第九章鐵冶金工業(yè)的節(jié)能減排

1、第九章鐵冶金工業(yè)的節(jié)能減排 第一節(jié)鋼鐵冶金的節(jié)能減排方向、途徑 第二節(jié)鋼鐵冶金的先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)第三節(jié)鋼鐵冶金的先進(jìn)的減排技術(shù)第一節(jié)鋼鐵冶金的節(jié)能減排方向、途徑 冶金能源是冶金工業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，直接影響冶金工業(yè)的生產(chǎn)成本、利潤(rùn)和環(huán)境負(fù)荷，是近些年來(lái)冶金工業(yè)高速發(fā)展的瓶頸和主要矛盾之一。各種燃料燃燒后，向環(huán)境排放污染物，如CO2、CO、NOx、SOx、粉塵等。為了降低對(duì)環(huán)境的污染程度，必須降低能源消耗，這是“治本”之策。因此，冶金節(jié)能不僅是緩解我國(guó)能源供需缺口的迫切需要，也是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展的需要，更是實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的科學(xué)發(fā)展觀、走新型工業(yè)化道路的迫切需要。 鋼鐵冶金節(jié)能減排領(lǐng)

2、域?qū)⒚媾R著一系列挑戰(zhàn)：(1)能源供需矛盾尖銳，可持續(xù)發(fā)展面臨巨大壓力；(2)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源的依賴度增加，節(jié)能雖有潛力，但難度遠(yuǎn)大于21世紀(jì)前20年；(3)黑色冶金工業(yè)系統(tǒng)的集成度低、企業(yè)間參差不齊，節(jié)能技術(shù)落后；(4)面對(duì)環(huán)境保護(hù)和國(guó)際合作機(jī)制的挑戰(zhàn)。 鋼鐵流程中的節(jié)能環(huán)節(jié)示意圖如下所示。 1.1節(jié)能減排方向 系統(tǒng)節(jié)能是圍繞“載能體”和“系統(tǒng)”兩個(gè)概念展開的，凡是在制備過(guò)程中消耗了能量的物體，以及本身能產(chǎn)生能量的物體，都是載能體。生產(chǎn)過(guò)程中的載能體可劃分為兩類：第一類載能體，包括各種原材料、輔助原材料、中間產(chǎn)品、零部件，其他消耗品(簡(jiǎn)稱原材料)以及水、壓縮空氣、O2、電等(以下簡(jiǎn)稱“動(dòng)力”)。

3、第二類載能體，是各種燃料。燃料的能值，取決于它的發(fā)熱值和它在開采、精制、改制過(guò)程中所耗費(fèi)的能量。 由載能體概念可知，節(jié)能減排方向有三個(gè)： (1)降低各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中第一類載能體的單耗和載能量尤其要注意能值高的，通常叫降耗。 (2)降低各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中第二類載能體的單耗和載能量主要是高熱值燃料。 (3)回收各生產(chǎn)環(huán)節(jié)散失的載能體和各種能量為回收煙氣余熱，回收含硅廢物?？砂匆陨先齻€(gè)方向去考慮各方面的潛力，只有這樣才能做到全面節(jié)能減排，收到明顯效果。 1.2 節(jié)能減排途徑節(jié)能減排途徑 1.2.1 優(yōu)化生產(chǎn)流程，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu) (1)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整 科學(xué)分析國(guó)內(nèi)外鋼鐵市場(chǎng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，廣泛吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，消化集

4、成再創(chuàng)新，生產(chǎn)高質(zhì)量、高技術(shù)含量、高附加值、市場(chǎng)急需的精品板材。 (2)優(yōu)化生產(chǎn)流程 具體途徑是淘汰落后工藝和裝備，如小焦?fàn)t、小高爐、小型燒結(jié)機(jī)和小轉(zhuǎn)爐，建設(shè)大型焦?fàn)t、高爐、燒結(jié)機(jī)、球團(tuán)焙燒機(jī)和轉(zhuǎn)爐；優(yōu)化鐵鋼界面模式，取消混鐵爐，縮短鐵水運(yùn)輸時(shí)間，提高入轉(zhuǎn)爐的鐵水溫度；軋鋼系統(tǒng)優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，淘汰落后的軋制生產(chǎn)線，加強(qiáng)鋼坯熱裝熱送，提高熱軋工序綜合成材率。 1.2.2 立足精料方針，優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)立足精料方針，優(yōu)化原料結(jié)構(gòu) 改善高爐原料結(jié)構(gòu)，提高入爐礦和焦炭質(zhì)量。研究表明，精料技術(shù)對(duì)高爐煉鐵的科技進(jìn)步的影響率達(dá)70%，而高爐操作和設(shè)備等方面的影響率只占30%。所以說(shuō)，高爐煉鐵必須以精料為基礎(chǔ)的。

