本文通過武鋼三號1×360m2燒結(jié)環(huán)冷機煙氣余熱回收利用在合同能源管理(EPC)模式下的研究與探討，對實際工藝流程的優(yōu)化、相關(guān)設(shè)備的密封改造，以及竣工后運行操作過程中節(jié)能效果的測試、驗證等方面的詳細闡述，有助于合同能源管理工作在高耗能行業(yè)的開展和普及。雖然說燒結(jié)環(huán)冷機余熱回收是個很傳統(tǒng)而成熟的技術(shù)，但是在合同能源管理模式下開展的項目尚在少數(shù)，本文以期為今后鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排，為燒結(jié)工序余熱回收項目采用EPC模式等方面提供示范參考與借鑒。亦期望同行的專家、學者能給予指導和斧正。

　　一、用心挖掘節(jié)能減排潛力

　　鋼鐵行業(yè)作為共和國的脊梁和支柱產(chǎn)業(yè)之一，對國家經(jīng)濟增長和國防力量的強大貢獻可以說功不可沒。與此同時，鋼鐵生產(chǎn)的高能源消耗問題也日益突出，引起的生態(tài)環(huán)境惡化已成為威脅我中華民族生存和發(fā)展的重大問題，日見負面。冶金行業(yè)專家們悉知，據(jù)統(tǒng)計：煉鐵工序的能耗約占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的55-60%之多，其中燒結(jié)工序的能耗約占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的10%-12%左右，是僅次于煉鐵工序的第二大高能耗單位。在燒結(jié)工序總能耗中，燒結(jié)機煙氣和環(huán)冷機排放的煙氣又占約近50%的熱能。據(jù)統(tǒng)計我國燒結(jié)工序的廢氣余熱回收利用率尚不到30%，約一半以上的燒結(jié)爐尚未采取回收利用措施。而德國和日本的有效回收利用率卻高居98%左右。燒結(jié)工序的能耗現(xiàn)狀與國際先進水平，尚存在較大的差距，每噸燒結(jié)礦的平均能耗要多出近20 kg標煤。因此節(jié)能潛力也就頗大[1]。全球人均鋼鐵占有量約為190kg/P;而我國人均鋼鐵占有量約在690kg/P，是世界人均占有量的3.6倍。我國鋼鐵總產(chǎn)能因此高居全球之首，多達八、九億噸，能耗量之巨大，必然是我國節(jié)能減排的重點。

　　鋼鐵行業(yè)中燒結(jié)爐余熱利用技術(shù)是一項傳統(tǒng)的成熟技術(shù)，并非全新的技術(shù)工藝。燒結(jié)工藝余熱回收主要分為兩大部分，其一、是燒結(jié)礦的顯熱占燒結(jié)過程總帶入熱量的44.5%，環(huán)冷機煙氣溫度在100～420℃之間變化[2]，高溫段的煙氣溫度可達350～420 ℃;其二、是燒結(jié)機煙氣顯熱占燒結(jié)過程總帶入熱量的約23.6%，隨著物理及化學反應(yīng)的不間斷進行，燒結(jié)末端煙氣溫度明顯上升，機尾風箱高溫段排出的廢氣溫度達300～380 ℃之高[3]。以前這些顯熱由于認知或技術(shù)，還有能源價格的原因未加以利用就直接排放。這樣，不僅熱能被白白浪費，還對環(huán)境造成極大的負面影響。

　　燒結(jié)生產(chǎn)過程中余熱鍋爐吸收可利用的煙氣熱能，通過余熱鍋爐可副產(chǎn)蒸汽為企業(yè)生產(chǎn)、生活提供便利，并減少額外的能源消費。

　　德國蒂森鋼鐵公司施韋爾根廠及日本的和歌山廠將燒結(jié)機的卸礦處和冷卻機煙氣收集罩裝上三級循環(huán)冷卻器，出口與電除塵相連，同時還與煙氣脫硫裝置相連，該系統(tǒng)能將每小時燒結(jié)礦可回收的顯熱總量約為40GJ，相當于一臺燒結(jié)機每小時輸入總熱量的6-7%左右[4]。

