钢铁冶金系统节能技术分析

张春霞

（安徽科瑞咨询服务有限公司，安徽 芜湖 241000）

在社会能源消耗中，钢铁冶金行业的占比较高，原因一方面是生产企业数量增多，二是生产工艺上存在变化。例如：烧结、球团工序中，能源消耗减少；焦化、高炉工序中，能源消耗却在增多。国家提出低碳节能的发展目标，钢铁冶金企业要想可持续发展，必须走节能道路，以下结合实践进行探讨。

1 钢铁冶金企业节能发展的重要性

一方面，钢铁冶金是高污染、高能耗的企业，随着国家环保力度加大，这些企业成为了重点关注和治理对象。钢铁冶金企业只有创新生产工艺，优化生产流程，提高能源使用率，减少污染形成，才能满足国家提出的新标准和要求。另一方面，钢铁冶金企业面临的市场竞争更加激烈，在保证质量的前提下，提高生产效率、降低生产成本，才能获得经济效益的最大化，在市场竞争中占据优势。这其中，走节能道路，减少能源消耗，是降低成本的有效手段[1]。因此，钢铁冶金企业节能发展，既能满足国家的要求，也能促进自身健康长远发展。

2 钢铁冶金工艺中能源消耗的影响因素

2.1 燃料比

钢铁生产工艺中，各个工序均会带来一定能耗，且不同工序的能耗有明显差异。举例来说，钢铁冶炼过程中，焦比、煤比、煤气、高炉鼓风能源消耗，在总消耗中占比分别为50%、20%、10%、5%。高炉炼铁时，80%的热量来源于燃料碳素，其余20%来源于风热和化学反应。燃料比不同，对冶金工序能耗产生的影响不同，是节能发展的一个关键点。

2.2 高炉煤气

在焦化工序中，不仅消耗煤资源，高炉煤气消耗占比约10%[2]。结合实际生产，高炉煤气的消耗，和结焦时间长短有关。一般情况下，结焦时间越短，高炉煤气消耗量越少，但对焦炉设备产生的不利影响越严重。此外，烟气中带有一定余热，对余热进行回收利用，也会影响总能耗。可见，焦化工艺中必须调整结焦时间，来减少高炉煤气的能量消耗。

2.3 余热利用

随着科学技术的进步，钢铁冶金行业的节能减排工作取得显著成绩。在余热利用上，大中型企业的利用率提高，单位钢生产的综合能耗明显降低。但是，中低温余热的利用效果不佳，主要用在助燃气体的预热上，或者直接排放到大气中。调查显示，烧结是冶铁的第二大能耗工序，其中50%的余热没有充分利用，是一个比较严重的浪费现象。

3 钢铁冶金企业节能技术的改进方向

3.1 降低燃料比

第一，加强燃料的质量控制，将自动化监测装置、人工试验相结合，确保燃料满足生产要求。钢铁冶炼时，为了改善生产工况，实现充分燃烧，要降低燃料的粉末含量。考虑到燃料在下落时，会发生二次粉化，应控制装料仓的高度和容量，既降低下落高度，又增大容量。此外，从燃料的筛分上入手，严格把控筛分工序，减少入炉粉末量。

第二，适当提高风温。一般风温每提高100℃，燃料比可减少13kg/t。但是，风温并不是越高越好，因为风温过高，系统的安全性会受到影响。综合生产安全、节能两个指标，将风温控制在 1300℃以内[3]。

第三，增加富氧率。富氧率越高，其一位于风口区域的煤燃烧更充分，可以提高置换比。其二随着富氧率提高，煤气的产生量会减少，跟随煤气被带走的热量也会减少。生产实践中，富氧率指标每提高1%，燃料比就会降低0.5%。结合生产工况，合理设定富氧率，保证富氧量充足，可降低燃料比，实现节能目标。

第四，提高炉顶煤气压力。生产过程中，炉顶煤气压力每提高10kPa，燃料比能降低0.4%。分析原因在于：随着煤气压力增大，煤气的流速就会减小，能在炉内停留更长时间，有利于燃料和煤气充分接触，促使铁矿石的还原反应更加彻底。另外，煤气压力增高，煤气的流动性更稳定，被灰尘带走的热量就变少，也可以减少能耗损失。

