關(guān)鍵詞：鋼鐵制造流程；系統(tǒng)節(jié)能；能效；物質(zhì)流；能量流

0 前言

資源、能源和環(huán)境污染問題已成為制約世界鋼鐵業(yè)，尤其是中國鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要問題，引起了國內(nèi)外重點(diǎn)關(guān)注。2020年，中國粗鋼產(chǎn)量達(dá)到10.65億t，占世界粗鋼產(chǎn)量的56.76%。中國鋼鐵行業(yè)繁榮發(fā)展的同時(shí)也帶來了資源和能源消耗量大、CO2排放高、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。鋼鐵行業(yè)的能源消耗約占全國能源消耗總量的13%，用水量占全國工業(yè)總用水量的14%左右，碳排放量占全國碳排放總量的15%左右，是碳排放量最高的制造業(yè)行業(yè)，節(jié)能減排任務(wù)艱巨。特別是在“能耗總量和強(qiáng)度‘雙控’”、“超低排放”、“碳達(dá)峰”和“碳中和”等多重目標(biāo)約束下，鋼鐵行業(yè)如何實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展成為當(dāng)下的重要任務(wù)。

眾所周知，提高生產(chǎn)過程能效，節(jié)約能源是降低生產(chǎn)成本和碳排放的重要措施。針對(duì)系統(tǒng)節(jié)能研究，Ronghwa W等提出研究鋼鐵企業(yè)能源問題應(yīng)當(dāng)采用系統(tǒng)分析方法把各個(gè)設(shè)備、生產(chǎn)工序及各個(gè)工廠的能源生產(chǎn)和使用聯(lián)系起來，分析整個(gè)系統(tǒng)的能源消耗。Elbling P指出，研究鋼鐵企業(yè)能源問題應(yīng)借助于能源系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)能源的最優(yōu)分配。Larsson M等建立了系統(tǒng)集成模型，分析了瑞典SSAB鋼鐵企業(yè)能源使用和對(duì)環(huán)境的影響。中國鋼鐵制造流程的節(jié)能經(jīng)歷了從20世紀(jì)80年代的單體設(shè)備節(jié)能及相應(yīng)的系統(tǒng)節(jié)能、90年代的工序取代和流程結(jié)構(gòu)優(yōu)化的系統(tǒng)節(jié)能，到進(jìn)入21世紀(jì)以來的深化系統(tǒng)節(jié)能的發(fā)展階段，即充分發(fā)揮鋼鐵制造流程的能源轉(zhuǎn)換功能，推動(dòng)能量流網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，達(dá)到更高層次的系統(tǒng)節(jié)能。

本文圍繞系統(tǒng)節(jié)能理論與方法、冶金流程工程學(xué)理論，從多個(gè)層次、多個(gè)角度分析了鋼鐵制造流程系統(tǒng)節(jié)能的進(jìn)展和發(fā)展方向，并給出在系統(tǒng)節(jié)能理論指導(dǎo)下企業(yè)能效提升的途徑，旨在為新形勢下企業(yè)開展系統(tǒng)節(jié)能、減排工作提供理論依據(jù)和分析工具，同時(shí)為中國鋼鐵工業(yè)綠色化、智能化發(fā)展提供新思路、新方向。

1 中國鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排現(xiàn)狀

中國鋼鐵工業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整、工藝裝備大型化、節(jié)能減排技術(shù)普及應(yīng)用等方面開展了大量卓有成效的工作，節(jié)能取得較大進(jìn)步。

1.1 中國鋼鐵工業(yè)鋼產(chǎn)量變化

中國鋼鐵工業(yè)粗鋼產(chǎn)量從1996年首次突破1億t后，已連續(xù)25年穩(wěn)居世界第一，2020年更是達(dá)到10.65億t，占世界粗鋼產(chǎn)量的56.76%（圖1）。由圖1可知，中國鋼鐵產(chǎn)量主要來自高爐-轉(zhuǎn)爐流程，比例約占90%，而電爐鋼比例遠(yuǎn)低于日本、美國等國家，具有較大的增長空間。

