双碳背景下钢铁企业电气节能措施的应用★

杜相如

（山西工程职业学院，山西 太原 030009）

0 引言

大量二氧化碳排放带来的环境问题已对全球生态安全造成威胁。截至2022 年9 月，全球共有130 多个国家作出了碳中和承诺。碳中和是指在规定时间内，将二氧化碳的人为移除抵扣人为排出，以达成相对“零排放”。2020 年，我国已把减碳作为国家发展重要目标，并明确提出要使全国二氧化碳排放总量争取在2030 年以前完成碳达峰，争取在2060 年达成碳中和。作为能源消耗大户，钢铁行业用电量也相当巨大。根据国家统计局数据，2020 年中国钢铁行业能源消费标煤总量达6.97 亿t，约占全国的14%，电力消费量为6 889 亿kW·h，约占全国电力消费的9.2%[1]。钢铁行业电气能耗主要用于高炉、转炉、电炉、轧机等设备的驱动和照明方面，为了实现碳中和目标，钢铁企业需要采取一系列节电措施，以降低能耗、减少碳排放，钢铁企业电气节能措施的应用可以有效降低能源消耗和生产成本。

1 钢铁企业用电现状

1.1 用电量大

钢铁企业生产过程中需要大量的电力，包括高炉、转炉、轧机、热处理等设备的运转，以及照明、通风、空调等生产和办公用电。

1.2 能源消耗高

钢铁企业用电主要来自燃煤发电和火力发电，这些能源的消耗会产生大量的二氧化碳等温室气体排放，对环境造成负面影响。钢铁企业生产过程中存在能源浪费和能源利用效率低下的问题，例如高炉热能损失、热处理过程中的能量浪费等。

1.3 环境污染严重

钢铁企业在用电过程中会生成大量的工业废气、废水和固态废物等，对周边自然环境造成污染。因此，钢铁企业需要采取一系列措施来降低用电量和碳排放，实现“双碳”目标。

2 电气设备节能措施

2.1 电机的节能措施

电机是重点耗能设备，钢铁生产过程的风机、水泵、压缩机、输送机，钢铁加工过程中的切割机、钻孔机、磨床，钢铁物流运输过程中起重机、堆垛机、输送机等都需要使用电机。由工业和信息化部、国家市场监管总局联合印发的《电机能效提升计划（2021—2023年）》中明确提出，到2023 年，在役高效节能电机占比要达到20%以上，实现年节电量490 亿kW·h，相当于年节约标准煤1 500 万t，减排二氧化碳2 800 万t[2]。这意味着选用高效电机可以减少能源消耗，并降低电费支出，提高生产效率和环保水平，具有重要的经济和社会意义。

2.2 电机系统的节能措施

工信部联合其他部委出台的《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》《“十四五“智能制造发展规划》明确了将推动5G、工业互联网、人工智能等新信息技术在钢铁生产中的广泛应用，并将建设一批智能制造示范工厂，反映出了我国对钢铁工业智慧生产技术的高度关注，也为其高质量增长提供了方向。

传感器技术的应用日益广泛，在钢铁生产过程中对于钢铁质量、效率等的监测和控制都有着重要的作用。传感器技术将会与人工智能技术紧密结合，以实现更智能化的钢铁生产。例如，通过对钢铁生产过程的数据分析，可以得出生产过程的优化方案，从而提高生产效率和降低生产成本。采用智能化控制技术，对生产过程进行精细化管理和控制，减少能源消耗和生产成本。

2.3 风机水泵类负载的节能措施

风机和水泵是钢铁企业中常见的设备，风机主要用于烧结、热风炉、热处理等工艺中，水泵主要用于冷却、循环水等工艺中，但风机、水泵实际运行的能耗较高，其原因就是大多数风机、水泵还是以档板和阀门作为流量调节手段，节流能耗损失大。采用变频器控制风机电机转速，可以实现精确控制风量和风压，避免过度能耗。同时，变频器还可以实现风机和水泵启动时的软启动，避免电网冲击，延长电机寿命。

针对在用的变频风机和水泵，保证其功能正常，充分利用变频器功能实现压力流量调节，不要使用管道阀门控制；并且管道阀门应保持全开状态，防止产生压力损失。在建新产线时，注重变频技术的运用，如冷却塔最少配备一台变频风机，按照环境温度变化调整风机速度；而除尘风机则一般使用变频器驱动，按照生产工艺和环境状况调整风速等[3]。

