中央日報 – 2011年12月14日 上午9:45
中國大陸鋼鐵企業在歷史新階段，面臨著轉型發展的沉重壓力和歷史機遇，這需要深入研究、利用鋼鐵流程自身工藝特點和優勢，從能量流網路優化的新角度深入挖掘節能潛力，依靠裝備技術、工藝技術、管理技術創新，提升系統能效，實現節能減排、環境友好、社會友好的綜合發展目標。
大陸鋼鐵工業節能成果豐碩
大陸鋼鐵工業在規模快速擴張的同時，也取得了節能、減排的豐碩成果。鋼鐵企業通過工藝結構調整，淘汰落後工藝，優化用能結構和節能新技術的開發應用，並通過採取能源的“梯級利用、高效轉化”等措施，使能源消耗大幅下降。2005年噸鋼綜合能耗比1990年下降了54.1%，至0.741噸標煤/噸鋼；2005年以後，電的折標係數改用“熱當量值”後，噸鋼可比能耗由0.714噸標煤/噸鋼降低到2009年的0.595噸標煤/噸鋼。大陸一些先進的大型鋼鐵聯合企業的能耗指標已達到或接近世界先進水準。
與此同時，大陸鋼鐵企業生產取水量、外排廢水量和生產水重複利用率等指標明顯改善。2002-2009年，噸鋼耗新水由15.58噸降低到4.43噸、噸鋼外排廢水由10.97噸降低到1.69噸、水的重複利用率由90.56%提高到96.9%；主要污染物排放指標明顯改善，噸鋼工業粉塵由2.858千克降低到0.743千克、噸鋼COD（化學需氧量）排放由0.556千克降低到0.073千克。
大陸鋼鐵工業節能潛力巨大
鋼鐵工業節能向智慧化發展。改革開放以來，我國鋼鐵工業的節能降耗發展大致經歷了兩個階段，每15年出現一次週期性變化，每次的能耗曲線均呈“滑梯式”下降走勢。第一個15年，著重第一、第二載能體的工序節能、單體設備節能；第二個15年，著重以流程優化為主的系統節能，包括連鑄、噴煤、一火成材等新工藝，以及淘汰落後工藝及裝備，採用能源的“梯級利用、高效轉化”等措施。筆者預計，下一個15年應是能源高效轉化，能量流智慧調控、集成匹配優化，以能源價值最大化為目標的能源結構、用能方式系統優化的新階段。
鋼鐵企業流程節能仍存在問題。在鋼鐵生產的高溫物料流程中，各種工業爐窯的熱效率均低於70%。5個中高溫平臺保溫設施不完善，大量熱能散失；5個降溫期中有3個降溫過程中的熱量絕大部分未回收，兩個過程的熱量進行了回收，其中焦炭的熱量通過CDQ（Coke Dry Quenching,幹熄焦）得到了有效回收，而燒結礦、球團礦熱回收效率低；冶金渣的熱量幾乎未進行有效回收。整個流程中近70%的能源處於散失狀態。
從能源轉化功能的角度系統分析鋼鐵流程中的能量流代謝過程可以看出，鋼鐵企業能源利用的潛力依然很大：冶金生產過程
中消耗的有效能量僅占28.3%，而轉化為餘熱餘能的占71.7%，達到14.34吉焦/噸鋼材，折合490公斤標煤/噸鋼材。過去，大陸鋼鐵企業關注工序能耗的下降，特別是一、二類載能體單耗的下降，也關注了過程餘熱餘能的回收利用，但在餘熱余能的高效轉化、餘熱餘能回收的高效利用方面關注度不夠，其潛力依然很大。
據對國內20家有代表性的鋼鐵企業餘熱余能資源回收利用情況的調查顯示，2005年這些企業餘熱資源平均回收率為25.8%，其中產品顯熱回收率為50.04%，煙氣顯熱回收率為14.92%，冷卻水的顯熱回收率只有1.9%，各種渣的顯熱回收率僅為1.59%。而國外先進國家對餘熱余能資源（包括副產煤氣）的回收率已達到90%以上，如日本新日鐵達到了92%。
影響節能的主要因素包括以下方面：
一是長期以來，企業一直關注鋼鐵流程的產品形成技術的開發和主流程的資源保證及管理，而忽視產品形成過程中能質轉化價值及技術的開發和管理，忽視能質轉化及傳遞、使用過程的耦合匹配，恰恰是這些能質轉化技術直接涉及資源、能源的高效利用和轉化，因而造成過程運行成本高、效率低、污染重，其實質是資源、能源的流失。二是鋼鐵流程各生產工序基本上都是餘熱餘能的閾值工序，在工序無熱“阱”，工序回收的餘熱餘能效率低，且數量不足。三是鋼鐵企業餘熱余能資源載體多樣、分佈分散、衰變快、不可儲存、穩定性差、數量和品質差別大，集中回收利用難度大。四是鋼鐵企業傳統的餘熱餘能回收方式忽視回收能的品質，以低參數熱風、熱水、蒸汽等為工質形式，回收效率低，且受能量品質低、衰變快、不穩定、用戶不匹配等因素影響，能源利用效率很低，甚至造成回收後又放散的無效狀態。