创新理论、技术和管理手段

　　———中国钢铁工业的节能进程与发展方向

　　从20世纪70年代末开始，中国钢铁工业把节能摆在重要位置，千方百计地节约能源、降低非能源消耗，节能降耗取得了举世瞩目的成果。1980年~2010年间中国的钢铁工业发生巨大变化，不但破解了西方学者30多年前提出的“钢铁工业是夕阳工业”的命题，而且强有力地支撑着中国经济又好又快地发展。30多年来，中国钢铁工业节能取得的辉煌业绩和技术进步，为缓解中国能源供应的紧张局面，提高资源能源利用效率，推动钢铁工业持续高速增长作出了历史性贡献。

　　从单体设备节能到企业整体节能

　　中国钢铁工业节能的研究对象是不同层面上的节能问题，以及它们之间的相互关系。30多年的节能实践表明，为了降低钢铁工业的能源消耗，只研究单体设备及其部件是不够的，还要研究由若干设备组成的生产车间(生产工序)，以及由若干生产车间组成的联合企业，乃至由若干企业组成的钢铁工业(行业)等较高层面的节能问题。针对单体设备及其部件等传统节能而言，称生产工序以上层面的节能为系统节能。从1978年起，中国钢铁工业经历了单体设备节能、生产工序节能和企业整体节能等几个重要的发展阶段。

　　在1973年石油危机爆发之前，“节能”在那个时候的中国还是陌生的概念。冶金、化工、建材等许多工业部门不统计能源数据，所属企业也不考核产品能耗的大小。直到1978年石油危机再次发生，中国才决定在国家重点钢铁企业和地方骨干钢铁企业开展能耗调查和能源统计活动，建立了由吨钢能耗、工序能耗和设备能耗组成的能耗指标体系，颁发了《钢铁企业能源平衡及能耗指标计算方法》等暂行规定。经过两年的起步期，国家通过组建节能队伍、宣传节能意义、加强能源管理、堵塞能源的“跑、冒、滴、漏”(俗称“扫浮财”)等措施，降低了钢铁工业的能源消耗，减少了钢铁企业的能源浪费。1980年中国钢铁工业生产粗钢3712万t，消耗能源总量7572万t标准煤，全行业的平均吨钢综合能耗2.040tce/t钢，其中大中型钢铁企业的吨钢综合能耗1.646tce/t钢、吨钢可比能耗1.285tce/t钢。1980年，是中国钢铁工业节能的“元年”，大中型钢铁企业的吨钢能耗代表了中国钢铁工业的能耗水平。此后，中国钢铁工业节能每15年为一个发展阶段。

　　图1是1980年～2010年间中国钢铁工业的吨钢能耗变化图。图中有2条柱形曲线，最上面的柱形曲线描绘了钢铁工业吨钢综合能耗30年的变化情况———从1980年的1.646tce/t下降到2005年的0.741tce/t，下降率为54.98%;最下面的柱形曲线描绘的是吨钢能耗(即吨钢可比能耗)30年的变化情况———从1980年的1.285tce/t下降到2005年的0.714tce/t钢，下降率为44.44%。不过，从2006年起中国调整了电力换算成标准煤的折标系数，统一规定以电热当量值(即1kWh=0.1229kgce)替换钢铁工业一直沿用的电热等价值(即1kWh=0.404kgce)。所以，图2中2006年～2010年间的吨钢能耗与之前25年的吨钢能耗是没有可比性的。为了剖析30年来吨钢能耗的变化，不得不修改2006年～2010年间吨钢能耗的核算方法，将这期间电力的折标系数统一采用电热等价值，修订后2010年的实际吨钢能耗为0.690tce/t钢。1980年～2010年，中国钢铁工业生产每吨钢的能源消耗几乎节省了一半，下降率为46.3%。

