1鋼鐵企業(yè)節(jié)能——系統(tǒng)節(jié)能理論與實(shí)踐東北大學(xué)蔡九菊2011年10月29日于首鋼一、我國鋼鐵工業(yè)的節(jié)能歷程二、噸鋼能耗的主要影響因素三、系統(tǒng)節(jié)能四、科學(xué)用能五、物質(zhì)流、能量流及其流程網(wǎng)絡(luò)六、關(guān)鍵實(shí)用節(jié)能技術(shù)目錄23

世界發(fā)展到今天，人類文明與資源、環(huán)境之間的矛盾不斷激發(fā)。全球性的次貸危機(jī)、金融危機(jī)、能源危機(jī)、環(huán)境危機(jī)（危機(jī)四伏），使人類的生存發(fā)展問題成為世界最普遍的困惑。如何轉(zhuǎn)變生產(chǎn)、生活、生存方式，持續(xù)發(fā)展,成為時代的主題。持續(xù)發(fā)展這個主題的提出，與其說是提出了一種新的發(fā)展模式，毋寧說是判定了人類現(xiàn)有發(fā)展模式的不可持續(xù)性。在美國次貸危機(jī)發(fā)生之前，全世界都在推崇美國的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后的國家和地區(qū)。如果美國沒有次貸危機(jī)的爆發(fā)，如果沒有美國總統(tǒng)奧巴馬提出的“再工業(yè)化”，人們可能不會反思這種發(fā)展模式的可持續(xù)性。引言4

“…

…要從戰(zhàn)略和全局高度認(rèn)識節(jié)能減排的重大意義全面落實(shí)節(jié)能減排綜合性工作方案，下更大決心、花更大氣力，打贏節(jié)能減排持久戰(zhàn)和攻堅(jiān)戰(zhàn)，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會?！?/p>

——摘自溫家寶總理在全國節(jié)能減排電視

電話會議上講話2011年9月27日溫總理的講話告誡我們：在中國，節(jié)能減排即是長久之計(jì)，也是當(dāng)務(wù)之急，且進(jìn)入攻堅(jiān)期。鋼鐵工業(yè)的節(jié)能減排是中國節(jié)能減排戰(zhàn)役的“攻堅(jiān)之戰(zhàn)”，在2020年以前，最好在“十二五”末（若沒有金融危機(jī)），是必須拿下的山頭！節(jié)能減排是降低鋼鐵生產(chǎn)成本的可控因素、實(shí)現(xiàn)持續(xù)

發(fā)展的有效途徑，是未來中國經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)快速發(fā)展的重

要保障一、我國鋼鐵業(yè)的節(jié)能歷程中國鋼鐵工業(yè)自1980年起厲行節(jié)約30年，鋼鐵生產(chǎn)及節(jié)能降耗均取得舉世矚目的成績。但是：①能源需求高速增長與能源供應(yīng)短缺的矛盾②污染物過量排放與有限環(huán)境承載力的矛盾③能源以煤為主的不利因素④礦石以貧礦為主的不利因素制約著我國鋼鐵工業(yè)“又好又快”地發(fā)展，給節(jié)能環(huán)保工作增添了難度（設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行、管理等），節(jié)能﹒降耗﹒減排﹒低碳——任重而道遠(yuǎn)！5噸鋼綜合能耗從1980年2.040降到2000年1.180tce/t，下降率為42.16%，2000年以后統(tǒng)計(jì)對象改為大中型企業(yè)，不再統(tǒng)計(jì)全行業(yè)的能耗指標(biāo)；大中型鋼鐵企業(yè)的噸鋼綜合能耗從1980年1.646下降到2005年的0.741tce/t，下降率為54.98%；噸鋼可比能耗從1980年1.285下降到2005年0.714tce/t，下降率為44.44%。1.1中國鋼鐵工業(yè)節(jié)能的30年變遷71980～2010年間我國鋼鐵工業(yè)噸鋼能耗的變化82005年以后，外購電的折標(biāo)系數(shù)由“電熱等價值”改用“電熱當(dāng)量值”。電熱等價值=0.404kgce/kWh——生產(chǎn)1度電實(shí)際消耗的能源量；電熱當(dāng)量值=0.1229kgce/kWh——1度電做功時與860千卡熱量相當(dāng)，860千卡/7000千卡=0.1229kgce/kWh

粗略核算，兩者之差將使我國的實(shí)際噸鋼能耗少計(jì)100kgce/t鋼。91995～2010年間我國鋼鐵工業(yè)噸鋼能耗及其變化（電力的折標(biāo)系數(shù)統(tǒng)一為0.404，虛線框）我國鋼鐵工業(yè)的節(jié)能進(jìn)程及噸鋼能耗的下降規(guī)律1.2節(jié)能進(jìn)程及其效果分析——單體設(shè)備節(jié)能、工序節(jié)能、系統(tǒng)節(jié)能10噸鋼能耗每15年出現(xiàn)一次較大幅度下降（呈滑梯式“L”型曲線分布），兩條曲線的形狀走勢相似：前五年，在節(jié)能技術(shù)推動下節(jié)能效果明顯，能耗曲線下降最快，年均節(jié)能率最大；中間五年，隨著噸鋼能耗的逐年降低，能耗曲線變緩，年均節(jié)能率減??；最后五年年均節(jié)能率更小。11（Ⅰ）（Ⅱ）（Ⅲ）121980～2010年間，中國鋼鐵工業(yè)的節(jié)能技術(shù)進(jìn)步遵循非連續(xù)性S-型曲線規(guī)律，原有技術(shù)不再是領(lǐng)先者。下一個15年（2011～2025），節(jié)能空間變小，節(jié)能難度加大。噸鋼能耗能否出現(xiàn)第三次較大幅度的降落，取決于新一輪節(jié)能理論和技術(shù)的支撐。十五年十五年下一個十五年2011～2025工序名稱工序能耗ej（kgce/t產(chǎn)品）鋼比系數(shù)pj（t/t）噸鋼能耗差距（kgce/t鋼）②×④-①×③發(fā)達(dá)國家①中國②差距②-①發(fā)達(dá)國家③中國④差距④-③燒結(jié)/球團(tuán)57.065.0＋8.01.0401.334＋0.294＋27.4高爐煉鐵464.0457.0－7.00.7310.875＋0.144＋60.9轉(zhuǎn)爐煉鋼17.936.0＋18.10.7000.883＋0.183＋19.4電爐煉鋼198.6201.0＋2.40.3000.117－0.183－36.1軋鋼*152.289.0－63.20.8530.920＋0.067－48.0“其它”49.690.0＋40.4＋40.4*不考慮國內(nèi)外軋鋼工序的差別，714-650=64kgce/t＋64.0*考慮國內(nèi)外的差異取國內(nèi)軋鋼工序與國外相同，714–650+48=112kgce/t＋112.01.3噸鋼能耗與先進(jìn)產(chǎn)鋼國家的差距2005年，噸鋼可比能耗比先進(jìn)產(chǎn)鋼高出9.85%（64）-17.23%（112）2010年，我國的實(shí)際噸鋼能耗高出國際先進(jìn)水平不足

