中科院《鋼鐵生產(chǎn)工藝流程和節(jié)能減排》

1、鋼鐵生產(chǎn)工藝流程鋼鐵生產(chǎn)工藝流程鋼鐵冶金過程節(jié)能減排鋼鐵冶金過程節(jié)能減排新工藝新技術(shù)新工藝新技術(shù)一、研究背景及意義一、研究背景及意義中國(guó)工業(yè)年能源消耗總量：中國(guó)工業(yè)年能源消耗總量：約為約為2020億億t t標(biāo)準(zhǔn)煤；標(biāo)準(zhǔn)煤；鋼鐵工業(yè)消耗：鋼鐵工業(yè)消耗：高于高于3 3億億t t標(biāo)準(zhǔn)煤，占消耗量的標(biāo)準(zhǔn)煤，占消耗量的1515；我國(guó)鋼鐵企業(yè)年排放：我國(guó)鋼鐵企業(yè)年排放： 13.613.6萬(wàn)萬(wàn)t t煙塵，煙塵， 4141萬(wàn)萬(wàn)t,t,工業(yè)工業(yè)粉塵粉塵6565萬(wàn)萬(wàn)t t；鋼鐵工業(yè)鋼鐵工業(yè)CO2CO2排放：排放：COCO2 2排放量占全國(guó)的排放量占全國(guó)的15%15%除電力外，除電力外，COCO2 2排放最大的行業(yè)

2、排放最大的行業(yè)鋼鐵工業(yè)的節(jié)能減排在我國(guó)節(jié)能減排工作中具有舉足鋼鐵工業(yè)的節(jié)能減排在我國(guó)節(jié)能減排工作中具有舉足輕重的作用。輕重的作用。中國(guó)鋼鐵工中國(guó)鋼鐵工業(yè)能耗狀況業(yè)能耗狀況 項(xiàng)項(xiàng) 目目綜合能耗綜合能耗(tce/t鋼鋼)可比能耗可比能耗(tce/t鋼鋼)焦化焦化(tce/t)燒結(jié)燒結(jié)(tce/t)煉鐵煉鐵(tce/t)轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐(tce/t)電爐電爐(tce/t)重點(diǎn)企業(yè)平重點(diǎn)企業(yè)平均均0.740.710.1420.0650.4570.0360.201國(guó)內(nèi)先進(jìn)國(guó)內(nèi)先進(jìn)0.6750.6560.090.055/-0.0027/國(guó)際先進(jìn)國(guó)際先進(jìn)0.655(日日本平均本平均2004)/0.0950.0510

3、.438-0.00880.198v 中國(guó)中國(guó)鋼鐵能源效率：鋼鐵能源效率：較發(fā)達(dá)國(guó)家高較發(fā)達(dá)國(guó)家高12%12%v 中國(guó)鋼鐵產(chǎn)量：中國(guó)鋼鐵產(chǎn)量：世界鋼產(chǎn)量的世界鋼產(chǎn)量的1/31/3v 鋼鐵冶煉技術(shù)：鋼鐵冶煉技術(shù)：發(fā)達(dá)國(guó)家，西陽(yáng)工業(yè)，研發(fā)投入少發(fā)達(dá)國(guó)家，西陽(yáng)工業(yè)，研發(fā)投入少 中國(guó)中國(guó), ,朝陽(yáng)工業(yè)，必須自主研發(fā)技術(shù)朝陽(yáng)工業(yè)，必須自主研發(fā)技術(shù)v 減排技術(shù)重點(diǎn)：減排技術(shù)重點(diǎn)：提高能源效率，降低能耗提高能源效率，降低能耗 廉價(jià)分離技術(shù)（廉價(jià)分離技術(shù)（CCSCCS成本成本:90%:90%分離，分離，10%10%存儲(chǔ)）存儲(chǔ)）鋼鐵工業(yè)鋼鐵工業(yè)CO2CO2減排技術(shù)應(yīng)以節(jié)能和減排技術(shù)應(yīng)以節(jié)能和CO2CO2富集為主富

