寶鋼集團(tuán)浦鋼搬遷羅涇工程的技術(shù)創(chuàng)新

寶鋼集團(tuán)浦鋼搬遷羅涇工程的技術(shù)創(chuàng)新

自21世紀(jì)以來，中國的鋼鐵工業(yè)保持了快速增長，年增長率超過25%。鋼鐵產(chǎn)量和年產(chǎn)量占世界產(chǎn)量和出口量的約30%。資源和環(huán)境的壓力越來越大。傳統(tǒng)的使用環(huán)境、高能耗和低效率資源的舊方法不符合時(shí)代的要求。探索我國鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的道路,建設(shè)綠色環(huán)保、節(jié)能和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的新型鋼鐵廠,是時(shí)代賦予鋼鐵工作者的使命。寶鋼集團(tuán)浦鋼公司結(jié)合世博會搬遷,在寶山區(qū)羅涇地區(qū)建設(shè)一個(gè)最終規(guī)模300~400萬t的鋼鐵廠。廠區(qū)位于寶鋼分公司西北約5km處,工程按計(jì)劃分兩期建設(shè),160萬t規(guī)模的一期工程計(jì)劃2007年10月建成投產(chǎn)。由于上海市建設(shè)國際大都市的規(guī)劃要求,考慮到浦鋼搬遷至羅涇的廠址毗鄰上海市水源地的地理位置,新鋼廠建設(shè)必須符合綠色環(huán)保、節(jié)能和資源循環(huán)利用的要求,不宜于規(guī)劃建設(shè)“鐵、焦、燒”的傳統(tǒng)的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)。經(jīng)過反復(fù)論證,選擇了熔融還原的煉鐵工藝,在世界上首次采用了COREXC-3000的工藝。為了最經(jīng)濟(jì)地利用COREX的大量副產(chǎn)品——中等熱值的COREX煤氣,建設(shè)世界上首次采用COREX煤氣發(fā)電的CCPP燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組,同時(shí)為合理利用多余的COREX煤氣,實(shí)現(xiàn)寶鋼集團(tuán)效益最大化,建設(shè)與寶鋼分公司相連的煤氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣能源通?構(gòu)建寶鋼集團(tuán)的北部能源通廊。浦鋼搬遷羅涇的建設(shè)指導(dǎo)思想就是要走可持續(xù)發(fā)展的道路,打造綠色環(huán)保、節(jié)能、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的新型鋼廠,為我國鋼鐵工業(yè)的調(diào)整與發(fā)展起到某種示范作用。本文以正在建設(shè)的羅涇鋼廠為實(shí)例,對綠色環(huán)保、節(jié)能、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的新型鋼鐵廠的主要特點(diǎn)進(jìn)行描述,對其產(chǎn)品的競爭力進(jìn)行初步分析。1設(shè)備和工廠流程1.1相關(guān)設(shè)備與設(shè)備羅涇鋼廠按照一次規(guī)劃分期實(shí)施的原則,一期主要建設(shè)內(nèi)容如下。(1)COREX煉鐵廠:1座C3000COREX煉鐵爐及配套的煤壓塊、煤氣脫硫和煤氣壓差發(fā)電(TRT)等設(shè)施,年產(chǎn)鐵水150萬t。(2)煉鋼廠:1套機(jī)械攪拌法鐵水預(yù)處理裝置、2座150t轉(zhuǎn)爐、1座150tRH、1座150tLF精煉裝置及煉鋼車間的其它配套設(shè)施,年產(chǎn)鋼水157.1萬t。1座250mm連鑄機(jī)及配套設(shè)施,年產(chǎn)152.5萬t連鑄坯。(3)軋鋼廠:配有粗軋機(jī)、精軋機(jī)、精整及熱處理線的4200mm寬厚板軋機(jī)1套,年產(chǎn)160萬t中厚板。