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【技术前沿】浅谈钢铁企业能源构成及节能措施

发布时间:2022-09-22 15:50:45 来源:火狐体育登录入口 作者:火狐体育全站在线登录



内容简介:  钢铁工业在带动我国经济发展的同时,作为高能源强度行业也加剧了全球性的能源危机和生态环境恶化,是我国能源消费最大的部门之一。新形势下,降本增效、节能减排逐渐成为钢铁企业应对危机、转型发展的必然选择,而提高能源系统的运行水平将发挥关键作用。能源成本、能源利用效率水平已经成为影响我国大部分钢铁企业盈利水平和可持续发展能力的关键因素,能源系统的高效运行已经成为先进钢铁企业核心竞争力的标志。  钢铁企业能耗取决于主生产系统、能源转换系统的能耗特点以及两者之间的作用关系。作为主要能源介质,煤炭主要以炼焦煤、喷吹煤和燃料煤的方式输入到钢铁制造流...

  钢铁工业在带动我国经济发展的同时,作为高能源强度行业也加剧了全球性的能源危机和生态环境恶化,是我国能源消费最大的部门之一。新形势下,降本增效、节能减排逐渐成为钢铁企业应对危机、转型发展的必然选择,而提高能源系统的运行水平将发挥关键作用。能源成本、能源利用效率水平已经成为影响我国大部分钢铁企业盈利水平和可持续发展能力的关键因素,能源系统的高效运行已经成为先进钢铁企业核心竞争力的标志。

  钢铁企业能耗取决于主生产系统、能源转换系统的能耗特点以及两者之间的作用关系。作为主要能源介质,煤炭主要以炼焦煤、喷吹煤和燃料煤的方式输入到钢铁制造流程中。伴随着复杂的物理化学变化,煤炭被转化为焦炭、煤气的化学能及热量、压力等物理能。煤炭的使用、转化及二次能源回收再利用过程比较复杂,并且在相互之间、工序之间存在交叉复杂的关系,构成一个比较复杂的大型能量系统。研究企业节能的前提就是要弄清楚能源构成及损失结构,找出相应的技术措施,实现单体设备、工艺路线、操作工艺上的节能。

  某钢铁企业为板材生产基地,属长流程工艺,主要包括焦化、烧结、炼铁、炼钢和热轧等生产工序。主要外购能源为煤粉、焦炭、新水和电,二次能源介质为高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、混合煤气、蒸汽、氧气、氮气、氢气、压缩空气、其他惰性气体及一部分自发电等。外供能源为部分焦炉煤气。

  通过将所有使用的能源介质进行折标煤分析,研究该钢铁企业的各种能源介质的使用占比、能源转化效率及各生产工序的能源损失,利用能源量、损失量、转化效率将各种能源介质排序,抓大放小,制定各种节能措施。

  高炉煤气所占能源介质的份额最大,为42%,焦炉煤气次之占27%,电力消耗为16%,蒸汽及转炉煤气消耗为6%,其余能源介质消耗较小均未超过3%。

  从能效介质所占比重来看,钢铁企业重点分析的目标能效介质为高炉煤气、焦炉煤气、电力、转炉煤气及蒸汽,需要对能源介质的使用效率、损失占比及工艺消耗进行系统分析,找出相对应的节能方式及工艺路线重点能源介质解析

  分析重点能源介质在工序中重点设备的分布情况,确定重点工序及重点设备的研究范围。

  高炉煤气主要用于焦炉燃烧、CCPP发电、高炉热风炉自用、燃气锅炉及混合煤气燃烧。其中焦炉用高炉煤气最多约占全部消耗的30%以上,CCPP次之占总体消耗的25%,单个高炉的热风炉煤气消耗为17%,燃气发电锅炉消耗占5%,其他用作混合煤气燃烧。

  所有设备都涉及电力系统的应用,高炉鼓风(0.46kgce/t)、烧结(0.77kgce/t)、轧钢(0.99kgce/t)和转炉(0.47kgce/t)系统所占比率较大,合计在60%以上,其他设备相对较低。

