1、我国钢铁工业节能降耗技术的现状和发展趋势李震(鞍钢集团技术中心 )摘要 介绍了我国钢铁工业节能降耗技术的现状及存在的差距 , 详细分析了各种节能降耗技术和相关的冶金新技术、新工艺及其发展趋势 , 提出了具体的建议。关键词 钢铁工业 节能 降耗P resen t Situation of Energy Saving and Con sum p tion R educing T echno logyin Dom estic Iron and Steel Indu stry and Its D evelopm en t T endencyL i Zhen(A ngang T echno logy C
2、en ter)Abstract T he p resent situation of energy saving and consump tion reducing techno logy indom estic iron and steel industry and the existing gap are described, all k inds of energy savingand consump tion reducing techno logies, relative new m etallurgical techno logies, techniquesand the deve
3、lopm ent tendency are m inutely analyzed and special suggestions are advanced.Key W ords iron and steel industry energy saving consump tion reducing0 前言2004 年 , 我国粗钢产量达到近 2. 73 亿 t, 约占全球钢产量的 25. 9%。 2005 年 , 全国粗钢产量预计将达 3. 3 亿 t 左右 , 比 2004 年增长约 21%。今后几年是我国由钢铁大国向钢铁强国迈进的关键时期。在努力实现设备大型化、工艺现代化、产品专业化的过程中
4、 , 依靠现代钢铁生产技术 , 节约能源、降低消耗是不可忽视的重要环节。钢铁企业要想继续保持较好的利润水平 , 就要大力应用先进技术 , 在节约能源、降低消耗上下功夫 , 走可持续发展道路。1 我国钢铁工业能耗现状与差距1. 1 我国钢铁工业能耗概况我国钢铁工业每年能耗约占全国总能耗的10% , 其中电力消耗占工业电耗的 11% 左右 , 新水消耗占全国工业水耗的 9% 左右 ; 粉尘排放量约占工业粉尘排放总量的 13% 左右。我国钢铁工业能耗高、二次能源和固体废物利用率低等三方面问题比世界其它钢铁强国更加突出。从现实来看 , 我国节能降耗的潜力非常大。钢铁工业能源消耗结构中 , 煤炭占主导地
5、位 ,其次是电力 , 其它能源占的份额很少。根据统计资料 , 截至 2004 年 , 全国重点大中型钢铁企业吨钢综合能耗呈持续下降趋势 , 2004 年吨钢综合能耗达到 761kg 标煤。鞍钢、宝钢、首钢、太钢等企业在钢年产量不断提高的同时 , 年总能耗量却在逐年降低。在全国总能耗逐年上升的同时 , 钢铁工业总体用能也呈上升趋势。全国吨钢综合能耗一直呈下降趋势 , 炼钢工序能耗逐年下降的同时 , 炼铁工序能耗近年略有上升。大型企业如宝钢、鞍钢、武李震 , 高级工程师 , 硕士研究生 , 1989 年毕业于东北重型机械学院冶金机械专业 , 现任鞍钢集团技术中心科技信息所所长 (114009)。1
