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钢铁联合企业电力的分析

刘精宇，蔡九菊，杨靖辉

(东北大学国家环境保护生态工业重点实验室，辽宁 沈阳 110004)

摘 要：电力是钢铁企业生产中的重要能源，对其进行深入研究具有非常重要的意义。以国家下达的对电力调整的政策为背景，对钢铁企业的电力来源、生产进行了详细的分析，并结合具体的企业案例对钢铁联合企业“只买煤不买电”进行了探讨；提出了对钢铁企业电力采取移峰填谷措施，可以做到节省企业的电力开支，进而降低企业生产成本。

关 键 词：电力；只买煤不买电；余热余能；移峰填谷

电力是钢铁企业生产中的重要能源，在能源消耗结构中，电力所占比例大致在20%～30%，电力成本占生产总成本的10%左右。因此，对于钢铁联合企业而言，开展科学、合理的电力生产与外购策略，对于落实企业节能减排工作、降低企业生产成本和提高企业的效益具有十分重要的意义。

国内外研究人员和学者对钢铁联合企业生产中的电力网络问题做了不同程度的研究工作，并取得了许多成果。但是大部分都是针对钢铁企业电力需求所做的研究，比较常见的有负荷预测、负荷调度等^[1-8]，而把电力作为能源介质，从理论上和经济上对钢铁联合企业电力源头上进行分析和研究很有限^[9-11]。

本文以国家下达的对电力调整的政策为背景，对钢铁企业的电力来源、生产及应对措施进行了描述和分析，并结合具体的企业案例来探讨，并提出应对政策和措施，以达到企业节省电力开支。

1 国家电力调整的方针

不久前，国家发展改革委宣布将全国销售电价每千瓦时平均提高0．028元。此次电价调整，对钢铁行业影响较大。

2010年以后，如何采取积极措施应对电价调整带来的进一步影响是钢铁企业亟待解决的课题。

据测算，2008年重点大中型钢铁企业电力总消耗为2153亿kW·h，其中钢厂自发电比例约占总用电量的28%左右，外购电量约占72%，即1550．2亿kW·h；如果全国销售电价每千瓦时平均提高0．028元，按此测算，仅此一项2010年钢铁行业成本预计就将增加43．4亿元，是一个不小的数字。

除此之外，按照规定，可再生能源电价附加标准由每千瓦时0．02元提高到每千瓦时0．04元，上涨了0．02元；为解决“一表一户”改造投资还本付息，将销售电价每千瓦时又提高了0．02元。

2 钢铁联合企业应对电价调整的措施和手段

钢铁行业是高耗能产业，全行业年耗电2000亿kW·h以上，占年工业用电量和全社会用电量的比重分别为16%和11%左右。面对能源价格的上涨，全行业节能节电具有相当的紧迫性，节能降耗任重而道远，因此，钢铁企业必须在内部挖潜、节能降耗上下功夫。

国家《钢铁产业发展政策》中也明确提出了要求“钢铁企业必须发展余热余能回收发电，500万t以上规模的钢铁联合企业，要努力做到电力自供有余，实现外供”。

钢铁企业应积极利用二次能源发电，提高自发电量。目前钢铁企业的二次能源发电主要有3类：①可燃气体，主要是焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气；②余热，各工序用于设备、产品冷却及加热炉窑的烟气、废气等，以水、蒸气、油、惰性气体等为主的高温介质，如烧结矿显热、焦炭显热、转炉冷却水蒸气、加热烟气余热等；③余压，高炉炉顶压差发电等。这次电价调整主要是电网提高销售电价，因此，具备条件的钢铁企业应积极利用二次能源发电，扩大自发电量，这是节约能源和降低成本的最有效措施。

3 钢铁联合企业

“只买煤不买电”的可行性探讨为了解决钢铁企业的电力经济成本，殷瑞钰院士很多年前就提出了冶金联合企业要努力做到“只买煤不买电”的方针，那么这个方针是否可行呢?带着这个问题，以北方一家钢铁联合企业为例，对该企业进行综合分析。该企业生产1t热轧材具体的能量输入和能量输出见表1和表2。

针对高炉—转炉长流程的钢铁生产过程，沿着物质流和能量流的耦合匹配关系分析，由图1所示。

从图1中可以看出，能量以炼焦煤和煤粉的碳素形式输入，能量以焦化产品、副产煤气、焦炭、烧结矿、高炉渣显热、转炉渣显热、炼焦、烧结、炼铁、炼钢、连铸、连轧工序过程能耗以及各种烟气、热辐射散热等热损失方式的碳素形式输出。

考虑该企业散热损失可知，吨材产生的余热余能包括煤气的化学热8．778GJ、物料物理热4．305GJ、烟气的物理热1．365GJ，合计共14．448GJ，而吨钢耗电折合热量420kW·h×3．6MJ/kW·h=1．512GJ。可见这些余热余能要是单纯全部用于发电，是吨钢耗电的9倍多，很容易实现钢铁企业用电自给。

如果该企业回收的余热资源总量全部单纯地用于发电，即(22－7．88)×30%=4．236GJ，远远大于1．512GJ，即产生的电量远远大于需求的电量，供过于求。由于电力不能被储存，因此要不就是白白浪费掉，要不就是上网。据数据统计，钢铁企业生产电力的成本为大约每千瓦时0．23元，而上网后的价格为每千瓦时0．50元，差额为0．27元；以年耗32亿kW·h的钢铁企业为例，就可为该企业每年节省8．64亿元。

