解析工业园区综合能源项目典型案例
发布日期：2019/9/10
工业用户种类繁多，能源供给及能源消费遍及几乎所有能源种类，不同的工业生产差异很大，生产过程的前后关联性很强，必须对生产工艺有一定了解。 工业用户都是企业，对项目的主要关注点为经济效益，而非环保、示范等其他方面,综合能源服务必须能给其带来实际的经济效益，才能获得实施。
钢铁冶炼为典型的高耗能行业，2017 年，全国粗钢产量83173万t，占全球总产量的49%。钢厂完整的工艺流程包括采矿、选矿、烧结、炼铁、炼钢、热轧、冷轧，最后得到硅钢。在冶炼过程中需要焦化、制氧、燃气、自备电、动力等工艺辅助生产。分析各工序吨钢能耗，炼铁是能耗最高的工序，约占吨钢能耗的53%左右。因此改进炼铁工艺是开展综合能源服务业务的重点关注点。
以某省某钢铁工业园为例，该园区年产钢能力达到1100万t、营业收入超1000亿元。该钢铁工业园改造前重点炼钢环节的耗能情况如表1-1所示。
通过对设备、工艺、管理及控制的改进，可以达到降低能耗，提高效率的目的。
( 1 )烧结预热回收
现状：原有烧结机环冷机(带冷机)均已建设环冷余热锅炉回收余热进行利用。环冷余热锅炉采用双压、双通道、自除氧锅炉，配套一台纯凝补汽式汽轮发电机组，汽轮机装机容量为25MW。但在实际运行中，汽轮机发电负荷在10~ 13MW,出力严重不足。烧结机生产过程中会产生大量的中低温废气，原工艺设计对此部分余热资源没有回收利用。烧结工艺余热资源分布如图1- 1所示
技术方案：设计利用2条180㎡烧结生产线大烟道废气余热，各建设一台5.5t/h余热锅炉，利用550㎡烧结生产线大烟道废气余热在两边各建设一台8.25t/h余热锅炉，新增蒸汽温度320摄氏度，压力1.8Mpa，流量合计为27.5t/h。
(2)高炉煤气余热发电
现状：原有生产系统高炉、转炉产生的煤气与消耗本已平衡，但钢企通过对轧钢线进行免加热改造和淘汰四座石灰窑等生产工艺改造后，产生富余高炉煤气量高达25万Nm³/h左右，这部分高炉煤气未能得到充分利用。
技术方案：利用富余的高炉煤气，新增一台240t/h纯燃高炉煤气锅炉和一台60MW抽凝汽轮发电机组，配套建设发电系统所需的软化水系统等附属系统和辅助设施。
(3)高效风机水泵
现状：现有风机水泵在生产制造过程中存在启动模型效率低，系列及谱系不全和加工精度低的问题;在现场使用过程中存在偏工况运行，配套电动机偏大,管网设计不合理，调节方式不合理以及漏风现象。
技术方案：现场实测风机水泵运行参数，获取项目设计目标;借助三元流体理论和计算机仿真技术建模，定制化设计风机水泵；通过提升风机水泵自身性能，降低无效损耗，实现节能效果。
（4）新技术:加热炉高效空气预热技术
现状：传统钢厂加热炉空气预热采用列管式换热结构，积灰现象严重。长期使用后换热效率大幅度下降，回收的热量越来越少,烟气侧出口温度越来越高，下游的预热器煤气出口温度超高温报警时常发生。
技术方案：采用新型的波纹板式换热器替代原有的列管式换热器，减小烟气侧阻力，流道通畅，不易积灰，在同样的空间内，可大幅度增加换热面积。同时增加连续振荡吹灰器减少积灰，提升了传热效率。
(5)新技术:预混射流式钢包烘烤器
现状：常规钢包烘烤器存在效率低，受热不均匀，安全性低，自动化程度低，维护困难的问题。
技术方案：采用新型预混射流式钢包烘烤器，助燃空气不需要风机鼓入，不但减少鼓风机的电能消耗，而且可以避免因鼓风机故障引起的烘烤器停机问题;可以根据所需求助燃空气的流量，调节燃气的喷射速度,形成相应的真空度;燃气与吸入的助燃空气经钝体的作用，在预混腔内形成涡流，进而充分混合，并且钝体对高速气流中的火焰具有“稳焰”作用，使火焰更稳定。充分混合的气体，其燃烧速度不再受气体扩散速度等物理条件的限制。燃烧速度更快、燃烧更充分，火焰温度更高。
(6)新技术:炼钢双气氛精确控制技术
现状：在钢坯热轧过程中，存在钢坯氧化烧损严重，钢坯氧化脱碳等问题，影响钢坯产能和质量，损害企业经济效益。
技术方案：采用炼钢双气氛精确控制技术，针对各不同钢坯种类，分别计算机建模，并精确控制炉内各区域的“空燃比”。在温度相对高的加热段和均热段，降低空燃比，使炉内氧分子无残留。温度相对低的预热段，适当增大空燃比，消除炉气内残留的可燃气体，从而避免钢坯表面生成氧化皮，造成氧化烧损。
(7)创新商务模式
向钢铁企业推介节能整体解决方案，在前期充分调研收资的基础上，以降低吨钢生产成本为目标，与钢铁企业以节能率保证型合同能源管理方式开展综合能源服务。
(1)烧结预热回收：由于余热资源为原本全部排空的高温废气，且汽水系统和烟风系统的动力为有效利用原有的环冷余热发电机组设备，运行成本很低，经济效益十分显著。按蒸汽量进行结算，蒸汽价格200元/t，项目年节能效益为: 19.25万*200=3850万元。项目静态回收期1.05年，投资收益率为90.36%。
(2 )高炉煤气余热发电：项目总投资1.733亿元，建设期6个月，设计平均年发电量3.6亿kWh,按厂用电率10%计，年可实现节电量3.24亿kWh,年节约标准煤10.7万t,相应减少二氧化碳的排放量为26.7万t。按网供平均电价计，年可实现节电效益2.268亿元。
(3)高效风机水泵：改造后项目平均节电率超35%，年均节能效益超2900万元，投资回收期仅6个月。
(4)新技术：加热炉高效空气预热技术。以1号加热炉空气预热器改造项目为例，空气温度可由360℃提升至580℃。设备可使用13年，前8年不会衰减，衰减后预热温度可达到500℃以上。每年可节约成本1183.4万元。
(5)新技术：预混射流式钢包烘烤器。单个钢包烘烤器投资约30万元，每小时可节约煤气346m³,约138元(煤气价格按0.4元/Nm³计) ,投资回收期约4个月。
(6)新技术：炼钢双气氛精确控制技术。以年产量: 300万t加热炉为例:改造前氧化烧损率大约0.7%， 通过双气氛精控系统改造后，氧化烧损率降低至0.4%,可提高加热炉成材量9000t,年经济效益3600万元。
(7)创新商务模式：通过与钢铁企业以节能率保证型合同能源管理方式开展综合能源服务，钢铁企业成本下降潜力为40~50元/t钢。
工业企业综合能源服务与其他领域相比难度较大，必须深入了解生产工艺，掌握可通过服务产生效益的技术。在对生产工艺不够了解的工业领域，可以配电设施代运维为切入点，先接入用户的用能数据,分析用户的用能结构，了解主要用能设备和工艺，逐步挖掘综合能源服务的潜力。各地应根据自己的资源禀赋和产业结构，深入到某个或几个行业有重点地开展工作，通过典型案例总结行业综合能源服务解决方案，相互促进，共同提升综合能源服务能力。
来源：中国综合能源服务产业联盟
