熊 超,史君杰

(冶金工業(yè)規(guī)劃研究院，北京 100013)

引言

鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，同時也是能源消耗大戶。我國鋼鐵工業(yè)在節(jié)能方面取得了巨大進(jìn)步，提前完成“十三五”能耗指標(biāo)下降任務(wù)，但仍然存在生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)不合理、不同企業(yè)之間節(jié)能管理水平差距大、節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新難等問題，依然存在節(jié)能潛力。

我國鋼鐵生產(chǎn)主要以長流程為主，作為一個高溫化學(xué)、物理反應(yīng)，其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量余熱余能資源，具有較高的回收利用價值。余熱余能目前最主要的利用方式仍是發(fā)電。提高自發(fā)電率是企業(yè)節(jié)能減排、實施低成本制造的有效手段，自發(fā)電率可以用來評價行業(yè)或企業(yè)的節(jié)能減排工作。

鋼鐵工業(yè)近年來自發(fā)電水平提高很快，但仍有較大潛力。根據(jù)殷瑞鈺院士提出的鋼鐵“三大功能”理論，即“產(chǎn)品制造功能、能源轉(zhuǎn)換功能和廢棄物消納處理功能”，在未來循環(huán)經(jīng)濟(jì)中，鋼鐵可以發(fā)揮更為重要的作用，鋼鐵聯(lián)合企業(yè)完全可以做到“只買煤，不買電”。據(jù)理論計算，無焦化的鋼鐵企業(yè)自發(fā)電率可以做到80%，有焦化的可以做到110%。這幾年不少先進(jìn)企業(yè)的成功經(jīng)驗已證明這是有可能實現(xiàn)的目標(biāo)。

2018 年我國鋼鐵行業(yè)自發(fā)電率49%，構(gòu)建余熱余能自發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)體系，有利于進(jìn)一步規(guī)范并提高鋼鐵節(jié)能發(fā)電技術(shù)水平，統(tǒng)一自發(fā)電計算口徑及計算方法，客觀比較查找企業(yè)之間自發(fā)電水平存在的差距，進(jìn)而合理評價節(jié)能工作水平，促進(jìn)行業(yè)節(jié)能減排。

1 鋼鐵余熱余能利用概況

鋼鐵生產(chǎn)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，目前生產(chǎn)每噸鋼產(chǎn)生8～9 GJ余熱余能資源，主要分為副產(chǎn)煤氣、固體余熱、排氣余熱及廢汽廢水余熱。

目前鋼鐵余熱余能除加熱燃料、生產(chǎn)預(yù)熱外，最經(jīng)濟(jì)的利用方式是外供周邊；但多數(shù)鋼鐵企業(yè)周邊沒有煤氣、蒸汽用戶，因此通過能源轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電力，成為鋼鐵企業(yè)余熱余能的主要利用方式，自發(fā)電率也成為衡量企業(yè)節(jié)能水平的關(guān)鍵指標(biāo)。鋼鐵余熱余能發(fā)電方式主要包括煤氣發(fā)電、TRT發(fā)電、燒結(jié)余熱發(fā)電、干熄焦發(fā)電、全廠蒸汽發(fā)電等。

鋼鐵煤氣發(fā)電有燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（CCPP）和鍋爐發(fā)電兩種方式。CCPP機(jī)組具有較高發(fā)電效率，但投資較大及維護(hù)費用較高，逐步被高參數(shù)鍋爐發(fā)電機(jī)組取代。鋼鐵企業(yè)近些年主動淘汰中、低參數(shù)機(jī)組，集中煤氣資源建設(shè)高溫超高壓、超高溫超高壓、超高溫亞臨界機(jī)組，獲得了較大效益。高參數(shù)機(jī)組在小型化方面有了較快的發(fā)展，為在中小型鋼鐵企業(yè)中推廣創(chuàng)造了條件。

