蒸汽利用有潜力

 

    钢铁企业蒸汽的产生主要来源于企业动力厂、自备电厂和生产过程中由余热锅炉等产生的余热蒸汽。其中，高中压蒸汽主要来源于蒸汽锅炉或动力锅炉，以母管制或单元制方式运行;低压蒸汽一部分来自汽轮机组的抽汽，一部分来自各生产工序回收的余热蒸汽，主要有烧结余热、CDQ(干熄焦)、转炉烟气余热及轧钢加热炉汽化冷却余热蒸汽等，还有部分来自于高中压蒸汽经减温减压后获得的低压蒸汽。

 

    钢铁企业蒸汽系统一般具有如下特点：一是蒸汽生产渠道多样，包括动力锅炉、电站锅炉汽轮机组抽汽和钢铁生产各工序的余热锅炉等;二是蒸汽生产汽源相对集中，而蒸汽用户往往较为分散，因此要远距离输送，蒸汽管网纵横交织、错综复杂;三是钢铁生产各工序蒸汽用户多，对蒸汽品质需求不同，用量变化波动大;四是消耗燃料的结构复杂，包括煤炭和各种煤气;五是某些生产工序在使用蒸汽的同时也通过余热锅炉产生蒸汽，如焦化工序、烧结工序、炼钢工序等。这些特点均决定了蒸汽系统具有一定的复杂性。此外，蒸汽能耗在钢铁企业中所占的比例相对较小，长期不被重视，因此蒸汽系统存在效率低、能源浪费严重等问题。

 

    能级匹配更科学

 

    能量系统的热力学分析方法主要有两种：一种是基于热力学第一定律的能量守恒方法;另一种是基于热力学第一和第二定律基础之上的火用分析方法和能级分析方法。火用分析方法对于揭示能量系统中的用能薄弱环节无疑是十分重要的，也是十分有效的。然而，任何能量系统，包括设备、过程和循环等都存在着能量供给和能量使用的匹配问题。在能量系统火用分析研究基础上发展起来的能级分析法是一种新的热力学分析方法，它为解决供能与用能之间能量品质的合理匹配问题提供了有力的工具，为能量系统优化提供了理论依据。

 

    能级是反映能量品质的一个物理量，定义为能量的火用值与供应的总能量之比。蒸汽系统不仅要重视蒸汽在发生、使用过程中数量的守恒性，还应重视在用能过程中的能级匹配。钢铁企业的蒸汽系统由蒸汽管网、设备和用户组成。蒸汽系统的能级匹配是指输入给设备的蒸汽能级与用户所需的能级相配合，使设备输入-输出端的能级差尽可能小甚至为零。凡设备输入端蒸汽的能级与用户间存在能级差，则此时蒸汽的利用一定是不合理的。能级差绝对值越大，越不合理。研究表明：当能级差大于零时，必有设备的火用效率小于其热效率，即表明在蒸汽使用过程中有大量的火用损失存在，应选择较低压力或温度的蒸汽源(避免使用减温减压阀等措施)，以此减小设备输入端蒸汽的能级;相反，当能级差小于零时，必有设备的火用效率大于其热效率，即表明有大量的热损失存在，应使这些未被利用就排放到环境中去的热量供给用户来使用(如热电联产)，以此减小设备输出端用户的能级。

 

    造成蒸汽系统供汽、用汽间能级不匹配的原因主要有初始设计不合理、蒸汽管网损失、减温减压装置的节流等。减温减压装置的使用使得蒸汽的可用能丧失，造成不必要的火用损失，从而使蒸汽系统的火用效率降低。因此，应避免用减温减压阀等装置，尽量做到蒸汽发生、使用相匹配，减少蒸汽的火用损失，节约能源。

 

    蒸汽系统“五宗罪”

 

    蒸汽系统存在不合理用能现象。蒸汽系统因蒸汽发生源多、用户分布范围广、管网庞大复杂，造成蒸汽不能按质用能和梯级利用。同时，供汽方式也存在不合理现象，如用转换效率低的动力锅炉产蒸汽，供能、用能之间不匹配，能级差大。为保证供汽能力，大多数用户对蒸汽压力的需求远远低于蒸汽管网的压力，用户端设立蒸汽减温减压装置成为蒸汽参数调整的重要手段，蒸汽经过节流减压后，会产生能量的无效贬值和火用损失，高品位蒸汽贬值严重，约为10%。此外，生产用汽与采暖、生活用汽联用同路蒸汽，高、中、低压蒸汽混合使用，均造成用能不合理。