1.2 中國鋼鐵工業(yè)節(jié)能進(jìn)程

隨著鋼產(chǎn)量的快速增長，鋼鐵工業(yè)的能耗總量也隨之增長，2018年中國鋼鐵工業(yè)能耗占全國能耗的比例約為13%（圖2）。但與鋼產(chǎn)量增長速度相比，鋼鐵工業(yè)總能耗增長率呈下降趨勢，如2018年中國粗鋼產(chǎn)量是2000年的7.2倍，而能耗增長率僅為3.8倍，說明節(jié)能工作得到了重視，但與世界先進(jìn)相比，還有一定差距。

1990-2020年中國鋼鐵工業(yè)噸鋼綜合能耗的變化如圖3所示。全行業(yè)噸鋼綜合能耗從1990年的1.560 t降到2000年的1.180t（截止到2000年，不再統(tǒng)計(jì)整個(gè)行業(yè)的噸鋼能耗，只統(tǒng)計(jì)行業(yè)內(nèi)重點(diǎn)大中型企業(yè)），下降率為24.36%。重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)噸鋼綜合能耗從1990年的1.274 t下降到2005年的0.741 t，下降率為41.84%，因?yàn)檎蹣?biāo)煤系數(shù)變化的影響，致使2005年前后的噸鋼能耗指標(biāo)不可比。其中，重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)噸鋼綜合能耗從2006年的0.645 t下降到2020年的0.545 t，下降率為15.50%。2001-2020年重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)主要生產(chǎn)工序的工序能耗變化見表1，由表1可見，重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)的燒結(jié)、球團(tuán)、焦化、高爐、轉(zhuǎn)爐、電爐、軋鋼等工序的工序能耗均有不同程度的下降。說明隨著鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能減排技術(shù)普及應(yīng)用和能源管理水平的提高，大中型鋼鐵企業(yè)重點(diǎn)工序的工序能耗及噸鋼綜合能耗均取得顯著成效，節(jié)能減排工作取得了較大進(jìn)步。

2 系統(tǒng)節(jié)能研究進(jìn)展及發(fā)展方向

系統(tǒng)節(jié)能是以系統(tǒng)的觀點(diǎn)研究節(jié)能問題，從而達(dá)到所研究對(duì)象的整體節(jié)能，是鋼鐵企業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要內(nèi)容和切入點(diǎn)[19]，也是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營決策的重要輔助工具，更是滿足低碳、綠色、智能和可持續(xù)發(fā)展等新要求的重要手段。

2.1 系統(tǒng)節(jié)能的由來及內(nèi)涵

系統(tǒng)節(jié)能理論的發(fā)展可追溯到20世紀(jì)60年代中期，格林果夫等提出研究爐子節(jié)能要與其前后設(shè)備聯(lián)系起來考慮才能取得綜合的最佳效果，稱之為“爐子泛函理論”；70年代中期，Kellogg提出了計(jì)算產(chǎn)品燃料當(dāng)量的累加法，這些研究為系統(tǒng)節(jié)能理論的形成奠定了良好基礎(chǔ)。20世紀(jì)80年代，東北大學(xué)陸鐘武院士及其同事提出了一系列概念和方法，建立了系統(tǒng)節(jié)能理論和技術(shù)體系，極大地推動(dòng)了中國鋼鐵工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能工作的發(fā)展。早在1981年，陸鐘武院士率先提出載能體概念，認(rèn)為凡是在制備過程中消耗了能量的物體，以及本身能產(chǎn)生能量的物體，都是載能體?；凇拜d能體”和“系統(tǒng)”概念，提出系統(tǒng)節(jié)能思想和方法，即開展節(jié)能工作不僅要節(jié)約能源，還要節(jié)約非能源；既要考慮單體設(shè)備的節(jié)能，又要考慮整體系統(tǒng)的節(jié)能。圍繞鋼鐵生產(chǎn)過程，提出節(jié)能的5個(gè)層次，即設(shè)備零部件、單體設(shè)備、生產(chǎn)車間（工序）、聯(lián)合企業(yè)和冶金工業(yè)，而系統(tǒng)節(jié)能重點(diǎn)研究生產(chǎn)車間、聯(lián)合企業(yè)和冶金工業(yè)的能源利用問題。同時(shí)考慮不同對(duì)象間的關(guān)聯(lián)以及和資源、環(huán)境的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)更高層次的節(jié)能。