　　通過燒結(jié)爐煙氣低溫余熱鍋爐回收煙氣的低品位余熱能源產(chǎn)生過熱蒸汽，并入工廠蒸汽管網(wǎng)，供給全廠的蒸汽用戶計量計價使用。還有少量的低壓飽和蒸汽滿足廠內(nèi)生產(chǎn)生活需要，諸如加熱水及其他需要等。鑒于廠內(nèi)因蒸汽使用有不小的缺口，有時尚需向鄰近火電企業(yè)購買一定量的蒸汽，故此余熱利用相應(yīng)填補了自身需求的不足，還減少了對外購蒸汽的不菲支出，不啻是一舉兩得之妙策良方。

　　二、縝密研判尋求適用技術(shù)設(shè)備

　　余熱利用的關(guān)鍵工藝流程，即將環(huán)冷機收集罩進行密封和保溫改造。密封改造還可分為不同方式，如磁性密封、液體密封以及其他密封。根據(jù)礦料冷卻溫度不同，分為一段、二段收集罩;同時對環(huán)冷機原有煙囪密封處理，只保留一、二段每段各一個煙囪，既可以對空放散，又可以取用煙氣通入余熱鍋爐。再經(jīng)循環(huán)風機將利用過的低溫煙氣鼓回環(huán)冷機下風箱，從而組成一個煙氣密閉循環(huán)的系統(tǒng)，提升燒結(jié)爐燃燒溫度，并可同時替代原有環(huán)冷鼓風機，降低環(huán)冷機的電耗量。

　　1-余熱鍋爐;2-循環(huán)風機;3-一段取風閥;4-二段取風閥;5-一段放空閥;6-二段放空閥;7-回風放空閥;8-一號回風閥;9-二號回風閥;10-三號回風閥;11-補冷風閥。

　　圖1 余熱回收工藝流程圖

　　本項目所用余熱鍋爐及輔機體積比較龐大，在原有燒結(jié)爐環(huán)冷機周圍，并未預留合理足夠的地方和空間，這對我們改造施工造成很大難題和挑戰(zhàn)，只有采用混凝土框架支撐的方法，將余熱鍋爐及附屬設(shè)備豎向布置在環(huán)冷機余熱收集段的正上方，雖說這樣增加投資和施工的難度與風險。然而，將原有收集罩煙囪進行改造，增加閥門及保溫，并引出取風管送至余熱鍋爐進風口。經(jīng)余熱鍋爐利用后的煙氣通過循環(huán)風機再回到環(huán)冷機下風箱內(nèi)，形成煙氣密閉循環(huán)。這樣布置，縮短了煙風管道的長度，最大限度的降低阻力損失，使循環(huán)更加緊湊，充分利用了煙氣余熱，同時也在很大程度上減少了煙風管道材料的用量，減少了不少的材料費用支出，節(jié)約部分投資。施工過程對燒結(jié)爐生產(chǎn)的影響也降低到最小限度。這樣一來，缺乏空間、場地的關(guān)鍵難題就迎刃而解啦。