　　由图2可见，中国钢铁工业自1980年开展节能工作以来，30年间吨钢能耗曲线曾出现两次周期性变化，每次15年。两条吨钢能耗曲线形状相似，下降规律相同：前5年，能耗曲线下降最快，年均节能率最大;中间5年，随着吨钢能耗的逐年降低能耗曲线变缓，年均节能率减小;后5年，曲线变得更为平缓。例如，在“六五”时期，由于当时各生产工序的基础能耗较高，所以最初实施单体设备节能的效果明显，年均节能率达2.96%;到了“七五”时期，继续降低工序能耗的直接节能效果变差，年均节能率减小到2.05%，进入“八五”时期就更低了，只有0.45%;“九五”期间，中国钢铁工业从单体设备节能扩展到系统节能，通过生产结构调整和工艺流程优化等措施，使得中国吨钢能耗第二次出现大幅度下降走势，年均节能率上升到4.34%;到了“十五”时期，随着生产结构的逐渐改善和各工序钢比系数的逐年降低，间接节能效果在不断减弱，年均节能率再次回落到1.78%;到2010年底，“十一五”期间的年均节能率只有0.68%。

　　未来科学用能是关键

　　可以预料，未来15年(2010年～2025年)中国钢铁工业的节能难度将越来越大，节能空间也将越来越小，吨钢能耗曲线能否出现第三次较大幅度的下降走势，完全取决于是否有新一轮节能理论、技术和管理手段的支撑。今后，只有更多地依靠科技进步，充分发挥钢铁联合企业在能源高效转换和有效利用方面的企业优势，着力开发适合中国国情和企业特点的关键共性技术，才能把节能工作引向深入，推向新阶段。

　　“节能”是通俗的提法。中国钢铁工业应对未来的能源挑战，既要节约用能，更要科学用能。前者是指少用能源，后者是指优化用能，绝不是少用一点能源的问题。科学用能，可以将节能做到极致，把浪费降到零。例如，与其喊一千次“节约用电、随手关灯”，不如依靠科技进步安装一个声控开关和节能灯泡，就这样可把浪费降到极小。已故能源科学家吴仲华院士曾经为科学用能总结出16个字：“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”。这些原则是根据热力学第一、第二定律提出的。科学用能包括：科学地配置能源、科学地使用能源和科学地管理能源三个方面。

　　“纵”“横”把握吨钢能耗的影响因素

　　钢铁企业的吨钢综合能耗是指企业在统计期内消耗的能源总量除以同期内合格的钢产量。这个指标尽管不够完善，但它仍然是讨论钢铁企业节能问题的着眼点。因为只有吨钢综合能耗降低了，整个钢铁企业的总能耗才能大幅度降下来。由于吨钢综合能耗的计算式过于简单，有些复杂因素没有包括进来，所以从中不易见到钢铁制造流程的各个环节、各种因素对它的影响，也不便于分析整个企业的节能潜力、方向和途径所在。为了弥补吨钢能耗指标的这些缺陷，有必要对吨钢能耗的计算式作进一步解析，使它成为既是评价钢铁企业能耗水平的一个指标，又是用来分析其主要影响因素的数学表达式。吨钢能耗影响因素的分析方法有两种：e-p分析法和c-g分析法。

　　吨钢能耗e-p分析法：按吨钢能耗的定义，可将吨钢能耗的计算式分解为所属各生产工序的工序能耗与钢比系数乘积之和。分析该计算式可知，影响吨钢能耗的直接因素有三个：一是对应每吨钢产量各工序的实物产量，即各工序的钢比系数;二是各工序生产单位产品所直接消耗的燃料量和对各种动力的消耗量;三是各工序的余热余能回收利用量。

　　e-p分析法适用于企业生产结构和工序能耗的变化，对各种能源介质按用户不同实行“横向”管理。这种方法关注的是钢铁生产流程中各工序直接消耗的能源量、余热余能的回收利用量以及各工序实物产量的变化等，服务于钢铁生产流程的减量化、连续化和紧凑化。

　　吨钢能耗c-g分析法：按吨钢能耗所包含的能源数量及种类，可将吨钢能耗的计算式分解为每吨钢所消耗各种能源介质的数量与其能值的乘积之和。分析该计算式可知，影响吨钢能耗的直接因素也有三个：一是各种能源介质在其生产和转换过程中所消耗的能源量，即能源介质的折标准煤系数;二是对应每吨钢固定用户和缓冲用户所消耗的能源量;三是对应每吨钢各种能源介质的放散量。

　　c-g分析法适用于企业能源结构及其能量流的变化，对各种能源介质按种类不同实行“纵向”管理。这种方法关注的是能量流网络中各种能源介质的生产、转换、存储、分配、缓冲、使用和放散等，服务于企业能源管理中心的离线优化和在线调度。

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