2.2 系統(tǒng)節(jié)能的研究進(jìn)展

實(shí)踐表明，掌握系統(tǒng)節(jié)能的基本概念、基本理論和基本方法，是搞好節(jié)能工作的關(guān)鍵。系統(tǒng)節(jié)能的方法有定性和定量兩種研究方法。定性地研究問題時(shí)，只要在熟悉生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，運(yùn)用載能體和系統(tǒng)的觀點(diǎn)，就能確定具體的節(jié)能途徑和措施。定量地研究問題時(shí)，除了掌握定性的研究方法外，還必須掌握運(yùn)籌學(xué)、計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)、系統(tǒng)工程和數(shù)學(xué)規(guī)劃等方面的知識(shí)。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，能源模型化研究越來越得到重視和發(fā)展。所建立的優(yōu)化模型也從簡單的線性規(guī)劃模型、整數(shù)規(guī)劃模型向更復(fù)雜的混合建模發(fā)展。

2.2.1 噸鋼能耗及其影響因素分析

1991年，陸鐘武院士提出了噸鋼能耗的e-p分析法，將影響鋼鐵工業(yè)能耗的因素總結(jié)為各生產(chǎn)工序的鋼比系數(shù)和工序能耗兩大類，成為冶金工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能的長期指導(dǎo)方針。鋼鐵企業(yè)的噸鋼綜合能耗是指企業(yè)在統(tǒng)計(jì)期內(nèi)消耗的能源總量除以同期內(nèi)合格的鋼產(chǎn)量，其計(jì)算式可表達(dá)為所屬各生產(chǎn)工序的工序能耗與鋼比系數(shù)乘積的代數(shù)和，即，e-p分析法

E=Σiei×Ρi（1）

式中：E為噸鋼綜合能耗，kgce/t；ei為各生產(chǎn)工序的工序能耗，kgce/t；pi為各生產(chǎn)工序的實(shí)物產(chǎn)量與鋼產(chǎn)量之比，又稱為鋼比系數(shù)，t/t。

基于式（1），蔡九菊教授將工序能耗變換為工序生產(chǎn)單位產(chǎn)品所直接消耗的能源量與余熱余能回收利用量的差，來分析企業(yè)直接節(jié)能和余熱余能回收的影響。陳光教授進(jìn)一步指出：工序能耗受到原料質(zhì)量、燃料質(zhì)量、產(chǎn)量、產(chǎn)品性能和設(shè)備狀態(tài)等5個(gè)方面影響，從“三流一態(tài)”理論角度總結(jié)了鋼鐵企業(yè)在運(yùn)行階段能耗影響的12個(gè)方面，并給出了節(jié)能途徑。眾多學(xué)者采用噸鋼能耗分析法，分析了中國鋼鐵工業(yè)“六五”以來噸鋼能耗變化量和影響因素，指導(dǎo)了中國鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排工作。

2.2.2 基準(zhǔn)物流圖與動(dòng)態(tài)物質(zhì)流分析法

針對(duì)鋼鐵生產(chǎn)流程物質(zhì)流錯(cuò)綜復(fù)雜的特點(diǎn)，陸鐘武院士及其團(tuán)隊(duì)深入地分析了物質(zhì)流走向和結(jié)構(gòu)與能耗的關(guān)系，創(chuàng)造性地提出了鋼鐵生產(chǎn)的“基準(zhǔn)物流圖”（圖4）、“基準(zhǔn)噸材能耗”和“基準(zhǔn)噸鋼能耗”等概念，建立了分析鋼鐵生產(chǎn)流程各股物質(zhì)流變化對(duì)能耗影響的基本方法，系統(tǒng)節(jié)能理論得到了進(jìn)一步完善。