4、集為主與世界先進(jìn)水平相比：與世界先進(jìn)水平相比：噸鋼可比能耗高噸鋼可比能耗高10%，能源，能源費(fèi)用占生產(chǎn)成本的比重高費(fèi)用占生產(chǎn)成本的比重高10個(gè)百分點(diǎn)。個(gè)百分點(diǎn)。排放方面：排放方面：對(duì)對(duì)NOx、SO2的排放目前基本沒有采的排放目前基本沒有采取處理措施。取處理措施。發(fā)達(dá)國(guó)家粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)已降到發(fā)達(dá)國(guó)家粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)已降到3020 mg/Nm3，而我國(guó)粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)為，而我國(guó)粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)為50 100 mg/Nm3等。等。煉鐵及鐵前系統(tǒng)能耗占鋼鐵企業(yè)總達(dá)煉鐵及鐵前系統(tǒng)能耗占鋼鐵企業(yè)總達(dá)70%之多，之多，煉鐵及鐵前系統(tǒng)是鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的重點(diǎn)。煉鐵及鐵前系統(tǒng)是鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的重點(diǎn)。電爐煉鋼、二次資源綜合利

5、用以及低溫零散余熱綜電爐煉鋼、二次資源綜合利用以及低溫零散余熱綜合回收利用方面，節(jié)能減排任重道遠(yuǎn)。合回收利用方面，節(jié)能減排任重道遠(yuǎn)。從冶金工業(yè)自身流程來看：從冶金工業(yè)自身流程來看：鋼鐵冶金能源主要消耗于煉鐵系統(tǒng)，約占2/3 煤氣：30%CO-20%CO2-N2熱值：800Kcal/m3500kg煤煤350kg焦焦1600kg燒結(jié)礦燒結(jié)礦1600礦礦100kg煤煤空氣空氣150kg煤粉煤粉1000kg鐵鐵JIGANGJIGANGJIGJIGA ANGNG原燃料處理工序原燃料處理工序煉鐵、煉鋼工序煉鐵、煉鋼工序熱軋工序熱軋工序冷軋工序冷軋工序溫度溫粉礦石熟料焦炭鑄坯熱軋帶

6、卷酸洗帶卷冷軋帶卷煉焦?fàn)t煉焦?fàn)t加熱爐加熱爐退火爐退火爐鐵水鋼水高爐高爐轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐燒結(jié)機(jī)燒結(jié)機(jī)鋼鐵生產(chǎn)工藝中有待回收的顯性和隱性的余熱余能折合鋼鐵生產(chǎn)工藝中有待回收的顯性和隱性的余熱余能折合135135萬(wàn)萬(wàn)噸標(biāo)煤，如果按噸標(biāo)煤，如果按30%30%的轉(zhuǎn)換效率用于發(fā)電可達(dá)的轉(zhuǎn)換效率用于發(fā)電可達(dá)500500兆瓦，效益大。兆瓦，效益大。一、冶金過程節(jié)能技術(shù)一、冶金過程節(jié)能技術(shù)n高爐大噴煤，以煤代焦，節(jié)能減排n問題：燃燒不完全，限制噴量n辦法：催化燃燒1. 高爐噴煤催化燃燒 噸鐵焦比降低噸鐵焦比降低10kg以上以上煉鐵產(chǎn)能提高煉鐵產(chǎn)能提高1.5%以上以上863節(jié)能專題前沿探索課題節(jié)能專題前沿探索課題工業(yè)試驗(yàn)

7、完成，在推廣工業(yè)試驗(yàn)完成，在推廣050010001500200025003000-100-80-60-40-20020TG (%)Time (s)7501000125015001750200022502500050100150 DTATime/s不加催化劑不加催化劑1%催化劑催化劑1%催化劑催化劑不加催化劑不加催化劑2. 厚料層（還原）燒結(jié) 布 料 器點(diǎn) 火 器燒 結(jié) 臺(tái) 車熱 燒 結(jié) 礦風(fēng) 箱除 塵 器抽 風(fēng) 機(jī) 噸鐵用500公斤70%金屬化球團(tuán)，節(jié)焦110公斤使用還原燒結(jié)礦，噸鐵凈能耗降低40kg焦炭增加200mm,總能耗降低20kg煤/噸礦30%還原燒結(jié)礦+70%厚料層燒結(jié)礦+高爐噴煤催