五是鋼鐵企業以鋼鐵產品生產為主的工藝，能量指標體系設置裕度大，指標優化技術落後，能量輸送、轉化、使用時耗損大，缺少集成優化智慧控制手段。六是餘熱余能回收利用的理論研究滯後，能源高效利用高效轉化的關鍵裝備技術、工藝技術和管理技術依賴進口，缺乏集成創新。回收熱能貶值嚴重、能效低，甚至還有大量高、中、低品位餘熱余能尚沒有形成有價值回收利用的手段。七是鋼鐵企業中焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣均是優質化工合成原料，並且作為副產物其成本較低。鋼鐵企業化工合成功能有待深度開發，並可為社會的可持續發展提供新價值和資源。
鋼鐵企業能源配置、能源管理潛力巨大。我國鋼鐵企業在用能結構、用能管理方面還存在很大潛力，主要表現在：
第一，鋼廠用能以煤炭為主，占83.49%，大量使用蒸汽作為傳熱介質，導致過程能量損失嚴重艘口某鋼鐵企業使用蒸汽狀況：每年產生及消耗蒸汽500余萬噸，折合55萬噸標準煤。其構成為：0.8MPa-1.35MPa僅占22%，0.5MPa-0.8MPa占37%，0.3MPa-0.5MPa占28%，小於0.3MPa的還有13%。從蒸汽管網1.4MPa到用戶通過減壓降至0.5MPa， （exergy）損失達12.8%以上。可見能源轉化效率低、使用效率低，優化提高能效的潛力巨大。
第二，鋼廠在能源介質配置、轉化、使用、回收再利用等環節，大量存在能量、能質、能級用戶不匹配和高質低用、低質不用的問題，遠未實現“分配得當、各得所需、溫度對口、梯級利用”。存在的問題包括：高品質蒸汽節流減壓為低品質蒸汽使用、用燃氣乾燥物料、用高品質燃氣烘烤、焦爐煤氣與高爐煤氣混合用於工藝加熱、蒸汽噴射抽真空精煉、水淬高溫爐渣、高溫煙氣濕法除塵等。
第三，能源流遠未實現“動態、有序、高效”運行。能量流從“無序”到“有序”，管理潛力很大。並且工藝過程指標裕度大，轉化效率低、回收能質低、使用者不匹配，系統能效潛力很大。
鋼鐵工業節能減排發展方向
鋼鐵節能裝備技術、工藝技術、管理技術創新。鋼鐵企業的生產過程實質上是物質、能量及相關資訊的流動、演變過程，其動態運行過程的物理本質是：物質流（主要是鐵素流）在能量流（主要是碳素流）的驅動下，按設定的“程式”，沿著特定的“流程網路”動態有序運行，是鐵素物質流和碳素能量流在全流程範圍內形態演變的持續表徵。這就需要以鐵素物質流同樣的重視程度深層次研究能量流的高效轉換和全價值開發。
鋼鐵製造流程是開放的、非平衡的、不可逆的耗散過程。鋼鐵流程的特點是鐵素流為增值過程、能量流為耗散過程。因此，未來鋼鐵企業節能工作的重點在於通過裝備技術、工藝技術、管理技術創新來抑制和減少能量的貶值與耗散，要追求以提升系統能效為目標的“動態有序、連續緊湊、高效轉化、耦合匹配”的新流程技術集成，以實現能量流耗散最小化和效率最大化。要通過對組成流程的“三傳一反”裝置高效化來實現工序功能的解析優化；要通過降低流程過程裕度及採用介面技術的協同優化，實現系統能效提升；要通過能源介質及物質流和工序之間的耦合匹配、集成重構、網路優化，來實現集成能效提升。
開發鋼鐵企業分散式發電高效運行模式。對餘熱余能的利用，主要有兩種方式，一是熱利用，二是動力利用。對於熱利用，已經基本得到了較好的開發，但由於鋼鐵流程中熱量總體過剩，並且拓展熱利用的途徑已非常有限，因此需要考慮動力利用，若將其轉化為電能，則可擴大其利用途徑。
經測算，按照目前已經成熟的工藝技術水準，年產1000萬噸規模鋼鐵企業餘熱餘能回收發電量可達到41.61億千瓦時。若進一步挖掘鋼鐵企業餘熱餘能發電的潛力，通過新工藝技術的開發應用，可以回收利用球團、燒結礦、焦爐荒煤氣、冶金渣、低溫煙氣等的餘熱進行發電，則建設鋼電聯產企業，實現用電完全自給甚至外供將成為現實。
鋼鐵企業集成分散式電站資源，要進一步與企業內部供配電優化、無功調相、區域孤網運行、峰穀用電調節等協同起來，構建以分散式電站為重要組成部分的鋼鐵企業內部供、配、用電智慧電力系統，實現企業能源高效轉化、降本增效的目標。
（大陸國研網專供，作者：溫燕明 蒼大強 李洪福）
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