6、2005 年第 5 期总第 335 期 鞍钢技术AN GAN G T ECHNOLO GY钢等 , 由于注重炼铁、炼钢工序的二次能源利用 ,已经取得较好的能耗指标。1. 2 我国钢铁工业能耗存在的主要差距能耗高是我国钢铁工业发展过程中一直存在的问题 , 尽管近年来能耗指标不断降低 , 但是与国外先进指标相比 , 还存在很大差距。炼铁工序和转炉工序的能耗指标与国外的差距为 : 国外先进企业的高炉焦比已达到 300kg t 以下 , 燃料比小于500kg t; 我国重点钢铁企业的入炉焦比为 426kg t, 其它企业为 488kg t, 燃料比在 560kg t 左右。高炉工艺的能耗比世界先进水平
7、高 50 100kg t。国外大部分先进钢铁企业均实现了“负能炼钢” ; 我国只有宝钢、武钢、鞍钢、马钢、莱钢等少数企业已实现转炉工序“负能炼钢”。日本君津钢厂转炉工序能耗为 - 6. 27kg 标煤 t, 而我国转炉工序能耗平均水平仍高达 23. 56kg 标煤 t。比较国内大中型企业年总能耗大于 100 万 t标煤的 48 家企业中 , 综合能耗高于宝钢的有 42家。这 42 家企业的综合能耗在总体上呈逐年下降的态势 , 但 2004 年的平均水平与宝钢仍存在132kg 标煤 t 的差距 ; 全国 70 家大中型企业的吨钢综合能耗介于宝钢与 42 家大型企业之间 , 原因是其中有部分企业还
8、在进行电炉钢生产。而没有统计的国内其它中、小型钢铁企业的综合能耗指标基本上高于 42 家的指标 , 说明节能潜力很大。如果以宝钢的先进指标为基准 , 我国大型企业仍然存在很大的节能空间。二次能源中 , 各种副产品煤气占比例最大 , 总计约为 59. 4%。目前 , 对高炉渣、钢渣的显热尚无有效的回收利用技术 ; 由于工艺操作原因 , 高炉煤气显热、烧结和焦化废烟气显热尚未进行回收利用。这几部分的二次能源量约占总量的 11. 9% , 如果充分利用现有的先进技术和设备 , 二次能源回收利用率可以达到约 72. 6% ; 如果进一步提高已有的余热 (余能 ) 回收利用技术的回收利用效率 ,则二次能
9、源回收利用率可望提高到 80% 左右。可见 , 二次资源回收利用差距较大 , 潜力也非常大。另外 , 我国钢铁生产传统的炼焦等长流程工艺造成了较大的粉尘、废渣、废气等的污染 , 仅固体废弃物每年就产生 1. 36 亿 t。这些差距也为工业排放物的综合利用提供了巨大的潜力。2 节能降耗技术的重大进步及效果1975 年以来 , 我国钢铁行业全面开发运用了 6项关键技术 , 即高炉喷煤技术、高炉长寿技术、转炉溅渣护炉技术、高效连铸技术、连轧机国产化技术、薄板坯连铸连轧技术等。 1996 年至今 , 全面推广运用 6 大类共计 32 项工艺技术 , 包括钢铁工业节能技术、节水技术、提高原料利用效率技术
10、、环境保护技术、提高钢铁产品使用效率技术等 , 多领域推进钢铁工业的节能降耗工作。中国钢铁工业协会提出了“三干”与“三利用”技术。“三干”指干熄焦、高炉煤气干式除尘、转炉煤气干式除尘 ;“三利用”指水的综合利用、以副产品煤气 (焦炉、高炉、转炉 ) 为代表的二次能源的利用、以高炉渣、转炉渣为代表的固体废弃物的综合利用。推广“三干”技术 , 能够提高能源的一次使用效率和能源的二次回收利用率 , 减少粉尘、污水、有害气体对环境的污染。同时可以尽量多地回收电能 , 减少发电用煤量 , 提高企业用电自给率 , 使企业力争做到“不买电、不买油、只买煤” , 促进节能、环保、增效作用。目前 , 节能降耗技