5、加強(qiáng)鐵水預(yù)處理，提高入轉(zhuǎn)爐的鐵水質(zhì)量。隨著市場(chǎng)對(duì)高純凈度鋼水的需求日益增長(zhǎng)，鐵水預(yù)處理得到了迅速的發(fā)展。鐵水預(yù)處理是指鐵水的“三脫”工藝，即鐵水預(yù)處理脫硅、脫磷和脫硫。在鐵水“三脫”的工藝條件下，鐵水的脫硅、脫磷和脫硫從轉(zhuǎn)爐冶煉負(fù)荷中分化出來(lái)，轉(zhuǎn)爐的冶煉功能進(jìn)一步簡(jiǎn)化為脫碳和升溫。對(duì)于轉(zhuǎn)爐煉鋼工序，帶來(lái)以下好處：提高鋼水純凈度，大批量生產(chǎn)低磷低硫鋼成為可能；降低全工序的成本，減少了合金料和耐材的消耗；由于轉(zhuǎn)爐操作的簡(jiǎn)化和標(biāo)準(zhǔn)化，提高了轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能；成分命中率提高。1.2.3 調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，提高能源轉(zhuǎn)換調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，提高能源轉(zhuǎn)換效率效率 優(yōu)化利用煤氣資源，提高煤氣使用效率，減少煤氣放散。 組建燃?xì)庹?/p>

6、汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。既可減少高爐煤氣的放散，減輕大氣環(huán)境的污染，又能獲得大量的電能，還可利用此裝置汽輪機(jī)抽汽供熱的優(yōu)點(diǎn)提供生產(chǎn)用蒸汽，具有顯著的節(jié)能效果、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。1.2.4 高效回收余熱余能，提高能量高效回收余熱余能，提高能量品質(zhì)，力爭(zhēng)做到品質(zhì)，力爭(zhēng)做到“熱盡其用熱盡其用” 鋼鐵企業(yè)的余熱余能，主要指用能設(shè)備排放的或產(chǎn)品攜帶的有回收利用價(jià)值的余熱或余能，包括余熱、余壓、蒸汽以及各種燃料和物料載有的顯熱等。 回收利用余熱余能時(shí)應(yīng)遵循如下原則：節(jié)能第一，回收第二的原則；小循環(huán)為主，大循環(huán)為輔的原則，回收的余熱余能要首先用于裝置本身，以便縮短余熱余能從回收到使用環(huán)節(jié)的路徑，實(shí)現(xiàn)能量消耗最小化

7、、能量流耗散最小化；余熱溫度對(duì)口，梯級(jí)利用的原則。1.2.5 消納廢棄物，節(jié)約資源，建設(shè)消納廢棄物，節(jié)約資源，建設(shè)環(huán)境友好型企業(yè)環(huán)境友好型企業(yè) 利用鋼鐵生產(chǎn)工藝和高溫設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，可以回收、利用、處理一定量的社會(huì)廢棄物。利用各種不同來(lái)源的廢鋼鐵150200kg/t鋼作為原料，促進(jìn)鐵素資源的循環(huán)利用。不僅可以節(jié)約鐵礦資源和能源，而且可以減輕廢棄物對(duì)社會(huì)造成的污染。對(duì)社會(huì)回收的廢棄塑料進(jìn)行加工處理，通過(guò)高爐噴吹或裝入焦?fàn)t與煤共焦化等方法加以利用。不僅可以處理廢棄物，而且節(jié)能，在減輕環(huán)境負(fù)荷的同時(shí)也得到了能源。處理大宗尾礦、轉(zhuǎn)爐渣等含鐵廢渣，含鐵廢渣可以通過(guò)再選進(jìn)入燒結(jié)、高爐配料。不僅可以提高鐵素資源

