本文通過武鋼三號1×360m2燒結環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化、相關設備的密封改造，以及竣工后運行操作過程中節能效果的測試、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的開展和普及。雖然說燒結環冷機余熱回收是個很傳統而成熟的技術，但是在合同能源管理模式下開展的項目尚在少數，本文以期為今后鋼鐵行業節能減排，為燒結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、用心挖掘節能減排潛力

　　鋼鐵行業作為共和國的脊梁和支柱產業之一，對國家經濟增長和國防力量的強大貢獻可以說功不可沒。與此同時，鋼鐵生產的高能源消耗問題也日益突出，引起的生態環境惡化已成為威脅我中華民族生存和發展的重大問題，日見負面。冶金行業專家們悉知，據統計：煉鐵工序的能耗約占鋼鐵生產總能耗的55-60%之多，其中燒結工序的能耗約占鋼鐵生產總能耗的10%-12%左右，是僅次于煉鐵工序的第二大高能耗單位。在燒結工序總能耗中，燒結機煙氣和環冷機排放的煙氣又占約近50%的熱能。據統計我國燒結工序的廢氣余熱回收利用率尚不到30%，約一半以上的燒結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。燒結工序的能耗現狀與國際先進水平，尚存在較大的差距，每噸燒結礦的平均能耗要多出近20 kg標煤。因此節能潛力也就頗大[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，必然是我國節能減排的重點。

　　鋼鐵行業中燒結爐余熱利用技術是一項傳統的成熟技術，并非全新的技術工藝。燒結工藝余熱回收主要分為兩大部分，其一、是燒結礦的顯熱占燒結過程總帶入熱量的44.5%，環冷機煙氣溫度在100～420℃之間變化[2]，高溫段的煙氣溫度可達350～420 ℃;其二、是燒結機煙氣顯熱占燒結過程總帶入熱量的約23.6%，隨著物理及化學反應的不間斷進行，燒結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，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，還對環境造成極大的負面影響。

　　燒結生產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蒸汽為企業生產、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機的卸礦處和冷卻機煙氣收集罩裝上三級循環冷卻器，出口與電除塵相連，同時還與煙氣脫硫裝置相連，該系統能將每小時燒結礦可回收的顯熱總量約為40GJ，相當于一臺燒結機每小時輸入總熱量的6-7%左右[4]。

　　通過燒結爐煙氣低溫余熱鍋爐回收煙氣的低品位余熱能源產生過熱蒸汽，并入工廠蒸汽管網，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生產生活需要，諸如加熱水及其他需要等。鑒于廠內因蒸汽使用有不小的缺口，有時尚需向鄰近火電企業購買一定量的蒸汽，故此余熱利用相應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設備

　　余熱利用的關鍵工藝流程，即將環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。根據礦料冷卻溫度不同，分為一段、二段收集罩;同時對環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。再經循環風機將利用過的低溫煙氣鼓回環冷機下風箱，從而組成一個煙氣密閉循環的系統，提升燒結爐燃燒溫度，并可同時替代原有環冷鼓風機，降低環冷機的電耗量。

　　1-余熱鍋爐;2-循環風機;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，在原有燒結爐環冷機周圍，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，只有采用混凝土框架支撐的方法，將余熱鍋爐及附屬設備豎向布置在環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。經余熱鍋爐利用后的煙氣通過循環風機再回到環冷機下風箱內，形成煙氣密閉循環。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，節約部分投資。施工過程對燒結爐生產的影響也降低到最小限度。這樣一來，缺乏空間、場地的關鍵難題就迎刃而解啦。

　　設計中，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(立式雙進氣)，并運用模塊化設計原理。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。高參數汽包汽水循環產生參數為1.8MPa、不少于32T/h的過熱蒸汽，并通過高參數過熱器過熱到360℃;低參數汽包(兼除氧器)汽水循環產生參數約為0.7MPa、不少于8T/h的飽和蒸汽;產生的兩種不同規格的蒸汽均并入廠區供汽管網以供使用。上述煙氣余熱采用分級回收與梯級利用技術，最大限度地實現了燒結環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

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

　　在余熱回收改造之前調研中，原有環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，經過實地考察對比，最終采用北京京誠科林環保科技有限公司的專利密封技術，對原有環冷機密封進行改造。上密封采用復合材質掛簾：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;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動靜密封組：在環冷機臺車內部制作動密封，與臺車一同沿環冷機軌道運動，彌補臺車與下風箱間的內部縫隙;在環冷機臺車外部制作靜密封，固定在下風箱外側，彌補臺車與下風箱間的外部縫隙。動靜有機相結合，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。

　　經過上述密封改造后，余熱鍋爐運行時，在關停環冷2#鼓風機的情況下，環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，環冷機收集罩內風壓也在-100pa~0pa之間，形成了一定程度的微負壓狀態。

　　通過以上設備的布置及改造，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，也增加了鍋爐生產的過熱蒸汽能力。

　　通過環冷機密封改造，使余熱收集段下風箱風壓從改造前1.5KPa提高到2.0KPa以上，又使環冷機收集罩形成一定程度的微負壓，并關停了環冷2#鼓風機。這樣一來，環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，周圍環境也得到了良好改善。

　　根據本工程燒結實際運行情況，考慮停機因素的影響，鍋爐冬夏季平均產汽量在30~32t/h，折合每小時節約3.2t標煤，年可節約25000t標煤。根據上述產汽量，以及市場條件下的實際使用價格，每個月的直接經濟效益約為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，節約產值的確不菲。