　　設(shè)計中，為提升余熱鍋爐效率，使其達到高、低溫段兼顧利用。特研究采用雙壓復合循環(huán)(立式雙進氣)，并運用模塊化設(shè)計原理。從高溫段到低溫段依次由五部分換熱模塊組成，模塊下部設(shè)置灰斗及卸灰閥。鍋爐換熱管為螺旋翅片管形式，換熱面積增大，換熱面積可達150平米/立方米。從而換熱效率得到大幅度提升。鍋爐本體煙氣阻力不高于1150Pa。煙氣流通過程為：將取自收集罩一段的高溫煙氣通入高參數(shù)過熱器，之后與取自收集罩二段的煙氣匯合并依次通入之后的各個換熱模塊。高參數(shù)汽包汽水循環(huán)產(chǎn)生參數(shù)為1.8MPa、不少于32T/h的過熱蒸汽，并通過高參數(shù)過熱器過熱到360℃;低參數(shù)汽包(兼除氧器)汽水循環(huán)產(chǎn)生參數(shù)約為0.7MPa、不少于8T/h的飽和蒸汽;產(chǎn)生的兩種不同規(guī)格的蒸汽均并入廠區(qū)供汽管網(wǎng)以供使用。上述煙氣余熱采用分級回收與梯級利用技術(shù)，最大限度地實現(xiàn)了燒結(jié)環(huán)冷機煙氣余熱的高效回收利用，即所說的“榨干吃凈”式的梯級高效利用。

　　圖2 余熱回收布置圖

　　在環(huán)冷機改造過程中，如若對環(huán)冷機的收集罩、臺車及下風箱之間的密封組件安裝配置不到位或存在質(zhì)量問題。不僅會大幅度減小煙氣的再循環(huán)利用率，降低循環(huán)煙氣溫度，而且還會大幅增加循環(huán)風機的負荷。同時，對這些缺陷的再處置將會非常的困難，必須等待燒結(jié)工序較長時間的停產(chǎn)冷卻后，才能進行局部處置整改。不光是余熱利用不能開展，連燒結(jié)工序的正常生產(chǎn)也受到很大干擾。

　　在余熱回收改造之前調(diào)研中，原有環(huán)冷機臺車及收集罩漏風較明顯，在原有1#、2#鼓風機全開的情況下，余熱收集段下風箱風壓也只有約1.5KPa左右，這種密封缺陷導致環(huán)冷機收集罩、臺車及下風箱之間的漏風率達到30%～40%，甚至更嚴重些，經(jīng)過實地考察對比，最終采用北京京誠科林環(huán)?？萍加邢薰镜膶＠芊饧夹g(shù)，對原有環(huán)冷機密封進行改造。上密封采用復合材質(zhì)掛簾：將收集罩與臺車間的剛性縫隙，通過柔性掛簾來彌補，不僅漏風明顯減少，使收集罩形成一定程度微負壓狀態(tài);而且，柔性掛簾外觀簡潔、美觀，不易積塵。

　　下密封采用復合材質(zhì)動靜密封組：在環(huán)冷機臺車內(nèi)部制作動密封，與臺車一同沿環(huán)冷機軌道運動，彌補臺車與下風箱間的內(nèi)部縫隙;在環(huán)冷機臺車外部制作靜密封，固定在下風箱外側(cè)，彌補臺車與下風箱間的外部縫隙。動靜有機相結(jié)合，從而達到密封的良好效果。

　　與此同時，對余熱回收段收集罩進行改造封堵，消除死角，使收集罩內(nèi)壓力均等，對各個收集段間及收集段與非收集段間都進行有效隔斷，并對收集罩增加外保溫，有效降低熱輻射損失。

　　經(jīng)過上述密封改造后，余熱鍋爐運行時，在關(guān)停環(huán)冷2#鼓風機的情況下，環(huán)冷余熱收集段下風箱的風壓從改造前1.5KPa提高到2.0KPa以上。同時，環(huán)冷機收集罩內(nèi)風壓也在-100pa~0pa之間，形成了一定程度的微負壓狀態(tài)。

　　通過以上設(shè)備的布置及改造，將一段收集罩取風溫度從改造前360℃左右，提高到400℃以上;二段收集罩取風溫度從改造前300℃左右，提高到330℃以上。提高了余熱鍋爐進口煙氣的溫度，也增加了鍋爐生產(chǎn)的過熱蒸汽能力。

