第3章-鋼鐵冶金行業(yè)的節(jié)能減排

1233.1中國鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展與節(jié)能減排現(xiàn)狀3.1.1概況鋼鐵工業(yè)是高物流、高能耗、高污染的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。目前，鋼鐵工業(yè)總能耗已占全國工業(yè)總能耗的15%左右，而鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中的能源有效率僅為30%左右；全行業(yè)固體廢棄物回收利用率在53%，水資源利用率在40%左右。4從1990年到2006年，中國鋼產(chǎn)量增長了5.39倍，同時也帶來了能耗的急劇增加和環(huán)境負荷的加重，節(jié)能減排工作就顯得尤其重要。53.1.2國家領(lǐng)導(dǎo)人關(guān)注中國鋼鐵工業(yè)的節(jié)能減排國務(wù)院總理溫家寶在十屆全國人大五次會議上作政府工作報告時指出：抓好節(jié)能降耗、保護環(huán)境是“十一五”期間政府工作的一大重點。提出“十一五”期間淘汰落后煉鐵產(chǎn)能1億噸、落后煉鋼產(chǎn)能5500萬噸的指標，2007年力爭分別淘汰3000萬噸和3500萬噸的指標。這充分反映了鋼鐵行業(yè)在節(jié)能減排工作中的重要地位。在2007年4月鋼鐵工業(yè)關(guān)停和淘汰產(chǎn)能工作會議上，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)人也提出：鋼鐵工業(yè)是節(jié)能減排潛力最大的行業(yè)、鋼鐵行業(yè)在污染減排中占有舉足輕重的地位。6我國鋼鐵工業(yè)一次能源消耗以煤為主，占總能耗的比例接近70%。我國鋼鐵工業(yè)所消耗的煤炭品質(zhì)：灰分高、硫分高。3.1.3我國鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)及污染環(huán)境現(xiàn)狀71990~2006年我國鋼產(chǎn)量及能耗變化趨勢8我國重點大中型鋼鐵企業(yè)的噸鋼綜合能耗從2000年的0.92tce/t下降到2006年的0.645tce/t，下降了29%。9鋼鐵行業(yè)是工業(yè)行業(yè)中的重點排污行業(yè)。目前，鋼鐵行業(yè)對GDP增加值的貢獻為3.14%，而該行業(yè)排放的工業(yè)廢水、工業(yè)粉塵和二氧化硫總量分別占全國工業(yè)污染物排放總量的10%，15%和10%。因此，做好鋼鐵行業(yè)的污染物減排工作對于整個工業(yè)行業(yè)的污染物減排具有重要意義。10鋼鐵行業(yè)的能耗、水耗及污染物排放量11重點大中型企業(yè)噸鋼污染物排放量122006年我國鋼鐵行業(yè)固體廢棄物利用狀況固體廢棄物名稱產(chǎn)生量萬t利用量萬t利用率%用途高爐渣132161185189.67水泥；混凝土摻合料鋼渣4872421086.41燒結(jié)、轉(zhuǎn)爐返回料；筑路填料；鋼渣水泥；混凝土摻合料塵泥3743368398.40燒結(jié)、球團返回料氧化鐵皮61761599.68主要作燒結(jié)返回料；部分作轉(zhuǎn)爐冷卻劑133.1.4我國鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排與國際先進水平的差距14從鋼鐵生產(chǎn)工序能耗來看，國內(nèi)企業(yè)之間存在較大差距，國內(nèi)先進水平與國際先進水平相比，也有一定的差距。