 

    余热蒸汽回收量低，品质差。在钢铁生产过程中余热资源的利用存在两个问题：一是未回收，有大量的余热资源可利用，如产品或半产品显热、烟气余热、低温水余热等;二是虽然回收，但回收量低、品质差，且回收具有波动性。据统计，日本新日铁公司的余热蒸汽回收率已达到92%以上，其能源费用占产品成本的14%。而我国大多数钢铁企业在此方面还有较大潜力。

热力蒸汽用户多，工艺过程用汽量大，造成蒸汽低效使用。如用动力锅炉减温减压供热，生产区、生活区大量采用蒸汽直接采暖方式，大量使用背压蒸汽降低发电效率，各生产工序过程用汽量大等问题导致能源极大浪费。

 

    冬夏季蒸汽不平衡。钢铁企业的蒸汽产生量因受用户对蒸汽的需求量变化的制约而呈季节性变化。北方企业较为严重(采暖期长)，夏季蒸汽需求量大幅度减少，而余热锅炉生产的蒸汽量不能及时控制，致使蒸汽量随生产工艺和生活用汽的变化波动较大。同时，因余热蒸汽品位较低，而夏季蒸汽管网压力较高，难以并入主蒸汽管网，造成蒸汽大量放散。

 

    能源计量、管理不到位。钢铁企业存在能源计量的不完善、仪表维护不及时的问题制约了节能工作的进一步深入。随着能源管控中心的建设和真正在生产中起到作用，能源计量与管理必须跟上。

 

    如何提升利用率

 

    钢铁企业应该在满足生产的前提下，应用国内外成熟的先进节能技术，提高蒸汽的利用效率，具体措施如下：

 

    提高余热蒸汽的回收利用率。目前，钢铁生产过程中可回收的余热蒸汽资源有：烧结余热、高炉渣显热、转炉煤气余热、焦炭显热、轧钢加热炉汽化潜热等。在先进节能技术的指导下，提高余热蒸汽的回收利用率，一要尽可能回收生产过程中产生的余热资源;二要提高回收蒸汽的品位，若有合适的热用户，直接利用余热最为经济，对于高温余热则应采用动力回收进行发电;三要剖析各生产工序的蒸汽利用过程，减少蒸汽的加热使用，提高利用效率，降低能量损失。

 

    采用替代技术，减少蒸汽用户。钢铁企业应本着高质高用、等效替代、集成优化的原则提高系统能效，主要通过能源替代和工艺替代技术减少蒸汽用户，如以热导油、电伴热、直燃式来代替低效蒸汽传热介质;以换热代替载热体加热或补偿加热，以系统余热高效回收利用节约煤气资源消耗;以等效替代提高过程能效，将蒸汽的使用降低到最低甚至不用。再如以直燃制冷代替蒸汽制冷、以工艺过程热水替代蒸汽采暖、以太阳能取代蒸汽加热洗浴用水等。

 

    发展热电冷三联产。热电冷联产方式在蒸汽供汽、用汽匹配方面遵循按质用能、梯级利用的原则，能够解决钢铁企业蒸汽系统普遍存在的冬季供应紧张、夏季放散的现象。热电冷联产是指余热蒸汽在热电联产的基础上，将做过部分功的蒸汽分季节利用，冬季以供暖的方式为用户供热，夏季将其作为吸收式制冷机的热源，以制冷的方式利用余热资源供生产和生活使用。这种联合生产方式符合能源梯级利用的原则，可有效解决夏季余热蒸汽放散的问题，减小蒸汽因品质降低带来的能源浪费。

 

    建立钢铁企业蒸汽管理系统，实现蒸汽产、供、用一体化管理。建立蒸汽管理系统，实现蒸汽产、供、用一体化管理，有助于提高蒸汽的利用效率和减少不必要的蒸汽放散。同时企业可进行蒸汽管网优化、蒸汽系统的供能和用能诊断、蒸汽系统的供需预测与优化调度，完善钢铁企业能源管控系统动力介质的优化管理，实现真正意义上的节能减排。