我國高爐余壓利用裝置的配備率已經(jīng)很高，未配置相關(guān)設(shè)備的高爐均為早期建成的小型高爐，由于限制類高爐需限期升級為允許類，隨著近年來產(chǎn)能置換工作的深度開展，加之高爐節(jié)能降本工作的倒逼，預(yù)計未來幾年高爐余壓利用裝置的配備率可以達(dá)到100%，下一步的發(fā)展趨勢主要集中在如何提高余壓回收效率。我國燒結(jié)機(jī)裝備不斷大型化，新建裝備中360 m2及以上大型燒結(jié)機(jī)成為主流，隨著淘汰落后進(jìn)程加快，大型燒結(jié)機(jī)、大型密閉性環(huán)冷機(jī)的比例和產(chǎn)能占比將繼續(xù)提升，燒結(jié)余熱發(fā)電的潛在裝機(jī)總量預(yù)計在2500 MW以上。

我國已擁有投產(chǎn)干熄焦裝置274 套，全國焦化干熄焦率已達(dá)到51%，下一步大型化、改善干熄焦效率、推進(jìn)全干熄將是主要趨勢。全廠蒸汽發(fā)電大多采用軋鋼加熱爐及轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽作為熱源，部分企業(yè)燒結(jié)、焦?fàn)t沒有配套燒結(jié)余熱發(fā)電、干熄焦發(fā)電，而將余熱蒸汽送至全廠蒸汽余熱發(fā)電機(jī)組集中發(fā)電。蒸汽集中利用發(fā)電主要有飽和蒸汽發(fā)電、過熱蒸汽發(fā)電及螺桿發(fā)電等三種方式。

2018 年全國粗鋼產(chǎn)量為92826.4 萬t，年電力消費量4195.75 億kWh，平均噸鋼耗電量452 kWh/t，利用余熱余能自發(fā)電量約2070億kWh，自發(fā)電率達(dá)到49%。

2 余熱余能自發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)體系主要內(nèi)容

鑒于目前鋼鐵行業(yè)提高能源利用水平的需要，冶金工業(yè)規(guī)劃研究院提出建立鋼鐵行業(yè)余熱余能自發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)體系，立項并研制一系列相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以期規(guī)范并提高鋼鐵節(jié)能發(fā)電技術(shù)水平，統(tǒng)一自發(fā)電計算口徑及計算方法，客觀比較查找企業(yè)之間自發(fā)電水平存在的差距，進(jìn)而合理評價節(jié)能工作水平，促進(jìn)行業(yè)節(jié)能減排。主要內(nèi)容見表1所示。

表1 鋼鐵行業(yè)余熱余能自發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)體系

3 《鋼鐵企業(yè)余熱余能自發(fā)電率評價導(dǎo)則》（2019-0389T-YB）介紹

鋼鐵行業(yè)中企業(yè)結(jié)構(gòu)類型、生產(chǎn)方式、裝備水平、企業(yè)工序流程范圍有差異，企業(yè)在自發(fā)電率的對標(biāo)交流中時常困惑不可比性，都期待行業(yè)對于自發(fā)電率有統(tǒng)一的計算口徑及計算方法。因此行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼鐵企業(yè)余熱余能自發(fā)電率評價導(dǎo)則》（2019-0389T-YB）的制定具有重要的意義，本標(biāo)準(zhǔn)目前已經(jīng)完成了草案，以下為標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容。

3.1 范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鋼鐵企業(yè)余熱余能自發(fā)電率的計算方法及評價程序。本標(biāo)準(zhǔn)適用于鋼鐵企業(yè)余熱余能自發(fā)電率的評價工作。

3.2 評價原則

（1）余熱余能自發(fā)電率的評價指標(biāo)應(yīng)科學(xué)、有效，具有可操作性。

（2）余熱余能自發(fā)電率的評價在行業(yè)內(nèi)的企業(yè)之間具有可比性。

（3）余熱余能自發(fā)電率的評價應(yīng)采用一個整年為周期的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)為評價依據(jù)。