  电力系统可分为工艺电、生产电及生活电。工艺电是将电能转化成为热能、机械能和风能等,包括轧钢系统的轧机、烧结系统的主抽风机及环冷鼓风机、除尘风机、工艺热处理电炉等,其特点是电能消耗由工艺参数决定,可通过工艺参数的变化及工序之间的耦合来实现工艺电的节能。生产电针对物料的移动、提升以及相关介质的加压等,主要包括吊车运行、上下料辐道运行、提升泵站运行等等,节能方式主要在于强化工作效率,降低空载、空转问题,并对大型运行设备使用变频技术。生活电主要为照明、洗浴等生活用电,强化管理、实现绿色照明等是节电的主要措施。

  生产用汽主要集中在转炉、干熄焦及化工工序,回收所占比率较大合计在80%以上,其他工序均为生活用汽,见表2。

  通过以上分析可以发现,钢铁流程不同能源介质主要消耗的重点设备是:焦炉、高炉、热风炉、烧结机、白灰窑、转炉和加热炉,分析各种能耗设备的能源介质消耗及损失,对于钢铁企业的节能具有实际意义。

  焦炉是能源消耗的设备,同时也是钢铁企业重要的能源转化设备,通过焦炉将煤高温干憎为焦炭,同时产生焦炉煤气作为钢铁企业最重要的二次能源。焦炉能耗介质包括高炉气、焦炉气、电力、蒸汽和工业用水,见表3。其中煤气消耗占95%以上,因此将焦炉作为焦化工序的重点能耗设备。CDQ虽然耗能量较小,但产生蒸汽及电能,且参数与焦炉的出焦温度等参数相关,因此需要作为重点能效设备考虑。

  烧结系统的能源消耗主要是固体燃料、焦炉煤气及电,见表5。其中固体燃料及气体燃料提供热量,而电力系统主要为工艺用电。电耗增加与系统漏风率直接相关,合理控制烧结台车的抽风压力,减小台车之间的缝隙,改善环冷机环缝密封方式,可减少主抽风机及环冷鼓风机的电耗。

  烧结的热损失主要是烟气带走热量和环冷散热,其占比分别为67%和33%。烟气带出热量分为两块,烧结烟气及环冷烟气。烧结机不同位置的烟气含硫量不同,高硫区一般在13号风箱及20号风箱之间,而该区域的温度在100~300℃之间,完全满足脱硫系统的温度要求,可进行分区脱硫。而20号之后的风箱温度在300℃以上,可以加入环冷1段及2段烟气一起用于余热锅炉发电系统。环冷机3段、4段烟气温度达到150~300℃,5段的温度小于150℃可循环至4段,3段、4段的烟气直接进行热风烧结及热风点火,降低烧结机的煤气消耗及固体燃料消耗。

  高炉系统能源消耗主要是固体燃料及煤气,详见表6,其中固体燃料占80%以上,煤气消耗为10%左右。

  高炉的能源损失见表7。铁水的物理热及化学热损失最多,这部分能源带入炼钢系统为负能炼钢创造条件。高炉渣余热次之,INBA法处理高炉渣余热没能充分回收利用,大部分余热变成饱和蒸汽无法回收,作为世界性难题在各个国家均有研究,但实际应用较少。高炉循环冷却壁的冷却水损失和热风炉烟气余热损失均有可利用的空间,可以实现解冻或供暖等需求。

  炼钢系统主要耗能子工序是白灰窑炉及炼钢转炉,其他诸如铸机及精炼炉的能耗主要体现在电力系统及水系统(另作分析)。转炉能源介质消耗见表8。

  转炉的能耗主要体现在氧气、电和蒸汽的消耗,约占70%以上。白灰窑的消耗为焦炉煤气、电力和工业新水,其中焦炉煤气占97%。转炉能源的损失包括转炉渣物理热、炉气物理热、炉体散热和烟尘物理热,其占比分别为44%、29%、22%和5%。最大部分为转炉渣余热,由于粘度、温度及游离CaO、MgO脱除等限制,没有高效利用。

  热轧系统能耗主要包括两部分:一是加热炉的能耗,占整个热轧工序的4/5,加热炉主要消耗混合煤气;二是轧机,主要消耗电能。

  钢铁企业主要的用能介质是煤、焦炭、煤气、电及蒸汽,主要的用能设备有焦炉、烧结机、高炉、热风炉、转炉、加热炉。主要的能源损失是高炉渣、转炉渣的余热,连铸坯的显热及潜热,加热后铸坯的显热以及大量的烟气热损失。