蔡九菊3：鋼鐵企業(yè)的系統(tǒng)節(jié)能及其研究進(jìn)展

1、熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所1熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所目目 錄錄2熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所3l 當(dāng)今人類文明與資源、環(huán)境之間的矛盾不斷激發(fā)、可謂危機(jī)四伏（次貸危機(jī)、金融危機(jī)、能源危機(jī)、環(huán)境危機(jī)）。人類普遍困惑的問(wèn)題是生存和發(fā)展，轉(zhuǎn)變生產(chǎn)、生活和生存方式謀求“持續(xù)發(fā)展”成為時(shí)代的主題。l“持續(xù)發(fā)展”的提出，與其說(shuō)是一種新的發(fā)展模式，不如說(shuō)是判定了人類現(xiàn)有發(fā)展模式的不可持續(xù)性。在美國(guó)次貸危機(jī)爆發(fā)之前，全世界都在推崇美國(guó)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后的國(guó)家和地區(qū)。如果美國(guó)沒(méi)有次貸危機(jī)，如果沒(méi)有美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬提出的“再工業(yè)化”，人們可能不會(huì)反思：現(xiàn)有發(fā)展

2、模式的不可持續(xù)性？熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所4l 中國(guó)正處在工業(yè)化進(jìn)程的高速發(fā)展期，不是中后期更不是后期；鋼鐵工業(yè)是加快工業(yè)化進(jìn)程的支柱產(chǎn)業(yè)，是朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)不是夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè)；鋼鐵企業(yè)是“高能耗、資源型”企業(yè)，不一定是高污染企業(yè)。l 中國(guó)鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展得益于改革開放和節(jié)能減排，與世界先進(jìn)產(chǎn)鋼國(guó)的最大差距，不是規(guī)模、技術(shù)和裝備，而是資源能源消耗與廢物排放的平均水平尚未滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。l“ 鋼鐵大國(guó)不是強(qiáng)國(guó)”之說(shuō)，不符合中國(guó)實(shí)際。中國(guó)鋼鐵是多層次、多水平共存的產(chǎn)業(yè)，有大有小、有強(qiáng)有弱（先進(jìn)與落后、領(lǐng)先與淘汰、清潔與污染共存）；節(jié)能（減量化）是鋼鐵企業(yè)節(jié)約資源、改善環(huán)境、降低成本的可控

3、因素，是未來(lái)中國(guó)鋼鐵“又好又快”發(fā)展的重要保障。熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所l自1980年以來(lái)，中國(guó)鋼鐵工業(yè)節(jié)能已走過(guò)31個(gè)年頭，鋼鐵生產(chǎn)鋼鐵生產(chǎn)及節(jié)能降耗節(jié)能降耗取得了舉世矚目的輝煌成就。我有幸見證了中國(guó)鋼鐵工業(yè)節(jié)能的30年變遷：5l噸鋼綜合能耗從1980年2.040降到2000年1.180tce/t ，下降率為42.16% ，2000年以后統(tǒng)計(jì)對(duì)象改為大中型鋼鐵企業(yè)，不再統(tǒng)計(jì)全行業(yè)的能耗數(shù)據(jù) ；l大中型鋼鐵企業(yè)的噸鋼綜合能耗從1980年1.646下降到2005年的0.741 tce/t，下降率為54.98%；噸鋼可比能耗從1980年1.285下降到2005年0.714 tce/

4、t，下降率為44.44%。熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所61980198020102010年間中國(guó)鋼鐵工業(yè)噸鋼能耗的變化年間中國(guó)鋼鐵工業(yè)噸鋼能耗的變化從2006年起，外購(gòu)電的折標(biāo)系數(shù)由電的“等價(jià)值”改用電的“當(dāng)量值”。熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所71995199520102010年間大中型鋼鐵企業(yè)噸鋼能耗的變化年間大中型鋼鐵企業(yè)噸鋼能耗的變化（電力的折標(biāo)系數(shù)統(tǒng)一用（電力的折標(biāo)系數(shù)統(tǒng)一用0.4040.404，圖中虛線框），圖中虛線框）熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所8 在20世紀(jì)70年代“石油危機(jī)”爆發(fā)之前，節(jié)能在那時(shí)候的中國(guó)還是一個(gè)陌生的概念。進(jìn)入80年代節(jié)能在鋼