11、术有很多成功的经验 , 但关键是企业要积极承担自身的社会责任 , 真正在节能降耗方面加以重视和投入资金。经过十多年的努力 , 我国钢铁工业各项经济技术指标明显改善 ,整体竞争能力明显增强 :2004 年重点企业高炉利用系数为 2. 474t (m 3 d) , 比 1991 年提高了 42% ;2004 年重点企业连铸比为 98. 35% , 比 1991年提高了 75 个百分点 , 达到世界先进水平 ;2004 年重点企业钢材综合成材率为 95. 6% ,比 1991 年提高了 10. 1 个百分点 ;2004 年重点企业吨钢综合能耗 761kg 标煤 ,比 1991 年下降了 53%。20
12、04 年国内部分重点钢铁企业能源消耗及分工序汇总如表 1 所示。3 钢铁工业节能降耗的主要规划指标新建钢铁项目除了每吨钢消耗的标准煤必须低于 700kg、消耗新水低于 6t、环保指标要满足国家环保标准之外 , 还必须满足当地的环保标准。按2鞍钢技术 2005 年第 5 期总第 335 期表 1 全国部分重点钢铁企业 2004 年能源消耗及分工序汇总表 3企业名称总能耗 万 t 标煤吨钢综合能耗 kg 标煤吨钢可比能耗 kg 标煤烧结工序能耗 kg 标煤 t- 1炼铁工序能耗 kg 标煤 t- 1焦化工序能耗 kg 标煤 t- 1转炉工序能耗 kg 标煤 t- 1电炉工序能耗 kg 标煤 t-
13、1轧钢工序能耗 kg 标煤 t- 1鞍钢 965. 61 852 791 60. 33 456. 22 156. 33 14. 40 112. 30武钢 624. 90 692 693 64. 06 448. 89 146. 15 - 3. 77 157. 29首钢 627. 00 761 780 56. 00 455. 58 171. 38 29. 45 89. 97马钢 608. 89 758 715 62. 51 447. 77 158. 93 7. 39 83. 86攀钢 364. 00 960 760 63. 74 514. 62 99. 50 20. 75 82. 99包钢 527
14、. 97 972 980 87. 71 486. 23 165. 92 15. 95 96. 583 3太钢 293. 66 948 792 56. 50 434. 69 142. 13 9. 38 179. 70 151. 78本钢 510. 04 928 782 71. 97 480. 61 175. 65 6. 21 263. 39 85. 03宝钢 801. 32 675 648 62. 20 395. 41 88. 13 - 0. 32 182. 66 90. 38唐钢 532. 50 735 686 67. 63 452. 57 150. 29 21. 92 79. 283 : 摘
15、自中国钢铁工业统计月报 ; 3 3 : 为 2005 年 1 月份数据。照可持续发展和循环经济的理念 , 必须提高环境保护和资源综合利用水平 , 最大限度地提高废气、废水、废物的综合利用水平 , 力争实现“零排放” ,建立循环型钢铁工厂。钢铁企业必须发展余热、余能发电 , 500 万 t a 以上规模的钢铁联合企业要努力做到电力自供有余 , 实现外供。 2005 年 , 全行业吨钢综合能耗应降到 760kg 标煤 , 吨钢可比能耗降到 700kg 标煤 , 吨钢耗新水降到 12t 以下 ; 2010年这三项指标将分别降到 730kg 标煤、 685kg 标煤、 8t 以下 ; 2020 年将分
16、别降到 700kg 标煤、 640kg标煤、 6t 以下。今后 10 年 , 钢铁工业在水资源消耗总量减少和能源消耗总量增加不多的前提下 , 实现总量适度发展。4 采用成熟技术促进钢铁工业节能降耗为了实现钢铁工业规划的节能降耗目标 , 各钢铁企业需要借鉴国内外经验 , 引进和采用成熟、先进的技术 , 以满足发展的需要。4. 1 适当采用非高炉炼铁生产技术炼铁系统能耗占钢铁工业总能耗的 70% 左右 , 炼铁系统应当完成钢铁工业节能的重任 , 我国铁、焦、烧系统均有较大的节能潜力。世界生铁中的 90% 由高炉生产 , 其余由直接还原、电炉和熔融还原法生产。预计在今后 50 年内 , 只要还有焦炭