(4)CCPP發(fā)電廠:1套169.45MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組(簡稱CCPP),年送電量12.45億kW·h。(5)配套的公共輔助設(shè)施。1.2工廠流程1.2.1不建燒結(jié)和焦化車間,比傳統(tǒng)長流程更采用COREX熔融還原煉鐵-煉鋼-100%連鑄-中厚板軋機(jī)的緊湊型現(xiàn)代鋼廠生產(chǎn)流程,與傳統(tǒng)的長流程相比,由于不建燒結(jié)和焦化車間,具有占地少、物料在鋼廠停留時(shí)間縮短、流動(dòng)資金占用少、資源利用好、環(huán)境保護(hù)好和勞動(dòng)生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。目前在世界上少數(shù)鋼廠(韓國、南非及印度)已在發(fā)展此流程,已初步顯示出上述的優(yōu)點(diǎn)。1.2.2生產(chǎn)工序密度采用COREX煉鐵法替代污染嚴(yán)重的傳統(tǒng)“高、燒、焦”煉鐵法,省去了燒結(jié)、焦化兩個(gè)污染較為嚴(yán)重的生產(chǎn)工序。按照設(shè)計(jì),冶煉過程中僅需要約50kg/t(鐵水)的碎焦炭,與傳統(tǒng)煉鐵工藝相比本項(xiàng)目每年可節(jié)約焦炭300kg/t(鐵)(節(jié)約焦煤70萬t/a),有利于緩解我國焦煤資源的緊張局面,有利于鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2.3發(fā)酵水和爐發(fā)電煉鋼采用全量KR法鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法脫磷、真空精煉、全連鑄、電爐熱兌鐵水和爐用多功能氧槍等先進(jìn)技術(shù)和裝備。本項(xiàng)目COREX及轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的煤氣,除用于工業(yè)爐窯作燃料外,選用燃?xì)?蒸汽聯(lián)合發(fā)電機(jī)組發(fā)電,供本廠用戶的用電。其發(fā)電效率高(43.88%),遠(yuǎn)高于蒸汽發(fā)電機(jī)組,可充分利用煤氣,節(jié)約能源。1.2.4產(chǎn)品的控制板坯連鑄機(jī)采用了減少夾雜物含量、促進(jìn)夾雜物上浮、減少裂紋、減少板坯中心偏析、提高板坯表面質(zhì)量等一系列技術(shù)措施。寬厚板軋機(jī)采用雙機(jī)架高剛性4200mm4輥可逆式軋機(jī),精軋機(jī)最大軋制力達(dá)到90MN;采用較高的軋制速度和較高的軋制力矩,精軋機(jī)的功率達(dá)到2×9MW,最大軋制速度7.04m/s;采用高精度、高速的軋輥定位系統(tǒng);采用CVC板形控制技術(shù);采用工作輥彎輥裝置,精軋機(jī)工作輥彎輥裝置的彎輥力達(dá)到4MN/側(cè)。1.2.5為鋼板公司提供燃?xì)舛倘钡膯栴}能源通廊既解決了因CCPP發(fā)電廠年發(fā)電時(shí)間小于COREX煉鐵年作業(yè)時(shí)間造成的大量COREX煤氣(COREX爐產(chǎn)生286000m3/h的煤氣)沒有去處的問題,還可以定量向?qū)氫摲止咎峁┘s35000m3/hCOREX煤氣,部分解決寶鋼分公司燃?xì)舛倘钡拿堋＝ㄔO(shè)能源通廊實(shí)現(xiàn)了羅涇工程環(huán)保、節(jié)省投資的目標(biāo),也體現(xiàn)了集團(tuán)一體化和效益最大化的目標(biāo)。2還原煤氣排放根據(jù)已投入商業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行的南非ISCOR公司SALDANHA鋼廠C2000COREX爐、韓國浦項(xiàng)鋼鐵公司C2000COREX爐的實(shí)際指標(biāo),COREX熔融還原與傳統(tǒng)“高、燒、焦”煉鐵工藝相比,在環(huán)保方面具有明顯的優(yōu)越性:(1)該工藝將還原與融化兩個(gè)過程分開,分別在還原豎爐和熔融氣化爐兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行,煤氣中酚、氰、苯類和焦油等大分子化合物含量大為降低;(2)與傳統(tǒng)“高、燒、焦”煉鐵工藝(全硫分的80%左右以SO2形式排入大氣環(huán)境)相比,SO2的排放量(COREX煤氣作為燃料燃燒產(chǎn)生)大大減少。