5、鐵業(yè)率先開展，如今已蔚然成風(fēng)。（1 1）1978197819801980年，節(jié)能起步階段年，節(jié)能起步階段 調(diào)查重點(diǎn)和地方骨干企業(yè)的能源消耗，宣傳節(jié)能意義，組建節(jié)能隊(duì)伍，堵塞跑冒滴漏，通過(guò)“掃浮財(cái)”、抓能源管理，扭轉(zhuǎn)了以往鋼鐵企業(yè)不考核能源消耗、無(wú)統(tǒng)計(jì)能源數(shù)據(jù)的歷史。1980年大中型企業(yè)的噸鋼可比能耗為1.285tce。（2 2） 1980 198019901990年，單體設(shè)備年，單體設(shè)備和和工序節(jié)能階段工序節(jié)能階段 節(jié)能由單體設(shè)備擴(kuò)大到生產(chǎn)工序，由鋼鐵企業(yè)擴(kuò)展到鐵礦山、鐵合金、碳素制品、耐火材料等。制訂了15種冶金爐窯的“熱平衡測(cè)試計(jì)算辦法”和19種“工序節(jié)能規(guī)定”，開展節(jié)能晉等升級(jí)、推廣節(jié)能

6、技術(shù)、節(jié)能培訓(xùn)等活動(dòng)。大中型企業(yè)噸鋼可比能耗達(dá)到1.017tce，10年下降268kgce，占30年總節(jié)能量的45%。熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所9（3 3）1990200019902000年，年，以物質(zhì)流優(yōu)化為主的以物質(zhì)流優(yōu)化為主的系統(tǒng)節(jié)能階段系統(tǒng)節(jié)能階段 節(jié)能的著眼點(diǎn)從注重單體設(shè)備節(jié)能和工序節(jié)能轉(zhuǎn)向企業(yè)的整體節(jié)能，既節(jié)約能源又節(jié)約非能源，通過(guò)平爐改轉(zhuǎn)爐、模鑄改連鑄、一火成才改為多火成才等一系列生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整和“以連鑄為中心”的工藝流程優(yōu)化，鋼鐵流程趨于連續(xù)化、緊湊化、減量化。節(jié)能效果明顯，縮短了與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，大中型企業(yè)的噸鋼可比能耗達(dá)到0.781tce，10年間能耗指標(biāo)下降2

7、36kgce，占30年總節(jié)能量的40%。（4 4）2000201020002010年，以能量流優(yōu)化為主的系統(tǒng)節(jié)能階段年，以能量流優(yōu)化為主的系統(tǒng)節(jié)能階段 強(qiáng)化鋼鐵企業(yè)的“能源轉(zhuǎn)換功能”，開發(fā)推廣CDQ、TRT、轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵、余熱余能回收發(fā)電、煤調(diào)濕、蓄熱燃燒、熱裝熱送、脫濕鼓風(fēng)等關(guān)鍵共性技術(shù)，研究能量流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)，建立健全企業(yè)能源管理中心。大中型企業(yè)的噸鋼可比能耗降到0.690tce，10年間能耗指標(biāo)下降91kgce，占30年總節(jié)能量的15%。熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所10式中： e1，e2 en 各道工序的工序能耗，kgce/t實(shí)物產(chǎn)量； p1，p2 pn 各道工序的鋼比系

8、數(shù)，t/t。例如：例如：鐵鋼比鐵鋼比 = =統(tǒng)計(jì)期內(nèi)的生鐵產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)期內(nèi)的生鐵產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)期內(nèi)鋼產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)期內(nèi)鋼產(chǎn)量噸鋼能耗的定義式（噸鋼能耗的定義式（E）= =P1e1 + P2e2 + + Pnen統(tǒng)計(jì)期內(nèi)的合格鋼坯產(chǎn)量 p1e1 + p2e2 + + pnen-公斤標(biāo)煤/噸鋼 = =熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所噸鋼能耗解析式為所屬各生產(chǎn)工序的工序能耗(e)與鋼比系數(shù)(p)乘積之和：iiiepE鋼比系數(shù)t/tt/t工序能耗kgce/tkgce/t影響噸鋼能耗的直接因素：影響噸鋼能耗的直接因素：l 各工序的實(shí)物產(chǎn)量，即鋼比系數(shù)（與生產(chǎn)結(jié)構(gòu)有關(guān)）各工序的實(shí)物產(chǎn)量，即鋼比系數(shù)（與生產(chǎn)結(jié)構(gòu)有關(guān)

