炼铁系统能耗分析及节能_陈冠军

收稿日期：2010－03－02

陈冠军（1972），高级工程师；100043北京市石景山区。炼铁系统能耗分析及节能

陈冠军

（首钢技术研究院）

摘要通过分析近年首钢北京地区、首秦和迁钢炼铁工序能耗变化和能耗介质构成情况，阐明影响炼铁工序能耗的主要能耗介质消耗，说明回收能源、降低焦炭消耗和提高喷煤对炼铁工序能耗的影响。通过与宝钢先进指标的对比，在节能潜力分析基础上，提出炼铁系统节能对策，为国内外钢铁企业炼铁节能提供参考。

关键词炼铁工序能耗系统节能

Analysis of energy consumption and energy-saving

of iron-making system

Chen Guanjun

（Shougang Research Institute of Technology ）

Abstract Though the structure analysis of process energy consumption and energy consumption medi-um in Beijing district ，Shouqin and Qiangang ，the main energy consumption medium impacting process energy consumption of iron-making was illustrated ，and effect of recycling energy ，lowering coke and increasing coal injection was pointed out．By contrasting to advanced index in Baosteel ，on the base of

analyzing energy-saving potential ，energy-

saving measures of iron-making were put forward．This will offer reference for iron-making energy-saving in domestic and overseas enterprises．

Keywords iron-making process energy consumption systemic energy-

saving

图1历年钢铁综合能耗与炼铁工序能耗国家发改委提出，到2010年，中国万元国

内生产总值能耗将由2005年的1.22tce 下降到

1tce 以下，降低20%左右，要求年平均降低

4%。今年是实现国家“十一五规划”节能减排

目标最关键的一年。钢铁工业是国家经济发展的

重要基础产业，近年发展迅速，2009年中国钢

铁粗钢产量达到5.68亿t ，同比增长13.5%。

同时，钢铁工业也是高能耗、高污染的产业［1］，

钢铁工业总能耗占全国能耗的14%左右，是节

能减排的重点。

在国家产业结构调整和节能减排政策的指导

下，落后钢铁产能逐年淘汰，钢铁节能减排取得

很大进步。历年钢铁综合能耗与炼铁工序能耗变化如图1所示，钢铁综合能耗从2000年的920kgce /t 下降到2008年的630kgce /t ，降幅接近三分之一，炼铁工序能耗由从2000年的464.53kgce /t 下降到2008年的427.72kgce /t ，降11Vol.29No.4

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幅小于8%。

通过计算炼铁工序能耗与钢铁综合能耗的百分比，该比值在逐年升高，从2000年的50.49%上升到2008年的67.89%，炼铁工序能耗占钢铁综合能耗的百分比变化如图2所示。除钢铁结构调整、落后产能淘汰等宏观因素影响

外，通过钢铁综合能耗的e －p 计算法［2］

可知，铁钢比系数调整

［3］

和新折算系数是近年钢铁综

合能耗大幅下降的主要因素。同时，钢铁能耗降

低越来越受炼铁工序能耗的制约，可见，炼铁工序节能是钢铁节能的重点，炼铁节能的重要性越来越突出

。

图2炼铁工序能耗在钢铁综合能耗的百分比

1

产量与能耗

2009年首钢钢产量超1200万t ，通过近期京唐和迁钢等地项目的新建，以及对贵钢、长钢、首钢伊钢的重组融合，预计到2012年首钢钢产量将达到3000万t 。2009年首钢三地（包括北京地区、首秦和迁钢三地，不含京唐）铁产量为1178.2万t ，其中北京地区铁产量为442万t ，首秦铁产量为252.7万t ，迁钢铁产量为483.5万t 。历年首钢北京地区、首秦、迁钢铁产量变化如图3所示。首钢北京地区、首秦、迁钢铁产量变化与炼铁工序能耗恰好相反，2004年，北京地区铁产量超800万t ，首秦铁产量低于50万t ，迁钢铁产量为200多万t ；到2008年北京地区由于受奥运和搬迁改造影响，铁产量降至440万t ，而首秦铁产量超250万t ，迁钢由于2007年2号高炉投产，2008年铁产量超450万t 。历年首钢北京地区、首秦、迁钢工序能耗如图4所示。可知，首秦和迁钢的炼铁工序能耗由于铁产量增加，呈下降趋势，而北京地区由于减产，其炼铁工序能耗成上升趋势。2004年，迁钢和首秦高炉处于投产初期，产量较低，能耗最

高，迁钢炼铁工序能耗高达700kgce /t ，北京地

区炼铁工序能耗最低；到2008年，北京地区铁产量减少一半，工艺技术与产能的不匹配和盘亏严重等因素，其炼铁工序能耗大大超出首秦和迁钢，其中，首秦2008年炼铁工序能耗降至最低

