技術介紹

1.黑體技術節能原理

制成集“增大爐膛傳熱面積、提高爐膛發射率和增加輻照度”三項功能于一體的工業標準黑體（黑體元件），將眾多的黑體元件安裝于爐膛內壁適當部位，既增大傳熱面積，又提高爐膛的發射率達0.95（1002℃），并且基本不老化，更能對爐膛內的熱射線進行有效的調控，使之從漫射的無序狀態調控到有序，直接射向被加熱物，提高熱射線的到位率，強化輻射傳熱，取得顯著的節能效果。

黑體技術的核心是黑體元件，黑體元件是將物理學中“絕對黑體”的概念加以技術化形成的工業標準黑體，將黑體元件成功地應用于爐膛中,與爐壁共同構成紅外加熱系統。

2.黑體技術特點：

（1）在不改變原爐膛結構的情況下，將眾多黑體元件牢固地安裝在爐襯上，達到增大傳熱面積，提高爐襯傳熱能力的效果，巧妙地解決了爐圍伸展度難于加大的問題。

（2）黑體元件的高吸收和高發射性能，將爐膛內漫反射狀的熱射線調控為有序的熱射線，提高熱射線的到位率。

（3）黑體元件的安裝將原本爐襯黑度系數為0.5-0.7提高到0.95，使得傳熱效率增加。

（4）將爐膛氣氛中不連續波譜輻射能改變為連續波譜輻射能，有利于被加熱物全波段吸收。

3.黑體技術的優勢

黑體技術與國際其它類似技術比較   表1

世界上兩大工業爐窯集團，法國的斯坦因和日本的黑崎窯業都不掌握此類相關技術。本技術系國內首創、唯一，并且具有實用性和先進性指標。

適用行業及領域

該技術廣泛適用于冶金、機械、石化、陶瓷、玻璃等行業的燃氣、燃油、燃煤或電熱等各型中、高溫加熱爐窯，目前主要應用于機械熱處理爐、軋鋼加熱爐、乙烯裂解爐并將逐漸推廣至建筑陶瓷、玻璃行業。

目前主要適用于爐窯數量多，且能耗較高的鋼鐵、石化、陶瓷、玻璃行業。

根據不同類型的加熱爐，黑體技術所體現的實測節能率一般在8～15%，為西華節能公司所擁有的世界首創的優秀的節能技術。

典型用戶及投資效益

一、典型用戶分析

（一）案例應用單位：河北省首鋼遷安鋼鐵有限責任公司

首鋼遷鋼公司隸屬于首鋼總公司，是國有大型鋼鐵企業，位于河北省遷安市境內，為首鋼實施戰略結構調整，實現可持續發展的 “希望工程”，在首鋼搬遷調整中起到積極作用。該公司2002年12月18日注冊成立， 2003年3月25日工程奠基，2004年10月15日舉行竣工投產典禮，歷時570天，創出了國內鋼鐵企業建設的高速度；2160熱軋項目于2005年3月31日開工，2006年12月23日軋制出首鋼發展史上第一卷熱軋卷板，實現了首鋼由低端產品向中高端產品的歷史性跨越。

首鋼遷鋼公司依托首鋼礦業公司鐵礦原料基地，充分體現了依托礦山，流程簡潔化、設備大型化、產品高端化、環境清潔化、信息數字化的特點和高水平、高起點、高標準的建廠原則，采用國際先進的緊湊型、短流程設計，集中了國內外鋼鐵工業的先進技術工藝裝備，主要工藝裝備有：2座2650立方米高爐，1座4000立方米高爐，5座210噸轉爐，LF、RH、CAS精煉爐各1臺，2臺雙流板坯連鑄機，2臺8流弧形方坯連鑄機，1套2160半連續式熱軋帶鋼軋機。年設計能力為780萬噸鐵、800萬噸鋼、780萬噸熱軋板帶鋼，公司高度重視節能環保，2006年首鋼遷鋼公司被省、市兩級政府命名為“節水型社會建設示范企業”，2010年，首鋼遷鋼公司榮獲河北省“節能先進單位”榮譽稱號。

（二）應用節能技術案例

1. 加熱爐基本情況：2160熱軋生產線是一條年產400萬噸（實產385萬噸）熱帶鋼生產線，其加熱爐爐組由結構形式完全相同的1^#、2^#、3^#、4^#共四臺加熱爐組成，正常生產按三用一備的生產模式運行，3#加熱爐為其中之一。該爐由首鋼設計院設計、二十冶施工并于2007年4月投產，至2014年4月實施黑體技術節能改造時，該爐已平穩運行7年時間，根據該加熱爐設計的結構特點、筑爐材料、施工單位及施工季節，結合現場爐況考察，加熱爐爐襯結構良好、運行平穩，從而創造了黑體技術實施的有利條件。其技術參數如表2：

加熱爐基本參數                    表2

2. 能源利用狀況：該公司為正規的大型國有企業，其管理規范，領先采用各項節能新新技術，但目前軋鋼工序煤氣消耗指標僅達到1.45GJ /t材，離國內先進水平尚有一定距離，所以還有節能潛力可挖。