9、）l 各工序的工序能耗，燃料各工序的工序能耗，燃料+ +動(dòng)力動(dòng)力11熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所12噸鋼節(jié)能量的解析式噸鋼節(jié)能量的解析式： iiiiiiiieepppel式中，兩組括弧內(nèi)的差值分別代表統(tǒng)計(jì)期始末某工序的鋼比系數(shù)、工序能耗的改變量。l等式右側(cè)的第一項(xiàng)是因鋼比系數(shù)變化（即生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整）獲得的節(jié)能量，稱為間接節(jié)能量；l第二項(xiàng)是因各工序能耗變化（即各生產(chǎn)工序節(jié)能）獲得的節(jié)能量，稱為直接節(jié)能量。 iiiiiiepepE熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所1320052005熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所14年間直接、間接節(jié)能的貢獻(xiàn)率及其變化年間直接、間接節(jié)能的貢

10、獻(xiàn)率及其變化19802010年，30年間噸鋼能耗共下降595公斤，其中直接節(jié)能的貢獻(xiàn)率約占60%，間接節(jié)能的貢獻(xiàn)率約占40%。熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所我國(guó)鋼鐵工業(yè)的節(jié)能進(jìn)程及噸鋼能耗的下降規(guī)律我國(guó)鋼鐵工業(yè)的節(jié)能進(jìn)程及噸鋼能耗的下降規(guī)律1500.20.40.60.811.21.41.61.82197519801985199019952000200520102015年年 份份噸鋼可比能耗，噸鋼可比能耗，tce/ttce/t鋼鋼大中型鋼鐵企業(yè)噸鋼可比能耗可比能耗（tce/t鋼）2.96%2.05%1.78%4.34%0.45%0.68%單體設(shè)備節(jié)能生產(chǎn)工序節(jié)能企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能結(jié)構(gòu)調(diào)整初期

11、企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能結(jié)構(gòu)調(diào)整中期六五七五八五九五十五十一五十二五（1）（2）（3）熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所16 30年間噸鋼能耗曲線每隔15年曾出現(xiàn)兩次周期性變化，兩條曲線的形狀相似，呈現(xiàn)“滑梯式”。最初的五年，能耗曲線下落較快，年均節(jié)能率較大；中間的五年，能耗曲線下落變緩，年均節(jié)能率減小；最后的五年，曲線變得更為平緩。例如，在“六五”期間，由于當(dāng)時(shí)各工序的基礎(chǔ)能耗較高，所以實(shí)施單體設(shè)備節(jié)能技術(shù)的節(jié)能效果明顯，年均節(jié)能率達(dá)到2.96%；進(jìn)入“七五”時(shí)期，繼續(xù)降低工序能耗的直接節(jié)能效果變差了，年均節(jié)能率減小到2.05%，到了“八五”時(shí)期年節(jié)能率就更低了，只有0.45%。在“九五”期間，通

12、過(guò)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整和工藝流程優(yōu)化等措施，使得噸鋼能耗出現(xiàn)第二次較大幅度下降，年均節(jié)能率上升到4.34%；到了“十五”時(shí)期，年均節(jié)能率回落到1.78%；進(jìn)入“十一五”，年均節(jié)能率只有0.68%（電折標(biāo)系數(shù)均取等價(jià)值）。熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所17l 下一個(gè)15年（20112025），我國(guó)鋼鐵企業(yè)的節(jié)能難度將越來(lái)越大，節(jié)能空間將越來(lái)越小，噸鋼能耗曲線能否出現(xiàn)第三次較大幅度的下落，完全取決于新一輪節(jié)能理論、技術(shù)和管理手段的支撐。十五年十五年十五年十五年下一個(gè)十五年下一個(gè)十五年20112025？滑梯式滑梯式L 型下落曲線型下落曲線熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所18u 在充分考慮外

13、部環(huán)境的前提下，研究圖中五個(gè)不同層次上的節(jié)能問(wèn)題，以及它們之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)整體的、全面的節(jié)能?！跋到y(tǒng)節(jié)能系統(tǒng)節(jié)能”行業(yè)行業(yè)聯(lián)合企業(yè)聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)車間（廠）生產(chǎn)車間（廠）單體設(shè)備單體設(shè)備設(shè)備部件設(shè)備部件“設(shè)備節(jié)能設(shè)備節(jié)能”系統(tǒng)節(jié)能的五個(gè)層次系統(tǒng)節(jié)能的五個(gè)層次三、系統(tǒng)節(jié)能與科學(xué)用能三、系統(tǒng)節(jié)能與科學(xué)用能u 上個(gè)世紀(jì)80年代初，陸鐘武院士將冶金工業(yè)節(jié)能劃分為“五個(gè)層次”，主張用系統(tǒng)工程的原理和方法研究冶金工業(yè)較高層次的節(jié)能問(wèn)題。提出了“載能體”“直接能耗 ” “ 間 接 能 耗 ” “ 產(chǎn) 品 能耗”“能值”等概念，創(chuàng)立了“系統(tǒng)節(jié)能理論和技術(shù)”。 熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所19系統(tǒng)節(jié)能是