根據(jù)工業(yè)系統(tǒng)中產(chǎn)品產(chǎn)量隨時(shí)間變化的特點(diǎn)及工業(yè)產(chǎn)品從生產(chǎn)、報(bào)廢到回收再利用的全生命周期過程，陸鐘武院士于2000年提出了具有“時(shí)間概念”的物質(zhì)流分析法。在深入研究國外普遍采用的物質(zhì)流分析方法（MFA）基礎(chǔ)上，于2006年又提出了物質(zhì)流分析的跟蹤觀察法（圖5），極大地豐富了系統(tǒng)節(jié)能理論與方法的知識(shí)體系。

2.2.3 物質(zhì)流與能量流相互關(guān)系及協(xié)同作用

鋼鐵制造流程是一類開放的、非穩(wěn)態(tài)、非平衡、不可逆、具有耗散特征的復(fù)雜大系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)上是物質(zhì)、能量的流動(dòng)過程，各種物料沿著產(chǎn)品生命周期的軌跡流動(dòng)，形成物質(zhì)流；各種能源沿著轉(zhuǎn)換、使用、回收、排放的路徑流動(dòng)，形成能量流。在鋼鐵制造流程中，物質(zhì)流是制造流程中被加工的主體，能量流是推動(dòng)制造加工過程的驅(qū)動(dòng)力，物質(zhì)流和能量流既獨(dú)立又相互聯(lián)系、彼此制約。鋼鐵企業(yè)的物質(zhì)流、能量流貫穿于鋼鐵生產(chǎn)過程和能源轉(zhuǎn)換過程的始終，兩者相互作用，共同決定著企業(yè)的物耗、能耗、碳排放和環(huán)境負(fù)荷。鋼鐵生產(chǎn)流程的準(zhǔn)連續(xù)性/連續(xù)性，實(shí)質(zhì)上是物質(zhì)流在能量流的驅(qū)動(dòng)和作用下，通過制造流程中不同層次的“流程網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的功能，使物質(zhì)流、能量流按特定的運(yùn)行程序協(xié)調(diào)地向時(shí)間軸上耦合。認(rèn)識(shí)物質(zhì)流與能量流相互關(guān)系及協(xié)同作用是做好系統(tǒng)節(jié)能的基礎(chǔ)。

將復(fù)雜的鋼鐵制造流程抽象為物質(zhì)流、能量流流動(dòng)以及物質(zhì)流-能量流的協(xié)同作用過程，也便于發(fā)揮現(xiàn)代鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的產(chǎn)品制造功能、能源轉(zhuǎn)換功能及其廢棄物的消納處理等3大功能，有利于進(jìn)一步挖掘節(jié)能、降耗、減排的潛力并尋求新的節(jié)能突破口。

2.2.4 余熱余能高效回收利用與能效評(píng)價(jià)

高效回收利用余熱資源是鋼鐵工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能的主攻方向，文獻(xiàn)給出了余熱回收的基本原理、評(píng)價(jià)指標(biāo)，并重點(diǎn)分析了典型余熱資源的回收與利用?；诖?，蔡九菊教授等開發(fā)了燒結(jié)過程余熱資源的豎罐式回收裝置與利用方法等余熱余能回收利用技術(shù)。近年來，隨著節(jié)能減排工作的重視，一批先進(jìn)的余熱余能技術(shù)得到研發(fā)和應(yīng)用，有力地促進(jìn)了系統(tǒng)節(jié)能的發(fā)展。

