中国钢铁冶金行业能源利用效率与节能减排的思考

我们节能工作，就是如何充分应用二次能源（约占总 能70%），优化流程的煤气转化功能，提高能源使用效率。
16
充分利用焦炉煤气，转变为碳氢共冶金
H2 ～57.2 CO ～8.6 CH4 ～26.4 CO2 ～2.0 N2 ～3.6 Cn Hm ～2.0
H2发热值：2580kcal/m3 CH4发热值：9000~10800kcal/m3
2 3 3
单位
300m3 以下高 1000m3 以上高 指标比较 指标比较（％） 炉、20t 以下 炉、120t 转炉、 （±） 转炉、电炉 70t 电炉 499 542 125 500 2 5.42 0 0 0 1150 0.33 0.25 420 340 180 250 0.1 1.23 13 30 80 1075 0.17 0.12 79 202 -55 250 19倍 3.4倍 -100 -100.00 -100.00 6.89 94.12 108.33 18.81 59.41 -30.56 100.00 1.9 4.19 -13 -30 -80 75 0.16 0.13
v
从我国承诺2020年比2005年单位GDP的CO2排放降低40%~45% 2006~2010年 CO2排放下降 相应能耗下降 16% 19% 2011~2015年 17% 16% 2016~2020年 16% ＞14%
v
我国十二五期间各地区、各行业及重点企业将分解落实能源消耗及碳强度 下降指标。
4
*数据源自世界银行网站与英国石油公司网站。中国的能耗与GDP统计均不含台、港、澳地区。
2
我国经济发展的高能源依赖型模式必须改变
p
2000~2010年，我国GDP年增速为10.4%，占世界GDP比例由 3.8%增至9%，但同期能源消费增2.2倍（全球增长小于20%） ，能源消耗战全球比例由9.1%提高到约20%，CO2排放由 12.9%提高到24%。
二次能源：
1. 2. 3. 4. 由各种煤炭使用产生的副产煤气（高炉、焦炉、转炉煤气） 产品余热（红热焦炭；炽热炉渣；产品的液®固的各种显热；烧结、球团显热） 各种加热炉外排废热、循环水带走热量…… 其它（由有压力能带的势能）
•
一般二次能源占总钢铁能量的70%，前页叙述的煤气及余热余能（ 490kgce/t材）属二次能源；冶金过程耗能（193.4kgce/t材）和还原反应 理论能耗（331kgce/t铁）是理论最低能耗。
165.75
161.17
199.7
52.8
776.02
249.53
13.9
191.91
245.31
309.5
96.8
1106.95
8
转变发展方式
自主创新 水平不 高，创新 环境有待 改善 转变生产发 展方式已成 为钢铁企业 面对的急迫 问题 节能减排、低碳 发展越来越成为 钢铁企业生存发 展的关键问题
p
十二五期间，必须严控能源总需求（40亿吨标煤）和GDP增速
能源总需求 （亿吨标煤） 十二五期间GDP年均增长率 8.0% 39.8 9.0% 41.7 40.4 41.0 41.6
3
10.0% 43.6
11.0% 45.6
GDP能源强度下降16% GDP能源强度下降18.5% GDP能源强度下降21% GDP能源强度下降23.5%
全国钢铁工业及酒钢的的吨钢综合能耗变化
1980年 全国 酒钢 2.039 1990年 1.611 2.679 2000年 0.92 1.117 2005年 0.741* 0.777 2009年 0.619 0.584
单位：tce/t
2010年 0.605 0.526
*2005年以后电力折标系数为0.1229计算
