还有这种操作?炼钢不消耗能源还能每吨赚30kg煤

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最新回复:2019年9月6日 7点28分 PT
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了不起的中国制造

作者 | 一闻,钢铁行业研究人员

一直以来,作为传统的能源消耗大户,钢铁企业的能耗问题以及由此带来的污染物排放问题都被社会各界广泛关注。

其实,随着能源管理水平和节能减排技术的不断提高,目前中国钢铁行业能源消耗水平已经大幅下降,尤其是在炼钢工序。

(转炉炼钢生产现场)

如今,国内的多数大中型钢铁企业均已实现了负能炼钢,标杆性企业的炼钢工序能耗已降至-30公斤标准煤/吨钢,达到国际领先水平,通俗来说,相当于炼一吨钢不仅没有消耗能源,还赚了30公斤煤。

这个看似不可思议的结果,是怎么实现的呢?

(一)什么是负能炼钢?

负能炼钢是一个工程概念,是指合格产品在冶炼时所回收的能量大于所消耗的各种能量,也就是炼钢工序能耗为负数。

炼钢工序生产需要水、电、煤气、氧气、氮气、氩气、蒸汽等多种能源。为了便于统一计算,在测算炼钢工序能耗时,要将所有能源折算为标准煤,因此,炼钢工序能耗的计量单位为千克标准煤/吨钢。

(炼钢工序消耗的各种能源占比情况)

炼钢工序能耗计算式如下:

炼钢工序能耗=(炼钢能源消耗量+连铸能源消耗量-回收能源数量)/(合格连铸坯量)

当炼钢工序能耗为正,也就是能源消耗量大于回收量时,为耗能炼钢;当炼钢工序能耗为零,也就是能源消耗量等于回收量时,为零能炼钢;当炼钢工序能耗为负时,为负能炼钢。

负能炼钢是炼钢工序节能的核心技术,对钢铁企业来说,实现负能炼钢可以有效降低成本、减少污染、实现能源再循环等。

国内外主要钢铁企业都把实现负能炼钢作为提高经济效益、环保水平的重大工艺技术进行研究和应用。

(二)负能炼钢是如何做到的?

负能炼钢并不是一项单一的技术,而是联合炼钢的各个环节,形成的一种综合技术。它需要将许多先进技术集成、配套,尤其离不开企业现代化的科学管理和生产。

按照炼钢能耗的计算公式来看,要实现负能炼钢,有两项关键影响因素:一是降低炼钢过程中的能源消耗,二是提高能源回收量。

降低能源消耗主要通过提高生产效率和加强能源介质管理来实现。钢厂通过优化冶炼工艺,提高炼钢生产效率,可以稳定钢水质量,提高合格产品产量,在总能耗变化不大的情况下,合格产品产量的提高将大幅度降低吨钢能耗水平。可以说,生产效率的提高是负能炼钢的基础。

而加强对水、电、气等能源介质的管理,则可以提高能源利用效率,有效防止跑、冒、滴、漏,直接减少能源消耗。

(提高生产效率是负能炼钢的基础)

直接能耗水平的降低有一定限度,而且不可能降为零,因此,要实现负能炼钢,更关键的是提高能源回收水平,尤其是转炉煤气回收水平。

在转炉炼钢中,回收的能源主要是煤气和蒸汽,其中煤气占转炉工序能源回收的80%以上,因此转炉煤气的回收利用水平是负能炼钢的重要指标。

一般转炉煤气回收量大于100立方米/吨钢、蒸汽回收量大于80公斤/吨钢的企业,就可以实现负能炼钢。

(三)煤气和蒸汽怎么回收?