100kgce左右，10%。200513+64.0+112.014

——摘自翁宇慶《我國鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排的總體思考》500萬噸以上企業(yè)的噸鋼能耗與先進(jìn)產(chǎn)鋼國的差距15中國鋼鐵與世界先進(jìn)產(chǎn)鋼國的最大差距，不是規(guī)模、技術(shù)和裝備，而是資源能源消耗與廢物排放的平均水平尚未滿足可持續(xù)發(fā)展的要求?！颁撹F大國不是強(qiáng)國”之說，不符合中國實(shí)際。中國鋼鐵是多層次、多水平共存的行業(yè)，有大也有小、有強(qiáng)也有弱（先進(jìn)與落后、領(lǐng)先與淘汰、清潔與污染共存）。這將影響中國的工業(yè)化進(jìn)程。“減量化”——即節(jié)能減排（資源能源消耗減量化、污染物排放減量化），是中國走新型工業(yè)化道路，伴隨工業(yè)化全過程的首選對策。即“以盡可能少的資源消耗和盡可能小的環(huán)境代價，取得最大的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出和最少的廢物排放”——循環(huán)經(jīng)濟(jì)法。161.4建立基于熱力學(xué)第一定律、第二定律和耗散結(jié)構(gòu)理論的節(jié)能理論體系，指導(dǎo)節(jié)能工作能源消耗只有數(shù)量上的評價指標(biāo)（噸鋼能耗、工序能耗），沒有品質(zhì)的評價標(biāo)準(zhǔn)，更缺少合理的價格定位，如高焦轉(zhuǎn)爐煤氣的內(nèi)部定價每立米從幾分錢到1元；CDQ生產(chǎn)的外供蒸汽(45kg壓力)115元/噸，而用于本工序消耗的蒸汽（5kg壓力）200元。能源的折標(biāo)系數(shù)只考慮熱值大小，不考究能源品質(zhì)的高低（煤氣、蒸汽、焦炭、氧氣、鼓風(fēng)），能源的數(shù)量、品質(zhì)、價值三者不統(tǒng)一。（1）長期以來，鋼鐵工業(yè)節(jié)能是在熱力學(xué)第一定律的指導(dǎo)下進(jìn)行的，注重能量的“數(shù)量”，不注重能量的“品

質(zhì)”和“價值”17分析的思維模式：“它抓住一個東西，特別是物質(zhì)的東西，分析下去，分析下去，分析到極其細(xì)微的程度?？墒峭鲆暳苏w聯(lián)系?！本C合的思維模式：“它照顧了事物的整體，有整體概念，講普遍聯(lián)系，接近唯物辯證法。”（2）長期以來，人們習(xí)慣于用“分析的思維模式”

來處理復(fù)雜的工程問題18（３）長期以來，人們總是用“靜態(tài)”“平衡”的觀點(diǎn)和

方法，計(jì)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理能源的生產(chǎn)與使用事實(shí)上，不管能源的輸入與輸出、能源的供應(yīng)與需求關(guān)系發(fā)生怎樣的變化，鋼鐵企業(yè)二次能源的瞬時生產(chǎn)量與使用量、總供應(yīng)量與總需求量之間從來都是不平衡的。以往用“靜態(tài)”的“平衡”的觀點(diǎn)和方法（能源平衡、熱平衡等），計(jì)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、調(diào)控能源的生產(chǎn)與使用是不科學(xué)的。必須用“動態(tài)”、“非平衡”和“耗散結(jié)構(gòu)”的理論和方法，根據(jù)能源介質(zhì)的數(shù)量、品質(zhì)（熱值）和用戶需求，科學(xué)準(zhǔn)確地預(yù)示各種能源的發(fā)生量、消耗量和剩余量，科學(xué)地設(shè)計(jì)、調(diào)控剩余能源的緩沖量，優(yōu)化能量流網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)。19二、影響噸鋼能耗的主要因素2.1噸鋼能耗的定義式問題：此式過于簡單，從中不易見到各組成部分、各種因素對噸鋼能耗指標(biāo)的影響。為了滿足系統(tǒng)節(jié)能和能耗分析的需要，有必要對噸鋼能耗的計(jì)算式作進(jìn)一步展開。20式中：

e1，e2

……en—各道工序的工序能耗，kgce/t實(shí)物產(chǎn)量；

p1，p2……pn—各道工序的鋼比系數(shù)，t/t。例如：鐵鋼比=統(tǒng)計(jì)期內(nèi)的生鐵產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)期內(nèi)鋼產(chǎn)量噸鋼綜合能耗（E）=P1e1+P2e2+……+Pnen統(tǒng)計(jì)期內(nèi)的合格鋼坯產(chǎn)量p1e1+p2e2+……+pnen----------公斤標(biāo)煤/噸鋼=噸鋼能耗的解析按噸鋼能耗的定義，將噸鋼能耗的計(jì)算式分解為所屬各生產(chǎn)工序的工序能耗與鋼比系數(shù)乘積的之和：２.2噸鋼能耗的e－p分析法鋼比系數(shù)t/t工序能耗kgce/t直接能耗量kgce/t產(chǎn)品余熱余能的回收利用量kgce/t產(chǎn)品影響噸鋼能耗的直接因素：各工序的實(shí)物產(chǎn)量，即鋼比系數(shù)，與生產(chǎn)結(jié)構(gòu)有關(guān)各工序的工序能耗，燃料+動力各工序的余熱余能的回收利用量。21

對能源按工序不同實(shí)施“橫向”管理，同時分析各工序的鋼比系數(shù)和工序能耗變化對噸鋼能耗的影響。這種方法關(guān)注的是每道工序的實(shí)物量、能源消耗量、余熱余能回收利用量，服務(wù)于鋼鐵生產(chǎn)流程的減量化、連續(xù)化和緊湊化。22能源介質(zhì)的實(shí)物消耗量gj余熱余能的回收利用量bi能源轉(zhuǎn)換過程所消耗的能量cj（能源介質(zhì)的能值或折算系數(shù)）工藝流程生產(chǎn)及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)廢棄物的回收利用

（再使用、再資源化）直接影響因素工序能耗變化ei直接節(jié)能量鋼比系數(shù)變化pi間接節(jié)能量間接影響因素節(jié)能效果分析23項(xiàng)目“六五”“七五”“八五”“九五”“十五”1980～2005年噸鋼節(jié)能量噸鋼可比能耗變化比例％-179.0-89.0-37-199.0-67.0-571.031.415.626.4934.9111.7100.0其中因工序能耗變化比例％-124.2-56.5-20.4-107.7-38.3-347.269.463.555.154.157.160.0%因鋼比系數(shù)變化比例％-54.7-32.5-16.6-91.3-28.7-223.830.636.544.945.942.940.0%1980～2005年鋼鐵業(yè)噸鋼可比能耗的變化及節(jié)能效果的比較kgce/t鋼２.3噸鋼能耗的c–g