8、效率，而且可以減輕固體廢棄物對(duì)社會(huì)造成的污染。第二節(jié) 鋼鐵冶金的先進(jìn)的節(jié)能技術(shù) 2.1 干熄焦干熄焦(CDQ-Coke Dry Quenching)技術(shù)技術(shù) 干法熄焦干法熄焦(CDQ)，是相對(duì)于用水熄滅熾熱焦炭的，是相對(duì)于用水熄滅熾熱焦炭的濕熄焦而言的。其基本原理是利用冷的惰性氣體濕熄焦而言的。其基本原理是利用冷的惰性氣體(燃燒后的廢氣燃燒后的廢氣)在密閉的干熄爐中與赤熱紅焦換在密閉的干熄爐中與赤熱紅焦換熱從而冷卻紅焦。焦化生產(chǎn)中，出爐紅焦顯熱約熱從而冷卻紅焦。焦化生產(chǎn)中，出爐紅焦顯熱約占焦?fàn)t能耗的占焦?fàn)t能耗的35%40%，采用干熄焦可回收約，采用干熄焦可回收約80%的紅焦顯熱。采用的紅焦顯熱

9、。采用CDQ對(duì)于節(jié)能、改善環(huán)境、對(duì)于節(jié)能、改善環(huán)境、提高生產(chǎn)率和提高焦炭質(zhì)量具有顯著的效果。提高生產(chǎn)率和提高焦炭質(zhì)量具有顯著的效果。 干熄焦(CDQ)裝置回收紅焦顯熱，降低焦化工序能源消耗；減少環(huán)境污染，同時(shí)，由于干熄焦能夠產(chǎn)生蒸汽，避免了產(chǎn)生等量蒸汽的鍋爐對(duì)大氣的污染，噸焦可帶來(lái)80100kg動(dòng)力煤燃燒對(duì)大氣SO2、CO2排放的間接環(huán)境效益。干熄焦節(jié)水效果顯而易見，實(shí)踐表明，噸產(chǎn)品可節(jié)約熄焦用水約0.5t，折合噸鋼節(jié)約用水0.20.25t/t鋼。改善焦炭質(zhì)量，降低煉鐵焦比，提高高爐產(chǎn)量焦炭M40提高38個(gè)百分點(diǎn)，M10改善0.30.8個(gè)百分點(diǎn)，焦炭粒度均勻、焦末含量少、含水量低?？山档腿霠t焦

10、比2%左右，從而使高爐生產(chǎn)能力提高1%左右。 2.2 焦化煤調(diào)濕焦化煤調(diào)濕 采用蒸汽煤調(diào)濕技術(shù)，所用蒸汽可以采用干熄焦發(fā)電后的二級(jí)蒸汽，蒸汽常用壓力為0.5MPa，每噸調(diào)濕煤使用的蒸汽量為70kg左右 。 煤調(diào)濕裝置一般是將裝爐煤水分由10%左右降到5%6%。其主要效益體現(xiàn)在焦?fàn)t生產(chǎn)能力提高11%、煉焦耗熱量減少15%，焦炭粒度分布均勻，焦炭強(qiáng)度提高1%1.5%，或可多配弱粘結(jié)性煤8%10%，生產(chǎn)穩(wěn)定和便于自動(dòng)化管理等方面。2.3 高爐爐頂余壓發(fā)電高爐爐頂余壓發(fā)電TRT TRT高爐爐頂煤氣余壓透平發(fā)電是國(guó)際上公認(rèn)的在高爐上應(yīng)用的很有價(jià)值的二次能源回收裝置。TRT利用高爐爐頂排出的具有一定壓力和

11、溫度的高爐煤氣，推動(dòng)透平膨脹機(jī)旋轉(zhuǎn)做功、驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的一種能量回收裝置。通過(guò)將高爐煤氣中蘊(yùn)含的壓力能和熱能予以回收，達(dá)到節(jié)能、降噪、環(huán)保的目的，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 采用TRT裝置后的節(jié)能環(huán)保效果：采用TRT裝置后，高爐煤氣減壓過(guò)程產(chǎn)生的噪聲由原采用減壓閥組的110-140分貝降低到80分貝以下；采用TRT發(fā)電，可減少等量燃煤火力發(fā)電的發(fā)電量，可以減少向大氣中排放大量的二氧化碳?xì)怏w，這對(duì)改善日益嚴(yán)重的溫室效應(yīng)和酸雨的環(huán)境污染都將發(fā)揮積極的作用。2.4 既節(jié)水又節(jié)能的技術(shù)既節(jié)水又節(jié)能的技術(shù)-干法除塵干法除塵技術(shù)技術(shù) (1)高爐干法除塵技術(shù) 高爐煤氣靜電除塵技術(shù)是上世紀(jì)八十年代發(fā)展起來(lái)的一