14、將能源用少，科學(xué)用能是把能源用好?？茖W(xué)用能包括它可將節(jié)能做到極致，把浪費(fèi)降到零。已故能源科學(xué)家吳仲華為科學(xué)用能總結(jié)出16個(gè)字：l“節(jié)能潛力寓于不平衡之中”。生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)的熱量、機(jī)械、化學(xué)、壓力、濃度等不平衡現(xiàn)象，都是節(jié)能潛力存在的標(biāo)志。如高爐頂壓（壓力不平衡-TRT），焦炭顯熱（溫度不平衡-CDQ），轉(zhuǎn)爐煙氣(化學(xué)不平衡-回收轉(zhuǎn)爐氣），鼓風(fēng)水份（濃度不平衡-鼓風(fēng)脫濕）?？茖W(xué)用能旨在發(fā)現(xiàn)那些不易被發(fā)現(xiàn)的非平衡問(wèn)題。熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所20（1）輸入給裝置（終端用戶）的能量總是大于產(chǎn)品生產(chǎn)所需求的）輸入給裝置（終端用戶）的能量總是大于產(chǎn)品生產(chǎn)所需求的能量，即在能量流輸入能量，即

15、在能量流輸入- 輸出端存在能量的輸出端存在能量的“數(shù)量數(shù)量”不平衡。不平衡。 降低裝置輸入端多余的能量、回收輸出端的剩余能量、優(yōu)化降低裝置輸入端多余的能量、回收輸出端的剩余能量、優(yōu)化裝置的設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行（取經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量），是科學(xué)使用能源的基礎(chǔ)。裝置的設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行（取經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量），是科學(xué)使用能源的基礎(chǔ)。小馬小馬拉大車?yán)筌嚧篑R大馬拉小車?yán)≤?凡熱工設(shè)備為了獲取較高生產(chǎn)率，凡熱工設(shè)備為了獲取較高生產(chǎn)率，總是在過(guò)剩的能量趨動(dòng)下工作，所以有總是在過(guò)剩的能量趨動(dòng)下工作，所以有剩余的能量輸出。剩余的能量輸出。 能耗與產(chǎn)量呈非線性函數(shù)關(guān)系，能耗與產(chǎn)量呈非線性函數(shù)關(guān)系，單位單位產(chǎn)品能耗產(chǎn)品能耗隨產(chǎn)量變化存在最小

16、值，隨產(chǎn)量變化存在最小值，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量區(qū)間稱對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量區(qū)間稱“經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量”或或“經(jīng)經(jīng)濟(jì)區(qū)濟(jì)區(qū)”。 對(duì)剩余能量，要及時(shí)、合理、足對(duì)剩余能量，要及時(shí)、合理、足量地回收利用。量地回收利用。 目前，鋼鐵廠多數(shù)熱工設(shè)備偏離目前，鋼鐵廠多數(shù)熱工設(shè)備偏離“經(jīng)濟(jì)區(qū)經(jīng)濟(jì)區(qū)”運(yùn)行，作業(yè)率低，產(chǎn)品能耗運(yùn)行，作業(yè)率低，產(chǎn)品能耗高。這方面的節(jié)能潛力很大。高。這方面的節(jié)能潛力很大。熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所l把高品位的蒸汽經(jīng)過(guò)節(jié)流后降為低品位的蒸汽使用；把高品位的蒸汽經(jīng)過(guò)節(jié)流后降為低品位的蒸汽使用；l利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能去干燥物料；利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能去干燥物料；CDQCDQ生產(chǎn)低壓蒸汽生產(chǎn)低壓蒸汽

17、；l把高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣混合供給加熱爐作燃料；把高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣混合供給加熱爐作燃料；l水淬高爐熔渣，熱水水淬高爐熔渣，熱水80 80 ：熔渣：熔渣1700 1700 ；l將濃度將濃度99.6%99.6%的氧氣供給高爐用的氧氣供給高爐用24-25%24-25%氧氣；氧氣；l把不同把不同SO2SO2濃度的燒結(jié)廢氣混合在一起去，再進(jìn)行脫硫處濃度的燒結(jié)廢氣混合在一起去，再進(jìn)行脫硫處 科學(xué)配置能源問(wèn)題，是比工序科學(xué)配置能源問(wèn)題，是比工序/ /設(shè)備節(jié)能更高層次的能量流網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)能更高層次的能量流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，其節(jié)能潛力很大。優(yōu)化，其節(jié)能潛力很大。21 在能源分配上，根據(jù)能源的數(shù)量、質(zhì)量以及用戶需求，實(shí)行

