鋼鐵棒材加熱爐節(jié)能改造及節(jié)能量的確定

江姍姍

（廣州能源檢測研究院，廣東廣州511447）

鋼鐵棒材加熱爐節(jié)能改造及節(jié)能量的確定

江姍姍

（廣州能源檢測研究院，廣東廣州511447）

介紹了鋼鐵企業(yè)加熱爐高溫煙氣余熱回收、三通閥、爐體、保溫材料、控制系統(tǒng)等改造工程，并通過單個工序節(jié)能量計算方法確定了該項目的年實際節(jié)能量。改造后，余熱回收副產低壓蒸汽發(fā)電，爐體系統(tǒng)提高了燃料的燃燒效率，降低了爐體的散熱損失，項目每年可節(jié)約4 985 t標準煤，具有良好的節(jié)能效果。

鋼鐵；棒材加熱爐；節(jié)能改造；節(jié)能量確定

實現節(jié)能減排、提高能源利用率的目標主要依靠工業(yè)領域。我國工業(yè)領域能源消耗量約占全國能源消耗總量的70%，主要工業(yè)產品單位能耗平均比國際先進水平高30%左右［1］。據統(tǒng)計，中國僅鋼鐵年產量超過6億t，消費能源約占全國總量的15%［2-5］。鋼鐵行業(yè)作為我國主要的高能耗、高排放產業(yè)，是工業(yè)領域節(jié)能減排的重點和難點，其節(jié)能減排效果對完成我國能源消耗目標、工業(yè)可持續(xù)發(fā)展起著舉足輕重的作用。

在冶金工業(yè)中，加熱爐是將物料或工件（一般是金屬）軋制鍛造的高溫設備（工業(yè)爐），本項目的加熱爐是鋼鐵行業(yè)的棒材加熱爐。如何科學地計算節(jié)能技術改造節(jié)能量，是企業(yè)和第三方認證公司及節(jié)能服務公司產生節(jié)能量確認分歧的關鍵。針對棒材加熱爐行業(yè)節(jié)能量測量和計算棒材加熱爐系統(tǒng)中所有的能耗介質并計算節(jié)能量，分析項目節(jié)能量，完善測量和驗證方案，對節(jié)能降耗制度的推廣、促進節(jié)能技術裝備研發(fā)與應用具有重要意義。

1 棒材加熱爐存在的問題

某鋼鐵企業(yè)棒材軋鋼車間與煉鋼連鑄車間相鄰，連鑄坯通過輸送輥道送至軋鋼車間，實現坯料的熱裝熱送。入爐輥道上的熱坯或冷坯經測長后送入加熱爐中加熱，按軋制節(jié)奏由輥道從加熱爐側面單根出爐。加熱爐爐型為蓄熱步進梁式加熱爐，額定生產能力冷裝時為140 t/h。出爐后的熱坯經輥道輸送進入連軋機組軋制。軋機的構成：粗軋機組Φ550×4（閉口）+Φ450×2（閉口）、中軋機組Φ450×4（閉口）+Φ350×2（短應力線）、精軋機組Φ350×6（短應力線），其中兩架（NO16和NO18）為平/立可轉換軋機，用于切分軋制。在精軋機組前設有一段預水冷卻裝置，以控制進入精軋機組的軋件溫度。

高爐煤氣經煤氣管道、閥門等進入加熱爐燃燒給鋼坯加熱，加熱后的鋼坯送往軋線，同時加熱爐的高溫煙氣直接排放到大氣中，浪費了大量的能源。由于加熱爐三通閥、爐體、保溫材料及控制系統(tǒng)設計不合理，導致煤氣燃燒效率不高，爐體隔熱不好，煤氣消耗量很大。

2 棒材加熱爐節(jié)能技術措施

項目實施節(jié)能改造的主要生產裝置主要為棒材加熱爐，該加熱爐的爐型為蓄熱步進梁式加熱爐，額定生產能力冷裝時為140 t/h。

2.1 增設汽化冷卻鍋爐

棒材加熱爐在改造之前主要消耗的能源是公司自產的高爐煤氣，同時加熱爐排放出的高溫煙氣沒有進行回收利用而全部排放。通過在加熱爐上增設汽化冷卻鍋爐產生低壓飽和蒸汽6.5 t/h，加熱爐排出的高溫煙氣經過汽化鍋爐產生蒸汽，再將蒸汽并送到轉爐蒸汽發(fā)電機組進行發(fā)電。汽化冷卻鍋爐技術數據見表1。