分析法24

按每噸鋼消耗的能源種類和數(shù)量，將噸鋼能耗計(jì)算式分解為每噸鋼所消耗各種能源介質(zhì)的數(shù)量與其能值的乘積之和：生產(chǎn)每噸鋼消耗j種能源介質(zhì)的數(shù)量，單位/t鋼第j種能源介質(zhì)的折標(biāo)系數(shù)，即能值，kgce/單位以一噸鋼為計(jì)算基準(zhǔn)單位時間的能流量，小時，分鐘固定用戶消耗第j種能源的數(shù)量，單位/t鋼緩沖用戶消耗第j種能源的數(shù)量，單位/t鋼生產(chǎn)每噸鋼第j種能源的放散量，單位/t鋼能量流：影響因素影響因素對各種能源介質(zhì)按種類不同實(shí)施“縱向”管理，同時分析折標(biāo)系數(shù)/能值、能耗量對噸鋼能耗的影響。這種方法關(guān)注的是各種能源介質(zhì)的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、存儲、分配、緩沖、使用和放散等，服務(wù)于能源的分配、運(yùn)行、優(yōu)化和在線調(diào)度。統(tǒng)計(jì)期內(nèi)鋼鐵生產(chǎn)環(huán)節(jié)獲得的節(jié)能量kgce/ｔ鋼統(tǒng)計(jì)期內(nèi)能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)獲得的節(jié)能量

kgce

／鋼25節(jié)能效果分析26在充分考慮外部環(huán)境的前提下，研究圖中五個不同層次上的節(jié)能問題，以及它們之間的關(guān)系?！跋到y(tǒng)節(jié)能”行業(yè)聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)車間（廠）單體設(shè)備設(shè)備部件“設(shè)備節(jié)能”3.1系統(tǒng)節(jié)能的五個層次三、系統(tǒng)節(jié)能80年代初，陸鐘武院士提出“載能體”概念，將冶金工業(yè)節(jié)能劃分為“五個層次”，主張用系統(tǒng)工程的原理和方法研究冶金工業(yè)較高層次的節(jié)能問題，創(chuàng)立了“系統(tǒng)節(jié)能理論和技術(shù)”27研究本系統(tǒng)與其外部環(huán)境之間及其內(nèi)部各組成部分之間的相互關(guān)系，實(shí)現(xiàn)整體的、全面的節(jié)能。第一層次：行業(yè)與其外部環(huán)境之間，及其內(nèi)部各企業(yè)、各工序之間的相互關(guān)系；第二層次：企業(yè)與外部環(huán)境之間，及其內(nèi)部各工序、各生產(chǎn)車間之間的相互關(guān)系；第三層次：生產(chǎn)車間（廠）與其外部環(huán)境之間，及其內(nèi)部各臺設(shè)備之間的相互關(guān)系。3.2系統(tǒng)節(jié)能的研究內(nèi)容28

在研究系統(tǒng)節(jié)能時，一定要注意外部條件。行業(yè)、企業(yè)和生產(chǎn)車間都不是孤立存在的。它們與外部環(huán)境之間關(guān)系密切，在市場經(jīng)濟(jì)條件下，這種聯(lián)系顯得更加重要。例如，鋼鐵企業(yè)要買進(jìn)礦石、廢鋼、煤炭、電力、各種輔助原材料，要賣出各種產(chǎn)品。它們的品種、質(zhì)量、價格、市場供需情況對行業(yè)、企業(yè)、生產(chǎn)車間產(chǎn)生全局性的影響。在研究系統(tǒng)節(jié)能問題時，還要注意生產(chǎn)流程各環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，對能耗、物耗和環(huán)保影響很大。“聯(lián)系”，是指各環(huán)節(jié)（工序）之間在溫度、成分、幾何尺寸、時間等方面的關(guān)系。發(fā)展方向是“緊湊化”、“連續(xù)化”、“簡單化”。293.3“載能體”節(jié)能：既要節(jié)約能源，又要節(jié)約非能源。能源載有“活”的能量，非能源載有“物化”了

的能量。定義：在制備過程中消耗了能量的物體，以及本身能夠產(chǎn)生

能量的物體，均為載能體。煤、油、電等各種能源工業(yè)水、壓縮空氣、蒸汽、氧氣等各種動力各種原材料、輔助原材料、零部件非能源

都是載能體30能值：單位重量（體積）載能體載有的能量，稱為該載能體

的能值（kgce/單位產(chǎn)品）。

第一類載能體（原材料和動力）

——“物化”了的能量，即非能源。包括：原材料、輔助原材料、中間產(chǎn)品、零部件、其它消耗品（簡稱原材料），以及工業(yè)水、蒸汽、壓縮空氣、鼓風(fēng)、氧、電等（簡稱動力）

能值等于它們在制備過程中所消耗的各種原料、動力和燃料的載能量之和。31

第二類載能體（各種燃料）

——“活”的能量，即能源。包括：各種燃料（固、氣、流體燃料）。如：煤、重油、天然氣等。

能值等于燃料的發(fā)熱值和它在開采、加工過程中消耗的各種能耗之和。地下未開采的天然礦物的載能量等于零，散在的“廢料”如廢鋼、廢鐵、氧化鐵皮、軋鋼鐵皮、瓦斯泥等的載能量，一般取為零。32天然資源（礦物＋空氣＋水）產(chǎn)品能耗概念圖冶金、化工、建材等工業(yè)，都是以天然資源為原料的制造工業(yè)。從天然資源到最終產(chǎn)品要經(jīng)過多道生產(chǎn)工藝。每道工序的產(chǎn)品都是下一道工序的原料。3.4產(chǎn)品能耗[產(chǎn)品能耗]=直接能耗+間接能耗3.5節(jié)能方向與途徑33

降低第一類載能體的單耗及其載能量

——降低原料、溶劑料、零部件和耐火材料等非能源物質(zhì)消耗降低第二類載能體的單耗及其載能量

——降低燃料及電力、氧氣、蒸汽和工業(yè)水等動力消耗提高能源系統(tǒng)生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、加工等環(huán)節(jié)的能源轉(zhuǎn)換效率

——減小各種能源介質(zhì)的折標(biāo)系數(shù)回收生產(chǎn)過程中散失的載能體及各種能量

——回收各種余熱、余能和廢棄物等。

節(jié)能：要一手抓能源，一手抓非能源！34余熱資源高溫中溫低溫合計(jì)資源量回收量資源量回收量資源量回收量資源量回收量產(chǎn)品顯熱燒結(jié)礦/球團(tuán)礦顯熱0.940.280.940.28焦炭顯熱0.590.060.590.06鐵水顯熱1.221.101.221.10鋼坯顯熱0.600.240.600.24小計(jì)2.411.400.940.283.351.68渣顯熱高爐渣顯熱0.590.010.590.01鋼渣顯熱0.150.00.15小計(jì)0.740.010.740.01廢（煙）氣顯熱焦?fàn)t煙氣顯熱0.190.19焦?fàn)t煤氣顯熱0.170.020.170.02燒結(jié)煙氣顯熱0.690.69高爐煤氣顯熱0.770.77熱風(fēng)爐煙氣顯熱0.360.110.360.11轉(zhuǎn)爐煤氣顯熱0.210.080.210.08加熱爐煙氣顯熱0.720.250.720.25小計(jì)0.210.081.250.381.653.110.46冷卻水顯熱高爐冷卻水余熱0.950.95加熱爐冷卻水余熱0.290.020.290.02小計(jì)1.240.021.240.02合計(jì)3.361.492.190.662.890.028.442.172005年我國重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)余熱資源回收利用的情況GJ/t-s35余能資源技術(shù)參數(shù)余熱余能資源量GJ/t產(chǎn)品平均回收利用量GJ/t產(chǎn)品回收率%高爐爐頂余壓0.15~0.25MPa0.300.2583.3轉(zhuǎn)爐煤氣8360kJ/m30.840.5869.0余熱資源高、中、低溫8.442.1725.7合計(jì)※9.583.0031.32005年我國重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)的余熱余能資源量及其回收利用情況統(tǒng)計(jì)表（不含高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣）※鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的鐵鋼比取為1.036