18、“按質(zhì)用能、匹配得當(dāng)”，在余熱回收利用上，實(shí)行“溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”，做到 “高質(zhì)高用、低質(zhì)低用、熱盡其用”。目前，鋼鐵企業(yè)在二次能源的生產(chǎn)和分配方面存在的問(wèn)題：（2）分配給終端用戶的能量品質(zhì)與其需求的不一致，即在能源配）分配給終端用戶的能量品質(zhì)與其需求的不一致，即在能源配置與使用環(huán)節(jié)存在能量置與使用環(huán)節(jié)存在能量“品質(zhì)品質(zhì)”不匹配。不匹配。按質(zhì)用能、溫度對(duì)口、梯級(jí)利用，是科學(xué)配置能源的基本原則。按質(zhì)用能、溫度對(duì)口、梯級(jí)利用，是科學(xué)配置能源的基本原則。熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所生產(chǎn)規(guī)模生產(chǎn)規(guī)模萬(wàn)萬(wàn)t/年年產(chǎn)產(chǎn) 品品 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)噸鋼煤氣噸鋼煤氣生產(chǎn)量生產(chǎn)量噸鋼煤氣噸鋼煤氣消耗量消耗量

19、噸鋼煤氣噸鋼煤氣剩余量剩余量企業(yè)煤氣企業(yè)煤氣剩余率剩余率%9001000板、卷材為主，兼有棒線型材9.085.223.8642.5600800棒線、型、管材及板卷材8.855.563.2937.2300500棒線、型、管材及板卷材8.775.852.9233.3100200棒材、線材等8.216.172.0424.922（3）企業(yè)二次能源的生產(chǎn)量總是大于其需求量，能源系統(tǒng)始終處）企業(yè)二次能源的生產(chǎn)量總是大于其需求量，能源系統(tǒng)始終處于供需不平衡狀態(tài)。于供需不平衡狀態(tài)。用用“動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)”的的“非平衡非平衡”方法和方法和“耗散結(jié)構(gòu)耗散結(jié)構(gòu)”理論，研究富余煤理論，研究富余煤氣、氧氣、蒸汽、電力的動(dòng)態(tài)運(yùn)行

20、、緩沖和調(diào)控，建立智能化能源氣、氧氣、蒸汽、電力的動(dòng)態(tài)運(yùn)行、緩沖和調(diào)控，建立智能化能源管控中心（是現(xiàn)代化管理和控制手段，不是形象工程），是科學(xué)管管控中心（是現(xiàn)代化管理和控制手段，不是形象工程），是科學(xué)管控能源最給力的工具?？啬茉醋罱o力的工具。熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所233.2 3.2 強(qiáng)化物質(zhì)流強(qiáng)化物質(zhì)流流流和能量流協(xié)同作用，是未來(lái)和能量流協(xié)同作用，是未來(lái)鋼鐵企業(yè)節(jié)能的重要研究方向鋼鐵企業(yè)節(jié)能的重要研究方向l從工程學(xué)角度看，鋼鐵制造流程是復(fù)雜的鐵煤化工（碳冶金）過(guò)程；從熱力學(xué)角度看，它是開放的、遠(yuǎn)離平衡的、不可逆的耗散過(guò)程系統(tǒng)。其中，含鐵（Fe）等物料沿著產(chǎn)品的全生命周期軌跡流

21、動(dòng)，形成了鐵素物質(zhì)流；含碳（C）等能源沿著轉(zhuǎn)換、使用、回收、再使用、直至排放的路徑流動(dòng)，形成了碳素能量流。l以往冶金領(lǐng)域的研究命題大多是圍繞鐵素物質(zhì)流的緊湊化、連續(xù)化、自動(dòng)化展開的（技術(shù)創(chuàng)新的主流），對(duì)“能量流”、“能量流網(wǎng)絡(luò)”的研究不多。熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所24l從理論上認(rèn)識(shí)能量“流”和“網(wǎng)絡(luò)”的性質(zhì)，能量流的結(jié)構(gòu)及其整體行為，有助于能量流的網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化建設(shè)，有利于發(fā)揮鋼鐵企業(yè)能源管理中心的作用， “軟件”與“硬件”兼施，推動(dòng)鋼鐵工業(yè)節(jié)能進(jìn)入新的發(fā)展階段。l2011202520112025年，年， 以物質(zhì)流、能量流協(xié)同優(yōu)化為主的以物質(zhì)流、能量流協(xié)同優(yōu)化為主的系統(tǒng)