鋼鐵制造流程的系統(tǒng)能效是指某一生產(chǎn)系統(tǒng)投入單位能源所能生產(chǎn)的產(chǎn)品量，可以從強(qiáng)化物質(zhì)流、能量流和排放流的協(xié)同、加強(qiáng)余熱余能利用、構(gòu)建能源管控中心等方面提升系統(tǒng)能效。為了深入分析余熱余能技術(shù)帶來的節(jié)能、減排和經(jīng)濟(jì)性影響，張琦等采用熱力學(xué)第一定律、第二定律建立了能效分析方法和余熱余能分析模型，計(jì)算了不同余熱余能技術(shù)帶來的效果、流程的?損失和?效率等，挖掘了鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排潛力。

2.2.5 鋼鐵流程能量流多尺度建模與分析

殷瑞鈺院士在《冶金流程工程學(xué)》中指出：鋼鐵制造流程動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程的物理本質(zhì)、結(jié)構(gòu)和整體行為，提出“流”和“能量流網(wǎng)絡(luò)”等概念和理論，并指明流程優(yōu)化和重構(gòu)的方向。鋼鐵制造流程是由多個(gè)設(shè)備、工序、多種能源介質(zhì)相互交錯(cuò)的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，將鋼鐵生產(chǎn)過程與能源系統(tǒng)進(jìn)行耦合，不僅能滿足生產(chǎn)安全、高效，又達(dá)到最低能源消耗和排放，是當(dāng)前企業(yè)追求的目標(biāo)，如圖6所示。

在分析企業(yè)能量流運(yùn)行和建模過程中，應(yīng)采用耗散結(jié)構(gòu)理論，系統(tǒng)識(shí)別煤氣、氧氣、蒸汽、電力等能量流的運(yùn)行規(guī)律，科學(xué)地調(diào)控能源生產(chǎn)與使用過程中的“非平衡”問題。同時(shí)，建立多種能源（如煤氣、蒸汽、電力等）耦合優(yōu)化模型能有效解決不同能源介質(zhì)間的關(guān)聯(lián)特性，從而獲得最優(yōu)分配方案，有助于減少煤氣放散、蒸汽排空等浪費(fèi)，提高鋼鐵企業(yè)能源使用效率，降低對(duì)環(huán)境污染（圖7）。

2.3 系統(tǒng)節(jié)能的未來發(fā)展方向

新形勢下，鋼鐵生產(chǎn)流程面臨節(jié)能環(huán)保、低碳、綠色、智能和可持續(xù)發(fā)展等新要求，傳統(tǒng)節(jié)能模式下可挖掘的節(jié)能空間越來越小，需要通過系統(tǒng)節(jié)能的深入研究，推進(jìn)鋼鐵制造流程物質(zhì)流、能量流深度融合和能源精益化管理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)深層次節(jié)能減排、降本增效。

2.3.1 鋼鐵生產(chǎn)流程工序與界面協(xié)同匹配

生產(chǎn)車間（廠）是聯(lián)合企業(yè)這個(gè)系統(tǒng)中的子系統(tǒng)。研究某個(gè)生產(chǎn)車間（廠），實(shí)際上就是研究全流程中的某個(gè)生產(chǎn)工序。系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)重點(diǎn)關(guān)注生產(chǎn)工序之間的協(xié)調(diào)配合、平行作業(yè)設(shè)備群的生產(chǎn)負(fù)荷分配與優(yōu)化運(yùn)行以及生產(chǎn)過程的操作指標(biāo)、工藝參數(shù)及各參數(shù)之間的相互關(guān)系等，這些研究點(diǎn)是全流程系統(tǒng)節(jié)能的基礎(chǔ)，也是重要組成部分。