工序焦化燒結(jié)煉鐵轉(zhuǎn)爐國內(nèi)重點企業(yè)平均，kgce/t142.2164.83456.7936.34國內(nèi)落后水平，kgce/t278.0689.87605.1091.75國內(nèi)先進水平，kgce/t12254.68396.70-2.7國外先進水平，kgce/t12851438-8.815國內(nèi)外重點鋼鐵企業(yè)環(huán)保指標比較指標ArcelorPOSCO我國重點鋼鐵企業(yè)統(tǒng)計平均寶鋼集團太鋼2006年2005年2006年2005年2006年2006年噸鋼耗新水(m3)3.743.816.568.036.006.49噸鋼排SO2(kg)1.180.522.362.462.372.42噸鋼排NOx(kg)1.081.21----噸鋼排塵(kg)0.250.241.471.501.140.705噸鋼排COD(kg)--0.380.410.25-163.2.2調(diào)整工藝結(jié)構(gòu)(1)降低鐵鋼比：生鐵是高能耗產(chǎn)品，鐵鋼比高必然導(dǎo)致鋼鐵工業(yè)能耗上升。中國鋼鐵企業(yè)“十五”期間鐵鋼比從2000年的1.02下降到2006年的0.965，重點鋼鐵企業(yè)鐵鋼比從0.916下降到0.88。由于鐵鋼比的降低，使得鋼鐵工業(yè)的能源消耗也降低，此項可節(jié)約1000多萬噸標準煤。17(2)提高綜合成材率：1995~2006年中國鋼鐵行業(yè)連鑄比從46.5%提高到98.57%，軋鋼綜合成材率由86.76%提高到95.65%。18(3)開發(fā)、應(yīng)用先進節(jié)能技術(shù)干熄焦技術(shù)(CDQ)：鋼鐵企業(yè)焦化廠焦炭產(chǎn)量約7000萬噸，干熄焦年發(fā)電量26億kwh。高爐余壓發(fā)電技術(shù)(TRT)：2006年1000m3以上高爐121座，全部配備TRT，年發(fā)電量約36億kwh。煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(CCPP)：2006年底，中國鋼鐵企業(yè)已建了近10套利用低熱值煤氣的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置CCPP，年回收煤氣量3000億m3，年發(fā)電量100億kwh。19(4)加強能源管理能源管理中心以能源管理和能源轉(zhuǎn)換為目標，確保生產(chǎn)用能的穩(wěn)定供應(yīng)；充分利用低價能源代替高價能源；集中管理與自動化操作，提高能源利用效率。1991年寶鋼建立了能源管理中心，顯示出巨大的優(yōu)越性，鞍鋼、武鋼、首鋼、攀鋼、本鋼、太鋼等鋼廠都已準備或正在建設(shè)能源中心。2021鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)支撐22采用五項重大節(jié)能環(huán)保技術(shù)23產(chǎn)品高品質(zhì)化24能源轉(zhuǎn)換技術(shù)：冶金—電力聯(lián)合生產(chǎn)技術(shù)技術(shù)優(yōu)點：省去焦化和燒結(jié)工序；實現(xiàn)冶金電力聯(lián)合生產(chǎn)；裝備簡單、技術(shù)成熟度較高；實現(xiàn)密閉生產(chǎn)，對環(huán)境污染小。工藝特點：流程短：直接采用粉礦和煤炭冶煉；采用高溫空氣進行爐內(nèi)二次燃燒；采用一步法還原工藝，設(shè)備簡單；采用預(yù)熱鍋爐和干法除塵技術(shù)，充分回收爐氣廢熱發(fā)電。25基于氫冶金的熔融還原煉鐵工藝—煤基制氫技術(shù)技術(shù)優(yōu)點：采用氫氣還原鐵，還原產(chǎn)物為水，易于脫除，實現(xiàn)能源的循環(huán)利用；徹底解決了污染問題，避免了對環(huán)境和對鋼材本身的污染，適宜生產(chǎn)超潔凈鋼。工藝特點：在熔融爐渣中噴吹純氧和塊煤造高純還原煤氣；CO2+H2>95%,SO2<1%.煤氣經(jīng)除塵和換熱后進行水煤氣變換，脫除CO2，生產(chǎn)純氫。氫氣經(jīng)加熱后，提供給豎爐進行鐵還原，還原后的煤氣經(jīng)脫水后循環(huán)使用。