2011年5月17日 甘肃 嘉峪关
十一五节能目标基本实现，但与国际比较能耗差距较大
能源消耗与GDP的相关性
2005年 GDP（万 亿美元） 中国 全球 中国占 全球的%
v v
2009年 单位GDP能 耗（吨标煤/ 万美元） 10.056 3.4270 2.9343 GDP（万 亿美元） 4.909 58.133 8.44 总能耗（亿 吨标煤） 31.10 159.49 19.50 单位GDP能 耗（吨标煤 /万美元） 6.335 2.744 2.309:1
5
所采用的电力折 标系数
0.3433
0.3245
0.3245
0.3657
日本钢铁生产工序节能与能源消费量的关系及2010年目标值
1970年代 1980年代 1990年代 2000年代
工序连续化/工序省略（CC、CAPL） 引入大型余热回收设备（TRT、CDQ） 强化煤气回收®加热炉不用油
增能（高附加值、环境对策等） 加大余热回收、设备高效化 扩大弱粘结煤比例（PCI、煤调湿） 资源再循环（废塑料、废轮胎等） ③喷吹废塑料等
美国
俄罗斯
注：以日本吨钢能耗为100%。数据来源：日本钢铁协会（ISIJ）
14
2. 充分有效的煤气转换，提高能源使用效率
转炉煤气～ 80m3/t钢
～75%CO，～ 17%CO2 热值：~2000 kcal/m3
焦炉煤气
400m3/t焦
高炉煤气 1600m3/t铁
～25%CO，～ 20%CO2 热值：~800 kcal/m3
发展低碳 绿色钢铁
Байду номын сангаас节能
节能压力 越来越大
2009-2010年钢协会员企业各工序能耗未达标情况
500 450 国家限额标准限定值 2009年未达标率 400 350 300 250 200 155 150 100 50 0 7.4 5.7 56 13.6 0 7.1 0 26.9 20.3 92 27.6 45.5 40 30 20 10 2010年前三季未达标率 55.6 446 68.1 70 60 80
9
焦化
烧结
炼铁
转炉炼钢
电炉炼钢
如何“进一步降低”能耗？
一． 能源管理工作 重点是加强能源管理体系建设
1.
强化对钢铁行业功能的再认识 产品制造；能源转化；社会大宗废弃物的消纳
2. 3.
进行能源初始状况评价（能源因素辨识、能源规划） 考虑与现有经营管理体系的结合 三流一态（物质流、能源流、价值流和设备运行态）管控；
回收能 6.7 20 20 10 27
②余热回收发电
能源消费
10
100
67 43
①工序连续化
1973年
1980年
1990年
2000年
2010年
6
净消费
50
50
总消费
各种重大技术措施节能效果
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 CDQ TRT 转炉煤气回收技术 蓄热式轧钢加热炉技术 铸坯热送热装技术 CMC 烧结矿显热回收 转炉低压饱和蒸汽发电 能源管理中心 节能技术 节能效果 平均每熄1t焦炭可回收4.5 MPa、450 ℃（或9.8Mpa、540 ℃）蒸汽 0.50 t左右 每吨铁可发电约30kWh，最高可回收电力约54 kWh/t 若吨钢煤气回收量达到80 Nm3/t，可降低吨钢能耗约23 kgce/t 降低工序能耗约18 kgce/t 相对冷装，当热装温度高于600℃时，可节约能源12 kgce/t左右 如果把装炉煤水分从11%降至6%，则吨焦可节约14 kgce/t焦左右 可回收余热蒸汽约100 kg/t烧结矿 吨钢回收电力近15 kWh 全企业节能3%，折合22kgce/t钢左右
4. 5. 6.
