范鐵軍：“雙碳”目標下我國鋼鐵能源轉型變革之路

 

從“十五”開始進入二次能源“利用”階段，鋼鐵行業(yè)開始大力推廣應用“三干、三利用”節(jié)能減排新技術，“三干”即干熄焦、高爐干法除塵、轉爐干法除塵；“三利用”即可燃氣體、工業(yè)用水和工業(yè)廢棄物的全面回收和綜合利用。在《冶金流程工程學》的指引下，我國鋼鐵企業(yè)開始關注鋼鐵制造流程“能源轉換功能”的開發(fā)，這個階段更加注重實現(xiàn)系統(tǒng)能源效率的最大化，逐步推進實現(xiàn)從單體工序節(jié)能向系統(tǒng)節(jié)能的真正轉變。

 

鋼鐵生產消耗的一次能源中約40%以某種形式的熱能釋放出，其溫度上至1500℃，下至近于環(huán)境溫度的廣泛范圍，主要分為副產煤氣、排氣余熱、固體余熱及廢汽廢水余熱：副產煤氣包括高爐煤氣、焦爐煤氣及轉爐煤氣，一般歸為余能，但其顯熱及壓力能屬于余熱；排氣余熱多為爐窯排出廢氣帶走的熱，占余熱資源總量的一半左右，溫度范圍為250℃～1000℃；固體余熱包括燒結礦、紅焦炭、高爐渣、轉爐渣及鑄坯等，一般在500℃以上；廢汽廢水余熱包括蒸汽冷凝水、鍋爐汽包的排污水（90℃～100℃）、高爐沖渣水（70℃～90℃）等。可以說，鋼鐵工業(yè)的二次能源是一座巨大的寶藏庫，亟待開發(fā)利用。

 

在此期間，隨著副產煤氣發(fā)電、TRT（BPRT）、燒結余熱發(fā)電、干熄焦等余熱余能利用技術廣泛應用，鋼鐵企業(yè)煤氣損失率逐年降低、自發(fā)電比例不斷提高，鋼鐵工業(yè)二次能源利用取得顯著進步。副產煤氣是利用相對較好的二次能源，副產煤氣除供應生產系統(tǒng)外，富余的被送至煤氣電廠轉化為電力。得益于發(fā)電技術進步，目前高參數(shù)煤氣發(fā)電機組的效率超過40%，重點大中型鋼鐵企業(yè)余熱余能自發(fā)電率超過53%。重點大中型鋼鐵企業(yè)噸鋼轉爐煤氣回收量平均值達到117m3，TRT（BPRT）配備率達99%以上，干熄焦配備率達93%以上，同時擁有世界上最大單機低熱值燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，超臨界煤氣發(fā)電、燒結余熱回收利用技術、飽和蒸汽發(fā)電技術等已經處于世界領先水平。

 

鋼鐵二次能源利用也存在一些尚未解決的問題，包括余熱余能的回收往往重視回收輕視利用效率，能源介質長距離輸送，煤氣及蒸汽存在階段性不平衡及耦合利用方面仍有提升潛力，部分耗能設備介質使用沒有做到能級匹配和溫度對口，熔融鋼渣余熱等中低溫余熱尚未利用等。目前，焦化燃燒室排煙余熱、燒結余熱、高爐余熱、轉爐煉鋼余熱、電爐余熱、軋鋼加熱爐煙氣余熱等余熱資源，溫度相對較低，流量波動較大。對于余熱資源波動問題，多數(shù)企業(yè)設置蒸汽蓄熱器來解決，但效果仍不理想。鋼鐵企業(yè)的蒸汽需求量較少，只能產生低品位飽和蒸汽用于發(fā)電，效率較低。鋼鐵二次能源“利用”示意圖見圖1。

 

圖1鋼鐵二次能源“利用”示意圖

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