表1 汽化冷卻鍋爐技術數據表

2.2 爐體部分節(jié)能改造

通過對加熱爐三通閥、爐體結構、保溫材料、控制系統(tǒng)等進行改造，提高煤氣燃燒效率、減少熱損耗，達到降低煤氣消耗的目的。

（1）燃燒系統(tǒng)改造：將原加熱爐的小三通分散換向系統(tǒng)改為大三通集中控制系統(tǒng)，提高燃燒效率。

（2）增加爐尾自然排煙煙道：在爐尾下端墻開4個通徑約為520 mm的圓孔，圓孔接通徑為920 mm的鋼管，鋼管內貼40mm厚的硅酸鋁纖維氈，加150 mm厚的比重為1.5 t/m3的輕質澆注料。4個煙氣支管出爐后匯入煙氣總管，煙氣總管為通徑1 520 mm的鋼管，內襯為30 mm后的硅酸鋁耐火纖維氈加230mm厚的比重為1.3 t/m3的輕質磚。改造后可以提高煙氣量及溫度，延長爐體壽命。

（3）爐體結構及保溫改造：通過對爐體結構進行優(yōu)化、改進保溫材料及提高自動化控制水平，提高生產效率，降低煤氣消耗、減少熱損耗。

3 節(jié)能量計算方法的探討

3.1 確定方法選用[6-10]

3.1.1 節(jié)能量確定原則

（1）項目節(jié)能量是指所實施的節(jié)能技改項目正常穩(wěn)定運行后，用能系統(tǒng)的實際能源消耗量與改造前相同可比期能源消耗量相比較的降低量，無特殊約定比較期間為一年。

（2）項目節(jié)能量只限于通過節(jié)能技術改造提高生產工序和設備能源利用效率、降低能源消耗實現的能源節(jié)約。而不包括擴大生產能力、調整產品結構等途徑產生的節(jié)能效果。

（3）項目的節(jié)能量等于項目范圍內各產品（工序）的節(jié)能量之和。單個產品（工序）的節(jié)能量可通過計量監(jiān)測直接獲得，不能直接獲得時，可以用產品單位產量能耗的變化來計算該項目的節(jié)能量。

（4）項目除技術以外影響能源消耗因素應加以分析計算，并對節(jié)能量確定加以修正。這些因素如：原材料構成、產品種類與品種構成、產品產量、質量、氣體變化、環(huán)境控制等因素的變化。

（5）項目實際使用能源應以企業(yè)實際購入能源的測試數據為依據折算為標準煤，不能實測的可參考國標中推薦的折標系數進行折算。

3.1.2 單個產品（工序）節(jié)能量計算方法

（1）確定單個產品（工序）的范圍。與此產品（工序）直接相關聯的所有用能環(huán)節(jié)，即是單個產品（工序）節(jié)能量計算的邊界。

（2）確定第i個產品（工序）節(jié)能量計算的基準能耗Ei0。即在實施節(jié)能技術改造前規(guī)定時間段內，第i個產品（工序）邊界范圍內的所有用能環(huán)節(jié)消耗的全部能源按規(guī)定方法折算為標準煤的總和。

（3）確定節(jié)能技術改造前第i個產品（工序）產量Pi0。節(jié)能技改項目實施以前，規(guī)定時間段第i個產品（工序）邊界范圍內相關生產系統(tǒng)產出產品與服務。產量的確定采用倉庫物流記錄盤查、生產記錄查閱等方法收集。全部產成品、半成品和在制品均應依據國家統(tǒng)計局（行業(yè)）規(guī)定的產品產量統(tǒng)計計算方法，進行分類匯總。

（4）計算改造前第i個產品（工序）單位產量能耗Ni0。按以下公式計算出改造前第i個產品（工序）單位產量能耗，Ni0=Ei0/Pi0。

（5）確定節(jié)能技術改造后第i個產品（工序）的綜合能耗Ei1。即實施節(jié)能技術改造后規(guī)定時間段內，第i個產品（工序）邊界范圍內的所有用能環(huán)節(jié)消耗的全部能源按規(guī)定方法折算為標準沒的綜合。

（6）確定節(jié)能技術改造后第i個產品（工序）產量Pi1。節(jié)能技改項目實施完成后，規(guī)定時間段第i個產品（工序）邊界范圍內相關生產系統(tǒng)產出產品與服務。產量的確定采用倉庫物流記錄盤查、生產記錄查閱等方法收集。全部產成品、半成品和在制品的均應依據國家統(tǒng)計局（行業(yè)）規(guī)定的產品產量統(tǒng)計計算方法，進行分類匯總。

（7）計算改造后第i個產品（工序）單位產量能耗Ni1。按以下公式計算出改造后第i個產品（工序）單位產量能耗。Ni1=Ei1/Pi1。

（8）第i個產品（工序）節(jié)能量ΔEi。為剔除由擴能產生的節(jié)能量，將項目改造前后第i個產品（工序）單位產量能耗的差值與改造前產量的乘積，定義為第i個產品（工序）節(jié)能量ΔEi。ΔEi=（Ni0－Ni1）Pi0