12、項(xiàng)新技術(shù)，它首次將干式靜電除塵技術(shù)應(yīng)用于高爐煤氣的凈化。系統(tǒng)阻力損失小，設(shè)備維修量少，節(jié)省占地面積，安全可靠，耐壓，耐溫，無(wú)污染，壽命長(zhǎng)，效率高，可節(jié)電70%，節(jié)約工藝用水9m3/t鐵，回收顯熱節(jié)11.321.7kgce/t鐵，提高風(fēng)溫而節(jié)能88kgce/t鐵，除塵效率達(dá)99%以上，出口煤氣含塵濃度10mg/Nm3左右，而且可以與TRT技術(shù)配套使用，降低TRT入口粉塵量，提高發(fā)電效率。(2)轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術(shù) 轉(zhuǎn)爐煙氣干法除塵目前常用的是LT(轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化回收技術(shù))法，即電除塵器在轉(zhuǎn)爐煙氣凈化工程中應(yīng)用的除塵工藝。經(jīng)除塵器后的轉(zhuǎn)爐煤氣含塵量可降至10mg/Nm3，大大低于濕法處理系統(tǒng)10

13、0mg/Nm3標(biāo)準(zhǔn)。但是LT法難以有效利用煙氣的顯熱(1000左右)，投資大，控制系統(tǒng)復(fù)雜。為此，需在此基礎(chǔ)上開發(fā)適應(yīng)現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐節(jié)能、環(huán)保和資源利用要求的新型干法除塵技術(shù)。2.5 蓄熱式軋鋼加熱爐技術(shù)蓄熱式軋鋼加熱爐技術(shù) 蓄熱式加熱爐技術(shù)的核心是高風(fēng)溫燃燒技術(shù)，它具有高效煙氣余熱回收(排煙溫度低于150)，高預(yù)熱空氣溫度(空氣預(yù)熱溫度高于800)和低NOx排放等多重優(yōu)越性。 采用蓄熱式加熱爐技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：可將加熱爐排放的高溫?zé)煔饨抵?50以下，熱回收率達(dá)80%以上，節(jié)能30%以上；可將煤氣和空氣預(yù)熱到1000以上；加熱能力提高，生產(chǎn)效率可提高10%15%；減少氧化燒損，使氧化燒損小于0.7

14、%；有害廢氣量(如CO2、NOx、SOx等)的排放大大減少。2.6 能源管理中心能源管理中心 能源管理以信息技術(shù)為手段，實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)能源數(shù)據(jù)的采集、收集與處理，能流的實(shí)時(shí)監(jiān)控，采取在線、離線有機(jī)結(jié)合的方式，對(duì)全廠能源信息進(jìn)行集中監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息共享。其功能主要包括一次能源和二次能源介質(zhì)的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、輸送，特別是能源管網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和各種能源介質(zhì)的分配平衡、優(yōu)化和統(tǒng)一調(diào)配。2.7 開發(fā)低溫余熱回收、爐渣顯熱回開發(fā)低溫余熱回收、爐渣顯熱回收等技術(shù)收等技術(shù) 燒結(jié)熱平衡計(jì)算表明，熱燒結(jié)礦的顯熱和廢氣帶走的顯熱約占總支出的60%。從節(jié)省能源，改善環(huán)境，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，應(yīng)盡可能回收利用。第三

15、節(jié)第三節(jié) 鋼鐵冶金的先進(jìn)的減排技術(shù)鋼鐵冶金的先進(jìn)的減排技術(shù) 3.1 世界鋼鐵工業(yè)世界鋼鐵工業(yè)CO2減排及趨勢(shì)減排及趨勢(shì) 鋼鐵工業(yè)鋼鐵工業(yè)CO2排放量降低主要原因包括：排放量降低主要原因包括： 轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼產(chǎn)量的不斷增加和平爐的逐步淘汰，轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼產(chǎn)量的不斷增加和平爐的逐步淘汰，2003年，世界轉(zhuǎn)爐鋼比達(dá)到年，世界轉(zhuǎn)爐鋼比達(dá)到63.7%、電爐鋼比、電爐鋼比32.6%，而，而平爐鋼比僅為平爐鋼比僅為3.6%，大部分國(guó)家已徹底淘汰平爐；，大部分國(guó)家已徹底淘汰平爐； 連鑄技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用：連鑄技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用：2003年，世界平均連鑄比已達(dá)年，世界平均連鑄比已達(dá)到到88.8%，先進(jìn)國(guó)家已達(dá)到，先