3.3 自發(fā)電率影響因素

自發(fā)電率影響因素見表2。

表2 自發(fā)電率影響因素

3.4 自發(fā)電率計算方法

3.4.1 一般規(guī)定

（1）為了統(tǒng)一口徑，流程結(jié)構(gòu)方面作出以下規(guī)定：

——鐵鋼比0.83；

——焦鋼比0.4；

——電爐鋼比例10%。

（2）從工序上只到熱軋工序，不包括冷軋及深加工工序。冷軋及深加工工序的用電不計入，耗用的煤氣、蒸汽可折算為發(fā)電量進(jìn)入計算。

（3）若制氧工序外委，鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)供的電力需要計入。

（4）外銷煤氣、蒸汽，折算為發(fā)電量。

（5）購入天然氣，折算為發(fā)電量進(jìn)行抵扣。

（6）汽動鼓風(fēng)等蒸汽拖動耗用蒸汽折算成發(fā)電量。

3.4.2 計算方法

（1）自發(fā)電率基準(zhǔn)值

自發(fā)電率基準(zhǔn)值根據(jù)式（1）計算：

式中：SGR1——自發(fā)電率基準(zhǔn)值（%）；

SG——自發(fā)電量（104kWh）；

SC——發(fā)電機(jī)組自耗電（104kWh）；

EC——全廠總用電量（104kWh）。

（2）自發(fā)電率折算值

自發(fā)電率折算值根據(jù)式（2）計算：

式中：SGR2——自發(fā)電率折算值（%）；

SG——自發(fā)電量（104kWh）；

SC——發(fā)電機(jī)組自耗電（104kWh）；

EC——全廠總用電量（104kWh）；

SG1——外調(diào)煤氣（包括外賣、制氫、制化產(chǎn)、供冷軋等）折算成電量（104kWh）；

SG2——外調(diào)蒸汽（包括供汽動鼓風(fēng)等蒸汽拖動）折算成電量（104kWh）；

SG3——購入天然氣折算成電量（104kWh）。

4 鋼鐵提升自發(fā)電率技術(shù)

焦化工序：煤調(diào)濕技術(shù)、熱管式余熱鍋爐技術(shù)、焦?fàn)t荒煤氣上升管余熱回收技術(shù)、干熄焦技術(shù)、焦?fàn)t加熱優(yōu)化控制系統(tǒng)技術(shù)；

燒結(jié)工序：降低燒結(jié)漏風(fēng)率技術(shù)、燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱回收利用技術(shù)、燒結(jié)煙氣循環(huán)利用技術(shù)、燒結(jié)機(jī)大煙道余熱回收、燒結(jié)余熱能量回收驅(qū)動技術(shù)（SHRT）；

球團(tuán)工序：球團(tuán)廢熱循環(huán)利用技術(shù)；

高爐工序：高爐爐頂煤氣干式余壓發(fā)電（TRT）、高爐BPRT 技術(shù)、熱風(fēng)爐蓄熱體高輻射覆層技術(shù)、高爐渣余熱回收利用、爐頂均壓煤氣回收、高爐熱風(fēng)爐雙預(yù)熱技術(shù)；

煉鋼工序：轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收技術(shù)、轉(zhuǎn)爐煙氣汽化煙道后余熱回收技術(shù)、鋼水真空循環(huán)脫氣工藝干式（機(jī)械）真空系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)、鋼渣熱悶余熱回收技術(shù)、鋼包蓄熱式烘烤技術(shù)、鋼包加蓋及新型耐火材料應(yīng)用、電爐煙氣余熱回收技術(shù)；

軋鋼工序：低溫軋制、在線熱處理、蓄熱式燃燒技術(shù)、加熱爐汽化冷卻技術(shù)、加熱爐黑體強(qiáng)化輻射節(jié)能技術(shù)、加熱爐富氧燃燒技術(shù)、加熱爐煙氣余熱回收利用技術(shù)、連鑄坯熱裝熱送技術(shù)、免加熱軋制技術(shù)；