隨著鋼鐵生產(chǎn)連續(xù)化、緊湊化發(fā)展，主要生產(chǎn)工序之間的銜接、匹配發(fā)生了較大變化，如何優(yōu)化調(diào)控工序之間的界面，如煉鐵-煉鋼界面、煉鋼-連鑄界面和連鑄-熱軋界面等（圖8），是實(shí)現(xiàn)鋼鐵制造流程的穩(wěn)定、協(xié)調(diào)、連續(xù)和緊湊運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)流程結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化的重要措施?！敖缑妗奔夹g(shù)是在單元工序功能優(yōu)化、作業(yè)程序優(yōu)化和流程網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等基礎(chǔ)上開發(fā)出來的工序之間關(guān)系的協(xié)同優(yōu)化技術(shù)，也是系統(tǒng)節(jié)能在工序和工序銜接過程中必須要考慮的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，加強(qiáng)鋼鐵生產(chǎn)流程工序與界面協(xié)同匹配，為企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能減排奠定良好基礎(chǔ)。

2.3.2 加強(qiáng)物質(zhì)流能量流協(xié)同耦合，實(shí)現(xiàn)企業(yè)綠色智能升級(jí)

優(yōu)化鋼鐵制造流程物質(zhì)流、能量流協(xié)同耦合關(guān)系，構(gòu)建全面反映企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)流程的物質(zhì)流、能量流及其耦合模型（圖9），合理調(diào)配能源供需關(guān)系，提升鋼鐵制造流程綜合能效水平，降低污染物排放，逐步實(shí)現(xiàn)從工序節(jié)能到系統(tǒng)節(jié)能的真正轉(zhuǎn)變。同時(shí)，挖掘物質(zhì)流、能量流網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)運(yùn)行特性，加強(qiáng)“信息化和工業(yè)化”兩化深度融合，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的精細(xì)化管理，提升能源管控系統(tǒng)的智能化水平。

通過物質(zhì)流、能量流、信息流的協(xié)同耦合，逐步形成以系統(tǒng)高效運(yùn)行為基礎(chǔ)，以系統(tǒng)節(jié)能為目標(biāo)，協(xié)同推進(jìn)物質(zhì)流與能量流網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)智能化管控，推動(dòng)鋼鐵制造流程實(shí)現(xiàn)綠色化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)（圖10）。

2.3.3 構(gòu)建生態(tài)鏈接體系，實(shí)現(xiàn)全行業(yè)低碳綠色發(fā)展

陸鐘武院士在《工業(yè)生態(tài)學(xué)》中指出，要把工業(yè)系統(tǒng)同其周圍的環(huán)境協(xié)調(diào)起來，而不是把它看成孤立于環(huán)境之外的獨(dú)立系統(tǒng)。要求人們盡可能優(yōu)化物質(zhì)的整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，從原料到制成的材料、零部件、產(chǎn)品直到最后的廢棄物，各個(gè)環(huán)節(jié)都要盡可能優(yōu)化。鋼鐵行業(yè)作為能源密集型行業(yè)，其低碳、綠色發(fā)展是實(shí)現(xiàn)國家碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)以及建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的重要生產(chǎn)部門之一，構(gòu)建鋼鐵、化工、建材、電力等行業(yè)的工業(yè)生態(tài)鏈接系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)部門低碳、綠色、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵突破口。

積極推動(dòng)鋼鐵上下游工序與相關(guān)行業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，制定碳中和技術(shù)路線圖（圖11），實(shí)現(xiàn)高效、清潔、低碳、循環(huán)綠色發(fā)展。同時(shí)，隨著可再生能源廉價(jià)制氫的發(fā)展，構(gòu)建以氫冶金為核心的鋼鐵、化工、電力等聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，通過“以氫固碳”實(shí)現(xiàn)鋼鐵、化工、電力生產(chǎn)大規(guī)模減少CO2排放，早日實(shí)現(xiàn)國家碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)。