17、供应 , 高炉仍将是最主要的炼铁设备。但是 , 大型高炉必须使用昂贵的优质焦炭 , 而且铁矿粉必须先造块。由于主要产钢国家焦炉老化 , 焦炭供应日趋紧张 , 因而高炉炼铁工艺面临挑战。直接使用煤和铁粉的炼铁生产工艺已取得一定的进展 , 几种直接还原技术和 Co rex 熔融还原工艺投入工业化生产 , 非高炉生产的铁资源比例必将大幅度提高。(1) 直接还原技术随着世界优质废钢资源的日益减少 , 直接还原生产技术受到钢铁界的重视。近年来 , 世界各国在开发直接还原铁 (DR I) 生产技术方面都下了很大功夫 , 生产能力得到飞速发展。(2) 熔融还原法熔融还原是近代钢铁工业的前沿技术 , 是炼铁生
18、产工艺的重大变革。近 10 年来 , 许多国家积极开发研究不同的熔融还原技术 , Co rex 熔融还原工艺已用于工业化生产 , 其它取得很大进展的熔融还原方法还有 D IO S、 H Ism elt 和 Rom elt 等工艺。(3) 直接炼钢技术A IS I 法是美国钢铁协会和美国能源部共同研究开发的直接炼钢项目 , 主要设备包括连续式球团预还原炉和水平槽式熔炼炉。氧化性球团在预还原炉内直接还原后 , 在热态下连续进入熔炼炉中熔化和精炼 , 加工成中碳或高碳半钢 , 再经二次精炼 , 即成合格钢水。该法还可用来处理工厂粉尘 , 很多钢铁企业对此有较大兴趣。4. 2 全面推广高炉炼铁先进技术
19、本世纪高炉仍将是最主要的炼铁设备 , 应大力推广应用喷煤、高炉长寿等技术 , 进一步促进节能降耗工作。(1) 大量喷吹煤粉20 世纪 80 年代 , 高炉喷煤技术得到迅速普及。从中、小高炉向大型高炉发展 , 喷煤高炉座数增加 , 喷煤量不断提高 , 焦比大幅度降低。实践证明 , 喷煤是高炉增产节焦行之有效的技术。目前 ,德、英、法、日、荷兰等国高炉年均喷煤量 (包括能3李震 我国钢铁工业节能降耗技术的现状和发展趋势力 )达到 150 200kg t, 月均喷煤量 190kg t。未来几年 , 世界喷煤高炉比例将显著提高 , 复合喷吹技术得到推广应用 , 一大批高炉喷煤量将达到200kg t,
20、部分高炉喷煤量将高达 250 300kg t,焦比甚至降至 250kg t 以下。(2) 高炉长寿技术几十年来 , 高炉生产的节能技术有了显著进步 , 高炉开始以低耗、稳产、优质、长寿作为主要目标。各国致力于高炉长寿技术的研究和探讨工作 ,并取得可喜成绩 , 工业发达国家新建或改建的高炉目标寿命为 15 年以上 , 达到节能降耗的效果。 20世纪 70 年代 , 日本高炉寿命为 6 10 年 ; 进入 20 世纪 80 年代 , 高炉寿命显著提高 , 小仓厂 2 号高炉寿命为 21 年。日本最近开炉的高炉一代炉役设计寿命均在 25 年以上。4. 3 转炉工序实现负能炼钢在现代炼钢技术中 , 由
21、于采用了负能炼钢技术 , 转炉工序不但不消耗能源 , 反而成为产生能源的工序。转炉负能炼钢意味着转炉炼钢工序消耗的总能量小于回收的总能量 , 即转炉炼钢工序能耗小于零。工序能耗是一个综合指标 , 不仅反映了工艺装备水平和技术水平的高低 , 也体现了生产管理水平和生产成本的高低 , 因此国际上先进钢厂都把实现转炉工序负能作为炼钢的重要指标。在我国 , 负能炼钢技术得到钢铁行业的极大重视 ,目前 , 宝钢、武钢、鞍钢、本钢、马钢、莱钢等已实现了全部或部分炉次负能炼钢。 2004 年 , 宝钢、武钢转炉工序能耗累计为负值。4. 4 轧钢领域采用节能先进技术在过去的十余年里 , 轧钢生产技术有了巨大的
