《铁合金单位产品能源消耗限额》(GB21341-2017)在节能监察中的应用

文_顾淼波 扬州市节能监察中心

根据《2019年工业节能监察重点工作计划》(工信部节函[2019]77号)要求，各地节能监察机构对铁合金等行业重点用能企业强制性单位产品能耗限额标准执行情况进行专项节能监察。2019年6月，工业和信息化部发布《铁合金行业能耗专项监察工作手册》明确指出，能耗计算依据就是《铁合金单位产品能源消耗限额》（GB21341-2017） (以下简称《标准》)。作为一线节能监察人员，必须要深入理解《标准》的含义，灵活掌握《标准》的应用。

1 《标准》适用范围

如表1所示，《标准》的适用需要同时满足产品品种、生产装置、加工工艺等限定条件。

表1 《标准》适用条件汇总表

1.1 装置判定

按生产装置不同，铁合金冶炼可分为电炉法、高炉法、转炉法和炉外法。电炉法常见的有矿热炉、电弧炉和感应炉等。矿热炉也叫还原炉，功能和高炉类似，都是将矿石和碳质还原剂混合加热，生产出高碳铁合金。电弧炉和感应炉（常见的有中频炉）的功能和转炉类似，都是以废钢、生铁、铁水等金属为原料，通过加热、吹氧脱碳，生产低碳铁合金或合金钢。

在现场节能监察实践中区分矿热炉、电弧炉和感应炉的最简便方法就是看电炉的计量单位。矿热炉原料是矿石，一般无法精确计算单炉产量，因此其规格通常以配套变压器容量表示，单位为兆瓦（MW）。电弧炉和感应炉原料已经是生铁、废钢等，杂质较少，因此其规格通常以一炉铁水产量表示，单位为吨（t）。

1.2 工艺判定

1.2.1 矿热炉冶炼工艺（图1）

矿热炉冶炼铁合金常见工艺中，块矿直接入炉属于最传统的冶炼方法，是《标准》的适用范围。

碎矿、粉矿、精矿直接投炉的情况，通常只出现的敞口或半封闭矿热炉上，也可适用《标准》。

敞口或半封闭矿热炉因能源消耗大、污染排放高正逐步被淘汰。全封闭矿热炉以碎矿、粉矿、精矿为原料时，因安全问题，必须在入炉前实施人工造块。以常见的烧结工序为例，如果被监察对象外购烧结矿，或者自产烧结矿冷装入炉，则可适用《标准》；如果被监察对象采用烧结矿热装入炉，将对矿热炉能耗产生重大影响，因此建议不适用《标准》。根据《标准》6.2计算方法中，焦煤统计只算“铁合金生产的碳质还原剂耗用量”一种用途的情况推测，该《标准》统计范围内未考虑到烧结工序（烧结用焦煤被计为燃料，而非还原剂）。

此外还有一些非传统工艺，例如预还原烧结、回转窑预还原等，一部分甚至大部分的还原反应均发生在矿热炉外，因此也无法适用《标准》。

1.2.2 熔剂法与无（少）熔剂法

《标准》自2008版修订为2017版以后，特别提出电炉高碳锰铁的对标，仅限于采用无熔剂法或少熔剂法工艺的情况。现场节能监察中，我们可以通过表2的对比，来判定是否对标、对哪种标。

表2 熔剂法与无（少）熔剂法特征对比表

环保部的《清洁生产标准 钢铁行业（铁合金）》（HJ 470-2009）标准只对熔剂法设限，变相鼓励少（无）熔剂法，可能是因为少（无）熔剂法产生的固废较少，环境污染小。而《标准》刚好相反，只对少（无）熔剂法设限。这主要因为我国锰矿90%以上是贫矿，而采用少（无）熔剂法必然要从国外大量进口富锰矿石。节能监察当中，我们可以根据任务目的和现场情况，灵活适用上述两个标准。

2 《标准》能耗等级

根据《标准》，铁合金矿热炉生产企业单位产品能耗等级分为3级，3级能耗指标即为现有企业的限定值，2级能耗指标即为新建企业的准入值。

2.1 入炉矿品位

能耗指标等级标准会依据入炉矿品位变化而调整，调整规律依据入炉矿品位越高，电（焦）耗越低。入炉矿的品位，指的是主要元素占入炉矿石的质量分数，而不是占全部原料的质量分数。

2.2 铬铁比

对于高碳铬铁的冶炼，《标准》提出入炉矿铬铁比≥2.2的要求。该要求延续自《标准》2008版，当时依据的YB/T 5277-2005《冶金用铬矿石》标准，品位最低的铬块矿K-38，其化学成分要求Cr2O3/FeO≥2.5（将原子量Cr=52、Fe=56、O=16带入计算，即折算铬铁比Cr/Fe≥2.1992≈2.2）。《标准》2017版，对应更新后的YB/T 5277-2014《冶金用铬矿石》标准，品位最低的铬块矿K-36，其化学成分同样要求铬铁比Cr/Fe≥2.2。

由此我们可以得出两点推论：①《标准》主要考虑块矿入炉工艺，因此没有参考铬精矿粉的相关指标。②《标准》对采用铬铁比Cr/Fe＜2.2矿料（即达不到冶金级标准的贫矿）不予对标，这也符合本文前述的鼓励利用国产贫矿的原则。