在实际情况中，钢铁企业生产的煤气一般被用来作为加热的燃料，只有富余的部分才用于发电。

据统计，整个流程中的烧结矿、球团矿热回收效率低，冶金渣的热量几乎未进行有效回收，有近70%的热量处于散失，只有30%可以进行回收。拿高炉煤气为例，在铁、钢、材生产耗用约占其总量的65%，而用于锅炉生产与发电的比例约占其发生量的35%。就以回收的35%用于发电为例，则(22－7．88)×30%×35%=1．4826GJ，也就是回收的热量总计为1．4826GJ，小于1．512GJ，即使全部用于发电，自供电最大为98%，但是考虑到汽轮机效率、发电机效率等因素，因此自供电为98%都很难达到。现在世界上自供电最大的日本千叶钢铁厂也仅为96%，而中国的唐钢自供电为75%，和世界先进水平国家还是有很大差距的。因此对钢铁联合企业来说，余热余能用来发电完全自给自足是不可能的。

通过上述分析可知，要想做到完全自给自足，有下述几方面的条件及措施：1)在余热资源总量和回收的比例一定的条件下，可以考虑提高发电的比例。

2)在余热资源总量和余热用于发电比例一定的条件下，可以考虑提高资源回收的比例。

3)在发电设备和工艺上，使用汽轮机、发电机、燃气轮机效率高的机组。

上述3种情况，都可以有效地促进电力自给自足，节省企业的电力开支和效益，从而达到钢铁企业“只买煤不买电”。

4 钢铁联合企业电力“移峰填谷”的经济性分析

在国家颁布了电力调整政策以后，冶金联合企业可以充分利用电力价格杠杆，采取“移峰填谷”策略。

那么这个策略是否可行呢，下面以北方一家联合企业1d的发电情况对这个策略进行经济性分析，见表3和表4。

由表3可以看出，该企业在电价峰时用电损失利润最大，为295．0515万元；平时用电也损失了155．3703万元的利润，而在谷时用电盈利了34．9583万元，总共损失了415．4635万元。

如果采取移峰填谷策略(如表4所示)，在电网谷时不进行发电，而在峰时进行发电，发同样的电量，1d总共损失了73．8249万元，是在电度电价谷时发电总消费415．4635万元的1/6，按此计算1a才损失了26946．0885万元，而在电网峰时进行发电需要消费151546．0090万元，节省了将近13亿元。

通过上述的分析，可知钢铁企业可以充分利用国家电力的价格杠杆，积极采取合适的移峰填谷策略。多用峰电发电不但可以实现多用电、用好电，并能够节能省电，而且可以为企业节省很多开支，如果实现自供有余还能够为企业带来不小的利润。但是节约能源还是要从源头抓起，节约电力消耗才是降低电力成本的最好途径，峰谷调节仅是降低企业生产成本的其中一个措施而已。

由于钢铁联合企业有大量二次能源，发电机组较小，产电效率不高，一般生产1kW·h电需要320～360克标准煤，最好的大型联合企业生产1kW·h电也要需要260～270克标准煤，而厂外的火力发电厂采用大机组发1kW·h电仅需要122．9克标准煤左右，因此发电成本明显高于国家的火力发电成本。钢铁企业中的副产煤气联合循环发电机组效率最高可以达到46%左右，仅接近超临界火电机组发电效率，因此在效率上也不如火力发电。可以采取钢铁企业与发电企业互利原则，钢铁企业可以向发电企业提供富余的发电原料，而发电企业缩小供电的成本，有利于企业节约能源和降低费用，进而提高企业的经济效益。

5 结论

1)在国家下达的对电力调整的政策背景下，充分利用钢铁联合企业里的副产二次能源(副产煤气)和余热余能资源，提高回收比例并用于发电，钢铁企业“只买煤不买电”是可以达到的，这样不但促进了节能减排，节省了电力花费，还可以为企业带来经济利益。

2)钢铁企业可以充分利用国家电力的价格杠杆，采取移峰填谷措施，多用峰电发电不但可以实现多用电、用好电，而且可以为企业节省很多电力开支。实现自供有余，可以为企业带来利润。

参 考 文 献：

[1]   Dutta G，Sinha G P，Roy P N．A Linear Programming Model forDistribution of Electrical Energy in a Steel Plant[J]．InternationalTransactions in Operational Research，1994，1(1)：17．

[2]   Ashok S．Peak-Load Management in Steel Plants[J]．AppliedEnergy，2006，83(5)：413．

[3]   Ostadi B，Moazzami D，Rezaie K．A Non-Linear ProgrammingModel for Optimization of the Electrical Energy Consumptionin Typical Factory[J]．Applied Mathematics and Computation，2007，187(2)：944．

[4]   郑静，杜秀华，史新祈．大型钢铁企业电力负荷的短期预测研究[J]．电力需求侧管理，2004，6(1)：18．

[5]   林海英，李建荣，宣菊琴，等．钢铁行业负荷特性及需求侧管理潜力分析[J]．华东电力，2005，33(11)：53．

[6]   周佃民，李凯，李关定，等．钢铁企业负荷管理系统设计与实现[J]．电力需求侧管理，2008，10(1)：28．

[7]   周佃民．钢铁企业发用电经济运行体系研究[D]．上海：上海交通大学，2007．

[8]   盛刚，孙彦广，梁青艳．钢铁企业电力负荷分析与预测模型的探讨[C]//全国冶金自动化信息网2011年年会论文集．合肥：《冶金自动化》杂志社，2011：676．

[9]   丁毅，罗武龙，王琴，等．冶金企业联合循环发电技术的实践与探索[J]．钢铁，2012，47(1)：88．

[10]   丁毅，黄普．马钢热电厂1号汽轮机增容改造的实践[J]．冶金能源，2000，19(2)：48．

[11]   丁毅，罗武龙，王琴，等．冶金热电发电模式探讨[J]．冶金能源，2010，29(2)：6．58