因此，要從以下11個方面（生產(chǎn)因素）去考慮上述三個節(jié)能方向，從中找到節(jié)能途徑：1.生產(chǎn)布局7.工藝操作2.外部條件8.熱工操作3.原燃材料條件9.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)4.工藝流程10.副產(chǎn)品5.工藝設(shè)備11.廢棄品和廢能處理6.輔助設(shè)備37①節(jié)能工作著眼點(diǎn)要從注重單體設(shè)備、工序的節(jié)能轉(zhuǎn)向企業(yè)整體的節(jié)能；②節(jié)能管理方式要從經(jīng)驗(yàn)管理轉(zhuǎn)向現(xiàn)代化管理，提高管理工作水平和系統(tǒng)效率；③節(jié)能管理體系要從單一的能源部門縱向管理體系，轉(zhuǎn)向計(jì)劃、生產(chǎn)、技術(shù)、設(shè)備、原燃料供應(yīng)和能源管理部門分工協(xié)作的綜合管理體系。3.6系統(tǒng)節(jié)能要實(shí)現(xiàn)三個轉(zhuǎn)變四、科學(xué)用能38系統(tǒng)節(jié)能是把能源用少，科學(xué)用能是把能源用好?？茖W(xué)用能包括科學(xué)配置能源、科學(xué)使用能源、科學(xué)管理能源，它可將用能做到極致，把浪費(fèi)降到零。已故能源科學(xué)家吳仲華為科學(xué)用能總結(jié)出16個字：分配得當(dāng)、各得所需、溫度對口、梯級利用把高品位的蒸汽經(jīng)過節(jié)流后降為低品位的蒸汽使用；把高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣混合供給工業(yè)爐作燃料；水淬高爐熔渣將余熱水供冬季采暖；CDQ生產(chǎn)低壓蒸汽；將深度99.6%的氧氣供給高爐富氧噴吹24%氧氣；把不同SO2濃度的燒結(jié)廢氣混合在一起去進(jìn)行脫硫處理

目前存在的不科學(xué)用能問題：39“當(dāng)任何一種形式的能量轉(zhuǎn)換為另一種形式的能量時，其可用能（質(zhì)量）只能降低，不能提高”

熱力學(xué)第一定律——能量守恒定律（無條件）說明能量在轉(zhuǎn)換時數(shù)量上的守恒關(guān)系

熱力學(xué)第二定律——能量轉(zhuǎn)換定律（有條件）說明了能量在轉(zhuǎn)換時在質(zhì)量上的貶值特性能量轉(zhuǎn)換具有的方向性或不可逆性問題：沒有區(qū)分不同形式的能量在質(zhì)量上的差別“當(dāng)任何一種形式的能量轉(zhuǎn)換為另一種形式的能量時，總量保持不變”4.1關(guān)于熱力學(xué)定律404.2“能量”的分類

第一類—可以不受限制地完全轉(zhuǎn)換的能量。

例：電能、機(jī)械能、位能、水力、動能、風(fēng)力等功量，以作功方式傳遞的能量。

高級能，即完全有序運(yùn)動的能量，其數(shù)量與質(zhì)量是統(tǒng)一的。

第二類—具有部分轉(zhuǎn)換能力的能量例：熱能、物質(zhì)內(nèi)能、焓等熱量，以傳熱方式傳遞的能量。“熱能不可能連續(xù)地全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，機(jī)械能卻可全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?。中級能，可以部分地轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動的能量，數(shù)量和質(zhì)量不統(tǒng)一。

第三類—完全沒有轉(zhuǎn)換能力的能量例：處于環(huán)境狀態(tài)下的大氣、海洋、巖石等所具有的能量（溫度、壓力、濃度等），雖然具有相當(dāng)數(shù)量的能量，但在技術(shù)上無法轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。低級能，是只有?shù)量而無質(zhì)量的無序的能量。4.3能量中的“”與“”根據(jù)能量守恒，任何一種能量均可分解為和兩部分：41=“”+“”

（Exergy）—環(huán)境條件下能夠完全地連續(xù)地轉(zhuǎn)化為任何一種其它形式的能量，即可用能、可用功。

（Anergy）—不能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰?，即無效能、無用功。

機(jī)械能、電能：=1、

=0熱能：0≤≤1自然環(huán)境中熱能及從環(huán)境輸出的熱能：=1、＝0。42例如，鍋爐—汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的熱平衡和平衡分析結(jié)果：按第一定律分析—能量損失最多的是“冷凝器”（外部損失）按第二定律分析—能量損失最多的是“鍋爐”（內(nèi)部損失）4.4節(jié)能本質(zhì)是減少損失，節(jié)能就是節(jié)！分

析

方

法（以燃料為基準(zhǔn)）燃煤鍋爐蒸汽管網(wǎng)汽輪發(fā)電機(jī)冷凝器對外做功（發(fā)電）合計(jì)節(jié)能對策熱平衡熱損失kJ/kg燃料4050704——239251182140500熱損率或熱效率％10.001.74——59.0729.19100.00平衡損失kJ/kg燃料26163792281814061182143000損率或效率％60.841.846.553.2827.49100.00熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)超臨界發(fā)電技術(shù)4.5熱平衡和平衡分析法熱平衡分析法是從“數(shù)量”方面分析能量的來龍去脈（外部損失），結(jié)論：冷凝器的熱損失最大，節(jié)能的方向和重點(diǎn)是冷凝器。由于冷凝散熱不可避免，為此誕生了“熱電聯(lián)產(chǎn)”技術(shù)。工業(yè)發(fā)達(dá)國家30年前就把發(fā)展“熱電聯(lián)產(chǎn)”寫進(jìn)本國的《公共事業(yè)法》平衡分析法是從“質(zhì)量”方面分析量的來龍去脈（內(nèi)部損失），結(jié)論：鍋爐的損失最大，冷凝器的損失最小，節(jié)能的方向和重電是鍋爐。為了降低燃燒和傳熱過程損失，又開發(fā)了以提高蒸汽初始參數(shù)為手段的“超臨界發(fā)電”技術(shù)，燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（CCPP）434.6熱效率和效率不宜作為評價能源利用水平的統(tǒng)一判據(jù)熱效率是指被利用的能量與消耗的能量在數(shù)量上的比值，它只計(jì)所消耗能源的數(shù)量，不考慮能量間品質(zhì)的不同。效率是指被利用或收益的量與支付或耗費(fèi)的量之比，它只計(jì)所消耗能源的量，不考慮能源的數(shù)量。產(chǎn)品能耗是評價每單位產(chǎn)品所消耗能源數(shù)量的多少。就能源轉(zhuǎn)換設(shè)備（鍋爐、換熱器）而言，熱效率、