　　通過環(huán)冷機密封改造，使余熱收集段下風箱風壓從改造前1.5KPa提高到2.0KPa以上，又使環(huán)冷機收集罩形成一定程度的微負壓，并關(guān)停了環(huán)冷2#鼓風機。這樣一來，環(huán)冷機煙氣的漏風量大量減少，提高了風機利用效率，降低風機電耗，同時減少了二次揚塵，周圍環(huán)境也得到了良好改善。

　　根據(jù)本工程燒結(jié)實際運行情況，考慮停機因素的影響，鍋爐冬夏季平均產(chǎn)汽量在30~32t/h，折合每小時節(jié)約3.2t標煤，年可節(jié)約25000t標煤。根據(jù)上述產(chǎn)汽量，以及市場條件下的實際使用價格，每個月的直接經(jīng)濟效益約為220~240萬元左右，扣除水、電費等消耗，每月凈收益約在200萬元左右，節(jié)約產(chǎn)值的確不菲。

　　本項目改造非但沒有增加大氣污染物的排放，反而將原來直接向空排放的高溫廢氣回收后進行利用，廢氣塵粒主要成份為礦料，經(jīng)余熱回收裝置收集后加以回收利用，大幅度減少了環(huán)冷機的煙塵排放，環(huán)冷機余熱回收段煙氣每小時排放量約60萬標立方米，煙氣含塵量大，增設(shè)余熱鍋爐前，此部分含塵煙氣對空直接排放，造成周圍的粉塵污染。參照中電聯(lián)的排放標準，經(jīng)計算，增加余熱回收鍋爐后，年可減少對外煙塵排放兩萬多噸，對大氣環(huán)境保護具有非常積極重要的意義。

　　三、科學導入合同能源管理摸式

　　當我們發(fā)掘到節(jié)能的潛力所在之處，又具備了先進的設(shè)備與技術(shù)后，并不等于項目已經(jīng)具備成功必要條件。因為目前國家經(jīng)濟下行的壓力較大，鋼鐵企業(yè)又面臨調(diào)整轉(zhuǎn)型和淘汰落后過剩產(chǎn)能的雙重壓力，節(jié)能減排又是剛性指標，必須堅持開展并落到實處。那么資金從何處來?如何規(guī)避所面臨的資金、技術(shù)、生產(chǎn)等風險?如何才能互利多贏?這就要求我們必須科學合理地引入一種最佳模式。即合同能源管理機制。

　　20世紀70年代中期，世界首現(xiàn)能源危機后，一種基于市場的，全新的節(jié)能項目投資機制即“合同能源管理”(Energy Performance Contracting,簡稱EPC.)在市場經(jīng)濟國家中發(fā)展起來，而基于合同能源管理這種節(jié)能項目投資新機制運作專業(yè)化的“節(jié)能服務(wù)公司”在美、加等國發(fā)展十分迅速。在我國，經(jīng)過十余年引進、培育、支持，從而加快合同能源管理在國內(nèi)的壯大發(fā)展，尤其是2010年12月30日，財政部、國家稅務(wù)總局出臺了財稅【2010】110號文件，規(guī)定中給與節(jié)能服務(wù)公司前所未有的稅收優(yōu)惠，為節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)帶來了更大的發(fā)展機遇和上升空間。目前節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)頗具規(guī)模。十二五末，節(jié)能服務(wù)企業(yè)達5426家，從業(yè)人員約45萬，總產(chǎn)值3127.3億，年均增長30.2%。

　　節(jié)能服務(wù)公司的特點是專業(yè)技術(shù)性強，融資渠道多，具有豐富的項目管理經(jīng)驗。節(jié)能服務(wù)公司的出現(xiàn)，使節(jié)能減排成為一種獨有行業(yè)，敢冒風險，以專業(yè)化的研究、收集、試驗各種節(jié)能減排措施的盈利為目的，組織創(chuàng)新行為極大推動節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，培育市場，有效促進能源節(jié)約與環(huán)境保護。采用此模式與方法，可克服眾多企業(yè)在實施節(jié)能項目時所遇到種種困難和障礙，諸如能效診斷、節(jié)能技術(shù)和項目方案選擇，項目融資和管理風險等等。