　　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，經余熱回收裝置收集后加以回收利用，大幅度減少了環冷機的煙塵排放，環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。參照中電聯的排放標準，經計算，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

　　當我們發掘到節能的潛力所在之處，又具備了先進的設備與技術后，并不等于項目已經具備成功必要條件。因為目前國家經濟下行的壓力較大，鋼鐵企業又面臨調整轉型和淘汰落后過剩產能的雙重壓力，節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?如何規避所面臨的資金、技術、生產等風險?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，世界首現能源危機后，一種基于市場的，全新的節能項目投資機制即“合同能源管理”(Energy Performance Contracting,簡稱EPC.)在市場經濟國家中發展起來，而基于合同能源管理這種節能項目投資新機制運作專業化的“節能服務公司”在美、加等國發展十分迅速。在我國，經過十余年引進、培育、支持，從而加快合同能源管理在國內的壯大發展，尤其是2010年12月30日，財政部、國家稅務總局出臺了財稅【2010】110號文件，規定中給與節能服務公司前所未有的稅收優惠，為節能服務產業帶來了更大的發展機遇和上升空間。目前節能服務產業已經頗具規模。十二五末，節能服務企業達5426家，從業人員約45萬，總產值3127.3億，年均增長30.2%。

　　節能服務公司的特點是專業技術性強，融資渠道多，具有豐富的項目管理經驗。節能服務公司的出現，使節能減排成為一種獨有行業，敢冒風險，以專業化的研究、收集、試驗各種節能減排措施的盈利為目的，組織創新行為極大推動節能技術的發展，培育市場，有效促進能源節約與環境保護。采用此模式與方法，可克服眾多企業在實施節能項目時所遇到種種困難和障礙，諸如能效診斷、節能技術和項目方案選擇，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、生產管理、運營維保及其他各種風險，且不必操作維護的狀況下，就可坐地分享相應的節能效益，合同期滿60個月后，節能設備及節能量全部無償轉讓給武鋼公司。節能服務公司方——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節能服務公司，經過幾年的努力開拓拼搏，取得了不菲的業績。2013、2014、2015年，連續三年榮獲國家合同能源管理百強企業中第三名、第五名，第七名的突出貢獻企業獎;尤其是在2015節能服務產業“十二五”節能服務產業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：突出貢獻企業獎;品牌企業獎;先進工作者獎;合同能源管理優秀示范項目獎;EMCA優秀會員單位等。

　　非凡的工作業績是靠干出來的，絕不是靠宣傳和碰運氣等得來的。我們有一支堅持節能減排信念，思想超前，懂技術，善管理，能團結合作，肯吃苦鉆研、敢打硬仗勝仗的團隊。有輝煌驕人的業績、有嫻熟的技術經驗、有游刃有余的交流溝通能力，還有多種應對不測方案。以上是我們敢于將燒結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拼搏，并克服種種困難，如期在半年的計劃期內，高質量地完成了燒結爐余熱利用改建項目，經過測試，一次開車投產成功，并達到了預期的節能減排效果。

　　四、節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保科技有限公司的專利技術及產品，不僅有效地降低了冶金行業燒結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品在國際國內市場的競爭力和經濟效益空間，也為國內同類企業的燒結工序節能降耗改造提供了可供借鑒與參考示范的典型實例。縱觀國內同行業狀況，此項目已達到國內領先水平，大幅度地縮小了與德、盧、日等國際先進技術水平的差距。隨著國家節能減排政策的嚴格要求，企業低碳環保意識進一步增強，燒結余熱回收利用技術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，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項目獲得EMCA2015年度合同能源管理優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。如實際節能量的測試與驗證，余熱利用的結果是兩種蒸汽，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，這才是最關鍵核心的問題。

　　2015年底，項目試車成功投產后，經計量和測試，余熱利用工程副產過熱蒸汽和飽和蒸汽。其中過熱蒸汽壓力1,5Mpa;溫度350~380度，產量30t/h;經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，產量6~8t/h;噸折標煤95kgce/t。相當于余熱回收利用每小時節約標煤3.3065噸，年燒結爐利用按實際工作時間8000h計算，總計年節約標煤為26452噸。參照中電聯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，每年還可依據燒結礦的產量除塵一萬多噸。如此一來，武鋼燒結礦噸能耗下降了6.6~8.0kgce/t。達到50kgce/t燒結礦以下，參照武鋼年鑒數據，此指標應該是全國燒結行業先進水平。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議，還大眾以藍天白云做出了應有的貢獻。

　　節能收益計算公式如下：

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

　　在計算公式中有一個調整系數，是表明節能服務公司在合同能源管理項目執行初期，鑒于資金、技術、人員、服務投入較大，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，它只根據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，節能公司將全套余熱利用設備以及節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束。

　　實行合同能源管理項目，對于高耗能企業來說還有兩大好處，其一：通過項目可以有效降低鋼鐵行業的綜合能耗，也降低了燒結工序的能源消耗，從而提升企業產品在市場上的競爭力，擴展了企業的經濟效益空間。尤其在市場經濟下行壓力大，鋼鐵產能過剩的狀況下，企業將躋身行業先進行列，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，取得不菲的經濟效益。

　　從任何可行的環節入手，降低石化能源的消費，減少環境污染物和溫室氣體排放，加快生態文明建設，最終在實現既定經濟發展目標的同時，積極創新節能減排新技術、新模式，重現藍天、綠地、山青、水秀的錦繡生態環境。