效率、產(chǎn)品能耗的評價結(jié)果是一致的；對工藝性熱工設(shè)備或過程（高爐、電爐、加熱爐）而言，受生產(chǎn)工藝和熱工制度的制約，三個評價指標(biāo)時常是矛盾的、甚至是對立的。44冷裝料熱效率高√產(chǎn)品燃耗大×熱裝料熱效率低×產(chǎn)品燃耗小√45熱裝物料與爐氣間沿爐長方向的平均輻射溫壓小，鋼坯獲得的有效熱占供入熱量的份額少，熱效率低。例1：連續(xù)式軋鋼加熱爐冷、熱裝料時的爐子熱效率？采礦選礦燒結(jié)高爐球團(tuán)煉鋼軋鋼連鑄產(chǎn)品地下礦石電爐連鑄軋鋼廢鋼產(chǎn)品例2：鋼鐵企業(yè)長、短流程的能源利用率？熱效率高，噸鋼能耗大熱效率低，噸鋼能耗小46五、物質(zhì)流、能量流及其流程網(wǎng)絡(luò)5.1能量流、能量流網(wǎng)絡(luò)是未來鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的重要研究命題（1）對鋼鐵制造流程的再認(rèn)識從工程學(xué)角度看，鋼鐵制造流程是復(fù)雜的鐵－煤化工（碳冶金）過程；從熱力學(xué)角度看，它是開放的、遠(yuǎn)離平衡的、不可逆的耗散過程系統(tǒng)。其中，含鐵（Fe）等物料沿著產(chǎn)品的全生命周期軌跡流動，形成了鐵素物質(zhì)流；含碳（C）等能源沿著轉(zhuǎn)換、使用、回收、再使用、直至排放的路徑流動（半生命周期軌跡），形成了碳素能量流。這些遠(yuǎn)離平衡態(tài)的能量流，只有通過不斷地與外界進(jìn)行物質(zhì)的和能量的交換，才能從“非平衡”狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N有序狀態(tài)。在非平衡態(tài)下通過系統(tǒng)內(nèi)外部的能量耗散或能量交換過程，形成的新的有序結(jié)構(gòu),稱為“耗散結(jié)構(gòu)”。鋼鐵廠的能量流具有普利高津所定義的“耗散結(jié)構(gòu)”的基本特征。47耗散結(jié)構(gòu)，由比利時物理化學(xué)家普利高津1967年提出。她好比一壺水放在火爐上，水溫逐漸升高，處于非穩(wěn)定狀態(tài)。水燒開后與外部空氣進(jìn)行熱交換，當(dāng)空氣帶走的與火爐提供的熱量平衡時，水溫便不再升高了，系統(tǒng)呈現(xiàn)出新的穩(wěn)定狀態(tài)——即耗散結(jié)構(gòu)狀態(tài)。100℃是熱水從無序到有序的“閾值”。普利高津1977年諾貝爾化學(xué)獎獲得者48（2）對鋼鐵生產(chǎn)流程節(jié)能潛力的基本估計(jì)把鋼鐵制造流程抽象為鐵素物質(zhì)流的輸入-輸出、碳素能量流的輸入-輸出，以及物質(zhì)流-能量流的協(xié)同作用，為進(jìn)一步挖掘節(jié)能降耗尋求新的突破口。經(jīng)過結(jié)構(gòu)調(diào)整和流程優(yōu)化，多數(shù)鋼鐵企業(yè)的鐵素物質(zhì)流在能量流的驅(qū)動和作用下，能夠按照設(shè)定的“程序”運(yùn)行，“生產(chǎn)流程”基本上實(shí)現(xiàn)了動態(tài)-有序地運(yùn)行；相比之下，能量流還未實(shí)現(xiàn)“動態(tài)-有序地運(yùn)行”（如分配、回收、緩沖、排放等環(huán)節(jié)），充其量為“半有序”。鋼鐵企業(yè)的能量流從“無序”到“有序”，可供挖掘的節(jié)能潛力是巨大的。49過去冶金領(lǐng)域的研究命題大多是圍繞鐵素物質(zhì)流的緊湊化、連續(xù)化、減量化展開的，對“能量流”、“能量流網(wǎng)絡(luò)”的研究不多；基于熱力學(xué)第一定律、第二定律及“耗散結(jié)構(gòu)”的節(jié)能理論、方法及指標(biāo)體系還在建立之中。從理論上認(rèn)識能量“流”和“網(wǎng)絡(luò)”的性質(zhì)，能量流的結(jié)構(gòu)及其整體行為，有助于能量流的網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化建設(shè)，有利于發(fā)揮鋼鐵企業(yè)能源管控中心的作用，“軟件”與“硬件”兼施，推動鋼鐵工業(yè)節(jié)能進(jìn)入新的發(fā)展階段。為了簡化能量流網(wǎng)絡(luò)，方便建模。網(wǎng)絡(luò)圖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)按照能量流的性質(zhì)和功能分類，而不按照用能設(shè)備的種類和任務(wù)劃分。能量流網(wǎng)絡(luò)通常由五個區(qū)域網(wǎng)/系統(tǒng)組成，它們既獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)：能源轉(zhuǎn)換區(qū)域網(wǎng)（C）——能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)能源使用區(qū)域網(wǎng)（U）——能源使用系統(tǒng)余熱余能的回收區(qū)域網(wǎng)（R）——余熱余能回收系統(tǒng)剩余能源的緩沖區(qū)域網(wǎng)（B）——余熱余能緩沖系統(tǒng)能源儲存區(qū)域網(wǎng)（S）——能源儲存系統(tǒng)5.2能量流網(wǎng)絡(luò)圖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5051購入能源量余熱回收系統(tǒng)(R)能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(C)能源使用系統(tǒng)(U)能源緩沖系統(tǒng)(B)二次能源量廢棄排放量外供能源量能源放散量緩沖能源量直接使用能源量轉(zhuǎn)換能源量余熱資源量回收量能源使用量剩余能源量能源存儲系統(tǒng)