（三）案例能耗監測情況

該加熱爐由首鋼設計院設計、二十冶施工，其設計規范、施工嚴格，各類計量設施及設備配套齊全，設施先進，計量檢定嚴格，其生產原始數據記錄完整，能很好的提取到準確的原始數據鏈，所以為改前能耗基準標定及改后測試創造了有利條件。

二、案例內容

（一）節能改造前用能情況

首鋼遷鋼2160熱軋3#加熱爐于2007年4月正式投產，設計產能135萬t/年，實際產能約115萬t/年，為端進端出步進式加熱爐,在2014年4月實施黑體技術節能改造時，該爐經過了7年時間的使用，其運行狀況良好，但產能稍顯不足（約達產85%），所以其能耗指標（1.45GJ /t材）偏高，離國內先進水平尚有一定距離，這為黑體技術節能改造創造了條件，同時根據該加熱爐的運行狀況并通過改前測試來確定改前能耗基準B₁=142.17Nm³。

（二）節能改造內容

1.項目概況：該加熱爐位于河北省唐山市遷安市楊店子鎮濱河村南側遷鋼熱軋作業部廠內，為步進式板坯加熱爐，爐膛尺寸40.6×11.1×4.35m，黑體技術節能改造于2014年4月3日開工，2014年4月11日完工，施工工期共9天，設計安裝黑體元件15600個，實際安裝元件15240個，組織施工工程人員42人，包括成都臨時工(8人)及現場臨時工（10人）。

2.項目改造內容：

（1）不改動原爐膛結構；

（2）在爐膛預熱段、一加熱段、二加熱段的爐頂及爐墻適當部位，設置約15600個黑體元件（見表3及圖1）；

黑體元件數量及分布表            表3

SHAPE \* MERGEFORMAT

                       圖1  黑體元件分布圖

說明：元件布置數量可根據加熱爐實際爐況進行適當調整

3.項目改造前、后設備對比：

圖2改造前后爐頂爐襯情況對比

（三）節能改造產生的節能效果分析

針對黑體技術最主要也是最重要的對節能效果指標（節能率）的考核，項目實施首先由西華節能及項目方共同制定一套科學的、嚴謹的、可行的《測試方案》來對改前能耗基準進行確定，同時對改后節能效果的判定提供作業指導書并同項目方或測試第三方共同實施，以確保節能率測試的真實性與公正性。

1.節能率的確定

（1）能耗測試基準：在能耗對比測條件基本相同的情況下（包括鋼坯材質、產品品種、裝爐量、加熱爐熱工條件等）進行改前、改后測試，確定其單耗指標為測試基準。

（2）節能率計算：

P —黑體技術節能改造的節能效果體現（節能率（%) ）；

B₁——改前噸材能耗水平m³/t材；

B₂——改后噸材能耗水平m³/t材；

2.節能量的確定

月節能量（萬m³/月）=改前能耗基準（B₁）×當月實際產量（t材/月）×節能率（%）

3.節能效益計算

 月節能效益（萬元/月）=月節能量（萬m³/月）×燃氣單價（元/ m³）

4.測試方法

節能率的測定與驗證是由項目業主單位同節能服務公司共同組成測試小組來進行，從而確保測試結果的準確性與公正性。

（四）節能改造投資額、效益和投資回收期分析

針對該加熱爐的實際情況，結合目前鋼鐵企業的生存現狀，由西華節能全額投資對該項目實施合同能源管理（EMC模式）方式來進行黑體強化輻射節能技術改造，從而達到節能減排的預期目的，為企業減輕負擔，促進環境改善，保證了企業的社會和經濟效益。

節能效益及投資分析：根據該加熱爐的實際爐況及工況,其產能由雙方核定為115萬t/年，實測節能率10.55%，為此作出如下節能效益及投資分析（見表4）

節能效益及投資分析                      表4

三、能耗監測內容

（一）第三方機構出具的運行1年以上的實際應用測試報告

鑒于軋鋼加熱爐生產運行的特殊性、能耗影響因素的多樣性（如加熱爐工況、爐況的變化或生產負荷或生產工藝的調整等）及軋鋼加熱爐本身結構變化的差異性，采取項目雙方（項目建設方及節能服務公司）組成聯合測試小組，并根據各個加熱爐的結構特點、工藝條件、生產狀況來共同商定切實可行的《測試方案》，進而以《測試方案》作為節能率測試的作用指導書，由雙方共同參與測試并對測試的原始數據進行確認，同時以此為據出具如下節能率報告并以此節能率進行節能效益分享結算：

（二）節能量測算結果;