。

图3

首钢历年铁产量

图4

首钢历年工序能耗

2能耗结构分析

2.1

能耗介质构成

以2008年北京地区、首秦和迁钢炼铁工序

能耗（老折标系数）为基础，分别比较了炼铁工序各项能耗。能耗介质分煤粉（包括动力煤和无烟煤等煤）、焦炭（包含焦丁和盘亏）、煤气、电力、水、氧氮等气体（包括氧、氮和鼓风等气体）和回收能源等，能耗介质构成和比例如表1所示。在各种能耗介质构成中，焦炭消耗比重最高，约占75% 80%，其中以北京地区焦炭消耗最多，比首秦和迁钢高50 70kgce /t ；其次是煤粉，约占21% 34%，迁钢煤粉最高，比首秦和北京地区高40 44kgce /t ；煤气消耗占14% 24%，其中首秦煤气消耗最高，比北京地区和迁钢高30kgce /t ；各地区的氧氮等气体消耗相当，其主要是鼓风消耗；水耗比例最小，仅为1% 2%，4 7kgce /t 。在能耗结构

2

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金能源

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中，回收能源主要是高炉煤气和炉顶压差发电，回收能源占炼铁工序能耗比重的32% 45%，其中以首秦回收能源最高，为196.5kgce/t。可见降低炼铁工序能耗，高炉煤气回收利用和炉顶压差发电起着关键性作用。其次，提高喷煤降低焦炭消耗，可以有效降低高炉生产成本和降低炼铁工序能耗。

表1炼铁工序能耗介质构成和比例

能耗介质

北京地区

kgce/t%

首秦

kgce/t%

迁钢

kgce/t%

煤粉104.6721.46108.3625.07148.8734.04焦炭403.6682.76353.4381.77326.8274.72煤气69.5114.2510424.0672.516.58电力16.24 3.3311.63 2.69 3.670.84水 4.180.86 3.980.927.03 1.61氧氮等气体48.129.8747.3310.9544.6710.21回收能源－158.61－32.52－196.5－45.46－166.19－38.00合计487.77100.00432.23100.00437.37100.00

2.2新老折标的对比分析

如果采用新折标系数计算，无论北京地区、首秦还是迁钢，新折标炼铁工序能耗比老折标炼铁工序能耗低25 30kgce/t，主要是电力和气体折算系数降低较大所致。采用新折标系数计算，2008年迁钢炼铁工序能耗为409kgce/t，首秦炼铁工序能耗为407kgce/t。与中钢协统计的2008年重点钢铁企业炼铁工序能耗427.72kgce/t比较，能耗低18 20kgce/t，处于国内先进水平。

2.3与宝钢对比分析

2008年宝钢炼铁工序能耗为401kgce/t，北京地区由于能耗较高，不具有可比性，下面以首秦和迁钢2008年炼铁工序能耗与其作比较分析。与宝钢炼铁工序能耗比较，首秦炼铁工序能耗比宝钢高22kgce/t，迁钢炼铁工序能耗比宝钢高36kgce/t。宝钢煤粉消耗比首秦低33kgce/t，比迁钢低7kgce/t，宝钢焦炭消耗比首秦高33kgce/ t，比迁钢低6kgce/t，宝钢煤气消耗比首秦、迁钢低8 40kgce/t，氧氮等气体消耗低12 15kgce/t，水电消耗比首秦、迁钢高1 5kgce/t，但是首秦回收能耗比宝钢高15kgce/t，迁钢回收能耗比宝钢低6kgce/t。这说明，首秦焦炭、喷煤和回收能源等能耗均超宝钢，但由于煤气和氧氮等气体消耗较大，故与宝钢差距较小；而迁钢除水电消耗比宝钢小以外，其余指标均有一定差距。

3能耗影响因素分析

从首钢三地的炼铁系统流程和技术比较看，主体流程相同，但是在附属设备和工艺技术方面不同。2005年以前，北京地区原5座高炉，年产铁800万t，1号高炉有效容积2536m3，2号高炉1780m3，3号高炉2536m3，4号高炉2100m3，5号高炉1036m3（2005年停炉），总有效容积为8952m3，其中1、3、4号高炉每座配备4座顶燃式热风炉，2号高炉每座配备3座内燃式热风炉，2座预热炉。由于奥运和近年首钢结构调整、搬迁改造等因素，到2009年仅剩1号和3号高炉。首秦拥有两座高炉，1号高炉有效容积1200m3，2号高炉有效容积1800m3，两者均配备3座卡卢金顶燃式热风炉和2座预热炉。迁钢共有2座2650m3高炉，其中1号高炉配备3座霍戈文内燃式热风炉和换热器双预热系统，2号高炉配备3座霍戈文内燃式热风炉和2座预热炉。各地高炉配备的热风炉运行情况看，北京地区热风炉煤气不预热，空气温度很低，约45 85?，排烟温度为280?；首秦热风炉的煤气预热温度为180?，空气预热温度为410?，排烟温度为250?；迁钢2号高炉热风炉的煤气预热温度为130 180?，空气预热温度为520