8、化助燃：噸鐵節(jié)能60公斤焦炭厚料層燒結(jié)厚料層燒結(jié)還原燒結(jié)還原燒結(jié) 鋼鐵生產(chǎn)是典型的高溫、多相、多裝置、多過程、鋼鐵生產(chǎn)是典型的高溫、多相、多裝置、多過程、多工序的復(fù)雜流程工業(yè)，客觀的存在著多尺度結(jié)構(gòu)的現(xiàn)多工序的復(fù)雜流程工業(yè)，客觀的存在著多尺度結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象和過程，必須對(duì)其加以合理地利用和控制，才能實(shí)現(xiàn)象和過程，必須對(duì)其加以合理地利用和控制，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化系統(tǒng)優(yōu)化、達(dá)到、達(dá)到節(jié)能降耗節(jié)能降耗的目的。的目的。 3. 電爐煉鋼過程節(jié)能降耗多尺度電爐煉鋼過程節(jié)能降耗多尺度集成優(yōu)化控制集成優(yōu)化控制4. 煤氣循環(huán)全氧高爐煉鐵（前瞻性技術(shù)） 空分制氧CO-CO2變壓吸附分離 CO2-CO） CO氣基直接還原（

9、化工）一碳化學(xué)全氧高爐煉鐵的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)條件基本已具備 全氧高爐是全氧高爐是80年代開始開發(fā)的節(jié)能環(huán)保技術(shù)年代開始開發(fā)的節(jié)能環(huán)保技術(shù) 沒有推廣的原因： 1. 經(jīng)濟(jì)原因：當(dāng)時(shí)制氧水平1m3氧0.8度電 2. 技術(shù)原因：純氧燃燒，下部爐缸溫度太高 煤氣量減少，爐身溫度太低現(xiàn)在，已具備了解決如上問題的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)條件現(xiàn)在，已具備了解決如上問題的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)條件 1. 經(jīng)濟(jì)條件：制氧水平1m3氧0.3度電 2. 技術(shù)條件：CO2-C=2CO強(qiáng)吸熱反應(yīng)，解決爐缸溫度太高 煤氣返回增加氣量，解決爐身溫度太低 3. 外部條件：CO2減排，化工合成氣的需求 200目礦粉制成目礦粉制成5mm厚的餅厚的餅u直接還原技術(shù)

10、，以煤代焦，節(jié)能降污 （特別是超細(xì)粒粉礦的利用） 5. 5.流化床氣體煉鐵技術(shù)流化床氣體煉鐵技術(shù)（前瞻性技術(shù)）二、冶金減排技術(shù)二、冶金減排技術(shù)1.超臨界水焦化廢水處理技術(shù) (余熱回收與廢水治理） 0100200300400500020406080100 Temperature /oCHydrocarbon solubility (wt.%)0246810121416Inorganic solubility (wt.%)SCW焦化廢水超臨界水氧化處理前后對(duì)比焦化廢水超臨界水氧化處理前后對(duì)比鋼鐵廠大量余熱產(chǎn)生超臨界水2. 重要戰(zhàn)略金屬資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù) 布料器點(diǎn)火器燒結(jié)臺(tái)車熱燒結(jié)礦風(fēng)箱除塵器抽風(fēng)機(jī)粉塵2%Zn3%KCl電除塵灰30%KCl直接還原鐵直接還原鐵鋅灰鋅灰解決中國(guó)解決中國(guó)20%的的鋅資源鋅資源 鉀灰鉀灰溶析結(jié)晶分離KCl解決中國(guó)解決中國(guó)30%的鉀資源的鉀資源 3. CO2-O2轉(zhuǎn)爐吹煉技術(shù)采用采用CO2O2混合噴吹煉鋼，全國(guó)減少粉混合噴吹煉鋼，全國(guó)減少粉塵排放塵排放180萬(wàn)噸，萬(wàn)噸，粉塵排放下降粉塵排放下降30。CO2的回收量