管理与技术并重（节能技术攻关），工序与介质并举 加强三级能源计量网建设 能源中心建设和认证审核（能源体系思想明确）
10
二． 技术节能思考 以高炉-转炉联合流程为例
理论最低能耗：331/0.95+193.4=552kgce/t材（以电力折换系数约0.35计算） 国际钢铁界以吨钢总能耗20GJ（683.4kgce）为标准合理耗能（1GJ=34.17kgce） 其中还原反应理论能耗：331kgce/t铁 生产过程耗能：193.4kgce/t材 煤气及余热余能：490kgce/t材
v
工信部节能司介绍，全国工业能耗约占全国总能耗的70%，其中钢铁工业占全国的 16.1%。据此估计，2010年我国钢铁工业总能耗约为5.13亿吨标煤，创造价值约为 3.57万亿（8.9%GDP）；
v
日本2010年总能耗6.6亿吨标煤，创造GDP5.4742万亿美元（36.4034万亿人民币） ，与日本比较，我国钢铁能耗约为日本全国能耗的77.7%，创造的GDP约为日本的 9.8%；
2007年我国年产500万吨以上钢铁企业与国外差距
国家或企业 吨钢综合能耗 kgce (GJ) POSCO 733 (21.45) 新日铁 NSC 740 (21.68) JFE 785 (23.4) 阿- 米 (巴西) 703 (20. 58) 蒂森 600 (17.57) 0.3143 （只计算到 热轧，加冷 轧为624 kgce/t） 中国 728 (21.31) 按GB2589-2008通 则：电力折标系数 为：“当年火电发 电煤耗”调整为 0.334
（理论）节能潜力：683.4－552=131.4 kgce/t材 （理论）CO2最低排放：3.05× 131.4≈400kg CO2 /t材）
（不考虑煤气®CO ® CO2二次燃烧排放）
11
技术节能的发展方向
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
淘汰低效的冶金流程和全部装备 充分有效的煤气转换，提高能源使用效率 重视余热余能的回收应用 提高各类冶金设备的效率和能源利用效率 系统节能和循环经济、低碳经济相结合 非化石能源的积极应用 逐步发展电炉流程和非高炉炼铁流程 ……
国家对钢铁行业实行能 源消费总量控制，“十二五” 期间钢铁行业主要生产工序
未达标率，%
各 工 序 能 耗 标 准 限 定 值 ， kg ce /t
50
能耗若达到限额标准的目标 值，主要钢铁企业吨钢综合 能耗的平均值可能要低于 580~590kgce/t，比2010年只 能降低3~5%，与国家要求差 距较大。
生产一吨焦炭产生的焦炉煤气 (H2%+CO%)≈60%可用于
G
加热 2.485MWh
发电 0.895MWh (h=35%)
制氢 365m 3 (STP)
制甲醇 295 kg
7
“十一五”期间重点大中型钢铁企业主要节能技术节能潜力
CDQ
煤调湿
烧结余 热回收
TRT
转炉煤 气回收
综合能 源管理
合计
2005~2007 年节能量（ 万tce） 2008~2010 年节能量（ 万tce） 合计（万 tce）
66.83
-
26.16
84.14
109.8
44
330.93
182.7
13.9
12
1. 淘汰低效的冶金流程和全部装备
落后装备与大型设备有关指标比较
主要指标 1.能源消耗 吨铁工序能耗 吨铁入炉焦比 吨铁喷煤比 吨钢耗电 2.环保指标 吨铁烟粉尘排放量 吨铁 SO2 排放量 环保资源利用投资比重 3.资源综合利用 TRT 发电 吨钢煤气回收量 吨钢消耗金属料 炉容小时耗新水 吨铁土地利用率 4.质量和效率 人均铁产量 吨铁制造成本 （不含环保等费用） 一级品率 t/人.年 元/吨 % 4400 1600 86 16300 1550 98 -11900 50 -12 -73.01 3.23 -12.24 kWh/t m /t kg/t m /t m /t
kgce/t kgce/t kg/t kWh/t kg/t kg/t %
13
应淘汰能耗过高的设备
180 160 140
主要产钢国平均吨钢能耗值的相对比较
中国应淘汰, 160
美国, 120
俄罗斯, 125
120
日本, 100 韩国, 105
欧盟, 110
中国大中型, 110
100 80 60
日本 韩国 欧盟 中国大中型 中国应淘 汰设备
总能耗（亿 吨标煤） 22.4682 153 14.685
2.2341 44.6454 5.004
2010年比2005年总能耗增加37%，我国人均能耗消费超过美国。人均CO2排放达5吨/人·年，占全球新 增CO2排放的50%。 2010年GDP为6.0528万亿美元，约占全球60万亿美元的10%；总能耗32.5亿吨标煤，单位GDP能耗 为5.369吨标煤/万美元。
10 %CO，25%CH4，55%H2 热值：~4000 kcal/m3
n
大量的高炉煤气、焦炉煤气在炼铁系统没有充分有效利用是碳排放大的主要原因；低 品质过剩煤气用于发电，其能效只有20%左右；高炉炼铁能效60%左右。
15
冶金过程能源：
• • 一次能源：煤炭、石油、天然气
• 外部电力来源本属二次能源，但在冶金算一次能源。