转炉炼钢产生的一次烟气温度高达1450-1600℃,富含转炉煤气——一种热值相当高的燃料,但同时含有大量粉尘。

转炉煤气的主要成分是一氧化碳52.72%、氧气0.47%、二氧化碳15.99%,热值可达7106-9196kJ/Nm,经技术处理、收入煤气柜后可作为炼钢、加热炉等设备的燃料,减少一次燃料的购入量,同时提升环保、节能指标和烟气净化效率,降低转炉烟气中外排大气的粉尘含量。

(8万立方米转炉煤气柜)

但是,要回收利用转炉烟气中的煤气,必须除掉其中的大量灰尘且将温度降至合适水平。

根据降温和除尘方式的不同,转炉煤气回收的方法分干法(LT法)和湿法(OG 法)两类。

干法工艺通过蒸发冷却器的高温煤气进行降温后,利用电除尘器去除煤气中的灰尘,然后通过煤气冷却器再次降温,变成70℃左右的干净煤气,进入煤气柜储存。

湿法工艺则利用喷淋洗涤降温,然后通过文氏管除尘,最后进入煤气柜存储。

(干法[上]和湿法[下]转炉煤气回收工艺流程图)

无论是湿法还是干法工艺,转炉高温烟气都要首先采用气化冷却装置进行降温,在这个过程中会产生大量蒸汽,这部分蒸汽的物理热可以通过余热锅炉来回收。

转炉余热锅炉生产的饱和蒸汽可满足炼钢工序自身消耗,富余蒸汽可用于发电,既可以避免蒸汽放散造成的浪费,又可以提供电能,产生新的效益。

按照当前水平,5座120吨转炉产生的蒸汽,可建一套15MW发电机组,年发电量超过9000万千瓦时。

(转炉蒸汽余热发电工艺流程和余热发电机组)

(四)中国的负能炼钢发展如何?

中国钢铁工业起步晚,大量新工艺、新技术都是由欧美、日韩钢铁企业最先发明应用,包括负能炼钢在内。

日本钢铁厂早在1970年就提出负能炼钢的概念,1973年日本全国转炉煤气平均回收量已达到25.2立方米/吨钢。而当时,中国还停留在“烟筒林立、浓烟直冒才是工业化”的时代,1970年全国钢产量还不足1800万吨。

随着中国钢铁工业的快速发展,负能炼钢工艺在上个世纪80年代末首先在宝钢实现,之后尤其是进入21世纪以来在全国快速推广,大多数钢厂都已掌握负能炼钢的基本工艺。

按照时间节点划分,国内负能炼钢的发展可以分为3个阶段:

(宝钢300吨转炉生产现场)

第一阶段(1989-1998年)为技术突破期:

1989年,宝钢300吨转炉工序能耗达到-11公斤标准煤/吨钢,率先实现转炉工序负能炼钢,之后进一步改进工艺,1996年实现全工序负能炼钢。

第二阶段(1999-2003年)为技术推广期:

鞍钢、武钢、唐钢、莱钢、马钢、本钢等国内主要钢铁企业都实现了转炉工序负能炼钢。

第三阶段(2004年至今)为技术成熟期:

随着负能炼钢工艺的不断进步,以及配备了煤气、蒸汽回收与余热发电等设施的大、中型转炉的增多,中国钢铁企业负能炼钢的稳定性不断增强,能耗水平不断降低。

目前,部分国内钢铁企业的转炉煤气回收量超过160立方米/吨钢,蒸汽回收量达到100公斤/吨钢以上、压力可达2.5-4Mpa,居于全球领先水平。

(中国现代化钢铁工厂)

结语

据统计,钢铁行业能耗占全国总能耗的10%以上,提高节能减排水平已成为中国钢铁工业可持续发展的关键。如今与20年前相比,中国钢铁行业吨钢综合能耗已经下降50%以上,干净整洁程度也发生了翻天覆地的变化,世界钢协曾公开称,全球最清洁的钢厂在中国。

不过,虽然负能炼钢作为先进炼钢技术的重要标志,是钢铁企业降低能耗、节约成本、提高市场竞争力的必然要求,但炼钢工序只是钢铁生产中的一个环节,未来钢铁生产综合能耗的降低还有赖于各个工序和环节的共同努力,我们期待更多地绿色钢铁工厂在中国大地涌现。