22、发展 , 开发了许多新技术。预计未来各种先进的节能降耗技术、工艺和设备将得到进一步的普及和推广应用。(1) 连续化。近年来 , 轧钢生产内部多个工序的连续化生产发展迅速 , 轧钢技术向着大型化、高速化、节能化方向发展。采用板坯连铸直送轧制、薄板坯连铸连轧和带钢连铸冷轧 , 既能缩短整个钢铁生产流程 , 又能达到节能降耗的效果。(2) 控轧控冷技术。通过精确控制热轧加热条件、轧制条件和冷却条件 , 采用蓄热式加热炉等节能设备 , 在较大范围内控制钢板的微观组织 , 得到不同性能、满足不同用途的热轧板卷。4. 5 采用高炉煤气回收技术(1) 推广采用全烧高炉煤气电站锅炉技术。针对高炉煤气的热值低、
23、燃烧稳定性差等特点 , 研究高炉煤气的燃烧特性 , 解决全烧高炉煤气的稳定燃烧以及锅炉安全保护系统等问题。锅炉运行不受季节影响 , 一年四季都可以回收煤气。220t h 的锅炉每小时可烧 19. 6 万 m 3 高炉煤气 , 年经济效益 7000 万元以上。首钢、马钢、鞍钢、沙钢、武钢、安钢等企业采用了全烧高炉煤气锅炉。(2) 借鉴宝钢的全烧低热值煤气燃气轮机技术。近年来 , 随着宝钢燃气轮机的投运以及能源中心的改造 , 宝钢高炉煤气放散率大幅下降。 2003年宝钢使用高炉煤气 27. 74 亿 m 3, 发电 8. 6 亿 kW h, 高炉煤气放散率保持在 0. 13% 左右。目前 , 我国
24、的钢铁企业中 , 还有很多高炉煤气回收设备不完备 , 煤气放散率比较高 , 不但影响企业的经济效益 , 同时对环境造成很大的污染。应努力提高高炉煤气的回收率 , 增加低附加值高炉煤气向高附加值能源形式电能的转换 , 同时兼顾供热。(3) 推广采用 TR T 技术。高炉炉顶煤气余压回收透平发电装置 (TopGas P ressu re R ecovery T u rb ine, 简称 TR T ) 是目前国际上公认的有价值的二次能源回收装置。该发电装置既不消耗任何燃料 , 也不造成环境污染 ,发电成本又低 , 是高炉冶炼工序的重大节能项目 ,经济效益十分显著。此项技术在国外已很普及 , 我国也在
25、逐步推广。近 20 年来 , 陕鼓集团已先后为武钢、酒钢、鞍钢、唐钢和包钢等大型钢铁企业设计制造了 105 台 TR T。若按一台中型 TR T 装置平均发电功率 8200kW、年发电 7000 万 kW h 计算 , 这105 台 TR T 装置年发电量可达 73. 5 亿 kW h。一般情况下 , TR T 项目投资回收周期约 1 2 年 , 值得大力推广。4. 6 加大动力系统节能力度目前 , 我国在这方面采用的技术主要有交流变频调速技术和就地动态无功补偿节电技术。目前 , 国内企业一方面电力供应不足 , 另一方面发电厂的电力又未能充分利用 , 主要原因为用电设备大多为感性负载。这些负载
26、由于功率因数很低 , 在运行时还需电网提供大量无功负荷。对感性负载进行无功就地动态跟踪补偿 , 不仅可以从源头上4鞍钢技术 2005 年第 5 期总第 335 期减少无功消耗 , 改善用电设备对电网的影响 , 还可以 提高电网供电能力 , 减少煤炭消耗和运输压力 ,减少电能消耗 , 提高企业的节电效益。4. 7 广泛应用节水技术和措施钢铁行业属高耗水行业 , 比较国外先进水平和国内各企业的用水情况 , 我国的钢铁行业节水潜力很大。钢铁企业要做到合理用水和节约用水 ,必须大力发展循环供水系统 , 采用不耗水或少耗水工艺 , 改进水处理设施及其工艺 , 并重新考虑对供水系统的评价。根据我国钢铁企业