3.1.3 計算項目節(jié)能量

（1）估算能耗泄漏EL

能耗泄漏是在項目范圍內進行的節(jié)能活動對項目邊界以外的影響。在項目節(jié)能量計算中應當包括能耗泄漏影響（扣減或增加）。

（2）計算項目節(jié)能量ΔE

按以下公式計算出項目改造后節(jié)能量。

項目節(jié)能量的計算分為兩個部分，分別為煙氣余熱回收發(fā)電部分的發(fā)電量及產品單耗下降所創(chuàng)造的節(jié)能量。項目改造前，以加熱爐為邊界，項目邊界如圖1所示；改造后，以加熱爐、汽化冷卻鍋爐及發(fā)電機組為邊界，項目邊界如圖2所示。

圖1 項目改造前邊界示意圖

3.2 節(jié)能量確定

圖2 項目改造后邊界圖

項目節(jié)能量主要為煙氣余熱回收發(fā)電及加熱爐煤氣消耗下降。項目改造后汽化冷卻鍋爐的年蒸汽產量數據及全廠月平均噸蒸汽發(fā)電量數據見表2。

表2 蒸汽產量及平均噸蒸汽發(fā)電量數據表

根據上表數據，項目余熱回收部分的年發(fā)電量即為其節(jié)能量，具體計算如下：124.66×（41 312÷7）× 12=8 828 545.86 kW·h=882.85萬kW·h

折算為標準煤：882.85萬kW·h×3.3 t標準煤/萬kW·h=2 913.4 t標準煤

項目加熱爐本體改造部分的節(jié)能量主要為提高了對能源的利用效率所造成的單位產品能耗下降，改造前后的產品單耗數據見表3。

表3 項目實施前后單位產品能耗表

根據上述數據，項目加熱爐改造部分的節(jié)能量計算如下：

（227.61-247.13）×891 912.67=-17 410 135 m3= -1 741.01萬m3

折算為標準煤：1 741.01萬m3×1.19 t標準煤/萬m3=2 071.8 t標準煤

此處高爐煤氣的折標系數為采用企業(yè)高爐煤氣的平均低位發(fā)熱量折算。

綜上，棒材加熱爐節(jié)能技改項目的節(jié)能量為：2 913.4+2 071.8=4 985.2 t標準煤。

4 結論

本項目一方面通過對加熱爐的原直接排放的高溫煙氣進行余熱回收，副產低壓蒸汽發(fā)電；另一方面通過對三通閥、爐體、保溫材料、控制系統(tǒng)等進行改造，提高了燃料的燃燒效率，降低了爐體的散熱損失。該項目有效提高加熱爐的能源利用效率，減少加熱爐煤氣使用量。項目每年可節(jié)約4 985 t標準煤，具有良好的節(jié)能效果。

[1]連紅奎，李艷，束光陽子，等．我國工業(yè)余熱回收利用技術綜述[J]．節(jié)能技術，2011，29（2）：123－128．

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[3]何維達，張凱．我國鋼鐵工業(yè)碳排放影響因素分解分析[J]．工業(yè)技術經濟，2013（1）：5-12．

[4]董會忠，薛惠鋒，宋紅麗，等．鋼鐵工業(yè)能源消耗強度變動因素分析[J]．科研管理，2009（3）：134-140．

[5]趙斌，張志遠，馮俊小，等．燒結工序能量平衡及節(jié)能診斷分析[J]．鋼鐵，2011，46（3）：88-91．

[6]方利國.節(jié)能技術應用與評價[M]．北京∶化學工業(yè)出版社，2008.

[7]全國能源基礎與管理標準化委員會.用能單位能源計量器具配備和管理通則：GB 17167-2006[S].北京∶中國標準出版社，2006.

[8]全國能源基礎與管理標準化委員會.綜合能耗計算通則：GB/ T2589-2008[S].北京∶中國標準出版社，2008.

[9]國家發(fā)展改革委，財政部.節(jié)能項目節(jié)能量審核指南.發(fā)改環(huán)資〔2008〕704號.

[10]全國能源基礎與管理標準化委員會.節(jié)能監(jiān)測技術通則：GB/ T15316-2009[S].北京∶中國標準出版社，2009.

Energy Saving Transformation and Energy Saving Quantity of Steel Bar Heating Furnace

JIANG Shanshan
（Guangzhou Academy of Energy Testing and Inspection,Guangzhou 511447,China）

The reconstruction project of flue gas waste heat recovery,three-way valve,furnace body, insulation materials and control system of iron and steel enterprises heating furnace is introduced,and the annual actual energy saving of the project is determined by calculating the energy calculation method of single working procedure.After the transformation,waste heat recovery steam power generation,the furnace body system improves the fuel combustion efficiency and reduces the heat loss of the furnace body.The project can save 4 985 t standard coal per year,ithas a good energy saving effect.

steel;bar heating furnace;energy saving transformation;determination of energy saving quantity

TG307

B

1001-6988（2016）05-0068-04

2016-05-23

廣東省節(jié)能降耗專項資金項目（項目編號二（一）-3）

江姍姍（1983—），女，工程師，主要從事能效及低碳項目服務方面工作.