S能量流網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域結(jié)構(gòu)圖能源轉(zhuǎn)換消耗能源余熱回收煤粉氧氣鼓風(fēng)電力高爐煤氣焦炭生產(chǎn)鋼鐵鐵水能源轉(zhuǎn)換區(qū)域網(wǎng)余熱余能回收區(qū)域網(wǎng)能源使用區(qū)域網(wǎng)能源存儲區(qū)域網(wǎng)能源存儲區(qū)域網(wǎng)能量流網(wǎng)絡(luò)中熱工裝置（高爐）SBCBDRHRPRCCFCG1CGn…CESULUMUH城市能源系統(tǒng)能源儲存區(qū)535.3鋼鐵制造流程的能量流網(wǎng)絡(luò)模型箭頭方向代表能量流的流向，聯(lián)線上方字母為能量流的流量及其分配比，聯(lián)線下方字母為能量流的能值、溫度、壓力等狀態(tài)量。準(zhǔn)確判斷節(jié)能的可能性及其限度十分重要。節(jié)能潛力的存在及其大小，是節(jié)能工作的前提，只有存在節(jié)能潛力的場合才有節(jié)能問題而言。節(jié)能潛力與“熱效率”有些時候是矛盾的。不能簡單地用熱效率指標(biāo)的高低來判斷節(jié)能潛力之大小?！肮?jié)能潛力寓于不平衡之中”。生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的熱量、機(jī)械、化學(xué)、壓力、濃度等不平衡現(xiàn)象，都是節(jié)能潛力存在的標(biāo)志。科學(xué)用能理論所提供的基本原則，在于指導(dǎo)人們發(fā)現(xiàn)節(jié)能潛力所在，尋找各種不平衡因素及其解決途徑（科學(xué)使用能源、科學(xué)配置能源、科學(xué)管理能源）。545.4節(jié)能潛力寓于不平衡之中——關(guān)于生產(chǎn)及管理過程的科學(xué)用能小馬拉大車大馬拉小車55（1）輸入給裝置的能量總是大于產(chǎn)品生產(chǎn)所需求的能量，即在能量流的輸入-輸出端存在能量的“數(shù)量”不平衡。適當(dāng)降低裝置輸入端的能量、回收輸出端的剩余能量、優(yōu)化裝置的設(shè)計(jì)與操作，是企業(yè)實(shí)施科學(xué)使用能源、挖掘節(jié)能潛力的基礎(chǔ)。凡熱工設(shè)備為了獲取較高生產(chǎn)率，總是在過剩的能量趨動下工作，所以才有剩余的能量輸出。解決途徑：

①減小輸入的能量，不向熱工設(shè)備供給多余熱負(fù)荷，明確產(chǎn)品能耗與生產(chǎn)率間的定量關(guān)系，控制設(shè)備在產(chǎn)品能耗最低的“經(jīng)濟(jì)區(qū)”間運(yùn)行，提高能源的終端使用效率；

②及時、合理、足量地回收利用各種余熱余能。目前，鋼鐵廠多數(shù)熱工設(shè)備在偏離“經(jīng)濟(jì)區(qū)”的右側(cè)運(yùn)行，產(chǎn)量大，作業(yè)率低，產(chǎn)品能耗高。這方面的節(jié)能潛力很大。高爐燃料比與冶煉強(qiáng)度的關(guān)系在不同冶煉工礦條件下的高爐焦比與冶煉強(qiáng)度的關(guān)系國內(nèi)外高爐生產(chǎn)實(shí)踐表明，高爐冶煉強(qiáng)度與焦比之間呈非線性關(guān)系。在一定的冶煉條件下，高爐存在最佳冶煉強(qiáng)度：此時噸鐵能耗（燃料比）最小、生鐵成本最低、經(jīng)濟(jì)效益最好。例2：

高爐的最佳冶煉強(qiáng)度——王筱留、張建良，中國鋼鐵年會論文集，2009.10不同冶煉條件1~5的最佳冶煉強(qiáng)度曲線最佳冶煉強(qiáng)度曲線5657例3大型電機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵變頻調(diào)速——最適合實(shí)施能源合同管理的項(xiàng)目H1H2風(fēng)量(Q)100%50%風(fēng)壓(H)AA1A2

風(fēng)機(jī)在A點(diǎn)工作時效率最高，此時輸出風(fēng)量Q為100%，軸功率P(A)正比Q(A)和H(A)的乘積。

當(dāng)風(fēng)量減小50%時：①采用關(guān)風(fēng)門以減少風(fēng)量方法，管網(wǎng)阻力增大，風(fēng)壓增加，風(fēng)機(jī)在A1點(diǎn)工作，軸功率P(A1)與P(A)相比兩者面積相差不大。②采用變頻調(diào)速方法，風(fēng)機(jī)在A2點(diǎn)工作，軸功率大幅度下降（綠色面積）。把高品位的蒸汽經(jīng)過節(jié)流后降為低品位的蒸汽使用；利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能去干燥物料；把高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣混合供給加熱爐作燃料；水淬高爐熔渣，熱水80℃：熔渣1700℃；燃用焦?fàn)t煤氣烘烤鋼包、鐵水罐、中間包等?？茖W(xué)配置能源問題，高質(zhì)高用、低質(zhì)低用。這是比工序/裝置節(jié)能更高層次的能量流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題，其節(jié)能潛力很大。58在能源分配上，根據(jù)能源的數(shù)量、質(zhì)量以及用戶需求，實(shí)行“按質(zhì)用能、匹配得當(dāng)”，在余熱回收利用上，實(shí)行“溫度對口、梯級利用”，做到“高質(zhì)高用、低質(zhì)低用、熱盡其用”。目前，鋼鐵企業(yè)在二次能源的生產(chǎn)和分配方面存在的問題：（2）分配給終端用戶的能量的能級與其需求的時常不一致，即在能源分配與使用環(huán)節(jié)存在能量的“品質(zhì)”不匹配。按質(zhì)用能、溫度對口、梯級利用，是企業(yè)實(shí)施科學(xué)配置能源的基本原則。生產(chǎn)規(guī)模萬t/年產(chǎn)品結(jié)構(gòu)噸鋼煤氣生產(chǎn)量噸鋼煤氣消耗量噸鋼煤氣剩余量企業(yè)煤氣剩余率%900～1000板、卷材為主，兼有棒線型材9.085.223.8642.5600～800棒線、型、管材及板卷材8.855.563.2937.2300～500棒線、型、管材及板卷材8.775.852.9233.3100～200棒材、線材等8.216.172.0424.9不同規(guī)模鋼鐵聯(lián)合企業(yè)副產(chǎn)煤氣回收與利用情況統(tǒng)計(jì)表GJ/t鋼59（3）二次能源的生產(chǎn)量總是大于需求量，即能源始終處于供需不平衡狀態(tài)。應(yīng)用“動態(tài)”、“非平衡”方法、“耗散結(jié)構(gòu)”理論及能量流網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，解決富余煤氣、氧氣、蒸汽的緩沖、使用和調(diào)控問題，建立健全智能化能源管控中心（節(jié)能管理的工具而非形象工程），是企業(yè)實(shí)施科學(xué)管理能源的給力手段和有效工具。60（4）鋼鐵生產(chǎn)過程中鐵前工序之間為冷銜接而鐵后工序之間為熱銜接，即物質(zhì)流與能量流時分時合。構(gòu)建物質(zhì)流和能量流的動態(tài)耦合模型，強(qiáng)化物質(zhì)流和能量流的協(xié)同作用，是今后鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗的重要研究內(nèi)容。具有時間概念的“物質(zhì)流-熱量流”圖——某廠2005年熱軋帶鋼生產(chǎn)流程6162六、關(guān)鍵實(shí)用節(jié)能技術(shù)

——需要節(jié)能理論、方法、工具的支撐

以科學(xué)用能和系統(tǒng)節(jié)能理論為指導(dǎo)，根據(jù)我國鉄素物質(zhì)流和碳素能量流的特點(diǎn)，將關(guān)鍵共性節(jié)能技術(shù)分為四類：（4）余熱余能的回收利用技術(shù)（3）“界面”技術(shù)（2）原燃料處理技術(shù)

