出品 | 網(wǎng)易新聞

　　作者 | 一聞，鋼鐵行業(yè)研究人員

　　一直以來，作為傳統(tǒng)的能源消耗大戶，鋼鐵企業(yè)的能耗問題以及由此帶來的污染物排放問題都被社會(huì)各界廣泛關(guān)注。

　　其實(shí)，隨著能源管理水平和節(jié)能減排技術(shù)的不斷提高，目前中國(guó)鋼鐵行業(yè)能源消耗水平已經(jīng)大幅下降，尤其是在煉鋼工序。

　?。ㄞD(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)）

　　如今，國(guó)內(nèi)的多數(shù)大中型鋼鐵企業(yè)均已實(shí)現(xiàn)了負(fù)能煉鋼，標(biāo)桿性企業(yè)的煉鋼工序能耗已降至-30公斤標(biāo)準(zhǔn)煤/噸鋼，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，通俗來說，相當(dāng)于煉一噸鋼不僅沒有消耗能源，還賺了30公斤煤。

　　這個(gè)看似不可思議的結(jié)果，是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

　　（一）什么是負(fù)能煉鋼？

　　負(fù)能煉鋼是一個(gè)工程概念，是指合格產(chǎn)品在冶煉時(shí)所回收的能量大于所消耗的各種能量，也就是煉鋼工序能耗為負(fù)數(shù)。

　　煉鋼工序生產(chǎn)需要水、電、煤氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣、蒸汽等多種能源。為了便于統(tǒng)一計(jì)算，在測(cè)算煉鋼工序能耗時(shí)，要將所有能源折算為標(biāo)準(zhǔn)煤，因此，煉鋼工序能耗的計(jì)量單位為千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸鋼。

　?。掍摴ば蛳牡母鞣N能源占比情況）

　　煉鋼工序能耗計(jì)算式如下：

　　煉鋼工序能耗=（煉鋼能源消耗量+連鑄能源消耗量-回收能源數(shù)量）/（合格連鑄坯量）

　　當(dāng)煉鋼工序能耗為正，也就是能源消耗量大于回收量時(shí)，為耗能煉鋼；當(dāng)煉鋼工序能耗為零，也就是能源消耗量等于回收量時(shí)，為零能煉鋼；當(dāng)煉鋼工序能耗為負(fù)時(shí)，為負(fù)能煉鋼。

　　負(fù)能煉鋼是煉鋼工序節(jié)能的核心技術(shù)，對(duì)鋼鐵企業(yè)來說，實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼可以有效降低成本、減少污染、實(shí)現(xiàn)能源再循環(huán)等。

　　國(guó)內(nèi)外主要鋼鐵企業(yè)都把實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼作為提高經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保水平的重大工藝技術(shù)進(jìn)行研究和應(yīng)用。

　　（二）負(fù)能煉鋼是如何做到的？

　　負(fù)能煉鋼并不是一項(xiàng)單一的技術(shù)，而是聯(lián)合煉鋼的各個(gè)環(huán)節(jié)，形成的一種綜合技術(shù)。它需要將許多先進(jìn)技術(shù)集成、配套，尤其離不開企業(yè)現(xiàn)代化的科學(xué)管理和生產(chǎn)。

　　按照煉鋼能耗的計(jì)算公式來看，要實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼，有兩項(xiàng)關(guān)鍵影響因素：一是降低煉鋼過程中的能源消耗，二是提高能源回收量。

　　降低能源消耗主要通過提高生產(chǎn)效率和加強(qiáng)能源介質(zhì)管理來實(shí)現(xiàn)。鋼廠通過優(yōu)化冶煉工藝，提高煉鋼生產(chǎn)效率，可以穩(wěn)定鋼水質(zhì)量，提高合格產(chǎn)品產(chǎn)量，在總能耗變化不大的情況下，合格產(chǎn)品產(chǎn)量的提高將大幅度降低噸鋼能耗水平?？梢哉f，生產(chǎn)效率的提高是負(fù)能煉鋼的基礎(chǔ)。

　　而加強(qiáng)對(duì)水、電、氣等能源介質(zhì)的管理，則可以提高能源利用效率，有效防止跑、冒、滴、漏，直接減少能源消耗。

　?。ㄌ岣呱a(chǎn)效率是負(fù)能煉鋼的基礎(chǔ)）

　　直接能耗水平的降低有一定限度，而且不可能降為零，因此，要實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼，更關(guān)鍵的是提高能源回收水平，尤其是轉(zhuǎn)爐煤氣回收水平。

　　在轉(zhuǎn)爐煉鋼中，回收的能源主要是煤氣和蒸汽，其中煤氣占轉(zhuǎn)爐工序能源回收的80%以上，因此轉(zhuǎn)爐煤氣的回收利用水平是負(fù)能煉鋼的重要指標(biāo)。

　　一般轉(zhuǎn)爐煤氣回收量大于100立方米/噸鋼、蒸汽回收量大于80公斤/噸鋼的企業(yè)，就可以實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼。

　　（三）煤氣和蒸汽怎么回收？

　　轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)生的一次煙氣溫度高達(dá)1450-1600℃，富含轉(zhuǎn)爐煤氣——一種熱值相當(dāng)高的燃料，但同時(shí)含有大量粉塵。

　　轉(zhuǎn)爐煤氣的主要成分是一氧化碳52.72%、氧氣0.47%、二氧化碳15.99%，熱值可達(dá)7106-9196kJ/Nm，經(jīng)技術(shù)處理、收入煤氣柜后可作為煉鋼、加熱爐等設(shè)備的燃料，減少一次燃料的購(gòu)入量，同時(shí)提升環(huán)保、節(jié)能指標(biāo)和煙氣凈化效率，降低轉(zhuǎn)爐煙氣中外排大氣的粉塵含量。