22、節(jié)能階段。系統(tǒng)節(jié)能階段。（1 1）1978197819801980年，節(jié)能起步階段年，節(jié)能起步階段（2 2）1980198019901990年，單體設(shè)備年，單體設(shè)備和和工序節(jié)能階段工序節(jié)能階段（3 3）1990200019902000年，年，以物質(zhì)流優(yōu)化為主的以物質(zhì)流優(yōu)化為主的系統(tǒng)節(jié)能階段系統(tǒng)節(jié)能階段（4 4）2000201020002010年，以能量流優(yōu)化為主的系統(tǒng)節(jié)能階段年，以能量流優(yōu)化為主的系統(tǒng)節(jié)能階段（5 5）2011202520112025年，以物質(zhì)流和能量流協(xié)同優(yōu)化為主的年，以物質(zhì)流和能量流協(xié)同優(yōu)化為主的 企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能階段企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能階段熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所（1

23、）燒結(jié)余熱資源的回收與利用）燒結(jié)余熱資源的回收與利用 實(shí)現(xiàn)物質(zhì)流與能量流的協(xié)同實(shí)現(xiàn)物質(zhì)流與能量流的協(xié)同 回收利用鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的余熱余能資源，燒結(jié)工序最具代表性。我國(guó)燒結(jié)工序能耗比國(guó)外先進(jìn)指標(biāo)高出20以上，主要原因是燒結(jié)工序余熱資源的回收與利用水平低。燒結(jié)余熱資源包括燒結(jié)過(guò)程的廢氣顯熱和產(chǎn)品顯熱，分別占燒結(jié)工序總熱量收入的20-45%。據(jù)報(bào)道，燒結(jié)工序的燃料消耗約44kgce/t，余熱資源的回收利用量多達(dá)14kgce/t，與每噸燒結(jié)礦的電力消耗量大體相當(dāng)。l 燒結(jié)礦環(huán)冷機(jī)原本是冷卻燒結(jié)礦的（物質(zhì)流的冷卻裝置），現(xiàn)在要其回收余熱（余熱回收裝置），兩者是矛盾的，說(shuō)明原設(shè)計(jì)存在先天不足。 25熱能

24、與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所26 因?yàn)樽畛醯沫h(huán)冷機(jī)是為冷卻燒結(jié)礦服務(wù)的，所以風(fēng)量大、料層薄、冷卻快、漏風(fēng)嚴(yán)重，無(wú)法滿足目前高效換熱和取熱的要求。為了達(dá)到既要冷卻燒結(jié)礦又要回收余熱的目的，環(huán)冷機(jī)的結(jié)構(gòu)與操作務(wù)必進(jìn)行相應(yīng)的改造。否則，是不會(huì)取得好效果的！l 在干熄焦技術(shù)的啟發(fā)下，凡赤熱的燒結(jié)礦、球團(tuán)礦乃至經(jīng)粒化處理的冶金渣等，都有可能像干熄焦那樣用散料床氣固強(qiáng)化熱交換的方式來(lái)回收余熱。用CDQ式散料床氣固熱交換裝置，取代現(xiàn)有的燒結(jié)礦環(huán)冷機(jī)。在冷卻燒結(jié)礦的同時(shí)，最大限度回收燒結(jié)礦顯熱（已獲批國(guó)家發(fā)明專利），有望降低燒結(jié)工序能耗在25.0kgce/t礦以上 。CDQ式燒結(jié)礦余熱回收技術(shù)式燒結(jié)礦

25、余熱回收技術(shù)熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所至煙囪至煙囪至煙囪至煙囪水水ESP400oC 350oC250300oC180250oC根據(jù)余熱資源的數(shù)量、溫度以及用戶對(duì)熱量的需求，確定最佳回收方式和優(yōu)先使用順序，做到：分級(jí)回收，梯級(jí)利用。 27熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所28l “一罐到底”技術(shù)，是指取消傳統(tǒng)的“混鐵爐”和“魚雷罐車”，直接采用“鐵水罐”運(yùn)輸鐵水，將鐵水的承接、運(yùn)輸、緩沖儲(chǔ)存、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐兌鐵、容器快速周轉(zhuǎn)、鐵水保溫等功能集為一體；l 取消了煉鋼車間倒罐坑、減少一次鐵水倒罐作業(yè)，具有縮短工藝流程、緊湊總圖布置、降低能耗、減少鐵損、減少煙塵等多重優(yōu)勢(shì)，是今后

