钢铁全流程低碳循环发展体系的实践路径

秦建新，张联兵

（首钢长治钢铁有限公司，山西 长治 046031）

首钢长治钢铁有限公司（全文简称“首钢长钢公司”）始建于1946年，是中国共产党在太行山革命根据地建设的第一个钢铁企业（故县铁厂），为解放战争、抗美援朝战争和国家建设事业做出了重大贡献，被誉为“共和国红色钢铁的摇篮”。2009年8月与首钢集团公司实现战略重组，成为国家《钢铁产业调整和振兴规划》颁布后国有钢铁企业首例跨地区联合重组的成功典范，现已形成集采矿（煤、石灰石等）、炼焦、炼铁、炼钢、轧材、水泥制造、铁路发运、工程建设、锻压机械制造于一体的配套设施齐全的钢铁联合企业[1]。

多年来，首钢长钢公司积极践行“绿水青山就是金山银山”理念，全面推进高效、清洁、低碳、循环的绿色制造体系建设，始终坚持绿色低碳的发展理念，认真贯彻落实国家能耗“双控”决策部署，从管理、技术和结构等方面入手，全方位实施节能降碳。采用装备工艺先进的焦炉等设施，淘汰旧有设备；充分利用自身二次能源，建成余热、余压综合利用和煤气回收利用等节能减排工程；积极采用变频调速、高炉冲渣水余热利用、水泵节能、永磁电机一系列节能技术，实现技术节能；持续推进体系建设，以建设能源管控中心和建立能源管理体系认证为抓手，提升能源管理整体水平。通过持续拓展绿色发展新路径，走出了一条以绿色发展为导向的高质量发展之路，成为厂中有林、厂中有景、厂中有绿的绿色新工厂，构筑了“煤炭—焦炭—煤气—化产副产品—余能余热发电—供热供暖”的钢铁全流程低碳循环产业链体系。

1 首钢长钢公司主要生产环节

首钢长钢公司属典型的钢铁全流程企业，主要生产环节包括焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢、熔剂、动力公辅（包括制氧、供水、供电、发电等），能源消耗总量180万tce，消耗能源种类主要有洗精煤、喷吹煤、焦炭、电力等，其中燃料占90%以上；同时钢铁企业在生产过程中，约70%的总用能又会转化为余热及二次能源。

首钢长钢公司主要生产设施：2座65孔6 m捣固焦炉；2台20 m2烧结机；2座1 080 m3高炉；3座80 t转炉；1条100万t棒材生产线、2条共110万t高线/高棒生产线和1条60万tH型钢生产线。铁、钢和钢材年产能力分别为260万t、360万t、375万t。多年以来，首钢长钢公司注重各工序的余能余热资源的综合利用，并充分发挥钢铁企业能源加工转换的功能，将余热余能资源集成到发电上，有效降低了能源消耗，提高了能源资源的利用率。

2 焦化工序

2.1 工艺流程

焦化工序现有2座65孔捣固型复热式焦炉（SGD-I型），分别于2016年和2017年建成，并配套有化产、煤气净化回收等设施。

焦化工艺流程：焦煤→煤场→粉碎机→配煤仓→煤塔→装煤车捣固→煤饼→焦炉→推焦车→拦焦车→焦罐台车（旋转焦罐）→干熄炉→焦仓。

2.2 节能技术应用

1）采用干熄焦（CDQ）余热发电技术回收焦炭显热。在钢铁企业的余热资源中，固体显热约占余热总量的40%，而其中赤热焦炭的显热又占固体显热的25%以上，因而对赤热焦炭的显热进行回收和利用具有重要意义。钢铁企业所用的焦炭是煤炭在炼焦炉中干馏而成的，焦炭出炉时温度约900~1 000℃。通过采用干熄焦余热发电技术，在熄焦室中用惰性气体吸收赤热焦炭的显热，然后将高温惰性气体导入余热锅炉中产生高温高压蒸汽进行发电，惰性气体冷却后再鼓入熄焦室中循环使用。首钢长钢公司焦化工序配套170 t/h干熄炉、96.9 t/h余热锅炉，产生高温高压（9.8 MPa、540℃）蒸汽驱动30 MW汽轮发电机组（C30-8.83/0.8型汽轮机、QF-W30-2型发电机及其配套设施）进行发电，设计年发电量2.19亿kW·h，回收余热蒸汽600 kg/t以上，可降低焦化工序能耗60 kgce/t。

