技术介绍

　　1.黑体技术节能原理

　　    黑体技术即“黑体强化辐射传热节能新技术”，是由西华节能公司利用自主知识产权率先在国际、国内提出并沿用至今的一种加热炉窑高效节能技术，它是根据红外物理的黑体理论及加热炉辐射传热数学模型：

　　制成集“增大炉膛传热面积、提高炉膛发射率和增加辐照度”三项功能于一体的工业标准黑体（黑体元件），将众多的黑体元件安装于炉膛内壁适当部位，既增大传热面积，又提高炉膛的发射率达0.95（1002℃），并且基本不老化，更能对炉膛内的热射线进行有效的调控，使之从漫射的无序状态调控到有序，直接射向被加热物，提高热射线的到位率，强化辐射传热，取得显著的节能效果。

　　黑体技术的核心是黑体元件，黑体元件是将物理学中“绝对黑体”的概念加以技术化形成的工业标准黑体，将黑体元件成功地应用于炉膛中,与炉壁共同构成红外加热系统。

　　2.黑体技术特点：

　　（1）在不改变原炉膛结构的情况下，将众多黑体元件牢固地安装在炉衬上，达到增大传热面积，提高炉衬传热能力的效果，巧妙地解决了炉围伸展度难于加大的问题。

　　（2）黑体元件的高吸收和高发射性能，将炉膛内漫反射状的热射线调控为有序的热射线，提高热射线的到位率。

　　（3）黑体元件的安装将原本炉衬黑度系数为0.5-0.7提高到0.95，使得传热效率增加。

　　（4）将炉膛气氛中不连续波谱辐射能改变为连续波谱辐射能，有利于被加热物全波段吸收。

　　3.黑体技术的优势

　　黑体技术与国际其它类似技术比较   表1

　　世界上两大工业炉窑集团，法国的斯坦因和日本的黑崎窑业都不掌握此类相关技术。本技术系国内首创、唯一，并且具有实用性和先进性指标。

　　适用行业及领域

　　该技术广泛适用于冶金、机械、石化、陶瓷、玻璃等行业的燃气、燃油、燃煤或电热等各型中、高温加热炉窑，目前主要应用于机械热处理炉、轧钢加热炉、乙烯裂解炉并将逐渐推广至建筑陶瓷、玻璃行业。

　　目前主要适用于炉窑数量多，且能耗较高的钢铁、石化、陶瓷、玻璃行业。

　　根据不同类型的加热炉，黑体技术所体现的实测节能率一般在8～15%，为西华节能公司所拥有的世界首创的优秀的节能技术。

　　典型用户及投资效益

　　一、典型用户分析

　　（一）案例应用单位：河北省首钢迁安钢铁有限责任公司

　　首钢迁钢公司隶属于首钢总公司，是国有大型钢铁企业，位于河北省迁安市境内，为首钢实施战略结构调整，实现可持续发展的 “希望工程”，在首钢搬迁调整中起到积极作用。该公司2002年12月18日注册成立， 2003年3月25日工程奠基，2004年10月15日举行竣工投产典礼，历时570天，创出了国内钢铁企业建设的高速度；2160热轧项目于2005年3月31日开工，2006年12月23日轧制出首钢发展史上第一卷热轧卷板，实现了首钢由低端产品向中高端产品的历史性跨越。

　　首钢迁钢公司依托首钢矿业公司铁矿原料基地，充分体现了依托矿山，流程简洁化、设备大型化、产品高端化、环境清洁化、信息数字化的特点和高水平、高起点、高标准的建厂原则，采用国际先进的紧凑型、短流程设计，集中了国内外钢铁工业的先进技术工艺装备，主要工艺装备有：2座2650立方米高炉，1座4000立方米高炉，5座210吨转炉，LF、RH、CAS精炼炉各1台，2台双流板坯连铸机，2台8流弧形方坯连铸机，1套2160半连续式热轧带钢轧机。年设计能力为780万吨铁、800万吨钢、780万吨热轧板带钢，公司高度重视节能环保，2006年首钢迁钢公司被省、市两级政府命名为“节水型社会建设示范企业”，2010年，首钢迁钢公司荣获河北省“节能先进单位”荣誉称号。

　　（二）应用节能技术案例

　　1. 加热炉基本情况：2160热轧生产线是一条年产400万吨（实产385万吨）热带钢生产线，其加热炉炉组由结构形式完全相同的1^#、2^#、3^#、4^#共四台加热炉组成，正常生产按三用一备的生产模式运行，3#加热炉为其中之一。该炉由首钢设计院设计、二十冶施工并于2007年4月投产，至2014年4月实施黑体技术节能改造时，该炉已平稳运行7年时间，根据该加热炉设计的结构特点、筑炉材料、施工单位及施工季节，结合现场炉况考察，加热炉炉衬结构良好、运行平稳，从而创造了黑体技术实施的有利条件。其技术参数如表2：

　　加热炉基本参数                    表2

　　2. 能源利用状况：该公司为正规的大型国有企业，其管理规范，领先采用各项节能新新技术，但目前轧钢工序煤气消耗指标仅达到1.45GJ /t材，离国内先进水平尚有一定距离，所以还有节能潜力可挖。