26、新建鋼鐵廠高爐-轉(zhuǎn)爐界面模式的發(fā)展方向。（2 2）高爐）高爐- -轉(zhuǎn)爐區(qū)段轉(zhuǎn)爐區(qū)段“一罐到底一罐到底”界面界面模式模式 集鐵水承接、運(yùn)輸、緩沖、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐兌鐵于一體集鐵水承接、運(yùn)輸、緩沖、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐兌鐵于一體熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所高溫空氣燃燒技術(shù),是對(duì)傳統(tǒng)蓄熱室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、爐子熱工操作，燃燒廢氣顯熱回收方式的重大變革。它突破了幾百年來(lái)人們對(duì)燃燒的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，具有大幅度節(jié)能(30以上)和超低濃度NOX排放(3055ppm)的雙重優(yōu)越性，最適合熱裝熱送。但對(duì)某些品種鋼，熱裝熱送時(shí)常出現(xiàn)表面缺陷。這些表面缺陷是以晶間裂紋形式出現(xiàn)的，與奧氏體晶界析出有關(guān)，是由鋼坯塑性降低引起

27、的。在600900時(shí)析出速度最大，實(shí)際的溫度范圍取決于碳含量和合金元素含量。l解決這些品鋼種連鑄坯的熱裝熱送問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)鐵素物質(zhì)流與能量流的協(xié)同，可獲得巨大的節(jié)能效益。29（3 3）連鑄）連鑄軋鋼區(qū)段界面模式軋鋼區(qū)段界面模式 連鑄坯連鑄坯熱裝熱送與高溫蓄熱火焰爐技術(shù)熱裝熱送與高溫蓄熱火焰爐技術(shù)熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所30（4 4）電站鍋爐排煙余熱電站鍋爐排煙余熱的低的低能量轉(zhuǎn)移能量轉(zhuǎn)移與與能級(jí)提升能級(jí)提升 給低溫余熱資源找到最合適的熱用戶給低溫余熱資源找到最合適的熱用戶用鍋爐低溫排煙余熱預(yù)熱鍋爐的助燃風(fēng)和鍋爐回水，使鍋爐的排煙溫度降低50-80度，節(jié)省發(fā)電煤耗5-8gce/kWh

28、。熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所31 能的概念出現(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域中，他常以各種不同的方式被定義。這些定義各有其適用的場(chǎng)合，若不能正確地理解，容易產(chǎn)生概念上的混亂。從實(shí)質(zhì)上講，能的實(shí)用價(jià)值在于它可以“促成變化”。如重物的提運(yùn)、產(chǎn)品的生產(chǎn)、供暖、制冷等，都是一種“變化”。能是促成變化的推動(dòng)力。 能源統(tǒng)計(jì)是促進(jìn)節(jié)能降耗的基礎(chǔ)性工作，客觀、真實(shí)、準(zhǔn)確的能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，是指導(dǎo)鋼鐵企業(yè)節(jié)能工作的主要依據(jù)，是科學(xué)評(píng)價(jià)節(jié)能降耗工作的重要手段?，F(xiàn)行的能耗統(tǒng)計(jì)規(guī)則、評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)體系，已不適應(yīng)鋼鐵企業(yè)節(jié)能和能源管理的需要。 熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所l熱效率是指被利用的能量與消耗的能量在數(shù)量上的

29、比值，它只計(jì)所消耗能源的數(shù)量，不考慮能量間品質(zhì)的不同。l效率是指被利用或收益的量與支付或耗費(fèi)的量之比，它只計(jì)所消耗能源的量，不考慮能源的數(shù)量。l產(chǎn)品能耗是評(píng)價(jià)單位產(chǎn)品所耗能源多少的統(tǒng)一尺度。就能源轉(zhuǎn)換設(shè)備（鍋爐、換熱器）而言，熱效率、 效率、產(chǎn)品能耗的評(píng)價(jià)結(jié)果是一致的；對(duì)工藝性熱工設(shè)備或過(guò)程（高爐、電爐、加熱爐）而言，受生產(chǎn)工藝和熱工制度的制約，三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)常是矛盾的、甚至是對(duì)立的。32熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所33采礦選礦燒結(jié)高爐球團(tuán)煉鋼軋鋼連鑄產(chǎn)品地下礦石電爐連鑄軋鋼廢鋼產(chǎn)品例例2 2：鋼鐵企業(yè)長(zhǎng)、短流程的能源利用率？：鋼鐵企業(yè)長(zhǎng)、短流程的能源利用率？ 例例1 1：連續(xù)式軋