能源動力工序：高參數(shù)全燃煤氣鍋爐-蒸汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)、屋頂光伏發(fā)電技術(shù)、能源管理中心及優(yōu)化調(diào)控技術(shù)、余熱回收發(fā)電技術(shù)、余熱發(fā)電汽輪機(jī)冷端優(yōu)化技術(shù)、空壓機(jī)管理控制系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)、水泵整流節(jié)能裝置技術(shù)；

系統(tǒng)節(jié)電技術(shù)：高壓變頻調(diào)速技術(shù)、無功就地補(bǔ)償技術(shù)、電力需求側(cè)管理平臺、電網(wǎng)升級改造智能化控制管理。

5 結(jié)論與建議

綜上，鋼鐵行業(yè)余熱余能自發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)初步建立，正在不斷完善過程中。

目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼鐵行業(yè)電力需求側(cè)管理平臺管理規(guī)范》（2016-1679T-YB）、《鋼鐵行業(yè)電力需求側(cè)管理平臺技術(shù)規(guī)范》（2016-1680T-YB）已經(jīng)報批待發(fā)布?！朵撹F余熱資源綜合梯級利用導(dǎo)則》（2017-0423T-YB）、《鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣發(fā)電技術(shù)規(guī)范》（2017-1318T-YB）已經(jīng)審定通過即將報批?！朵撹F企業(yè)余熱余能自發(fā)電率評價導(dǎo)則》（2019-0389T-YB）、《鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣發(fā)電設(shè)計規(guī)范》（2019-0391TYB）、《鋼鐵行業(yè)余熱發(fā)電汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)規(guī)范》（2018-0455T-YB）、《鋼鐵行業(yè)電能質(zhì)量優(yōu)化要求與方法》（2017-1284T-YB）已經(jīng)完成完成草案，正在研究制訂過程中。

目前我國鋼鐵行業(yè)平均自發(fā)電率為49%，隨著發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步以及企業(yè)節(jié)能意識不斷提高，目前各企業(yè)的自發(fā)電水平不斷提高。

建議廣大鋼鐵企業(yè)積極參與余熱余能自發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建工作，參加行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼鐵余熱資源綜合梯級利用導(dǎo)則》，系統(tǒng)梳理企業(yè)可利用、已經(jīng)利用及未利用的余熱余能資源，依據(jù)梯級利用的用能原則提高能源利用效率。參加《鋼鐵企業(yè)自發(fā)電率評價導(dǎo)則》，與行業(yè)對標(biāo)要不局限于工序能耗層面，對企業(yè)能源利用的重要指標(biāo)——自發(fā)電率，進(jìn)行科學(xué)計算與對標(biāo)，促進(jìn)企業(yè)提高自發(fā)電率，降低能源成本。參加《鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣發(fā)電技術(shù)規(guī)范》《鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣發(fā)電設(shè)計規(guī)范》《鋼鐵行業(yè)余熱發(fā)電汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)規(guī)范》，對現(xiàn)有和擬建發(fā)電技術(shù)按照高標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提高發(fā)電效率和運(yùn)行穩(wěn)定性。參加《鋼鐵行業(yè)電力需求側(cè)管理平臺管理規(guī)范》《鋼鐵行業(yè)電力需求側(cè)管理平臺技術(shù)規(guī)范》《鋼鐵行業(yè)電能質(zhì)量優(yōu)化要求與方法》，合理建設(shè)并管理電力需求側(cè)管理平臺，提高企業(yè)電能使用效率，實現(xiàn)電能質(zhì)量優(yōu)化。

各企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身條件，找差距，定措施，特別要在分布式能源梯級利用、優(yōu)化煤氣發(fā)電機(jī)組配置、推廣應(yīng)用節(jié)能節(jié)電技術(shù)方面采取措施，切實提高自發(fā)電水平，相關(guān)管理部門也需要不斷完善政策，給余熱余能發(fā)電創(chuàng)造有利條件。