钢铁制造流程实现能源高效转换和能量流网络化的必要性分析..docVIP

钢铁制造流程实现能源高效转换和 能量流网络优化集成的必要性分析 摘要： 关键词：钢铁　能源 高效转化 物能级配　能量流网络集成优化 经过改革开放30年的艰苦努力，中国钢铁工业实现了跨越式发展，强有力地支撑了我国国民经济建设和发展。无论在装备技术、工艺技术，还是管理技术；无论在产品、质量还是成本、环境等方面，都已成为在国际钢铁界具有举足轻重地位的钢铁大国。中国冶金专家在科学发展观的指导下，以全新的视角给出了钢铁流程物理本质的定义，以流程工程的特征重新设定了钢铁流程的功能定位和功能拓展，为中国钢铁工业的节能减排和可持续发展指明了方向。 钢铁企业在历史新阶段，要减少环境污染和资源消耗，降低生产成本，拓展工艺功能、产品功能和提高产品质量，必须对全流程相关装备和工序功能进行解析优化和协同优化开发，以装备技术、工艺技术、管理技术创新，实施集成物质流、能量流和信息流转换的全方位价值开发，追求能量流的系统高效集成，并实现全流程优化及自动化智能控制体系建设和运行，从而实现对可持续发展社会的“多样性支持”，已成为钢铁企业的时代命题。 一、钢铁企业能耗状况分析 过去的几年既是中国钢铁工业高速发展也是节能降耗工作取得长足进展的重要时期，钢铁企业通过生产流程的工艺结构调整，淘汰落后工艺，优化用能结构及节能新技术的开发应用，并通过采取能源的“梯级利用、高效转化”等措施，实现了能源消耗大幅下降。吨钢综合能耗已经由2000年的920kgce降低到2008年的630kgce，国内一些先进的大型钢铁联合企业已达到或接近世界先进水平。 图1：我国钢铁行业吨钢综合能耗变化趋势 （注：吨钢综合能耗中电力折算系数为2005年以前为0.404kgce，2005年以后调整为0.1229kgce） 从能源转化功能的角度，系统分析钢铁流程中的碳素流代谢过程，能源利用的潜力依然很大：冶金生产过程中消耗的有效能量仅占28.3％，而转化为余热余能的占71.7％，达到14.34 GJ/t钢材，折合490kgce /t钢材。 图2：钢铁联合企业碳素流代谢过程 过去，国内钢铁企业关注工序能耗的下降，特别是一、二类载能体单耗的下降，也关注了过程余热余能的回收利用。但在余热余能的高效转化、高效利用方面关注度不够。据对国内20家有代表性的钢铁企业余热余能资源回收利用情况的调查显示：2005年这些企业余热资源平均回收率为25.8％，其中产品显热回收率为50.04％，烟气显热回收率为14.92％，冷却水的显热回收率只有1.90％，各种渣的显热回收率仅为1.59％。而国外先进国家对余热余能资源（包括副产煤气）的回收率已达到90％以上，如日本新日铁达到了92％。 影响节能的主要因素： （1）长期以来，我们一直关注钢铁流程的产品形成技术的开发和主流程的资源保证及管理，而较忽视产品形成过程中能质转化价值及技术的开发和管理，忽视能质转化及传递、使用过程的耦合匹配，恰恰是这些能质转化技术直接涉及资源、能源的高效利用和转化，因而造成过程运行成本高、效率低、污染重，其实质是资源、能源的流失。 （2）钢铁流程各生产工序基本上都是余热余能的阈值工序，在工序无热“阱”，工序回收的余热余能效率低，且数量不足。 （3）钢铁企业余热余能资源载体多样、分布分散、衰变快、不可储存、稳定性差、数量和质量差别大，集中回收利用难度大。 （4）钢铁企业传统的余热余能回收方式忽视回收能的质量，以热风、热水、蒸汽等工质形式，回收效率低，且受能量品质低、衰变快、不稳定、用户不匹配等因素影响，能源利用效率很低，甚至造成回收后又放散的无效状态。 （5）钢铁企业以钢铁产品生产为主的工艺，能量指标体系设置裕度大，指标优化技术落后，能量输送、转化、使用时耗损大，缺少集成优化智能控制手段。 （6）余热余能回收利用的理论研究滞后，能源高效利用高效转化的关键装备技术、工艺技术和管理技术依赖进口，缺乏集成创新。回收热能贬值严重、能效低，甚至还有大量高、中、低品位余热余能尚没有形成有价值回收利用的手段。 （7）钢铁企业是化石能源－煤的清洁气化工艺，其焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气均是优质化工合成原料资源，其合成功能的开发，可大大降低化学工业气体合成的成本，钢铁工业也可为社会的可持续发展提供新价值和资源。 二、实现钢铁流程能源高效转换和能量流网络集成优化的思考和探索 冶金科技进步史，是一部节能减排史、资源和能源高效利用史、资源能源的价值开发史。 实践证明，能源高效转化、能源流高效集成优化，依然是钢铁产业进步的核心推动力。 随着冶金系统节能管理模式的推进及工艺介面节能装备技术（如：CDQ、TRT、CMC、CCPP、烧结发电等）的