　　（三）案例能耗监测情况

　　该加热炉由首钢设计院设计、二十冶施工，其设计规范、施工严格，各类计量设施及设备配套齐全，设施先进，计量检定严格，其生产原始数据记录完整，能很好的提取到准确的原始数据链，所以为改前能耗基准标定及改后测试创造了有利条件。

　　二、案例内容

　　（一）节能改造前用能情况

　　首钢迁钢2160热轧3#加热炉于2007年4月正式投产，设计产能135万t/年，实际产能约115万t/年，为端进端出步进式加热炉,在2014年4月实施黑体技术节能改造时，该炉经过了7年时间的使用，其运行状况良好，但产能稍显不足（约达产85%），所以其能耗指标（1.45GJ /t材）偏高，离国内先进水平尚有一定距离，这为黑体技术节能改造创造了条件，同时根据该加热炉的运行状况并通过改前测试来确定改前能耗基准B₁=142.17Nm³。

　　（二）节能改造内容

　　1.项目概况：该加热炉位于河北省唐山市迁安市杨店子镇滨河村南侧迁钢热轧作业部厂内，为步进式板坯加热炉，炉膛尺寸40.6×11.1×4.35m，黑体技术节能改造于2014年4月3日开工，2014年4月11日完工，施工工期共9天，设计安装黑体元件15600个，实际安装元件15240个，组织施工工程人员42人，包括成都临时工(8人)及现场临时工（10人）。

　　2.项目改造内容：

　　（1）不改动原炉膛结构；

　　（2）在炉膛预热段、一加热段、二加热段的炉顶及炉墙适当部位，设置约15600个黑体元件（见表3及图1）；

　　黑体元件数量及分布表            表3

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　　    图1  黑体元件分布图

　　说明：元件布置数量可根据加热炉实际炉况进行适当调整

　　3.项目改造前、后设备对比：

　　图2改造前后炉顶炉衬情况对比

　　（三）节能改造产生的节能效果分析

　　针对黑体技术最主要也是最重要的对节能效果指标（节能率）的考核，项目实施首先由西华节能及项目方共同制定一套科学的、严谨的、可行的《测试方案》来对改前能耗基准进行确定，同时对改后节能效果的判定提供作业指导书并同项目方或测试第三方共同实施，以确保节能率测试的真实性与公正性。

　　1.节能率的确定

　　（1）能耗测试基准：在能耗对比测条件基本相同的情况下（包括钢坯材质、产品品种、装炉量、加热炉热工条件等）进行改前、改后测试，确定其单耗指标为测试基准。

　　（2）节能率计算：

　　P —黑体技术节能改造的节能效果体现（节能率（%) ）；

　　B₁——改前吨材能耗水平m³/t材；

　　B₂——改后吨材能耗水平m³/t材；

　　2.节能量的确定

　　月节能量（万m³/月）=改前能耗基准（B₁）×当月实际产量（t材/月）×节能率（%）

　　3.节能效益计算

　　月节能效益（万元/月）=月节能量（万m³/月）×燃气单价（元/ m³）

　　4.测试方法

　　节能率的测定与验证是由项目业主单位同节能服务公司共同组成测试小组来进行，从而确保测试结果的准确性与公正性。

　　（四）节能改造投资额、效益和投资回收期分析

　　针对该加热炉的实际情况，结合目前钢铁企业的生存现状，由西华节能全额投资对该项目实施合同能源管理（EMC模式）方式来进行黑体强化辐射节能技术改造，从而达到节能减排的预期目的，为企业减轻负担，促进环境改善，保证了企业的社会和经济效益。

　　节能效益及投资分析：根据该加热炉的实际炉况及工况,其产能由双方核定为115万t/年，实测节能率10.55%，为此作出如下节能效益及投资分析（见表4）

　　节能效益及投资分析                      表4

　　三、能耗监测内容

　　（一）第三方机构出具的运行1年以上的实际应用测试报告

　　鉴于轧钢加热炉生产运行的特殊性、能耗影响因素的多样性（如加热炉工况、炉况的变化或生产负荷或生产工艺的调整等）及轧钢加热炉本身结构变化的差异性，采取项目双方（项目建设方及节能服务公司）组成联合测试小组，并根据各个加热炉的结构特点、工艺条件、生产状况来共同商定切实可行的《测试方案》，进而以《测试方案》作为节能率测试的作用指导书，由双方共同参与测试并对测试的原始数据进行确认，同时以此为据出具如下节能率报告并以此节能率进行节能效益分享结算：

　　（二）节能量测算结果;