27、的特点 , 许多老企业都采用直流供水系统 , 虽然对用水系统进行了一些改造 , 但还是有许多清浊不分 , 或是串接、直流等共同存在。如果这些用水系统均采用清浊分流 , 并实现完全循环 , 就能大大减少新水耗量 , 达到增产不增水的目的。为了最大限度的节约用水 , 减少污染 , 各钢铁企业在进行产品结构调整和车间设备大修改造的同时 , 应淘汰落后的用水设备和高耗水设备 , 选择节水型生产工艺或不耗水工艺。在企业内建设污水处理厂 , 实现污水资源化 , 该技术可靠且收益可观。还要选择合适的水质稳定剂 , 积极认真地做好循环水水质稳定工作。另外 , 在规划设计中 , 应当采用先进节水技术和水处理技术
28、 , 严格控制用水、排水 , 做好废水回用。4. 8 继续开发应用钢铁生产短流程技术减少工序、缩短流程是减少投资、提高劳动生产率、节能降耗的最佳途径。因此 , 各种短流程工艺必将得到加速开发和推广应用。(1) 薄板坯连铸连轧工艺各先进钢铁企业竞相进一步开发薄板坯连铸连轧技术 , 除德国西马克和德马克公司开发的CSP 和 ISP 技术有新进展外 , 奥钢联开发的 Con2ro ll 技术、意大利达涅利公司开发的 F ISC 技术、美国蒂平斯公司和韩国三星重工业公司共同开发的T SP 技术都陆续有用户采用 , 各种技术相互渗透 ,进步迅速。薄板坯连轧机组因产品单位投资可减少 20% 30% , 因
29、此每吨产品可降低成本 60 100美元。现在不仅小钢厂对此技术感兴趣 , 而且有些钢铁联合企业也在考虑建设薄板坯连铸连轧机组 , 今后该技术必将得到迅速发展。(2) 带钢连铸 2冷轧工艺带钢连铸机浇铸出的带钢不经热轧或稍经热轧 (1 2 个机架 ) 即可进入冷轧机轧成冷轧带钢。采用带钢连铸 2冷轧工艺的投资和生产成本是采用传统工艺的 10% 15% , 许多国家的公司和研究机构正积极研究这种新工艺。目前比较成熟的是双辊带钢连铸机 , 已经实现工业化生产。5 如何做好节能降耗工作钢铁企业要想做好节能降耗工作 , 应从以下几方面着手 :(1) 充分认识采用先进节能降耗技术的重大意义。依靠先进节能降
30、耗技术 , 带动原料、燃料、材料的节约 , 是企业降低成本、提高市场竞争力的重要手段 ;( 2) 瞄准世界科技前沿 , 引进和运用最新技术。要全面考虑工艺配套问题 , 使新上项目不仅在技术上高起点 , 而且在节能降耗方面高起点 , 尽快淘汰落后的工艺、设备 , 由单体设备节能降耗向系统优化节能降耗转变 , 实现上下工序的优化和合理配置 ;(3) 把引进技术和本企业的具体情况结合起来。根据生产和设备能力状况 , 在应用先进节能降耗技术时 , 有选择地配套采用先进设备和工艺 , 避免盲目投资造成新的设备闲置或资源浪费。( 4) 加大科技投入 , 不断研究新的节能降耗课题。把技术引进和二次创新有机地
31、结合起来 , 形成有本企业特色的自主节能降耗技术体系。6 结语在我国实现由钢铁大国向钢铁强国转变的关键时期 , 钢铁工业走高效、节能的新型工业化道路已成为国民经济发展的必然要求。通过节能降耗 ,促进企业废气、废水、废渣 (“三废” ) 资源的综合利用 , 治理环境 , 推行清洁生产 ; 实现集约化生产经营 , 实现经济增长方式的转变 , 加快与国际接轨。各钢铁企业应充分认识到节能降耗工作的艰巨性和紧迫性 , 进一步加大节能降耗工作的力度 ,不断研究新的课题 , 提高我国钢铁企业的国际市场竞争力 , 促进钢铁工业的可持续发展。参考文献 (略 )(编辑 许平静 )收稿日期 : 2005- 08- 255李震 我国钢铁工业节能降耗技术的现状和发展趋势