26基于氫冶金的熔融還原煉鐵工藝—氫冶金工藝H2的還原產(chǎn)物為H2O，易于脫除。實現(xiàn)能源的循環(huán)利用，降低水耗和對環(huán)境的污染程度。273.3.3燒結(jié)節(jié)能減排措施3.3.3.1節(jié)能減排的措施(1)降低固體燃料的消耗固體燃料消耗在燒結(jié)工序能耗中占的比重最大，達75%~80%，降低工序能耗首先要考慮的是降低固體燃料的消耗。降低固體燃料消耗的措施包括控制燃料的粒度及粒度組成；燃料分次加入，改善固體燃料的燃燒條件；厚料層燒結(jié)；采用球團燒結(jié)或小球燒結(jié)工藝。28(2)低溫?zé)Y(jié)技術(shù)低溫?zé)Y(jié)是一種在較低溫度(1300℃)條件下，以強度好，還原度高的針狀鐵酸鈣作為主要黏結(jié)相去黏結(jié)其他礦物，形成交織殘余結(jié)構(gòu)的燒結(jié)方法。整個燒結(jié)過程在較低溫度和較高氧位條件下進行，因而能充分生成鐵酸鈣系列的黏結(jié)相，減少硅酸鹽黏結(jié)相，從而保證燒結(jié)礦具有良好的強度和還原性。另一方面低溫高氧位燒結(jié)抑制了FeO生成，使燒結(jié)礦中FeO含量降低，軟化和熔化溫度升高，軟熔性改善；低FeO和高軟化溫度使燒結(jié)礦的高溫還原性一并得到改善，同時降低燒結(jié)工序燃耗。29(3)燒結(jié)余熱回收利用燒結(jié)過程有兩部分余熱可回收利用，一為燒結(jié)機后部風(fēng)箱內(nèi)的煙氣余熱，溫度為300~350℃，并含有較多的氧氣；二是燒結(jié)終了時，熱成品礦具有顯熱，燒結(jié)礦溫度約750~800℃，占燒結(jié)能耗的30%~40%左右。余熱利用有兩種主要的方式，一是動力利用，即將熱能轉(zhuǎn)化為電能或機械能；二是熱利用，即利用余熱來預(yù)熱、干燥、供熱、供暖等。具體的操作方式包括預(yù)熱混合料及熱風(fēng)燒結(jié)、生產(chǎn)蒸汽、通入熱風(fēng)罩進行熱風(fēng)燒結(jié)、余熱發(fā)電等。30(4)熱風(fēng)燒結(jié)熱風(fēng)燒結(jié)就是在燒結(jié)機點火器后面，裝上保溫著火熱風(fēng)罩，往料層表面供給熱廢氣或熱空氣來進行燒結(jié)的一種新工藝。熱廢氣溫度可高達600~800℃，也可使用200~250℃的低溫?zé)犸L(fēng)燒結(jié)。熱廢氣來源有煤氣燃燒的熱廢氣、燒結(jié)機尾部風(fēng)箱或冷卻機的熱廢氣，也有用熱風(fēng)爐的預(yù)熱空氣。31(5)降低電耗電耗在燒結(jié)工序能耗中是僅次于固體燃料的第二大能耗，約占13%~20%。降低電耗也是降低燒結(jié)工序能耗的重要措施。具體措施包括減少設(shè)備漏風(fēng)率；采用變頻調(diào)速、電容補償；減少大功率設(shè)備空轉(zhuǎn)時間等。32(6)降低點火熱耗燒結(jié)點火應(yīng)滿足如下要求：有足夠高的點火溫度；有一定的點火時間，適宜的點火負壓，點火煙氣中氧含量充足；沿臺車寬度方向點火要均勻。點火熱耗占燒結(jié)工序能耗的5%~10%，降低點火能耗對降低燒結(jié)工序能耗也具有重要意義。具體措施包括采用新型節(jié)能點火器；嚴格控制點火溫度和點火時間等。33(7)提高自動化控制裝備水平自動化控制系統(tǒng)的功能是實現(xiàn)對燒結(jié)生產(chǎn)設(shè)備的連鎖控制、過程控制、過程實時數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)視、過程與設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視與報警、過程趨勢數(shù)據(jù)的采集與處理、報表打印、分析處理等。34(8)合理使用冶金廢料綜合利用冶金廢料不但可以減少資源浪費、降低成本，而且還可以降低能源消耗。具體措施包括燒結(jié)礦粉的使用；高爐灰、鋼渣的使用；煉鋼污泥的使用等。