3.2 减少煤气消耗

上文已经提及，高炉煤气的消耗，和结焦时间长短有关，适当缩短结焦时间，可以降低煤气能耗。一般生产工况下，将配合煤的水分控制在14%以内，可缩短结焦时间，维持在18h～19h之间。或者调节焦炉的热工，以空气过剩系数α为例，如果是焦炉煤气加热，将α调整至1.1～1.3；如果是高炉煤气加热，将α调整至1.1～1.2，可进一步降低炼焦能耗。

3.3 余热回收利用

以干熄焦技术为例，在余热回收利用中比较常见，回收利用余热，可用来发电、蒸汽，既能提高能源利用效率，又能减少热量损失和水污染。此外，对烧结烟气、冷却风中的余热进行回收，可安装余热锅炉，利用余热点火助燃。

4 钢铁冶金系统节能技术的应用实践

4.1 烧结矿余热回收技术

在烧结工序中，对余热进行回收利用，首先是引进国外技术，然后自主研发，最终实现了技术创新。从回收利用方式来看，最开始只能回收余热，现在可以回收余热蒸汽、电力等。我国钢铁冶金行业中，在烧结机上安装环冷机余热回收利用装置，已经成为一种常见现象。

环冷机在设计之初，就是以烧结矿为标准，缺点是风量大、冷却快、漏风严重，难以满足再利用的需求。对此，必须进行改造。

该工艺系统主要包括三个部分：一是冷却罐，二是余热锅炉，三是汽轮机和发电机。和传统的余热回收系统相比，该系统装置的漏风率基本为零，优点是气体和固体之间的热量交换充分，出口热空气的能级更高。举例来说，如果烧结矿的排出温度为150℃～200℃，余热回收率相比于传统系统，能提高30%～40%[4]。

4.2 低温余热供热技术

钢铁生产过程中，能源转换可以提供推动力，同时也会产生剩余能量，例如副产煤气、余热余能等。其中，品质较高的余能，可以进行回收利用，但品质较差的余能回收利用不足。对此，低温余热可作为民用供热资源，以唐钢为例，和热力公司合作，利用发电机组冷却水的温差，为附近居民社区供暖。该项目投入运行后，企业可从每吨水中获益0.2元～0.3元，且整个供热系统是密闭的，水量损失小，可获得良好的经济效益和环境效益。

4.3 炉子热效率提升技术

一方面，改善燃料的燃烧质量。燃料的燃烧离不开燃烧器，燃烧器的性能会影响燃料的消耗量。结合炉子的结构、生产形式、目的，对比不同燃烧器的特征，合理设计并选择燃烧器，是节能的有效手段。此外，以高温空气蓄热燃烧技术为例，优点是余热回收效率高、NOx排放量少。使用蓄热式加热炉，能将空气先预热到1000℃～1100℃，排烟温度则降低至150℃～200℃。和普通的加热炉相比，节能率达到40%以上；和换热器预热技术相比，节能率约为20%。

另一方面，对炉衬结构进行优化。一是采用自带黑体筑炉材料专利技术，制成黑体元件用在炉膛内，该黑体元件可对热射线进行调控，改变漫反射，增加热射线的到位率，促使炉子的热效率提高，节能率达到10%以上。二是在炉子内壁涂刷高辐射率的涂料，有利于充分利用热能，以高温远红外节能涂料为例，节能效果达到5%～7%。三是在炉子内部贴上多晶莫来石纤维，能减少炉内的热量散失，提高炉子内壁的保温性能。

4.4 电机节能技术

在轧钢工艺中，常用设备有轧机、风机、辊道、水泵等，这些设备均需要电能，因此可以从电机上进行节能。结合生产需要，电机的优化设计，可以采用变频调速技术，避免大材小用，节能率能达到20%～40%。或采用动态谐波抑制技术、无功补偿技术，能降低电源侧的电流谐波量，调整三相不平衡，从而促使电路损耗降低，实现节能目标。

5 结语

综上所述，钢铁冶金企业具有能耗大、污染严重的特点，新形势背景下，对生产技术进行节能改造，才能实现可持续发展的目标。分析可知，影响能源消耗的因素，主要有燃料比、高炉煤气、余热利用等，节能方向是降低燃料比、减少煤气消耗、对余热回收利用。文中以烧结矿余热回收技术、低温余热供热技术、炉子热效率提升技术、电机节能技术为例，介绍了节能技术的应用，希望为实际生产提供经验借鉴。