采用变频器技术可以实现风机和水泵的精确控制，降低能耗，提高生产效率，为钢铁企业节约成本，提高经济效益，从而实现节能减排的目的。

3 利用二次能源发电

为了降低二氧化碳的排放量，必须重视环境保护和余热利用的问题，还要关注环保与余热回收的问题，源于副产煤气发电、TRT（BPRT）、烧结余热发电、干熄焦等余热余能利用新技术的广泛应用，钢铁企业煤气损失率在逐年减小、自发电比重持续增加，钢铁工业的二次能源利用水平得到了提高。

3.1 焦化厂干熄焦技术

熄焦是焦炭生产的一项关键过程，不同的熄焦方法直接影响焦炭生产中污染物的排放量。目前焦化厂所使用的熄焦方法有干熄和湿熄两种。传统湿熄工艺的优势在于工艺较简单、设备占地面积小、基建投资较低、操作生产较方便，但湿熄工艺也有能源浪费、环境污染以及焦炭品质较差等缺点。而干熄工艺是指采用惰性气体，将红焦降温冷却的一种熄焦方法，干熄焦是通过惰性循环气体熄灭焦炭，干熄焦锅炉换热后生成的蒸汽可进行发电。干熄焦的工艺流程如图1 所示。

图1 干熄焦工艺流程图

干熄焦工艺可回收83%的红焦显热，在保护环境和提高生产焦炭效率等方面都高于常规的湿熄工艺，在大型钢铁联合企业当中，均倾向于采用干熄焦技术。近年来，诸多企业都按照生产能力对干熄焦装置进行了大量研制。某大型钢企使用干熄焦技术后每年减排二氧化硫1 250 t，氮氧化物1 650 t，颗粒物100 t；每年可减少粉尘排放1 000 余吨，节约水430 万t，在节能环保中取得了明显优势。

3.2 余热发电技术

钢铁企业消耗的一次能源中大约40%是以某种形式的热能放出，温度上至1 500 ℃，下至接近环境温度，主要为副产煤气、固体余热、排气余热和废气废水余热、副产煤气，还包含高炉煤气、焦炉煤气及转炉煤气，其显热及压力能属于余热；排气余热大多为炉窑排出废气时带走的热能，约占余热资源总量的一半左右，温度范围为250～1 000 ℃；固体余热包括烧结矿、高炉渣、转炉渣及铸坯等，一般在500 ℃以上；废汽废水余热包括蒸汽冷凝水、锅炉汽包的排污水（90～100 ℃）、高炉冲渣水（70～90 ℃）等[4]。

因此可以看出，钢铁企业的二次能源就是一座巨大的宝库，亟待开发利用。某钢铁企业的烧结机每年可以产生余热约200 万kW·h。该企业引进了一套烧结余热发电系统，将这些余热转化为电能，系统由余热锅炉、汽轮机和发电机组成，余热锅炉使烧结机产生的余热转变为蒸汽，进而把蒸汽送到汽轮机内，汽轮机利用旋转发电机来产生电能，最终把电能输送至企业的电网中。企业不仅可以减少能源浪费，还可以降低成本，提高经济效益。

此外，烧结余热发电还可以减少企业的环境污染，通过烧结余热发电，企业可以将废气和废水减少到最低限度，实现可持续发展以及资源的最大化利用和对环境的最小化影响。

4 加强能源管理

能源开发与能源节约并重，节能已经纳入社会和经济发展计划，通过制定科学化和制度化的电气能源管理办法，提高企业节能减排水平。

建立能源管理体系，对企业能源消耗进行全面管理，对企业的能源消耗进行监测、分析、评估和改进，实现节能减排的目的。

进行能源审计，对企业电能消耗进行全面评估，通过能源审计，对企业的电能消耗进行分析评估，找出节能减排的潜力和方向。

通过员工培训来提高员工节电意识和能力，让员工了解节能减排的重要性，从而提高企业的节能减排水平。

5 结语

钢铁行业生产消耗巨大的电能，要实现“双碳”目标需要采取一系列节电措施。企业通过加强设备节能、能源循环利用、低碳技术和清洁能源，制定能源管理制度，可以降低能耗、减少碳排放，为实现“双碳”目标作出贡献。