16、進(jìn)國(guó)家已達(dá)到96%以上以上(如日本如日本97.7%，德國(guó)，德國(guó)96.2%，韓國(guó)，韓國(guó)98.5%)； 淘汰落后工藝、裝備，采用節(jié)能新工藝、新技術(shù)，如淘汰落后工藝、裝備，采用節(jié)能新工藝、新技術(shù)，如CDQ、TRT、高爐噴煤、轉(zhuǎn)爐煤氣回收、超高功率電弧爐、高爐噴煤、轉(zhuǎn)爐煤氣回收、超高功率電弧爐、直流電弧爐、連鑄坯熱裝熱送、直接軋制、半無(wú)頭軋制等直流電弧爐、連鑄坯熱裝熱送、直接軋制、半無(wú)頭軋制等技術(shù)。技術(shù)。3.2 鋼鐵工業(yè)鋼鐵工業(yè)CO2減排措施減排措施 (1)進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，節(jié)能減排進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，節(jié)能減排 淘汰落后工藝、技術(shù)和設(shè)備是節(jié)能的最直接體現(xiàn)；不斷優(yōu)淘汰落后工藝、技術(shù)和設(shè)備是節(jié)能

17、的最直接體現(xiàn)；不斷優(yōu)化流程中各工序的工藝水平及工序間的銜接，使鋼鐵生產(chǎn)化流程中各工序的工藝水平及工序間的銜接，使鋼鐵生產(chǎn)流程向有序化、協(xié)調(diào)化、高效化和連續(xù)化方向發(fā)展，從而流程向有序化、協(xié)調(diào)化、高效化和連續(xù)化方向發(fā)展，從而減少物料損失，提高物料轉(zhuǎn)化率，從源頭減少污染物的產(chǎn)減少物料損失，提高物料轉(zhuǎn)化率，從源頭減少污染物的產(chǎn)生，過(guò)程中控制污染物的排放，實(shí)現(xiàn)鐵素資源收得率最大、生，過(guò)程中控制污染物的排放，實(shí)現(xiàn)鐵素資源收得率最大、資源能源效率最高、排放最少；改進(jìn)現(xiàn)有工藝、技術(shù)，優(yōu)資源能源效率最高、排放最少；改進(jìn)現(xiàn)有工藝、技術(shù)，優(yōu)化界面技術(shù)，開發(fā)新一代鋼鐵制造流程；進(jìn)一步推廣采用化界面技術(shù)，開發(fā)新一代鋼鐵

18、制造流程；進(jìn)一步推廣采用節(jié)能降耗的工藝技術(shù)，加強(qiáng)二次資源、二次能源的再資源節(jié)能降耗的工藝技術(shù)，加強(qiáng)二次資源、二次能源的再資源化、再能源化回收利用，進(jìn)一步降低鋼鐵工業(yè)的資源、能化、再能源化回收利用，進(jìn)一步降低鋼鐵工業(yè)的資源、能源消耗。源消耗。(2)充分利用高爐渣用于水泥工業(yè)充分利用高爐渣用于水泥工業(yè) 2002年我國(guó)鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生的鋼鐵渣約8500萬(wàn)噸，其中高爐渣約6000萬(wàn)噸，利用率為85%。目前我國(guó)高爐渣約有90%以上用于水泥工業(yè)。高爐渣用于水泥不僅可以節(jié)約石灰石等天然礦產(chǎn)資源，減少工業(yè)廢棄物的占地面積，對(duì)于建材工業(yè)節(jié)能和減排CO2也具有重要的意義。使用高爐渣生產(chǎn)的水泥與普通水泥相比，每噸水泥可節(jié)約石灰石原料45%，節(jié)約能源50%，減少CO2排放44%。隨著鋼產(chǎn)量的增加，2010年鋼鐵渣將產(chǎn)生約1.2億噸(其中高爐渣約9300萬(wàn)噸)；2020年的鋼鐵渣量約9500萬(wàn)噸(其中高爐渣約7200萬(wàn)噸)。若2020年高爐渣全部用做水泥，將可減排CO2 3600萬(wàn)噸/年。(3)生產(chǎn)高性能鋼材生產(chǎn)高