范铁军：“双碳”目标下我国钢铁能源转型变革之路

 

从“十五”开始进入二次能源“利用”阶段，钢铁行业开始大力推广应用“三干、三利用”节能减排新技术，“三干”即干熄焦、高炉干法除尘、转炉干法除尘；“三利用”即可燃气体、工业用水和工业废弃物的全面回收和综合利用。在《冶金流程工程学》的指引下，我国钢铁企业开始关注钢铁制造流程“能源转换功能”的开发，这个阶段更加注重实现系统能源效率的最大化，逐步推进实现从单体工序节能向系统节能的真正转变。

 

钢铁生产消耗的一次能源中约40%以某种形式的热能释放出，其温度上至1500℃，下至近于环境温度的广泛范围，主要分为副产煤气、排气余热、固体余热及废汽废水余热：副产煤气包括高炉煤气、焦炉煤气及转炉煤气，一般归为余能，但其显热及压力能属于余热；排气余热多为炉窑排出废气带走的热，占余热资源总量的一半左右，温度范围为250℃～1000℃；固体余热包括烧结矿、红焦炭、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。可以说，钢铁工业的二次能源是一座巨大的宝藏库，亟待开发利用。

 

在此期间，随着副产煤气发电、TRT（BPRT）、烧结余热发电、干熄焦等余热余能利用技术广泛应用，钢铁企业煤气损失率逐年降低、自发电比例不断提高，钢铁工业二次能源利用取得显著进步。副产煤气是利用相对较好的二次能源，副产煤气除供应生产系统外，富余的被送至煤气电厂转化为电力。得益于发电技术进步，目前高参数煤气发电机组的效率超过40%，重点大中型钢铁企业余热余能自发电率超过53%。重点大中型钢铁企业吨钢转炉煤气回收量平均值达到117m3，TRT（BPRT）配备率达99%以上，干熄焦配备率达93%以上，同时拥有世界上最大单机低热值燃气-蒸汽联合循环发电机组，超临界煤气发电、烧结余热回收利用技术、饱和蒸汽发电技术等已经处于世界领先水平。

 

钢铁二次能源利用也存在一些尚未解决的问题，包括余热余能的回收往往重视回收轻视利用效率，能源介质长距离输送，煤气及蒸汽存在阶段性不平衡及耦合利用方面仍有提升潜力，部分耗能设备介质使用没有做到能级匹配和温度对口，熔融钢渣余热等中低温余热尚未利用等。目前，焦化燃烧室排烟余热、烧结余热、高炉余热、转炉炼钢余热、电炉余热、轧钢加热炉烟气余热等余热资源，温度相对较低，流量波动较大。对于余热资源波动问题，多数企业设置蒸汽蓄热器来解决，但效果仍不理想。钢铁企业的蒸汽需求量较少，只能产生低品位饱和蒸汽用于发电，效率较低。钢铁二次能源“利用”示意图见图1。

 

图1钢铁二次能源“利用”示意图

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