冶金系統(tǒng)能源調控與流程配置優(yōu)化的節(jié)能增效潛力研究

廖鳴廣

（河鋼唐鋼行政福利處，河北 唐山 063000）

一、能源消耗情況

對于大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，從鐵礦石進廠到焦化、燒結、煉鐵、煉鋼和鋼加工完成，整個工藝流程中能源消耗和污染物排放主要集中在煉鐵及其之前的工序，所以從能耗角度看，高爐一轉爐流程的噸鋼能耗一般來說要高于電爐流程。與高爐一轉爐流程相比，電爐流程用廢鋼直接煉鋼可節(jié)約能源約60%，并可減少CO、CO2和SO2等廢氣排放量的約80%。所以，多使用電爐流程可以減少鋼鐵生產(chǎn)能源消耗，但電爐流程的產(chǎn)量受廢鋼資源數(shù)量限制，因此，在一些廢鋼資源不充足的發(fā)展中國家，例如中國，高爐一轉爐流程仍然是主要鋼鐵生產(chǎn)方式。

二、鋼鐵生產(chǎn)中的電力負荷控制和節(jié)能潛力分析

對鋼鐵企業(yè)而言，一定要有實際的經(jīng)濟效益，企業(yè)才有積極性去實行“儲能調峰”煤氣使用模式。因此在分析發(fā)電煤氣“儲能調峰”利用模式整體效果前，先以某案例鋼鐵企業(yè)為例，分析發(fā)電煤氣“儲能調峰”利用模式對該企業(yè)生產(chǎn)電力成本的影響。以某省一個年產(chǎn)1000萬t粗鋼的鋼鐵企業(yè)為例進行分析，該鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中高爐煤氣、焦爐煤氣和轉爐煤氣產(chǎn)量、用于發(fā)電量和煤氣柜情況見表1，其中用于發(fā)電的煤氣量是保證焦化、煉鋼、熱軋等煤氣需求單位正常生產(chǎn)情況下自備電廠消耗的煤氣數(shù)量。從表1可以看出，在正常生產(chǎn)的情況下，該企業(yè)自備電廠中消耗的焦爐煤氣量、高爐煤氣量和轉爐煤氣量分別為9000m3/h、436000m3/h和28000m3/h。如果該企業(yè)對自備電廠中消耗的發(fā)電煤氣資源采取“儲能調峰”利用模式，則需要對平、谷電時段的焦爐煤氣和轉爐煤氣在煤氣柜中進行存儲，存儲的煤氣在峰電段集中使用進行發(fā)電，發(fā)電效率是該廠摻燒煤氣燃煤鍋爐一蒸汽輪機發(fā)電機組的平均效率37.5%。經(jīng)計算，在平、谷電段該企業(yè)需要存儲焦爐煤氣和轉爐煤氣共592000m3該企業(yè)有一個200000m3的高爐煤氣柜、一個100000m3的焦爐煤氣柜和兩個轉爐煤氣柜(100000和150000m3)，煤氣柜總容量550000m3。為了實行發(fā)電煤氣資源“儲能調峰”運行模式，該企業(yè)還需購進一個100000m3的煤氣柜存儲發(fā)電煤氣。購進該煤氣柜總投資約為1600萬元，工程費120萬元，年維護費用25萬元。根據(jù)實行發(fā)電煤氣資源“儲能調峰”利用模式前后不同時段發(fā)電煤氣量的變化，結合該企業(yè)自備電廠發(fā)電效率，計算出該企業(yè)自備電廠中煤氣資源發(fā)電量的變化。可以看出，實行電煤氣資源“儲能調峰”利用模式后，該企業(yè)日峰電段自備電廠發(fā)電量上升60萬kWh，可少購買相應數(shù)量的峰電段高價電；平、谷電段該企業(yè)自備電廠中煤氣發(fā)電量下降30萬kWh，需多購買相應的電網(wǎng)電。該企業(yè)所在地區(qū)峰電段、平電段和谷電段的電網(wǎng)工業(yè)電價分別是0.76元/kWh、0.52元/kWh和0.27元/kWh。根據(jù)不同時段自發(fā)電情況變化，該企業(yè)實行發(fā)電煤氣資源“儲能調峰”運行模式后，日節(jié)約電力生產(chǎn)成本22萬元，年節(jié)約電力生產(chǎn)成本8030萬元，前期購買煤氣柜投資款的回報周期不到3個月。因此，發(fā)電煤氣“儲能調峰”利用模式對鋼鐵企業(yè)而言是一種有效的節(jié)約生產(chǎn)電力成本的方法。

表1 案例鋼鐵企業(yè)發(fā)電煤氣及煤氣柜情況

三、基于最低生產(chǎn)能耗的鋼鐵企業(yè)能耗求解

確定了生產(chǎn)流程和能源結構的變化后，使用多因素藕合噸鋼綜合能耗計算模型對各類鋼鐵企業(yè)的噸鋼綜合能耗水平進行分析。

（一）2016年小型鋼鐵企業(yè)的能耗求解

2016年中國17.5%的粗鋼由小企業(yè)生產(chǎn)，但小型鋼鐵企業(yè)的能耗沒有統(tǒng)計數(shù)據(jù)，所以2016年中國小型鋼鐵企業(yè)能耗水平未知，因此首先需要分析2016年中國小型鋼鐵企業(yè)的能耗。以中國發(fā)布鋼鐵生產(chǎn)工序能耗限額值，作為小型鋼鐵企業(yè)燒結、球團、焦化、高爐、轉爐和電爐工序能耗；另外，由于小型企業(yè)各工序產(chǎn)量數(shù)據(jù)無具體統(tǒng)計，在計算中以重點企業(yè)的鋼比系數(shù)估算。由公式1計算出2016年中國小型鋼鐵企業(yè)的噸鋼綜合能耗為679.6 kgce/t，比重點大中型鋼鐵企業(yè)高出16.1%。再根據(jù)中國重點大中型鋼鐵企業(yè)和小型鋼鐵企業(yè)的噸鋼綜合能耗和鋼產(chǎn)量占比，使用式2計算出中國2016年中國全部鋼鐵企業(yè)的噸鋼綜合能耗值為602.0kgce/t。

（二）發(fā)電煤耗法下的能耗數(shù)據(jù)

從生產(chǎn)流程結構及能源結構變化表可知，2016年中國鋼鐵生產(chǎn)中電力在總能耗中占比為10.1%(電熱當量法)。根據(jù)同年火電發(fā)電煤耗，將電熱當量法下數(shù)據(jù)轉換為發(fā)電煤耗法下數(shù)據(jù)，經(jīng)計算，2016年中國全部鋼鐵企業(yè)的噸鋼綜合能耗值(發(fā)電煤耗法)為686.7 kgce/t。

結束語

在鋼鐵生產(chǎn)能耗中，大量的能量轉換為二次能源，包括煤氣資源、余熱資源、渣資源等等，這部分能源的合理利用也將對降低中國鋼鐵工業(yè)能源強度有重要貢獻，這也是后續(xù)重要的研宄方向之一。