35煉鐵原輔料及煉鐵過程主要成分變化煉鐵原輔料煉鐵過程主要成分變化含鐵原料：鐵礦石、燒結(jié)礦、球團礦含鐵原料含有大量的赤鐵礦(Fe2O3)。有時含有少量的磁鐵礦(Fe3O4)。在高爐中，鐵氧化物逐漸還原，形成石棉鐵，最后生成熔融生鐵助熔劑：石灰石脈石與助熔劑結(jié)合形成渣，渣是復(fù)雜的硅酸鹽混合物，其密度比鐵水低還原劑：焦炭還原劑碳反應(yīng)后形成CO與CO2在爐頂收集輔助還原劑：煤粉、石油、天然氣、塑料還原劑中碳反應(yīng)后形成CO與CO2在爐頂收集，氫與氧反應(yīng)形成蒸汽36鋼鐵廠對大氣環(huán)境影響最大最直接的是粉塵(煙塵)排放，是造成鋼廠周邊地區(qū)總懸浮顆粒物(TSP)和粒徑在10μm以下的顆粒物(PM10)等指標高的主要原因。煉鐵系統(tǒng)粉塵(煙塵)的排放總量占鋼廠總粉塵(煙塵)排放量的50%以上。燒結(jié)過程的粉塵(煙塵)主要來源于臺車下面的抽風(fēng)系統(tǒng)(占90%)以上。高爐煉鐵工序的粉塵(煙塵)主要來源于高爐上料、煤氣放散和出鐵場等。373.4.2.2廢氣的產(chǎn)生和排放高爐煉鐵生產(chǎn)工藝中，有以下廢氣污染物產(chǎn)生：(1)運輸及裝料廢氣：原料經(jīng)礦槽、皮帶、振動篩、上料小車儲運、裝料系統(tǒng)進入高爐，這一過程排放的主要污染物是粉塵。(2)熱風(fēng)爐的廢氣：熱風(fēng)爐通常是以高爐煤氣混合焦爐煤氣或天然氣、重油、煤炭為燃料的，這一過程排放的主要污染物是粉塵、SO2、NOx。(3)出鐵場排放廢氣：出鐵場出鐵時，在出鐵口、撇渣器、鐵水溝、渣溝、鐵水裝入鐵水罐時會排放出顆粒物(爐塵)。這些顆粒物主要是鐵水、爐渣與周圍氧的相互作用而產(chǎn)生的。383.4.2.3廢水的產(chǎn)生和排放高爐廢水主要有煤氣凈化廢水和水沖渣廢水。高爐煤氣凈化廢水的物理和化學(xué)污染較為嚴重，水在煤氣凈化系統(tǒng)中每循環(huán)一次，約含粉塵0.4~0.5g/L。由于水的硬度過高，含有細小的懸浮雜質(zhì)，使管道和設(shè)備產(chǎn)生結(jié)垢和積聚沉淀物。這種水含有大量的污泥和大量的溶解無機鹽。393.4.3煉鐵節(jié)能減排措施3.4.3.1干熄焦技術(shù)(CDQ)干熄焦技術(shù)是符合我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策的一項提高焦炭質(zhì)量、節(jié)約能源、改善環(huán)境的先進技術(shù)。干熄焦技術(shù)起源于20世紀初的瑞士，此后前蘇聯(lián)、日本、德國在干熄焦裝置大型化、自動化及環(huán)境保護方面陸續(xù)做了改進。40從焦爐出來的紅焦炭(950~1050℃)所含顯熱相當于煉焦生產(chǎn)消耗的總熱量的35%~40%。采用干法熄焦可回收紅焦顯熱的80%，噸焦可產(chǎn)生3.9MPa的蒸汽0.45t(先進的可達0.6t)。寶鋼干熄焦可降低焦化工序能耗68kgce/t。這是鋼鐵工業(yè)可回收余熱最大的項目，約占可回收余能的一半。干熄焦的焦炭質(zhì)量得到提高，熱反應(yīng)性能降低10%~13%，抗碎強度M40提高了3%~4%，耐磨強度M10改善0.3%~0.8%；在焦炭質(zhì)量不變的條件下，可多配10%~20%弱黏結(jié)性煤，可節(jié)水0.38t/t(焦)；高爐使用干熄焦的焦炭可降低焦比2%，產(chǎn)量提高1%。413.4.3.2精料（提高原燃料質(zhì)量）提高入爐礦石的品味：入爐礦石品位每提高1%，煉鐵焦比下降1.5%，生鐵產(chǎn)量升高2.5%，噸鐵渣量減少30kg，允許高爐增噴15kg/t煤粉。提高煉鐵原燃料轉(zhuǎn)鼓強度：酸性燒結(jié)礦(CaO/SiO2<1)堿度提高0.1，可降低煉鐵焦比3%-3.5%。焦炭耐磨強度M40提高1%，高爐利用系數(shù)提高4%，燃料比下降5.0kgce/t；M10減少0.2%，高爐利用系數(shù)提