2.3 技术要求

《标准》还要求新建及改扩建项目：一是铁合金矿热炉必须采用矮烟罩半封闭或全封闭型，且容量不小于25MV·A；二是锰铁高炉容积不小于300m3。

3 《标准》能耗计算

《标准》介绍了3项单位产品能耗指标的计算方法，分别是铁合金单位产品综合能耗、铁合金单位产品冶炼电耗（仅考核电炉）、铁合金单位产品焦炭消耗（仅考核高炉），3项指标的计算方法都是以总能耗除以总产量。

3.1 能耗统计

3.1.1 冶炼电力能源耗用量

该部分包含了矿热炉变压器高压侧电表计量的全部用电量，按工况分为冶炼电、洗炉电、烘炉电。

洗炉通常发生在两种情况下：一是出现炉底上涨、排渣不畅、炉瘤等导致不能正常生产的情况；二是需要转炼其他品种铁合金时。通过技术和管理水平的提高，该部分能源消耗可以避免或减少。在计算铁合金单位产品冶炼电耗时，2008版《标准》中，取冶炼电耗=冶炼电；而2017版《标准》中，取冶炼电耗=冶炼电+洗炉电。新《标准》释放出明确信号，就是要企业提升技术、加强管理。

矿热炉砌筑完毕开炉过程中，先用木材、焦炭、重油焙烧电极，电极烧结完毕用电烘炉；也可直接用电焙烧电极和烘炉。烘炉电不属于正常生产用电，虽然计入企业冶炼电力能源耗用量，但是不计入冶炼电耗。

3.1.2 动力能源耗用量

该部分为生产加工全过程动力能源耗用量，主要包括2个子项：一是所有工序的动力能源耗用量；二是辅助设施的动力电、照明电等。其中第2部分辅助设施用能在2008版《标准》中并未提及，2017版《标准》加以补充修正。现场节能监察中，要注意统计循环水等公用工程的电能消耗，计入综合能耗。

3.1.3 碳质还原剂耗用量

该部分指的是，与矿石配比，直接投入矿热炉的小颗粒冶金焦或小颗粒兰炭耗用量。如前文所述，《标准》不考虑烧结工序，也不计算作为燃料使用的焦炭量。

3.1.4 扣除回收外供能源

该部分要注意的是：只有在铁合金矿热炉冶炼界区内回收，并外供至界区以外的二次能源（如煤气、余热等）才计入统计范围。例如回收余热用于原料烘干预热的，就不能纳入该项统计。

3.2 产量统计

《标准》规定铁合金产品产量：一是要按该产品主要元素标准成分折算；二是要以精整后入库成品量计算。根据本文表1中列举的相关产品标准，我们在节能监察中可能面临的产品，其主要元素成分占比区间如表3。

表3 铁合金产品主要元素成分对比表

有些企业冶炼上述品种铁合金只是作为中间产品，矿热炉出产的铁水直接进入后道的电弧炉、精炼炉冶炼合金钢。此类企业没有相应的精整入库产量，所以也不适用《标准》。

4 产业政策

根据《节能监察办法》的要求，节能监察机构的职责是对违法违规用能行为予以处理，并提出依法用能、合理用能建议。在对铁合金生产企业的节能监察中，除了考核单位产品能耗，还有一项重要内容就是核查企业主要生产工艺、设备情况。

4.1 淘汰工艺

现行的《产业结构调整指导目录（2013年修订）》中，“淘汰类，（五）钢铁”中，有关条款表述如下。

第5款 铁合金生产用24m3以下带式锰矿、铬矿烧结机（4月8日已发布的《2019年本征求意见稿》，拟改为32m3）。第6款 200m3及以下铁合金、铸铁管生产用高炉。第9款 30t及以下电炉（不含机械铸造电炉）。

第22款 6300kVA以下铁合金矿热电炉，3000kVA以下铁合金半封闭直流电炉、铁合金精炼电炉（钨铁、钒铁等特殊品种的电炉除外）。

第29款 100m3及以下铁合金锰铁高炉。

4.2 鼓励技术

4.2.1 预热、预还原技术

《产业结构调整指导目录（2013年修订）》中，“鼓励类（六）钢铁，第14款 利用低品位锰矿冶炼铁合金的新工艺技术，以及高效利用红土镍矿炼精制镍铁的回转窑-矿热炉（RKEF）工艺技术”。根据相关资料显示，以回转窑-矿热炉工艺为代表的预热、预还原技术也适用于锰、硅、铬等金属的冶炼。此类技术节能效果明显，适宜在节能监察过程中向铁合金生产企业宣传推广。

4.2.2 余热回收技术

《国家重点节能低碳技术推广目录》（2017年本，节能部分）中，“第38项 矿热炉烟气余热利用技术”，“第48项 全密闭矿热炉高温烟气干法净化回收利用技术”。

5 结语

节能监察工作既要严格执法，守住生态文明建设的底线，又要强化服务，引导企业以高质量发展来满足人民生活需要。本文通过对《标准》的深入解读，提出铁合金行业节能监察工作中的关键问题及建议。