钢铁企业节能诊断及案例分析

□ 张金元 程 欣 宋腾飞

我国《节约能源法》提出“节约资源是中国的基本国策”，并提出“国家实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略”。钢铁工业是典型的能源、资源密集型产业。随着钢铁工业装备水平的不断提高和技术的不断进步，吨钢综合能耗水平显著降低。但由于近年来我国粗钢产量快速增长，钢铁工业能源消费总量还在不断上升，钢铁工业在工业节能减排中仍占有举足轻重的地位，是中国工业节能的重点。同时，钢铁企业能源需求量大，能源成本占生产成本比例较高，降低能源消耗、提高能源使用效率也是企业降低成本、提高竞争优势的重要途径。

为推动钢铁工业绿色发展，提高钢铁企业能源管理的意识和水平，促进钢铁企业降本增效的持续改进，本文以中部地区某长流程钢铁企业为典型案例，对钢铁企业能源消耗情况进行系统分析，对各生产工序进行节能诊断，进而提出有针对性的节能降耗建议。

一、企业装备及生产情况

企业为长流程钢铁企业，拥有原料、烧结、炼铁、炼钢、轧钢等生产工序。现拥有2台100m2烧结机、2座450m3高炉、2座40t转炉、2台方坯连铸机、1套高速线材生产线及公辅配套设施。主要设备建成于2003年前后，主要产品为建筑用线材。2018年企业生产烧结矿141.6万吨，铁水105.9万吨，钢坯119.4万吨，线材114.5万吨。

二、能源消耗情况

企业生产用能主要包括电、煤粉、焦炭、焦沫、柴油等。2018年消耗焦炭429 013.64 t，焦沫82 389.9 t，煤149 994.1 t，电力35 994.288万千瓦时，柴油718.28 t。

2018年企业综合能源消费量为679 715.87 tce（当量值），其中：焦炭（含焦沫）499 417.39 tce，占73.48%；无烟煤134 994.69 tce，占19.86%；电力44 236.98 tce，占6.51%；柴油1 046.61 tce，占0.15%。详见表1。

表1 2018年企业能源消费结构

三、能源消耗分析

1.吨钢综合能耗水平

2018年，企业吨钢综合能耗569.37kgce，较重点统计企业平均水平555.24kgce高出14.13kgce，能源利用总体处于行业中等偏下水平，企业具有较大的节能降耗潜力。

2.烧结工序

2018年，钢铁企业烧结工序能耗为51.56kgce/t烧结矿，较2018年重点统计企业平均水平48.6kgce/t烧结矿，高出2.96kgce/t烧结矿。可见2018年企业烧结工序能耗偏高。详情见表2。

表2 2018年企业烧结工序能耗

经诊断，企业烧结工序能耗偏高的主要原因有：

一是烧结生产工艺为平烧，较带式烧结工艺在能耗、产品质量及余热回收利用方面相对较差。

二是烧结水分偏大。从现场实际状况看，应在9%以上，高于一般7%～8%的控制水平。烧结混合料水分过高会增加能耗、加重烧结过湿、腐蚀通风除尘系统等。目前，企业烧结水分高出实际需要较多，还有较大的降水分空间。

三是烧结混合料温度偏低。烧结混合料温度是减缓或消除烧结过湿的一个重要参数，一般要求混合料温度要高于60℃的露点温度，冬天料温也要力争达到45℃以上，这样可以减轻季节变化对烧结的影响。11月份烧结料温只有30℃，冬季料温会更低，导致烧结矿产量降低、固体燃耗和电耗上升。

四是烧结篦条糊塞严重，影响烧结料透气性，降低垂直烧结速度，影响烧结产量，增加能耗。

五是烧结机布料不够规范，沿烧结宽度和长度方向料面不够均匀平整。料面架设狼牙刺松料设施，对烧结过程的均匀性有影响。

六是烧结工序大烟道及冷却台车区域烟气余热未回收。

3.炼铁工序

2018年炼铁工序能耗为427.5kgce/t铁，高于2018年重点企业平均水平（392.13kgce/t铁），详见表3。

表3 2018年企业炼铁工序能耗

经诊断，企业炼铁工序能耗偏高的主要原因有：

一是环保限产对高炉操作影响较大。目前，企业所在地区停产、限产基本常态化，造成高炉频繁进行启、停操作，对高炉连续化生产造成不利影响，使得单位产品能源、资源消耗增加。

二是高炉原料不稳定，炉料结构波动大。2018年高炉铁矿综合入炉品位为56.4%左右，较重点企业平均水平57.42%低1个百分点左右。受企业无球团工序制约，炉料结构中烧结矿、块矿、球团矿比例为7∶2∶1或8∶1∶1。炉料结构波动大，对高炉操作影响较大，也导致高炉利用系数偏低，工序能耗增加。