　　本項目采用這種模式的話，必將給客戶方——亦即武鋼公司免去承擔籌資、技術(shù)、生產(chǎn)管理、運營維保及其他各種風險，且不必操作維護的狀況下，就可坐地分享相應(yīng)的節(jié)能效益，合同期滿60個月后，節(jié)能設(shè)備及節(jié)能量全部無償轉(zhuǎn)讓給武鋼公司。節(jié)能服務(wù)公司方——北京動力源公司。是全國首批以第46名進入合同能源管理行列的專業(yè)節(jié)能服務(wù)公司，經(jīng)過幾年的努力開拓拼搏，取得了不菲的業(yè)績。2013、2014、2015年，連續(xù)三年榮獲國家合同能源管理百強企業(yè)中第三名、第五名，第七名的突出貢獻企業(yè)獎;尤其是在2015節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)“十二五”節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)風云人物的九項大獎中，我公司在其中五項獎勵榜上有名。有：突出貢獻企業(yè)獎;品牌企業(yè)獎;先進工作者獎;合同能源管理優(yōu)秀示范項目獎;EMCA優(yōu)秀會員單位等。

　　非凡的工作業(yè)績是靠干出來的，絕不是靠宣傳和碰運氣等得來的。我們有一支堅持節(jié)能減排信念，思想超前，懂技術(shù)，善管理，能團結(jié)合作，肯吃苦鉆研、敢打硬仗勝仗的團隊。有輝煌驕人的業(yè)績、有嫻熟的技術(shù)經(jīng)驗、有游刃有余的交流溝通能力，還有多種應(yīng)對不測方案。以上是我們敢于將燒結(jié)余熱項目納入合同能源管理模式的信心和底氣!

　　總之，合作雙方還可得到國家給予的的各種稅收減免優(yōu)惠，所以，引入合同能源管理機制是雙方合作多贏的不二智慧選擇。

　　經(jīng)過北京動力源科技股份有限公司武漢項目部全體人員的奮戰(zhàn)拼搏，并克服種種困難，如期在半年的計劃期內(nèi)，高質(zhì)量地完成了燒結(jié)爐余熱利用改建項目，經(jīng)過測試，一次開車投產(chǎn)成功，并達到了預期的節(jié)能減排效果。

　　四、節(jié)能減排效益與分享計算方法

　　合同能源管理項目我們吸收采納了多項北京京誠科林環(huán)?？萍加邢薰镜膶＠夹g(shù)及產(chǎn)品，不僅有效地降低了冶金行業(yè)燒結(jié)工序的能耗量和提升了排放標準。同時有力增強了武鋼公司的產(chǎn)品在國際國內(nèi)市場的競爭力和經(jīng)濟效益空間，也為國內(nèi)同類企業(yè)的燒結(jié)工序節(jié)能降耗改造提供了可供借鑒與參考示范的典型實例。縱觀國內(nèi)同行業(yè)狀況，此項目已達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，大幅度地縮小了與德、盧、日等國際先進技術(shù)水平的差距。隨著國家節(jié)能減排政策的嚴格要求，企業(yè)低碳環(huán)保意識進一步增強，燒結(jié)余熱回收利用技術(shù)在全國的推廣和普及必將會更加廣泛，北京動力源科技股份有限公司，將竭誠為用戶提供余熱余能利用最終解決方案。此合同能源管理項目的竣工投產(chǎn)，是北京動力源科技股份公司繼2015年在武鋼高爐鼓風脫濕技術(shù)項目獲得EMCA2015年度合同能源管理優(yōu)秀示范項目全國第三名后，又一項合同能源管理方面的成功新項目。