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600?，排烟温度为250?。从能耗角度看，尽管空气和煤气预热需要多消耗高炉煤气，但是从最终的能效看，可以大大提高喷煤和降低焦比，从而实现降低炼铁工序能耗的目的。

三地高炉均配备TRT发电，但在除尘方面，首秦高炉全部采用干法除尘技术，北京地区和迁钢的高炉均有一座采用湿法除尘技术。另外，北京地区没有煤气柜，首秦和迁钢均配备煤气柜。各地高温炉渣普遍采取水冲渣方式，炉渣余热梯级利用问题还有待研究与应用。

高炉操作技术方面，三地风温差别很大，北京地区风温最低，仅为1150?，首秦风温为1200?，而迁钢风温最高，如迁钢2号高炉2009年平均风温达1258?，造成煤粉和焦炭消耗的差距。富氧方面，北京地区富氧率为1.51%，首秦为0.95%，而迁钢富氧率最高为3.48%。在利用系数方面，北京地区和首秦高炉为2.4，迁钢高炉利用系数为2.5。各地煤气放散率也相差较大。

以上流程和技术的差别，导致首钢不同地区高炉炼铁工序能耗的差别。特别是北京地区减产幅度大，造成泵和风机等设备与实际负荷的不匹配，存在大马拉小车的问题，同时北京地区焦炭盘亏严重，折合能耗约为48kgce/t，造成北京地区近年炼铁工序能耗不但没有降低反而升高。此外，北京地区高炉的原燃料条件不佳，也是导致其能耗升高的主要原因。迁钢高炉由于近年原燃料条件改善，高风温、大喷煤和富氧等先进技术逐步实施，从而降低了焦比、炼铁工序能耗。

4节能潜力与对策

通过北京地区、首秦、迁钢及与宝钢炼铁工序能耗的对比分析，北京地区、首秦与迁钢炼铁工序能耗尚有20 40kgce/t的下降空间。节能对策如下：

（1）加强能源管理工作，特别是加强水、气的跑、冒、滴、漏检查和管理，减少不必要的能源损失，并在其基础上进行能源系统优化配置。

（2）降低炼铁工序能耗，应以降低焦比和提高煤比为主，进一步降低焦炭消耗，并侧重降低燃料比。

（3）高炉节能采用精料技术。主要通过抓好原燃料质量，提高烧结矿品位、改善焦炭质量。

（4）采用高风温、大喷煤和富氧等先进技术，进一步提高高炉风温，增加喷煤比和高炉富氧，不断提高高炉负荷和利用系数，从而实现降低焦比，减少焦炭消耗比例。

（5）降低高热值煤气消耗比重，充分利用高炉煤气，减少焦炉煤气和天然气的使用，并提高热风炉热效率。

（6）加大高炉煤气的回收利用和优化，推广应用干法除尘技术回收荒煤气余热，进一步提高TRT发电效率。

（7）采取干法粒化技术替代水冲渣技术，进一步实现炉渣余热的梯级利用。

5结论

（1）历年钢铁综合能耗和炼铁能耗变化，表明炼铁工序能耗是限制钢铁能耗降低的主要环节，是钢铁节能的重点。

（2）近年首钢北京地区、首秦和迁钢炼铁工序能耗变化和能耗介质构成分析，说明回收能源、降低焦炭消耗和提高喷煤是影响炼铁工序能耗的关键因素。

（3）能耗影响因素分析表明，炼铁工序能耗与工艺流程、附属设备、工艺技术、高炉操作和余热利用等方面紧密关联。

（4）在北京地区、首秦、迁钢及与宝钢炼铁工序能耗的对比分析基础上，提出炼铁系统节能对策。

参考文献

［1］王维兴，张岩.钢铁工业节能潜力探讨［J］．冶金环境保护，2007，（6）：1－7.

［2］蔡九菊，赫冀成，陆钟武.过去20年及今后5年中我国钢铁工业节能与能耗剖析［J］．钢铁，2002，37（11）：68－73.

［3］张寿荣.以科学发展观审视21世纪的中国高炉炼铁［J］．钢铁，2008，43（11）：1－7.

赵艳编辑

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