將上述“四類節(jié)能技術(shù)”與智能化工具“能源管控中心”相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)鋼鐵制造過程中物質(zhì)流、能量流的充分集成與協(xié)同，能源轉(zhuǎn)換、分配、使用過程的協(xié)同，可實(shí)現(xiàn)企業(yè)的能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益的最大化。（1）減量化技術(shù)（1）減量化技術(shù)——能源可持續(xù)發(fā)展的根本出路，節(jié)能減排的永恒主題。能源轉(zhuǎn)換裝置，耗能設(shè)備，生產(chǎn)工序等（2）原燃料處理技術(shù)——燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、煤炭、煤氣、鼓風(fēng)等①煤風(fēng)選－調(diào)濕－型煤技術(shù)CMC②高爐鼓風(fēng)脫濕技術(shù)③燒結(jié)原料預(yù)熱干燥－熱風(fēng)燒結(jié)技術(shù)④鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯低碳焙燒技術(shù)⑤煤氣脫水技術(shù)（3）余熱余能的回收利用技術(shù)①高爐渣顯熱回收技術(shù)②干熄焦技術(shù)CDQ③焦?fàn)t荒煤氣顯熱回收技術(shù)④高爐煤氣干法除塵－TRT發(fā)電技術(shù)⑤轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵－煤氣—余熱回收技術(shù)⑥燒結(jié)余熱分級回收梯級利用技術(shù)⑦板坯冷卻鍋爐回收余熱技術(shù)⑧低溫余熱回收－海水淡化技術(shù)⑨熱風(fēng)爐廢氣干燥高爐水渣技術(shù)（4）“界面”技術(shù)①鐵鋼界面“一罐到底”②鋼包優(yōu)化調(diào)度③鋼坯熱裝熱送④加熱爐蓄熱燃燒636.1原燃料預(yù)處理技術(shù)煉焦燒結(jié)球團(tuán)煉鐵煉鋼連鑄連軋①焦?fàn)t煙氣余熱：煤風(fēng)選—調(diào)濕—型煤技術(shù)（CMC）③燒結(jié)原料預(yù)熱干燥—熱風(fēng)燒結(jié)技術(shù)②

高爐鼓風(fēng)脫濕技術(shù)⑤煤氣脫水技術(shù)64④鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯低碳焙燒技術(shù)65（1）焦?fàn)t入爐煤風(fēng)選—調(diào)濕—型煤技術(shù)66該裝置具有風(fēng)選功能，首先將小于3mm合格粒度的煤料（30-40%）風(fēng)選出來，減輕粉碎機(jī)負(fù)荷，節(jié)能；布袋除塵器濾出的煤粉（3-5%）壓成型煤，入爐煉焦。年節(jié)約煤氣7.01億m3，減少廢水7.9萬m3，降低噸鋼能耗2.5kgce/t鋼。（2）利用焦?fàn)t煙道廢氣進(jìn)行煤風(fēng)選—調(diào)濕—型煤技術(shù)（——濟(jì)鋼鋼鐵公司67（3）利用富余蒸汽實(shí)施雙效溴化鋰吸收式制冷

高爐鼓風(fēng)脫濕技術(shù)秦皇島首秦公司2#1200、3#1780高爐68重鋼，新區(qū)三座高爐（2650m3）利用燃?xì)庵比间寤囍评錂C(jī)組生產(chǎn)的6-12℃冷水通過表冷氣對空氣進(jìn)行冷卻除濕；再用螺桿式乙二醇深冷制冷機(jī)進(jìn)行冷深度除濕。每臺高爐鼓風(fēng)機(jī)各配一套鼓風(fēng)除濕裝置，除濕裝置處理能力為5500m3/min，設(shè)計(jì)進(jìn)口參數(shù)為：溫度32℃、相對濕度70-80%；設(shè)計(jì)出口參數(shù)為：溫度3-5℃、含濕量為4-6g/kg；除濕器設(shè)計(jì)迎風(fēng)面積為8m×8m的64m2，風(fēng)速設(shè)計(jì)為1.5m/s，防止霧滴被風(fēng)吹攜。前后（重鋼董榮華提供）馬鋼，2006年投資近3000萬元，在兩座2500m3高爐鼓風(fēng)站，建設(shè)一套蒸汽制冷站，配兩臺制冷量為300萬大卡的雙效蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機(jī)組及配套設(shè)備(一拖二)。管網(wǎng)蒸汽作為制冷機(jī)動力源，壓力0.6Mpa,每小時最多消耗蒸汽約15t。

用低壓余熱蒸汽制冷替代電制冷，為煤氣脫水，每小時煤氣的脫水量達(dá)7噸。6.2余熱余能的回收與利用技術(shù)煉焦燒結(jié)煉鐵煉鋼連鑄連軋②干熄焦技術(shù)CDQ⑥燒結(jié)過程余熱資源分級回收梯級利用技術(shù)④轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵—煤氣余熱回收發(fā)電一體化技術(shù)③高爐煤氣干法除塵—爐頂余壓發(fā)電一體化技術(shù)⑤焦?fàn)t荒煤氣顯熱回收技術(shù)70⑧低溫余熱回收—海水淡化技術(shù)①高爐熔渣顯熱回收技術(shù)⑦板坯冷卻鍋爐顯熱回收技術(shù)⑨熱風(fēng)爐廢氣干燥高爐水渣技術(shù)（1）高爐煤氣的干法除塵與TRT發(fā)電技術(shù)

——余熱余能的回收利用與煙氣除塵有關(guān)

高爐的穩(wěn)定運(yùn)行和爐頂煤氣溫度的降低，為TRT發(fā)電和高爐煤氣干法除塵創(chuàng)造了條件，全干法+TRT技術(shù)可使發(fā)電效率提高30%以上，噸鐵發(fā)電量達(dá)35—50kWh，可降低噸鋼綜合能耗5.9kgce/鋼。（兩級布袋工藝）71高爐1800m3流量40萬m3/h溫降10-50℃壓降9kPa電機(jī)15MW年發(fā)電0.9億度（2）轉(zhuǎn)爐煙氣全干法除塵-煤氣-余熱回收技術(shù)