30、鋼加熱爐冷、熱裝料時(shí)的爐子熱效率？：連續(xù)式軋鋼加熱爐冷、熱裝料時(shí)的爐子熱效率？ 冷裝爐冷裝爐熱裝爐熱裝爐-平均輻射溫壓小，鋼坯獲得有效熱占供入熱量的份額少，熱效率低。熱效率高熱效率高噸鋼能耗大噸鋼能耗大熱效率低熱效率低噸鋼能耗小噸鋼能耗小熱效率高熱效率高 產(chǎn)品燃耗大產(chǎn)品燃耗大熱效率低熱效率低 產(chǎn)品燃耗小產(chǎn)品燃耗小熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所34 自2006年起，我國(guó)鋼鐵企業(yè)有關(guān)電耗的統(tǒng)計(jì)方法采用兩套折算系數(shù)，即電熱的當(dāng)量值和等價(jià)值，多數(shù)企業(yè)使用一套數(shù)據(jù)兩種算法，由此引發(fā)了假數(shù)真算、能源失衡、指標(biāo)失信、管理失利等現(xiàn)象。為推動(dòng)鋼鐵企業(yè)節(jié)能健康發(fā)展，這種“雙軌制”的能耗統(tǒng)計(jì)現(xiàn)狀不能繼續(xù)下

31、去了！“等價(jià)值”單位能源產(chǎn)品在其生產(chǎn)過(guò)程中所累計(jì)消耗的能量（即“物化”了的能量），例電的等價(jià)值0.404 kgce/kWh；“當(dāng)量值”單位能源產(chǎn)品在使用時(shí)具有的能量（即“活”的能量），例電的當(dāng)量值0.1229 kgce/kWh1kWh860kcal/kWh3600kJ/kWh0.1229 kgce/kWh它們只是能量形式的不同，在能量數(shù)量上都是相當(dāng)?shù)摹崮芘c環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所35 工序能耗某工序生產(chǎn)單位產(chǎn)品直接消耗的能源量，只計(jì)入所耗燃料和動(dòng)力的“當(dāng)量值”，如燃料的當(dāng)量值是發(fā)熱值、電力的當(dāng)量值是0.1229kgce/kWh，蒸汽的當(dāng)量值是不同壓力和溫度下的熱焓值等。 從能的使用

32、價(jià)值而言，某生產(chǎn)工序的工序能耗只與該工序所耗燃料、動(dòng)力的實(shí)物量多少有關(guān)，與能量的品質(zhì)的優(yōu)劣有關(guān)，而與燃料及動(dòng)力在其生產(chǎn)、加工、改制過(guò)程中所耗費(fèi)的能量無(wú)關(guān)。按此定義，工序能耗只能計(jì)入直接能耗，不計(jì)間接能耗。于是，在工序能耗的算式中取消了能源的“折標(biāo)系數(shù)”，擺脫了所耗能源的轉(zhuǎn)換效率對(duì)工序能耗的影響，使工序能耗指標(biāo)在同類工序之間實(shí)現(xiàn)真正“可比”。熱能與環(huán)境工程研究所熱能與環(huán)境工程研究所36 鋼鐵企業(yè)的能耗指標(biāo)可列為工序能耗（能源轉(zhuǎn)換工序和產(chǎn)品生產(chǎn)工序）、噸鋼綜合能耗（中間產(chǎn)品）、終端產(chǎn)品能耗（或稱終端產(chǎn)品能值），終端產(chǎn)品的分類要依據(jù)能源管理手段和能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的完備程度而定，按大宗產(chǎn)品分類，宜粗不宜細(xì)。 （1 1）工序能耗工序能耗 服務(wù)于鋼鐵企業(yè)內(nèi)部各工序的能耗統(tǒng)計(jì)及管理，是表征同類工序（能源轉(zhuǎn)換工序和產(chǎn)品生產(chǎn)工序）能耗水平高低的重要標(biāo)志。重新定義的工序能耗，是指某工序生產(chǎn)單位產(chǎn)品直接消耗的能源量，只計(jì)入各工序所耗燃料和動(dòng)力的“當(dāng)量值”，不計(jì)間接能耗。統(tǒng)計(jì)時(shí)，無(wú)論是外購(gòu)電還是自產(chǎn)電，凡終端用戶耗電一律使用“當(dāng)量值”。為避免能源不平衡，增設(shè)“自