋼種、不同拉速自動調(diào)節(jié)，均 勻冷卻。盡管氣-水霧冷卻會增加控制上的困難、價格較高，但對特殊鋼 連鑄來說仍是十分必要的。 7.自動控制 采用計算機(jī)控制對穩(wěn)定鑄坯質(zhì)量非常重要。 高爐噴煤技術(shù) 概念: 高爐噴吹煤粉是從高爐風(fēng)口向爐內(nèi)直接噴吹磨細(xì)了的無煙煤粉或煙煤高爐噴吹煤粉是從高爐風(fēng)口向爐內(nèi)直接噴吹磨細(xì)了的無煙煤粉或煙煤 粉或粉或 這兩這兩 者的混合煤粉者的混合煤粉 以替代焦炭起提供熱量和還原劑的作用

16、，從而降以替代焦炭起提供熱量和還原劑的作用，從而降 低焦比，降低生鐵成本。低焦比，降低生鐵成本。 用煤粉代替焦炭，降低成本 解決焦炭短缺問題； 降低生產(chǎn)成本； 綜合能耗降低； 高爐噴煤意義 有利于采用高風(fēng)溫和富氧鼓風(fēng)技術(shù) 解決高風(fēng)溫產(chǎn)生的問題； 解決富氧鼓風(fēng)產(chǎn)生的問題； 有利于調(diào)節(jié)爐況，改善高爐冶煉過程 增加調(diào)節(jié)手段，調(diào)節(jié)爐溫較快； 改善高爐內(nèi)的還原過程； 穩(wěn)定連續(xù)性： 連續(xù)生產(chǎn)的需要連續(xù)生產(chǎn)的需要 高爐熱制度穩(wěn)定的需要高爐熱制度穩(wěn)定的需要 各風(fēng)口噴吹量均勻性: 保證高爐圓周方向的均勻性保證高爐圓周方向的均勻性 噴吹量的可調(diào)節(jié)性: 有利于調(diào)節(jié)爐溫有利于調(diào)節(jié)爐溫 計量準(zhǔn)確性: 防止?fàn)t溫波動防止?fàn)t

17、溫波動 設(shè)備簡單及安全 噴煤條件 噴煤設(shè)備要求 高爐： 熱風(fēng)溫度：要求高風(fēng)溫。 富氧鼓風(fēng)： 噴煤設(shè)備及條件 其它條件 焦炭性能： 高強(qiáng)度：由于焦炭負(fù)荷上升，料柱透氣性變差，對焦炭強(qiáng)度 要求提高。 渣量： 降低入爐礦石的SiO2含量，降低噸鐵渣量，減少通過滴落帶 的渣量，可以降低高爐下部壓差，改善高爐冶煉過程。 噴煤工藝流程號高爐噴煤工藝流程號高爐 Distributer 熱風(fēng)爐廢熱風(fēng)爐廢 氣引風(fēng)機(jī)氣引風(fēng)機(jī) 主排風(fēng)機(jī)主排風(fēng)機(jī) 振動篩振動篩 N2 輸送壓縮空氣輸送壓縮空氣 BFG COG Air 旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器 布袋除塵器布袋除塵器 原煤倉原煤倉 磨煤機(jī)磨煤機(jī) 煤粉倉煤粉倉 干燥爐干燥爐噴吹

18、罐噴吹罐 分配器分配器 混合器混合器 流化氣流化氣 加壓氣加壓氣 2 18 給煤機(jī) 高爐噴煤技術(shù) 工藝流程 5.2.3低溫余熱回收節(jié)能 原則原則1 廢棄廢棄-蒸汽蒸汽-電原則電原則：10000m3的的300-400度的低溫?zé)煔舛鹊牡蜏責(zé)煔?經(jīng)過余熱鍋爐，可以產(chǎn)生經(jīng)過余熱鍋爐，可以產(chǎn)生1t的過熱蒸汽，發(fā)電的過熱蒸汽，發(fā)電200kw.h 原則原則2 電電-標(biāo)煤原則標(biāo)煤原則：1kw.h電相當(dāng)于電相當(dāng)于0.39kg的標(biāo)煤。的標(biāo)煤。 燒結(jié)過程消耗量 是60kg/t但從熱平 衡計算知燒結(jié)礦冷 氣機(jī)余熱占32.6%， 燒結(jié)礦的廢氣余熱 占15.8%若回收利 用可回能耗20kg/t 煉鐵工序煉鐵工序 轉(zhuǎn)爐工序

19、新技術(shù)： 1.強(qiáng)化鐵水預(yù)處理強(qiáng)化鐵水預(yù)處理 2.提高鋼水爐外精煉比提高鋼水爐外精煉比 4.推廣濺渣護(hù)爐技術(shù)推廣濺渣護(hù)爐技術(shù) 5.提高爐襯壽命提高爐襯壽命 6.提高金屬收得率提高金屬收得率 7.開發(fā)鋼渣顯熱回收技術(shù)開發(fā)鋼渣顯熱回收技術(shù) 3.提高廢鋼回收量和利用率提高廢鋼回收量和利用率 8.提高制氧機(jī)控制水平提高制氧機(jī)控制水平 轉(zhuǎn)爐設(shè)備 轉(zhuǎn)爐爐體及轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng) 鐵水、廢鋼、散狀材料設(shè)備 氧槍提升機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化與回收設(shè)備 5.2.4冶金流程新技術(shù) 干熄焦技術(shù)干熄焦技術(shù) TRT技術(shù)技術(shù) 高爐噴煤技術(shù)高爐噴煤技術(shù) 球團(tuán)礦技術(shù)球團(tuán)礦技術(shù) 轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼技術(shù)轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼技術(shù) 連鑄坯的熱送連鑄坯的熱送.熱裝

20、和直接軋制技術(shù)熱裝和直接軋制技術(shù) 能源網(wǎng)絡(luò)圖 能量平衡表 能耗指標(biāo)表 5.3.1 鋼鐵企業(yè)能源審計 能源節(jié)超情況表 技改措施節(jié)能情況表 主 要 內(nèi) 容 技術(shù)準(zhǔn)備 是前期階段，主要進(jìn)行審計小組成立、現(xiàn)場調(diào)查 及審計技術(shù)方案的編寫 現(xiàn)場審計 測試 主要包括：有關(guān)資料的收集、現(xiàn)場調(diào)查分析和現(xiàn) 場測試 分析總結(jié) 對企業(yè)的總體用能情況進(jìn)行分析，計算各項指標(biāo)，并 對照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析評價，指出企業(yè)用能水平，提出節(jié) 能技術(shù)改造方案 審計的實施三個階段 n高爐高風(fēng)溫技術(shù)高爐高風(fēng)溫技術(shù) n高爐噴煤技術(shù)高爐噴煤技術(shù) n冷固結(jié)球團(tuán)技術(shù)冷固結(jié)球團(tuán)技術(shù)n直流電弧煉鋼技術(shù)直流電弧煉鋼技術(shù) n連鑄坯一火成材技術(shù)連鑄坯一火成材技術(shù) 5.3.2 主要能耗工藝節(jié)能技術(shù)與設(shè)備 主要能耗工藝節(jié)能技術(shù) n小球燒結(jié)技術(shù)小球燒結(jié)技術(shù)n電爐煤氧槍助熔節(jié)電技術(shù)電