三是高炉利用系数偏低。2018年该系数为3.63 t/（m3·d），现场诊断时为3.57 t/（m3·d），国内部分同类高炉利用系数可达5 t/（m3·d）左右。造成高炉利用系数低的原因主要有原燃料条件差、操作不稳定、炉前出铁不均匀等。

四是送风操作不规范，热风温度波动大。

五是受管道压力波动影响，高炉富氧流量波动较大。

六是炉顶温度偏高。高炉炉顶温度大于200℃的情况较多，主要原因有：高炉布料不合理，气流分布不均匀，导致局部气流过于发展；炉况不稳定。

七是炉顶气流分布不均匀，煤气利用率低。

4.转炉炼钢工序

2018年转炉炼钢工序能耗为-14.51 kgce/t钢，优于2018年重点企业平均水平（-13.39 kgce/t钢），详见表4。

表4 2018年企业转炉炼钢工序能耗

经诊断，企业转炉炼钢工序用能存在问题有：

一是企业有2座混铁炉，分别为300t和600t，一用一备。但在实际使用过程中存在同时启用的情况，增加了能耗。

二是转炉煤气回收量低。转炉煤气回收量76.9m3/t钢，低于国内同类设备平均水平（～110m3/t钢）。据现场报表反映，1号转炉煤气回收时间仅为2～4min，回收时间较 短，转炉吹炼时间为9～10min。煤气回收时间至少应在7min以上，转炉煤气回收系统不稳定。

5.轧钢工序

2018年轧钢工序能耗为77.5kgce/t材，高于2018年重点企业平均水平（50.25kgce/t材），详见表5。

表5 2018年企业轧钢工序能耗

经诊断，企业轧钢工序能耗偏高的主要原因有：

一是轧钢机组产量偏低。主要原因是设备装备水平较低、工艺故障偏多、加热炉能力偏低。

二是机组成材率为98.14%，低于国内平均值。主要原因是切损大；此外，现场诊断时了解到氧化率在1%以上，加热氧化烧损高。

三是轧钢加热炉为推钢式加热炉。其煤气消耗大，2019年经喷涂黑体材料进行节能改造后，目前仍高于国内同类设备平均水平（165m3/t）。

四是连铸钢坯通过汽车转运至加热炉，热送温度在450℃左右，热送温度偏低。

四、节能降耗建议

现场调研了解到，企业正在实施产能置换项目。建议尽快推进产能置换项目，提升企业装备水平。同时，配套建设能源管理中心，做好相关数据的采集、处理和分析工作，做好各项控制和调度、平衡预测等能源管理工作，切实有效提升企业能源管理技术水平，推进企业绿色可持续发展。

在新项目建成投产前，从技改可实现性、系统优化、运行管理提升等方面提出如下节能降耗建议：

——烧结工序：建立水分检测管理制度，提高员工的操作水平，逐步降低烧结混合料水分；运用返矿预热、蒸汽预热、生石灰预热等措施和技术，提高烧结料温，同时在预热部位及保温方式上做些考虑，提高预热效果；对烧结料中含碱金属多的料种适当控制，同时加强管理，对篦条清理、更换制度化，尽量避免烧结篦条糊塞；完善布料设施和设备，严格落实布料管理操作制度，规范烧结布料；对烧结工序大烟道及冷却台车区域高温烟气余热进行回收，满足烧结一混和二混的加热需求，降低固体燃料的消耗。

——炼铁工序：对焦炭热态指标进行分析，提高烧结矿转鼓强度和增加粒度组成测定次数（保证每班1次），为高炉强化冶炼提供依据；规范高炉操作，稳定富氧和热风温度，保证高炉内部软熔带稳定，促进炉况顺行；稳定下料速度，稳定富氧量，利用上下部调节做好高炉煤气的三次分布；稳定炉前打泥量，严禁潮铁口出铁，保证炉前及时稳定出净渣铁。

——炼钢工序：加强转炉煤气回收，煤气回收时间至少控制在7min以上；合理使用2座混铁炉，建议使用高热值转炉煤气给混铁炉铁水补热；加强转炉蒸汽回收，进一步提高节能潜力。

——轧钢工序：适当升级装备，提高轧制速度和轧机作业率，提高机组产量；规范加热炉操作，减少钢坯氧化，减少中间轧废，提高成材率；将推钢式加热炉改为步进式加热炉，降低煤气消耗；加装保温热送辊道，或购买钢坯热送保温车，提高热装比例和热送效果。