雙碳背景下鋼鐵企業電氣節能措施的應用★

杜相如

（山西工程職業學院，山西 太原 030009）

0 引言

大量二氧化碳排放帶來的環境問題已對全球生態安全造成威脅。截至2022 年9 月，全球共有130 多個國家作出了碳中和承諾。碳中和是指在規定時間內，將二氧化碳的人為移除抵扣人為排出，以達成相對“零排放”。2020 年，我國已把減碳作為國家發展重要目標，并明確提出要使全國二氧化碳排放總量爭取在2030 年以前完成碳達峰，爭取在2060 年達成碳中和。作為能源消耗大戶，鋼鐵行業用電量也相當巨大。根據國家統計局數據，2020 年中國鋼鐵行業能源消費標煤總量達6.97 億t，約占全國的14%，電力消費量為6 889 億kW·h，約占全國電力消費的9.2%[1]。鋼鐵行業電氣能耗主要用于高爐、轉爐、電爐、軋機等設備的驅動和照明方面，為了實現碳中和目標，鋼鐵企業需要采取一系列節電措施，以降低能耗、減少碳排放，鋼鐵企業電氣節能措施的應用可以有效降低能源消耗和生產成本。

1 鋼鐵企業用電現狀

1.1 用電量大

鋼鐵企業生產過程中需要大量的電力，包括高爐、轉爐、軋機、熱處理等設備的運轉，以及照明、通風、空調等生產和辦公用電。

1.2 能源消耗高

鋼鐵企業用電主要來自燃煤發電和火力發電，這些能源的消耗會產生大量的二氧化碳等溫室氣體排放，對環境造成負面影響。鋼鐵企業生產過程中存在能源浪費和能源利用效率低下的問題，例如高爐熱能損失、熱處理過程中的能量浪費等。

1.3 環境污染嚴重

鋼鐵企業在用電過程中會生成大量的工業廢氣、廢水和固態廢物等，對周邊自然環境造成污染。因此，鋼鐵企業需要采取一系列措施來降低用電量和碳排放，實現“雙碳”目標。

2 電氣設備節能措施

2.1 電機的節能措施

電機是重點耗能設備，鋼鐵生產過程的風機、水泵、壓縮機、輸送機，鋼鐵加工過程中的切割機、鉆孔機、磨床，鋼鐵物流運輸過程中起重機、堆垛機、輸送機等都需要使用電機。由工業和信息化部、國家市場監管總局聯合印發的《電機能效提升計劃（2021—2023年）》中明確提出，到2023 年，在役高效節能電機占比要達到20%以上，實現年節電量490 億kW·h，相當于年節約標準煤1 500 萬t，減排二氧化碳2 800 萬t[2]。這意味著選用高效電機可以減少能源消耗，并降低電費支出，提高生產效率和環保水平，具有重要的經濟和社會意義。

2.2 電機系統的節能措施

工信部聯合其他部委出臺的《關于促進鋼鐵工業高質量發展的指導意見》《“十四五“智能制造發展規劃》明確了將推動5G、工業互聯網、人工智能等新信息技術在鋼鐵生產中的廣泛應用，并將建設一批智能制造示范工廠，反映出了我國對鋼鐵工業智慧生產技術的高度關注，也為其高質量增長提供了方向。

傳感器技術的應用日益廣泛，在鋼鐵生產過程中對于鋼鐵質量、效率等的監測和控制都有著重要的作用。傳感器技術將會與人工智能技術緊密結合，以實現更智能化的鋼鐵生產。例如，通過對鋼鐵生產過程的數據分析，可以得出生產過程的優化方案，從而提高生產效率和降低生產成本。采用智能化控制技術，對生產過程進行精細化管理和控制，減少能源消耗和生產成本。

2.3 風機水泵類負載的節能措施

風機和水泵是鋼鐵企業中常見的設備，風機主要用于燒結、熱風爐、熱處理等工藝中，水泵主要用于冷卻、循環水等工藝中，但風機、水泵實際運行的能耗較高，其原因就是大多數風機、水泵還是以檔板和閥門作為流量調節手段，節流能耗損失大。采用變頻器控制風機電機轉速，可以實現精確控制風量和風壓，避免過度能耗。同時，變頻器還可以實現風機和水泵啟動時的軟啟動，避免電網沖擊，延長電機壽命。

針對在用的變頻風機和水泵，保證其功能正常，充分利用變頻器功能實現壓力流量調節，不要使用管道閥門控制；并且管道閥門應保持全開狀態，防止產生壓力損失。在建新產線時，注重變頻技術的運用，如冷卻塔最少配備一臺變頻風機，按照環境溫度變化調整風機速度；而除塵風機則一般使用變頻器驅動，按照生產工藝和環境狀況調整風速等[3]。

