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出品 | 网易新闻 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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