冶金系統(tǒng)能源調(diào)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(duì)于大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，從鐵礦石進(jìn)廠到焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼和鋼加工完成，整個(gè)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(zhuǎn)爐流程的噸鋼能耗一般來(lái)說(shuō)要高于電爐流程。與高爐一轉(zhuǎn)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(guó)家，例如中國(guó)，高爐一轉(zhuǎn)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(fù)荷控制和節(jié)能潛力分析

對(duì)鋼鐵企業(yè)而言，一定要有實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益，企業(yè)才有積極性去實(shí)行“儲(chǔ)能調(diào)峰”煤氣使用模式。因此在分析發(fā)電煤氣“儲(chǔ)能調(diào)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(chǔ)能調(diào)峰”利用模式對(duì)該企業(yè)生產(chǎn)電力成本的影響。以某省一個(gè)年產(chǎn)1000萬(wàn)t粗鋼的鋼鐵企業(yè)為例進(jìn)行分析，該鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣產(chǎn)量、用于發(fā)電量和煤氣柜情況見(jiàn)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?fàn)t煤氣量、高爐煤氣量和轉(zhuǎn)爐煤氣量分別為9000m3/h、436000m3/h和28000m3/h。如果該企業(yè)對(duì)自備電廠中消耗的發(fā)電煤氣資源采取“儲(chǔ)能調(diào)峰”利用模式，則需要對(duì)平、谷電時(shí)段的焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣在煤氣柜中進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)的煤氣在峰電段集中使用進(jìn)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(jī)發(fā)電機(jī)組的平均效率37.5%。經(jīng)計(jì)算，在平、谷電段該企業(yè)需要存儲(chǔ)焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣共592000m3該企業(yè)有一個(gè)200000m3的高爐煤氣柜、一個(gè)100000m3的焦?fàn)t煤氣柜和兩個(gè)轉(zhuǎn)爐煤氣柜(100000和150000m3)，煤氣柜總?cè)萘?50000m3。為了實(shí)行發(fā)電煤氣資源“儲(chǔ)能調(diào)峰”運(yùn)行模式，該企業(yè)還需購(gòu)進(jìn)一個(gè)100000m3的煤氣柜存儲(chǔ)發(fā)電煤氣。購(gòu)進(jìn)該煤氣柜總投資約為1600萬(wàn)元，工程費(fèi)120萬(wàn)元，年維護(hù)費(fèi)用25萬(wàn)元。根據(jù)實(shí)行發(fā)電煤氣資源“儲(chǔ)能調(diào)峰”利用模式前后不同時(shí)段發(fā)電煤氣量的變化，結(jié)合該企業(yè)自備電廠發(fā)電效率，計(jì)算出該企業(yè)自備電廠中煤氣資源發(fā)電量的變化?？梢钥闯?，實(shí)行電煤氣資源“儲(chǔ)能調(diào)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(wàn)kWh，可少購(gòu)買相應(yīng)數(shù)量的峰電段高價(jià)電；平、谷電段該企業(yè)自備電廠中煤氣發(fā)電量下降30萬(wàn)kWh，需多購(gòu)買相應(yīng)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(jià)分別是0.76元/kWh、0.52元/kWh和0.27元/kWh。根據(jù)不同時(shí)段自發(fā)電情況變化，該企業(yè)實(shí)行發(fā)電煤氣資源“儲(chǔ)能調(diào)峰”運(yùn)行模式后，日節(jié)約電力生產(chǎn)成本22萬(wàn)元，年節(jié)約電力生產(chǎn)成本8030萬(wàn)元，前期購(gòu)買煤氣柜投資款的回報(bào)周期不到3個(gè)月。因此，發(fā)電煤氣“儲(chǔ)能調(diào)峰”利用模式對(duì)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(jié)構(gòu)的變化后，使用多因素藕合噸鋼綜合能耗計(jì)算模型對(duì)各類鋼鐵企業(yè)的噸鋼綜合能耗水平進(jìn)行分析。

（一）2016年小型鋼鐵企業(yè)的能耗求解

2016年中國(guó)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(méi)有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，所以2016年中國(guó)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(guó)小型鋼鐵企業(yè)的能耗。以中國(guó)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(jié)、球團(tuán)、焦化、高爐、轉(zhuǎn)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(wú)具體統(tǒng)計(jì)，在計(jì)算中以重點(diǎn)企業(yè)的鋼比系數(shù)估算。由公式1計(jì)算出2016年中國(guó)小型鋼鐵企業(yè)的噸鋼綜合能耗為679.6 kgce/t，比重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)高出16.1%。再根據(jù)中國(guó)重點(diǎn)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(jì)算出中國(guó)2016年中國(guó)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(jié)構(gòu)及能源結(jié)構(gòu)變化表可知，2016年中國(guó)鋼鐵生產(chǎn)中電力在總能耗中占比為10.1%(電熱當(dāng)量法)。根據(jù)同年火電發(fā)電煤耗，將電熱當(dāng)量法下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為發(fā)電煤耗法下數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算，2016年中國(guó)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(jié)束語(yǔ)

在鋼鐵生產(chǎn)能耗中，大量的能量轉(zhuǎn)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(duì)降低中國(guó)鋼鐵工業(yè)能源強(qiáng)度有重要貢獻(xiàn)，這也是后續(xù)重要的研宄方向之一。