　　一個合同能源管理項目工程的建設(shè)完成，只是合同能源管理項目的萬里長征走完了第一步，僅僅是個開始，還有許多事情要做。如實際節(jié)能量的測試與驗證，余熱利用的結(jié)果是兩種蒸汽，而非標煤，如何折算分享?這些蒸汽按何種標準折算為經(jīng)濟效益，也就是人民幣，合作雙方又按何種比例計算，才是合理公平分享，這才是最關(guān)鍵核心的問題。

　　2015年底，項目試車成功投產(chǎn)后，經(jīng)計量和測試，余熱利用工程副產(chǎn)過熱蒸汽和飽和蒸汽。其中過熱蒸汽壓力1,5Mpa;溫度350~380度，產(chǎn)量30t/h;經(jīng)查蒸汽熱焓值確定噸汽可折108kgce/t;而飽和蒸汽壓力為0.7Mpa,溫度180度，產(chǎn)量6~8t/h;噸折標煤95kgce/t。相當于余熱回收利用每小時節(jié)約標煤3.3065噸，年燒結(jié)爐利用按實際工作時間8000h計算，總計年節(jié)約標煤為26452噸。參照中電聯(lián)的排放標準年可減排二氧化碳6.6萬噸，二氧化硫195.8噸，氮氧化物222.2噸。另外，每年還可依據(jù)燒結(jié)礦的產(chǎn)量除塵一萬多噸。如此一來，武鋼燒結(jié)礦噸能耗下降了6.6~8.0kgce/t。達到50kgce/t燒結(jié)礦以下，參照武鋼年鑒數(shù)據(jù)，此指標應(yīng)該是全國燒結(jié)行業(yè)先進水平。與國際先近水平相比較，幾乎追上了一半的差距，是可喜可賀的不菲成績，突破性的進步。為踐行全球氣候變化巴黎協(xié)議，還大眾以藍天白云做出了應(yīng)有的貢獻。

　　節(jié)能收益計算公式如下：

　　月節(jié)能收益值=【月汽收益總價+鼓風機節(jié)能總價—月補凈水消耗總價—月余熱回收系統(tǒng)耗電】x調(diào)整分配系數(shù)(滿12個月調(diào)整一次，雙方預先商定比例);

　　在計算公式中有一個調(diào)整系數(shù)，是表明節(jié)能服務(wù)公司在合同能源管理項目執(zhí)行初期，鑒于資金、技術(shù)、人員、服務(wù)投入較大，所以分享比例要高，隨著合同期的延伸，投資的逐步回收，或者蒸汽價格隨市場的波動，從而形成一個確定的公平合理的單值函數(shù)，它只根據(jù)以上兩種因素變化而變化，方能排除某些人為的不確定因素。從而確保雙方的利益。這樣直至合同能源管理項目期滿，節(jié)能公司將全套余熱利用設(shè)備以及節(jié)能量全部無償贈給客戶方。至此一個完整的合同能源管理項目全部結(jié)束。

　　實行合同能源管理項目，對于高耗能企業(yè)來說還有兩大好處，其一：通過項目可以有效降低鋼鐵行業(yè)的綜合能耗，也降低了燒結(jié)工序的能源消耗，從而提升企業(yè)產(chǎn)品在市場上的競爭力，擴展了企業(yè)的經(jīng)濟效益空間。尤其在市場經(jīng)濟下行壓力大，鋼鐵產(chǎn)能過剩的狀況下，企業(yè)將躋身行業(yè)先進行列，甚是難能可貴。其二，國家已有政策出臺，請第三方對耗能企業(yè)進行碳審核后，可確認本身碳排放的先進地位，并將減排放的碳投放到國家碳交易市場，取得不菲的經(jīng)濟效益。

　　從任何可行的環(huán)節(jié)入手，降低石化能源的消費，減少環(huán)境污染物和溫室氣體排放，加快生態(tài)文明建設(shè)，最終在實現(xiàn)既定經(jīng)濟發(fā)展目標的同時，積極創(chuàng)新節(jié)能減排新技術(shù)、新模式，重現(xiàn)藍天、綠地、山青、水秀的錦繡生態(tài)環(huán)境。