2）焦炉煤气净化回收利用。焦化工序配备完善的煤气净化等化产工序，焦炉产生的荒煤气经集气管、初冷器、电捕焦油器、离心鼓风机、预冷塔、脱硫塔、终冷塔、洗苯塔等化产工序，所得净煤气一部分供焦炉自用外，剩余外送供公司烧结、高炉、转炉、轧钢、熔剂等生产工序使用，剩余焦炉煤气用于发电，焦炉煤气回收量为430 m3/t。

3）采用负压蒸馏脱苯、负压蒸氨工艺，可减少蒸汽消耗。

2.3 工序能耗情况

焦化工序能耗115 kgce/t，在《焦炭单位产品能源消耗限额》（GB 21342—2013）规定的焦化工序能耗先进值范围内。

2.4 节能潜力

目前焦化工序荒煤气上升管余热回收技术尚未实施，该项目实施后，预计可降低焦化工序能耗10kgce/t左右。

3 烧结工序

3.1 工艺流程

烧结生产线现有2台200 m2烧结机，分别于2004年、2008年建成投产。烧结机利用系数为1.25 t/（h·m2），烧结矿转鼓指数为75%，返矿率为10%。

烧结工艺流程：预配料→配料→混合→制粒→烧结→热破碎→冷却→筛分→成品。

3.2 节能技术应用

1）实施烧结余热回收发电技术。烧结工序中可作为二次能源循环使用的主要有主排烟气和烧结矿显热，这两项占烧结一次能耗的50%左右。烧结余热发电项目不但可使冷却烧结矿的废气余热得到回收，利用其热能发电，而且可实现余热废气封闭循环使用，是推广和利用新技术来实现节能减排、低碳循环的典型应用。对烧结环冷机烟气余热进行回收时，每台烧结机配套建设1台双压余热锅炉，产生中温中压及饱和蒸汽驱动10 MW汽轮发电机组进行发电。正常生产状况下，回收蒸汽40余吨，平均发电出力0.7万kW·h，折合吨矿发电15 kW·h/t左右，年发电量4 000万~6 000万kW·h。

2）采用热风烧结工艺。充分利用烧结机前端台车高温烟气余热，进一步降低燃料消耗。

3）实施烧结主抽风机变频改造。针对调节风门控制风量造成电能浪费的状况，对4台4 000 kW主抽风机电机实施变频改造，节电率达到20%以上。

3.3 工序能耗情况

烧结工序能耗45 kgce/t，在《粗钢生产主要工序单位产品能源消耗限额》（GB 21256—2013）规定的烧结工序能耗先进值范围内。

3.4 节能潜力

目前烧结工序厚料层烧结技术需进一步强化，同时漏风率较高。

4 炼铁工序

4.1 工艺流程

炼铁工序有2座1 080 m3高炉，分别于2004年、2009年投产。1 080 m3高炉燃料比为525 kg/t，利用系数3.4 t/（m3·d）。

高炉本体有效容积1 080 m3，风口数20个，铁口数2个。高炉风机为轴流压缩机，型号AV63-14，进口流量为4 034 m3/min。备用风机型号为AV56-14。

4.2 节能技术应用

1）高炉TRT发电技术。2座高炉分别配置1套10 MW高炉TRT发电机组，利用高炉煤气余压进行发电，平均发电出力0.55万~0.65万kW·h，折合吨铁发电42 kW·h/t左右，年发电量9 000余万kW·h。