采用變頻器技術可以實現風機和水泵的精確控制，降低能耗，提高生產效率，為鋼鐵企業節約成本，提高經濟效益，從而實現節能減排的目的。

3 利用二次能源發電

為了降低二氧化碳的排放量，必須重視環境保護和余熱利用的問題，還要關注環保與余熱回收的問題，源于副產煤氣發電、TRT（BPRT）、燒結余熱發電、干熄焦等余熱余能利用新技術的廣泛應用，鋼鐵企業煤氣損失率在逐年減小、自發電比重持續增加，鋼鐵工業的二次能源利用水平得到了提高。

3.1 焦化廠干熄焦技術

熄焦是焦炭生產的一項關鍵過程，不同的熄焦方法直接影響焦炭生產中污染物的排放量。目前焦化廠所使用的熄焦方法有干熄和濕熄兩種。傳統濕熄工藝的優勢在于工藝較簡單、設備占地面積小、基建投資較低、操作生產較方便，但濕熄工藝也有能源浪費、環境污染以及焦炭品質較差等缺點。而干熄工藝是指采用惰性氣體，將紅焦降溫冷卻的一種熄焦方法，干熄焦是通過惰性循環氣體熄滅焦炭，干熄焦鍋爐換熱后生成的蒸汽可進行發電。干熄焦的工藝流程如圖1 所示。

圖1 干熄焦工藝流程圖

干熄焦工藝可回收83%的紅焦顯熱，在保護環境和提高生產焦炭效率等方面都高于常規的濕熄工藝，在大型鋼鐵聯合企業當中，均傾向于采用干熄焦技術。近年來，諸多企業都按照生產能力對干熄焦裝置進行了大量研制。某大型鋼企使用干熄焦技術后每年減排二氧化硫1 250 t，氮氧化物1 650 t，顆粒物100 t；每年可減少粉塵排放1 000 余噸，節約水430 萬t，在節能環保中取得了明顯優勢。

3.2 余熱發電技術

鋼鐵企業消耗的一次能源中大約40%是以某種形式的熱能放出，溫度上至1 500 ℃，下至接近環境溫度，主要為副產煤氣、固體余熱、排氣余熱和廢氣廢水余熱、副產煤氣，還包含高爐煤氣、焦爐煤氣及轉爐煤氣，其顯熱及壓力能屬于余熱；排氣余熱大多為爐窯排出廢氣時帶走的熱能，約占余熱資源總量的一半左右，溫度范圍為250～1 000 ℃；固體余熱包括燒結礦、高爐渣、轉爐渣及鑄坯等，一般在500 ℃以上；廢汽廢水余熱包括蒸汽冷凝水、鍋爐汽包的排污水（90～100 ℃）、高爐沖渣水（70～90 ℃）等[4]。

因此可以看出，鋼鐵企業的二次能源就是一座巨大的寶庫，亟待開發利用。某鋼鐵企業的燒結機每年可以產生余熱約200 萬kW·h。該企業引進了一套燒結余熱發電系統，將這些余熱轉化為電能，系統由余熱鍋爐、汽輪機和發電機組成，余熱鍋爐使燒結機產生的余熱轉變為蒸汽，進而把蒸汽送到汽輪機內，汽輪機利用旋轉發電機來產生電能，最終把電能輸送至企業的電網中。企業不僅可以減少能源浪費，還可以降低成本，提高經濟效益。

此外，燒結余熱發電還可以減少企業的環境污染，通過燒結余熱發電，企業可以將廢氣和廢水減少到最低限度，實現可持續發展以及資源的最大化利用和對環境的最小化影響。

4 加強能源管理

能源開發與能源節約并重，節能已經納入社會和經濟發展計劃，通過制定科學化和制度化的電氣能源管理辦法，提高企業節能減排水平。

建立能源管理體系，對企業能源消耗進行全面管理，對企業的能源消耗進行監測、分析、評估和改進，實現節能減排的目的。

進行能源審計，對企業電能消耗進行全面評估，通過能源審計，對企業的電能消耗進行分析評估，找出節能減排的潛力和方向。

通過員工培訓來提高員工節電意識和能力，讓員工了解節能減排的重要性，從而提高企業的節能減排水平。

5 結語

鋼鐵行業生產消耗巨大的電能，要實現“雙碳”目標需要采取一系列節電措施。企業通過加強設備節能、能源循環利用、低碳技術和清潔能源，制定能源管理制度，可以降低能耗、減少碳排放，為實現“雙碳”目標作出貢獻。