3 系統(tǒng)節(jié)能理論指導(dǎo)下的鋼鐵企業(yè)能效提升

3.1 系統(tǒng)剖析生產(chǎn)能效及其影響因素，挖掘節(jié)能減排潛力

從設(shè)備、工序、流程到系統(tǒng)全面剖析能效及其影響因素，重點(diǎn)加強(qiáng)生產(chǎn)工藝設(shè)備、流程改造與優(yōu)化、余熱余能回收與利用技術(shù)推廣，實(shí)現(xiàn)單體設(shè)備節(jié)能；在系統(tǒng)節(jié)能理論指導(dǎo)下，強(qiáng)化能源轉(zhuǎn)換過程、開展能量流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，提升工序及“界面”間的協(xié)調(diào)匹配，實(shí)現(xiàn)能源精細(xì)化管理，挖掘企業(yè)節(jié)能減排潛力，全面提高系統(tǒng)能效。

3.2 協(xié)同耦合物質(zhì)流與能量流，實(shí)現(xiàn)能源高效轉(zhuǎn)換與利用

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)質(zhì)上是物質(zhì)、能量以及相應(yīng)信息的流動(dòng)/轉(zhuǎn)換過程，構(gòu)建具有時(shí)間概念的物質(zhì)流、能量流及其耦合模型，開發(fā)“界面”技術(shù)，合理調(diào)配能源需求與供應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)物質(zhì)流與能量流協(xié)同耦合的有效途徑。鋼鐵實(shí)際生產(chǎn)過程中，能量流和物質(zhì)流時(shí)分時(shí)合、時(shí)冷時(shí)熱，均在不斷地發(fā)生著耗散，因此需要合理地協(xié)同優(yōu)化物質(zhì)流與能量流才能實(shí)現(xiàn)耗散最小、能效最大。用“非平衡”的觀點(diǎn)和方法研究能源介質(zhì)的運(yùn)行管理，做到按質(zhì)用能、溫度對(duì)口、梯級(jí)利用，科學(xué)調(diào)控能源生產(chǎn)與使用過程，從而實(shí)現(xiàn)能源高效轉(zhuǎn)換與系統(tǒng)節(jié)能。

3.3 構(gòu)建能源精益化運(yùn)行體系，加快綠色化、智能化協(xié)同發(fā)展

挖掘物質(zhì)流、能量流網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性，以系統(tǒng)高效運(yùn)行為基礎(chǔ)，以系統(tǒng)節(jié)能為目標(biāo)，構(gòu)建“三流一態(tài)”為核心的能源精益化運(yùn)行體系，發(fā)揮智慧化能源管控系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)整體效益最大化。同時(shí)，加快鋼鐵行業(yè)流程結(jié)構(gòu)優(yōu)化和低碳、綠色技術(shù)研發(fā)，以清潔生產(chǎn)為基礎(chǔ)，全面實(shí)現(xiàn)鋼鐵產(chǎn)品制造、能源轉(zhuǎn)換、廢棄物處理-消納和再資源化等功能，實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)綠色化、智能化協(xié)同發(fā)展。

4 結(jié)論

（1）系統(tǒng)節(jié)能理論與方法在中國鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排過程中發(fā)揮了重要作用。系統(tǒng)節(jié)能是更高層次上的節(jié)能，該方法指出節(jié)能不僅要節(jié)約能源，而且要節(jié)約非能源；既要考慮單體設(shè)備的節(jié)能，又要考慮整體系統(tǒng)的節(jié)能。

（2）掌握系統(tǒng)節(jié)能的基本概念、基本理論和基本方法，是搞好節(jié)能工作的關(guān)鍵。本文從系統(tǒng)節(jié)能的內(nèi)涵、研究進(jìn)展和未來發(fā)展方向闡述了其發(fā)展過程和實(shí)施效果，并給出企業(yè)如何在該理論指導(dǎo)下開展系統(tǒng)節(jié)能和提升系統(tǒng)能效的途徑。

（3）在冶金流程工程學(xué)與系統(tǒng)節(jié)能理論深度融合下，將對(duì)以鋼鐵工業(yè)為代表的流程工業(yè)節(jié)能減排工作推進(jìn)有重要指導(dǎo)意義，對(duì)實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)綠色化、智能化協(xié)同發(fā)展有重要的參考價(jià)值。

本文摘自《鋼鐵》2021年第8期