——濟(jì)鋼一煉鋼廠4×45噸轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電技術(shù)72國內(nèi)外轉(zhuǎn)爐煙氣除塵普遍采用OG法和LT法，本質(zhì)都不是全干式工藝（對800-1000℃轉(zhuǎn)爐煙氣進(jìn)行噴水或噴霧冷卻，使其降到200℃以下）。承鋼試驗(yàn)用調(diào)溫鍋爐回收800-1000℃煙氣顯熱，冷卻到180℃，然后進(jìn)布袋除塵器，最后進(jìn)入煤氣回收系統(tǒng)。建議對轉(zhuǎn)爐煙氣進(jìn)行全干法余熱回收，煤氣回收100%，熱量回收100%。濕法除塵干法除塵半干法全干法水耗量最大較小較大0系統(tǒng)阻力最大較小較大最小蒸汽回收量kg/t808080＞200煤氣含塵mg/m3150不穩(wěn)定80＜20煤氣含水量最高較低較高0煤氣回收量較低較低較低高排灰方式含塵污水干灰含塵污水干灰投資（含水處理）較高最高低低效益差一般較差好安全性較差差一般好轉(zhuǎn)爐煙氣除塵-余熱回收方法的效果的比較73（3）燒結(jié)余熱資源的分級回收與梯級利用技術(shù)——蔡九菊，中國冶金報(bào)，2009.6.11回收利用鋼鐵生產(chǎn)過程產(chǎn)生的余熱余能資源，燒結(jié)工序最具代表性。我國燒結(jié)工序能耗比國外先進(jìn)指標(biāo)高出20％以上，主要原因是燒結(jié)工序余熱資源的回收與利用水平低。燒結(jié)余熱資源包括燒結(jié)過程的廢氣顯熱和產(chǎn)品顯熱，分別占燒結(jié)工序總熱量收入的20-45%。據(jù)報(bào)道，燒結(jié)工序的燃料消耗約44kgce/t，余熱資源的回收利用量多達(dá)14kgce/t，與每噸燒結(jié)礦的電力消耗量大體相當(dāng)。原燒結(jié)礦環(huán)冷機(jī)是為冷卻燒結(jié)礦設(shè)計(jì)的，現(xiàn)回收燒結(jié)礦余熱先天不足。74熱收入，MJ/t燒結(jié)礦熱支出，MJ/t燒結(jié)礦固體燃料1096.984.7%燒結(jié)礦顯熱597.046.1%余熱回收30.1%廢氣帶走10.1%產(chǎn)品顯熱5.9%點(diǎn)火燃料27.22.1%原料水分蒸發(fā)195.515.1%原料中碳107.58.3%石灰石分解熱209.816.2%臺車底鋪料10.40.8%臺車底鋪料10.40.8%其他53.04.1%燒結(jié)廢氣顯熱239.618.5%其他熱損失42.73.3%合計(jì)1295100%1295100%日本和歌山制鐵所360平米燒結(jié)機(jī)熱平衡表（以生產(chǎn)1000kg燒結(jié)礦為基準(zhǔn)，不含電力消耗）75日本：燒結(jié)廢氣分區(qū)再循環(huán)利用技術(shù)——新日鐵480平方米燒結(jié)機(jī)臺面被劃分為4個不同區(qū)域，實(shí)施燒結(jié)煙氣分區(qū)再循環(huán)。③⑩⑿⑥②高溫高氧低濕高硫低溫低氧高氧低溫低濕低硫低溫低氧76風(fēng)箱號數(shù)廢氣組成處理方法流量kNm3/h溫度℃O2%H2O%

SO2㎎/Nm（1）區(qū)1#-3#62（90）8220.63.60循環(huán)到燒結(jié)機(jī)臺面③（2）區(qū)4-13#,32-33#290（320）9911.413.221除塵后進(jìn)煙囪（3）區(qū)14#-25#382（420）12514.013.01000除塵、脫硫、除霧后進(jìn)煙囪（4）區(qū)26#-31#142（200）16619.12.4900循環(huán)到燒結(jié)機(jī)臺面②煙囪672（740）9512.913.015排放到大氣新日鐵480平米3#燒結(jié)機(jī)燒結(jié)廢氣分區(qū)循環(huán)氣體參數(shù)（1992~）循環(huán)廢氣保持較高的氧氣濃度（＞19.1%）和較低的氣體濕度（＜3.6%），使廢氣中沒有耗盡的氧氣通過再循環(huán)得以利用，進(jìn)而減少了廢氣生成量，廢氣循環(huán)率達(dá)到25%；廢氣根據(jù)所含硫份不同分別治理，進(jìn)而提高待處理廢氣的溫度和單臺設(shè)備的廢氣處理負(fù)荷，降低了環(huán)保設(shè)備的投資和運(yùn)行成本。77措施：奧地利VoestalpineStahl燒結(jié)廠將原燒結(jié)機(jī)延長18米，保持原廢氣排放量不變，增產(chǎn)三分之一。將1/3的風(fēng)箱（11～16號）高溫?zé)Y(jié)煙氣返回到燒結(jié)機(jī)臺面循環(huán)使用；將環(huán)冷機(jī)的部分冷卻廢氣與通向燒結(jié)臺面的高溫?zé)Y(jié)廢氣混合，以補(bǔ)充閉路循環(huán)燒結(jié)煙氣氧氣含量的不足。效果：燒結(jié)機(jī)日產(chǎn)量提高了30.7%，噸燒結(jié)礦廢氣排放量減少17.4%以上，降低固體燃料消耗10%，降低點(diǎn)火爐煤氣燃耗20%。奧地利：燒結(jié)過程節(jié)能減排技術(shù)78根據(jù)余熱資源的數(shù)量、溫度以及用戶對熱量的需求，確定最佳回收方式和優(yōu)先使用順序，做到：分級回收，梯級利用。79鞍鋼：燒結(jié)余熱資源分級回收梯級利用示范工程（863）整個過程的(火用)效率提高到21%，降低燒結(jié)工序能耗16.6kgce/t礦。

80最初的環(huán)冷機(jī)是為冷卻燒結(jié)礦設(shè)計(jì)的，風(fēng)量大、料層薄、冷卻快、漏風(fēng)嚴(yán)重，不滿足目前高效換熱、取熱的要求。如今，既要冷卻燒結(jié)礦又要回收熱量，環(huán)冷機(jī)的結(jié)構(gòu)與操作務(wù)必進(jìn)行相應(yīng)的改造。否則，是不會取得好效果的！在干熄焦啟發(fā)下，凡赤熱的燒結(jié)礦、球團(tuán)礦乃至經(jīng)?；幚淼囊苯鹪?，都有可能像干熄焦那樣用散料床氣固熱熱交換的方式來回收余熱。用CDQ式散料床氣固熱交換裝置，取代現(xiàn)有的燒結(jié)礦環(huán)冷機(jī)或球團(tuán)豎爐等裝備。最大可能地回收利用燒結(jié)礦顯熱（已申報(bào)國家發(fā)明專利）。有望降低工序能耗25.0kgce/t礦以上。未來：CDQ式燒結(jié)礦余熱回收技術(shù)（4）低溫多效海水淡化技術(shù)——給低溫余熱派上用場81（1）采用蒸汽噴射器（TVC），使汽輪機(jī)中抽取中壓蒸汽（0.4Mpa）與回流的低壓蒸氣混合，減溫減壓，再進(jìn)入“低溫多效海水淡化裝置”——生產(chǎn)的除鹽水（淡水）成本較高。（2）直接利用汽輪機(jī)末端乏汽或其它低溫低壓汽源，如冷卻水、沖渣水，經(jīng)熱泵提升、閃蒸，形成低溫低壓蒸(0.035Mpa，65-72℃），可使海水淡化運(yùn)行成本降低50%，與新水成本相當(dāng)。1-進(jìn)蒸汽管；2-NCG排放管；3-冷卻水排放管；4-總進(jìn)水管；5-成品水管；6-濃鹽水管動力蒸汽吸入蒸汽82干式真空技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：工藝：模塊化聯(lián)接，便于真空系統(tǒng)能力的靈活配置；脫氫能力可能更強(qiáng)，因蒸汽泵使用的介質(zhì)含水，水分壓可能會影響脫氫效果。設(shè)備：