　　根据炉况考察及改前能耗基本了解，原预计节能率10%，实测节能率10.55%，以此为据作出节能量计算如下：

　　年节能量计算与分析                     表5

　　（三）节能效益测算结果：

　　年节能效益计算与分析                     表6

　　四、案例应用单位反馈

　　案例应用单位对节能改造效果的评价：

　　通过对首钢迁钢2160热轧3#加热炉黑体技术改造及半年多时间的连续运行：

　　1.    黑体技术节能改造节能效果明显，原预计节能率10%，测试节能率10.55%满足合同及技术条件要求

　　2.    黑体技术的实施其升温速度加快，加热能力提高，减少甚至无待温时间。

　　3.    炉温均匀性改善，钢温均匀性提高，轧制电流减小，更有利于轧机顺轧生产。

　　4.    黑体元件黑度系数温度，节能效果持续长久。

　　技术提供单位介绍

　　西华节能1997年由李治岷、魏玉文两位教授创办，创立以来一直专注从事炉窑节能减排技术及产品的研制和产业化推广，重点推广由两位教授在国际上首先提出的“黑体强化辐射传热节能新技术”（黑体技术），致力于提高我国工业炉窑技术装备水平。目前已推广应用到冶金、机械、石油化工、建材等行业，服务于首钢、武钢、沙钢、莱钢、东北特钢、冷钢、亿鑫钢铁、河北钢铁、中天钢铁、天津石化等大型客户，努力为中国及全球的节能减排事业作贡献。

　　经过10多年的持续研发，公司获得了《黑体元件及节能炉窑》、《节能炉窑》、《轧钢加热炉》、《管式加热炉》、《节能炉窑及节能方法》等多项专利，自主研制的黑体产品及一整套相关应用技术已经发展到第三代，形成了完整可靠的产品系列，能够满足各种工业炉窑的不同需求，起到节能、增产、改善炉温均匀性、延长炉衬寿命等效果。随着产品技术的成熟完善，公司也因此实现了从技术研发阶段向高速大规模商业化推广阶段的跨越，近年来凝聚了一批富有创业创新精神的专业技术和经营管理人才，研发和工程技术力量不断增强，市场影响力快速提升。

　　自公司发明黑体技术以来，该技术历年来入选国家科委《国家级科技成果重点推广计划》、国家经贸委《八五国家技术创新新技术推广优秀项目》，2011年又入选国家发改委《国家重点节能技术推广目录》、中国化工节能技术协会《优秀节能技术》。公司2011年入选国家发改委、财政部评审的节能服务公司备案名单（第二批），黑体技术于2014年6月列入国家“十二五”重点规划图书工信部《能源管理负责人培训钢铁行业教材》并得到广泛推广, ,2014年12月31日国家发改委将黑体技术列入2014年本（节能部分）国家重点节能低碳技术推广目录。

　　公司拥有黑体技术实施的专门技术，已形成了集黑体技术的研发、黑体元件的自主生产、黑体节能技术的施工调试、节能技术服务为一体；现已具备完整的黑体元件生产线3条，设备完善的科研所1家的整体实力，能充分满足各型轧钢加热炉，石化裂解炉、制氢转化炉及工业锅炉等工业炉窑黑体节能技术服务的需要。以“交钥匙工程”的方式承接各类节能型工业炉窑专项节能技术的改造。

　　公司遵循“用户至上、技术先进、质量优良、服务周到”的宗旨，竭诚与国内外企业合作，共谋发展；同时，也诚邀行业精英加盟，共同打造炉窑节能领军企业。公司尊崇“踏实、拼搏、责任”的企业精神，并以诚信、共赢、开创经营理念，创造良好的企业环境，以全新的管理模式，完善的技术，周到的服务，卓越的品质为生存根本，我们始终坚持用户至上 用心服务于客户，坚持用自己的服务去打动客户。

　　技术术推广前景

　　截至2014年全国范围内使用黑体技术已达到各类加热炉81台/套，其中石化、陶瓷各1台（套），锅炉1台（套），同时与全国大中、型钢铁及石化企业达成约定使用150台套。

　　现对2015 年市场空间及预测至 2020 年的市场占有率情况如表7，预计未来5年（至2020年），该技术在行业内的推广潜力将由目前的8-10%提升到70%，西华节能黑体技术市场占有率将稳定保持在95%，预计可以采取黑体技术进行改造的细分市场需求量在200亿元以上，年节能能力将达到750万t ce/a，二氧化碳减排能力达到1875万t CO₂/a，二氧化硫减排能力达到52.5万t SO₂/a，氮氧化物减排将达到26.25万t NO_X/a。

　　黑体技术推广情况及市场预测    表7

　　另外，根据黑体技术的国际领先地位，在国际市场上主要倾向于

　　1）钢铁行业：尤其是由发达国家向发展中国家（如印度及其它东南亚国家）转移到大型钢铁企业。

　　2）石化行业：黑体技术首先在天津石化得到突破性应用，不但取得2.76-4.5%的节能效果，而且这项技术目前在国际上还没有案例，所以国际市场前景广阔。

　　3）黑体技术目前直接受邀台湾中钢集团、韩国浦项不锈钢等海外企业进行合作商谈；通过代理商与越南、缅甸及印度等钢铁企业达成友好合作协议，其中缅甸钢铁项目已完成合同签订并计划进行施工组织，后因经济危机原因而暂停，但目前仍保持良好沟通关系。