     根據爐況考察及改前能耗基本了解，原預計節能率10%，實測節能率10.55%，以此為據作出節能量計算如下：

年節能量計算與分析                     表5

（三）節能效益測算結果：

年節能效益計算與分析                     表6

四、案例應用單位反饋

案例應用單位對節能改造效果的評價：

    通過對首鋼遷鋼2160熱軋3#加熱爐黑體技術改造及半年多時間的連續運行：

1.    黑體技術節能改造節能效果明顯，原預計節能率10%，測試節能率10.55%滿足合同及技術條件要求

2.    黑體技術的實施其升溫速度加快，加熱能力提高，減少甚至無待溫時間。

3.    爐溫均勻性改善，鋼溫均勻性提高，軋制電流減小，更有利于軋機順軋生產。

4.    黑體元件黑度系數溫度，節能效果持續長久。

技術提供單位介紹

西華節能1997年由李治岷、魏玉文兩位教授創辦，創立以來一直專注從事爐窯節能減排技術及產品的研制和產業化推廣，重點推廣由兩位教授在國際上首先提出的“黑體強化輻射傳熱節能新技術”（黑體技術），致力于提高我國工業爐窯技術裝備水平。目前已推廣應用到冶金、機械、石油化工、建材等行業，服務于首鋼、武鋼、沙鋼、萊鋼、東北特鋼、冷鋼、億鑫鋼鐵、河北鋼鐵、中天鋼鐵、天津石化等大型客戶，努力為中國及全球的節能減排事業作貢獻。

經過10多年的持續研發，公司獲得了《黑體元件及節能爐窯》、《節能爐窯》、《軋鋼加熱爐》、《管式加熱爐》、《節能爐窯及節能方法》等多項專利，自主研制的黑體產品及一整套相關應用技術已經發展到第三代，形成了完整可靠的產品系列，能夠滿足各種工業爐窯的不同需求，起到節能、增產、改善爐溫均勻性、延長爐襯壽命等效果。隨著產品技術的成熟完善，公司也因此實現了從技術研發階段向高速大規模商業化推廣階段的跨越，近年來凝聚了一批富有創業創新精神的專業技術和經營管理人才，研發和工程技術力量不斷增強，市場影響力快速提升。

自公司發明黑體技術以來，該技術歷年來入選國家科委《國家級科技成果重點推廣計劃》、國家經貿委《八五國家技術創新新技術推廣優秀項目》，2011年又入選國家發改委《國家重點節能技術推廣目錄》、中國化工節能技術協會《優秀節能技術》。公司2011年入選國家發改委、財政部評審的節能服務公司備案名單（第二批），黑體技術于2014年6月列入國家“十二五”重點規劃圖書工信部《能源管理負責人培訓鋼鐵行業教材》并得到廣泛推廣, ,2014年12月31日國家發改委將黑體技術列入2014年本（節能部分）國家重點節能低碳技術推廣目錄。

公司擁有黑體技術實施的專門技術，已形成了集黑體技術的研發、黑體元件的自主生產、黑體節能技術的施工調試、節能技術服務為一體；現已具備完整的黑體元件生產線3條，設備完善的科研所1家的整體實力，能充分滿足各型軋鋼加熱爐，石化裂解爐、制氫轉化爐及工業鍋爐等工業爐窯黑體節能技術服務的需要。以“交鑰匙工程”的方式承接各類節能型工業爐窯專項節能技術的改造。

公司遵循“用戶至上、技術先進、質量優良、服務周到”的宗旨，竭誠與國內外企業合作，共謀發展；同時，也誠邀行業精英加盟，共同打造爐窯節能領軍企業。公司尊崇“踏實、拼搏、責任”的企業精神，并以誠信、共贏、開創經營理念，創造良好的企業環境，以全新的管理模式，完善的技術，周到的服務，卓越的品質為生存根本，我們始終堅持用戶至上 用心服務于客戶，堅持用自己的服務去打動客戶。

技術術推廣前景

截至2014年全國范圍內使用黑體技術已達到各類加熱爐81臺/套，其中石化、陶瓷各1臺（套），鍋爐1臺（套），同時與全國大中、型鋼鐵及石化企業達成約定使用150臺套。

現對2015 年市場空間及預測至 2020 年的市場占有率情況如表7，預計未來5年（至2020年），該技術在行業內的推廣潛力將由目前的8-10%提升到70%，西華節能黑體技術市場占有率將穩定保持在95%，預計可以采取黑體技術進行改造的細分市場需求量在200億元以上，年節能能力將達到750萬t ce/a，二氧化碳減排能力達到1875萬t CO₂/a，二氧化硫減排能力達到52.5萬t SO₂/a，氮氧化物減排將達到26.25萬t NO_X/a。

黑體技術推廣情況及市場預測    表7

另外，根據黑體技術的國際領先地位，在國際市場上主要傾向于

1）鋼鐵行業：尤其是由發達國家向發展中國家（如印度及其它東南亞國家）轉移到大型鋼鐵企業。

2）石化行業：黑體技術首先在天津石化得到突破性應用，不但取得2.76-4.5%的節能效果，而且這項技術目前在國際上還沒有案例，所以國際市場前景廣闊。

3）黑體技術目前直接受邀臺灣中鋼集團、韓國浦項不銹鋼等海外企業進行合作商談；通過代理商與越南、緬甸及印度等鋼鐵企業達成友好合作協議，其中緬甸鋼鐵項目已完成合同簽訂并計劃進行施工組織，后因經濟危機原因而暫停，但目前仍保持良好溝通關系。