2）高炉煤气回收利用。炼铁高炉产生的荒煤气经布袋除尘净化后，一部分供高炉热风炉自用外，剩余外送供公司轧钢等生产工序使用，剩余高炉煤气用于发电，高炉煤气回收量1 750 m3/t。

3）高炉冲渣水余热回收利用。2座高炉分别配置2座冲渣水余热换热站，通过换热方式制取热水，用于生产区澡堂洗浴、烧结机热水混料以及冬季采暖期周边村镇、生活区居民热水采暖等，利用余热资源约30 MW。

4）利用热风炉烟气余热。可将其用于喷煤烘干，节省煤气用量。

4.3 工序能耗情况

高炉工序能耗390 kgce/t，在《粗钢生产主要工序单位产品能源消耗限额》规定的高炉工序能耗限额值范围内。

4.4 节能潜力

目前炼铁工序燃料比仍有进一步优化提升空间，同时如何回收利用非采暖期的冲渣水余热问题也需要进一步研究。

5 炼钢工序

5.1 工艺流程

炼钢工序有3座80 t氧气顶吹转炉，1座900 t混铁炉，2座80 t LF精炼炉，1台四机四流异型坯连铸机，1台五机五流小方坯连铸机，2台六机六流小方坯连铸机。

炼钢工艺流程：铁水入厂→900 t混铁炉→铁水包→80 t转炉（加入废钢）→吹炼（除尘）→终点控制→出钢→精炼（脱氧合金化）→连铸→钢坯切割→检验→钢坯入库。

5.2 节能技术应用

炼钢工序中，主要的二次能源回收有转炉煤气和蒸汽，这也是实现“负能炼钢”的重要抓手。

1）转炉煤气回收利用。炼钢转炉产生的合格转炉煤气经转炉煤气柜和除尘净化后，外送供公司熔剂等生产工序使用，剩余煤气用于发电，转炉煤气回收量为105 m3/t。

2）转炉余热蒸汽回收利用。通过汽化冷却方式将转炉余热进行回收，回收蒸汽约20~30 t/h，夏季供6 MW饱和蒸汽发电机组进行发电，冬季并入厂区管网用于采暖，转炉蒸汽回收量为70 kg/t。

3）利用转炉余热蒸汽压差进行发电。利用转炉余热蒸汽的高压缸至低压缸的压差，通过建设1套1 300 kW螺杆膨胀机（型号SEPG400-1300/3000-1.65-C，额定功率870 kW，进汽量26 t/h，进汽压力1.5 MPa，排汽压力视冬夏季不同，夏季0.8 MPa、冬季0.5 MPa）实现发电，预计年发电600万kW·h。

4）实施铁水一罐到底工艺改造。同时对铁水罐进行保温加盖，提高铁水温度，改造后降低混铁炉保温用煤气消耗约500 m3/h。

5）实施炼钢二次除尘、混铁炉除尘风机变频改造，节约电能。

5.3 工序能耗情况

转炉工序能耗20 kgce/t，在《粗钢生产主要工序单位产品能源消耗限额》规定的转炉工序能耗限额值范围内。

5.4 节能潜力

炼钢工序的转炉煤气回收和余热蒸汽回收量与同行业相比仍存在差距，需进一步提升回收能力并拓展下游用户。

6 轧钢工序

6.1 工艺流程

轧钢工序共有4条生产线，其中有1条100万t棒材生产线、2条共110万t高线/高棒生产线和1条60万t H型钢生产线。

6.2 节能技术应用

1）采用钢坯热装热送工艺。充分利用铸坯显热，降低加热炉燃料消耗，和连铸坯直接轧制工艺，取消或降低轧钢加热炉消耗环节，热装热送率分别达到65%、90%。

2）实施直轧改造。对连铸机-轧机系统实施工艺优化改造，改造后连铸坯实现直接轧制，减少轧钢加热炉中间加热环节，减少煤气等燃料消耗约20 000 m3/h，同时将节省的煤气用于锅炉发电。