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mastGD
1 楼
那个叫啥来着?热力学第几定律?初中物理都快忘光了。
z
zmxnv
2 楼
读了书再来大众面前表演不好吗?
不知所晕
3 楼
这是智商问题,不是读不读书能够解决的。这回收还能超过产生的能量?
k
kazumi
4 楼
能量守恒啊。。。。。不消耗,还能每吨赚30kg煤。
龙树
5 楼
一句话能blabla成一篇,是为评职称么……
p
pmnedc
6 楼
卧槽,这比永动机还要厉害啊
岔巴子
7 楼
工艺开始的升温过程是极大的正数,后面的维持工艺的就是负数。跟启动车第一脚油最多,后面速度起来滑着走一个道理。整体来说还是负数没得说
冰封彗星
8 楼
那么多人不看内容么?呵呵呵
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wwwdot2009
9 楼
也就是说,开车只要踩上一脚油门,接下来车子就能自己一直滑着走了?而且还能多发出许多电?比加水的车子还牛B
撸出IPO
10 楼
一帮初中化学课都睡过去的人现在来瞎发评论,臊不臊?啥是炼钢?不就是把碳从铁里分出来吗!分出来的碳不就是像煤一样吗
钢笔小新
11 楼
炼钢基本原理 2Fe2O3+3C=2Fe+3CO2 具体过程可以细分,有些步骤是有CO产生的 都知道烧煤可以发热,这里不是用氧气烧,是用铁矿石烧,整个过程是 是放热的,这也是会有能量回收的根本原因 这里讨论的主要是通过对工序流程的管理,把中间产生的高热气体再利用,而不是从烟囱排掉,从而实现部分流程甚至整个工序的标准能耗为负
钢笔小新
12 楼
你这完全错了,炼钢是用碳把铁矿石里的氧拿走,基本只剩铁。
钢笔小新
13 楼
能量是守恒的,因为铁矿石是氧化物,炼钢是还原反应,整个过程放热 以前高能耗是因为中间产生的高热气体没有利用直接排掉了
c
cylittlefish
14 楼
炼钢工序生产需要水、电、煤气、氧气、氮气、氩气、蒸汽等多种能源。 最后折算只是按用煤量/吨钢,总消耗量是远大于回收量的,只是没算进去,掩耳盗铃的做法
不知所晕
15 楼
现在都是体育老师教化学了是吧?铁矿石成分也不难查
钢笔小新
16 楼
小结一下 金属冶炼属于化学原理的工业应用,是对自然界金属氧化物的还原。用碳还原的冶炼在给定环境中大都是热力学自发过程,也就是最终会产生额外热量。 但是这个热量如果没利用从烟筒排出就是高能耗了。 真正在原理上高能耗的冶炼,是需要用电的,纯粹是靠能量去还原,比如铝。要是哪天说电解铝可以回收能量再开始喷吧。
s
sixgmail
17 楼
艾玛,这意思就是以后去钢铁厂拉钢锭不用掏钱,钢厂还得倒找钱是这意思吧?
I
ICH
18 楼
第一类永动机?
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red_hat
19 楼
扯犊子吧
G
GPS专家
20 楼
这个是到有道理的!还有增值反应堆,核原料越用越多
p
park5.5.5
21 楼
最近,这类SB,疯狂言论很多。 烧水驱动的汽车,时速4000公里的火车,负耗能的炼钢, 。。。1858年“大跃进”的第二版,伟大梦想,民族复兴的喧嚣,疯狂,打鸡血。
沙漠之狐
22 楼
相对于台湾淫民的做爱发电,这都不是事。
顽童在线
23 楼
这应该是梁家河大学问显灵了吧?
药监
24 楼
说的跟永动机是真的一样。。。。。不就是铁水脱碳发热嘛 跟用木头BBQ没啥两样。。。。。。。。。。
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yabawang
25 楼
配套设备和管理成本只需要几千个亿而已,不打紧