　?。?萬立方米轉(zhuǎn)爐煤氣柜）

　　但是，要回收利用轉(zhuǎn)爐煙氣中的煤氣，必須除掉其中的大量灰塵且將溫度降至合適水平。

　　根據(jù)降溫和除塵方式的不同，轉(zhuǎn)爐煤氣回收的方法分干法（LT法）和濕法（OG 法）兩類。

　　干法工藝通過蒸發(fā)冷卻器的高溫煤氣進(jìn)行降溫后，利用電除塵器去除煤氣中的灰塵，然后通過煤氣冷卻器再次降溫，變成70℃左右的干凈煤氣，進(jìn)入煤氣柜儲(chǔ)存。

　　濕法工藝則利用噴淋洗滌降溫，然后通過文氏管除塵，最后進(jìn)入煤氣柜存儲(chǔ)。

　?。ǜ煞ǎ凵希莺蜐穹ǎ巯拢蒉D(zhuǎn)爐煤氣回收工藝流程圖）

　　無論是濕法還是干法工藝，轉(zhuǎn)爐高溫?zé)煔舛家紫炔捎脷饣鋮s裝置進(jìn)行降溫，在這個(gè)過程中會(huì)產(chǎn)生大量蒸汽，這部分蒸汽的物理熱可以通過余熱鍋爐來回收。

　　轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐生產(chǎn)的飽和蒸汽可滿足煉鋼工序自身消耗，富余蒸汽可用于發(fā)電，既可以避免蒸汽放散造成的浪費(fèi)，又可以提供電能，產(chǎn)生新的效益。

　　按照當(dāng)前水平，5座120噸轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的蒸汽，可建一套15MW發(fā)電機(jī)組，年發(fā)電量超過9000萬千瓦時(shí)。

　?。ㄞD(zhuǎn)爐蒸汽余熱發(fā)電工藝流程和余熱發(fā)電機(jī)組）

　　（四）中國(guó)的負(fù)能煉鋼發(fā)展如何？

　　中國(guó)鋼鐵工業(yè)起步晚，大量新工藝、新技術(shù)都是由歐美、日韓鋼鐵企業(yè)最先發(fā)明應(yīng)用，包括負(fù)能煉鋼在內(nèi)。

　　日本鋼鐵廠早在1970年就提出負(fù)能煉鋼的概念，1973年日本全國(guó)轉(zhuǎn)爐煤氣平均回收量已達(dá)到25.2立方米/噸鋼。而當(dāng)時(shí)，中國(guó)還停留在“煙筒林立、濃煙直冒才是工業(yè)化”的時(shí)代，1970年全國(guó)鋼產(chǎn)量還不足1800萬噸。

　　隨著中國(guó)鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，負(fù)能煉鋼工藝在上個(gè)世紀(jì)80年代末首先在寶鋼實(shí)現(xiàn)，之后尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來在全國(guó)快速推廣，大多數(shù)鋼廠都已掌握負(fù)能煉鋼的基本工藝。

　　按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)劃分，國(guó)內(nèi)負(fù)能煉鋼的發(fā)展可以分為3個(gè)階段：

　?。▽氫?00噸轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)）

　　第一階段（1989-1998年）為技術(shù)突破期：

　　1989年，寶鋼300噸轉(zhuǎn)爐工序能耗達(dá)到-11公斤標(biāo)準(zhǔn)煤/噸鋼，率先實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐工序負(fù)能煉鋼，之后進(jìn)一步改進(jìn)工藝，1996年實(shí)現(xiàn)全工序負(fù)能煉鋼。

　　第二階段（1999-2003年）為技術(shù)推廣期：

　　鞍鋼、武鋼、唐鋼、萊鋼、馬鋼、本鋼等國(guó)內(nèi)主要鋼鐵企業(yè)都實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐工序負(fù)能煉鋼。

　　第三階段（2004年至今）為技術(shù)成熟期：

　　隨著負(fù)能煉鋼工藝的不斷進(jìn)步，以及配備了煤氣、蒸汽回收與余熱發(fā)電等設(shè)施的大、中型轉(zhuǎn)爐的增多，中國(guó)鋼鐵企業(yè)負(fù)能煉鋼的穩(wěn)定性不斷增強(qiáng)，能耗水平不斷降低。

　　目前，部分國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)的轉(zhuǎn)爐煤氣回收量超過160立方米/噸鋼，蒸汽回收量達(dá)到100公斤/噸鋼以上、壓力可達(dá)2.5-4Mpa，居于全球領(lǐng)先水平。

　?。ㄖ袊?guó)現(xiàn)代化鋼鐵工廠）

　　結(jié)語

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼鐵行業(yè)能耗占全國(guó)總能耗的10%以上，提高節(jié)能減排水平已成為中國(guó)鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。如今與20年前相比，中國(guó)鋼鐵行業(yè)噸鋼綜合能耗已經(jīng)下降50%以上，干凈整潔程度也發(fā)生了翻天覆地的變化，世界鋼協(xié)曾公開稱，全球最清潔的鋼廠在中國(guó)。

　　不過，雖然負(fù)能煉鋼作為先進(jìn)煉鋼技術(shù)的重要標(biāo)志，是鋼鐵企業(yè)降低能耗、節(jié)約成本、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的必然要求，但煉鋼工序只是鋼鐵生產(chǎn)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，未來鋼鐵生產(chǎn)綜合能耗的降低還有賴于各個(gè)工序和環(huán)節(jié)的共同努力，我們期待更多地綠色鋼鐵工廠在中國(guó)大地涌現(xiàn)。