6.3 工序能耗情况

轧钢工序能耗40 kgce/t，在同行业中处于较为领先水平。

6.4 节能潜力

H型钢加热炉烟气余热尚未得到较好的回收利用，同时高线高棒加热炉汽化冷却蒸汽回收水平需进一步提升。

7 熔剂工序

7.1 工艺流程

熔剂工序有1座500 t贝肯巴赫套筒窑，工艺流程为：原料入仓→筛分→计量→布料入窑→焙烧→出灰→破碎→供烧结；

还有1座600 tФ4 m×60 m回转窑，工艺流程为：石灰石筛分→预热器→回转窑煅烧→冷却→筛分→供炼钢（一部分破碎后供烧结）。

7.2 工序能耗情况

回转窑工序能耗170 kgce/t，套筒窑工序能耗150 kgce/t，在同行业中处于中游水平。

7.3 节能潜力

回转窑窑尾烟气温度较高，目前尚未进行回收利用，若进行回收利用，预计可产生饱和蒸汽13 t/h，可实现节能40 kgce/t左右。

8 全厂综合（动力公辅）系统

1）实施富余煤气发电。2台75 t/h中温中压锅炉利用富余煤气14万m3/h（折高炉煤气），制取的蒸汽可驱动2台15 MW汽轮发电机组进行发电，年发电量17 000万~19 000万kW·h，冬季采暖期供生活区采暖用汽60~100 t/h；1台130 t/h高温高压锅炉利用富余煤气13万m3/h（折高炉煤气），制取蒸汽可驱动1台35 MW汽轮发电机组进行发电，年发电量27 000万~28 000万kW·h。

2）淘汰高耗能机电设备。2020年对低能效的1203台电机进行淘汰更换，采用高效节能型电机予以替代，总功率2.5万kW左右，更换后电机效率平均提升2%以上，年节电400万kW·h以上。

3）循环水泵节能改造。采用合同能源管理模式对生产循环水系统的百余台水泵进行节能改造，改造后平均节电率达到18%以上，年节电量4 000余万kW·h。

4）依托能源管控中心平台实现节能降耗[2]。按照“统一规划，分期实施”的步骤，采用分步、分系统、少量、多批次的投资方式，积极推进能源管控中心建设，于2018年整体上线运行。经山西省经信委组织验收确认，项目实现节能量4.1万t标准煤，年经济效益3 200万元左右。《依托能源管控中心平台实现节能降耗》课题获得中国钢铁工业协会管理创新成果三等奖。

5）建设能源管理体系。2019年通过能源管理体系认证，将能源管理体系纳入常态化管控工作中，有力促进了公司能源管理工作的优化提升；并与质量、环保等管理体系进行有效融合，实现便捷、节俭的有机统一，整体提升能源管理水平。

6）积极争取政府对企业绿色低碳发展的财政奖励资金支持。自2010年以来，公司节能类项目获得政府财政奖励资金9 938万元。

9 结语

首钢长钢公司通过采用强化能源基础管理、实施节能技术改造及项目建设、淘汰落后设备、逐步优化工艺和能源结构等方式，使能源资源利用率大幅提高，各项主要能源消耗指标均实现了历史最好水平，但公司能源利用水平与同行业先进水平相比仍存在差距，能源资源配置不尽合理、能源资源利用效率低等问题依然存在，需在今后的工作中予以整改完善。

“十四五”期间，首钢长钢公司将继续秉承和发扬我党第一座红色钢厂“艰苦奋斗、勤俭办企”的光荣传统，坚持绿色低碳发展，加紧制定《碳达峰、碳中和专项发展规划》，在行业起到示范和带头作用，以打造中国中部区域具有竞争力的现代化钢铁企业为战略目标，并为实现绿色低碳循环经济和可持续发展目标不懈奋斗。