由于COREX裝置鼓入氧而不是空氣,并始終處于還原氣氛,最大限度地避免了SO2、NH3、NOx等污染物的生成;(3)COREX系統(tǒng)無燒結(jié)、焦化工序,故煙/粉塵的產(chǎn)生總量和排放總量要比傳統(tǒng)“高、燒、焦”工藝低很多,SO2等氣態(tài)污染物的產(chǎn)生總量和排放總量也比傳統(tǒng)工藝低很多。主要污染物的排放水平見表1。由表1可以看出,羅涇鋼廠因采用COREX煉鐵工藝,主要污染物排放指標(biāo)大大低于1級清潔生產(chǎn)水平,與國內(nèi)重點(diǎn)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)以及國外先進(jìn)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)相比,主要污染物排放水平處于國際清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平之列,反映了COREX工藝省去燒結(jié)、焦化工序后,在環(huán)保方面所帶來的巨大變化。3能源和資源的利用3.1yb9031-98按照《環(huán)境保護(hù)工程指南》yb9051-98中規(guī)定的高爐、焦?fàn)t、燒結(jié)工序的能耗分別為:(1)桿子不小于1200m3高爐,有爐頂煤氣余壓發(fā)電裝置,工序能耗不應(yīng)大于12610MJ/t(430.96kg/t);(2)焦?fàn)t有干熄焦裝置時(shí)工序能耗不應(yīng)大于4400MJ/t(150.38kg(標(biāo)煤)/t);(3)現(xiàn)有高爐的運(yùn)行能耗工序能耗不應(yīng)大于1760MJ/t(60.15kg(標(biāo)煤)/t)。有爐頂煤氣余壓發(fā)電裝置的高爐煉鐵、焦?fàn)t、燒結(jié)的工序總能耗標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為:430.96+150.38×0.3+60.15×1.6=572.31kg(標(biāo)煤)/t(16746MJ/t)羅涇鋼廠COREX煉鐵設(shè)計(jì)工序能耗為13701.83MJ/t,小于16746MJ/t。與寶鋼分公司現(xiàn)有高爐2003年實(shí)際生產(chǎn)指標(biāo)進(jìn)行了比較,見表2。COREXC3000爐年產(chǎn)鐵水150萬t,寶鋼分公司1座4000m3級高爐年產(chǎn)鐵水在300萬t以上,規(guī)模雖不在一個(gè)等級,但COREXC3000設(shè)計(jì)工序能耗仍比寶鋼分公司4000m3級高爐系統(tǒng)“鐵、焦、燒”實(shí)際工序能耗低3.5%,顯示出這一工藝在節(jié)能方面所具有的優(yōu)勢。3.2資源循環(huán)對于采用COREX流程的鋼廠來講,如何以最經(jīng)濟(jì)合理的方式利用COREX爐冶煉產(chǎn)生的大量中等熱值煤氣,是決定項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵。3.2.1羅環(huán)境參數(shù)選擇和利用COREXC3000爐每噸鐵耗氧528m3,產(chǎn)生出熱值為8231kJ/m3的煤氣28.6×104m3/h。關(guān)于COREX煤氣利用,主要有3個(gè)方向:發(fā)電、生產(chǎn)海綿鐵、用作燃料。經(jīng)分析比較,COREX煤氣用于發(fā)電和生產(chǎn)海綿鐵,其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng),作為燃料則經(jīng)濟(jì)效益最差;如代替天然氣作燃料,則經(jīng)濟(jì)效益最佳,用于發(fā)電和生產(chǎn)海綿鐵次之。羅涇鋼廠COREX煤氣利用遵循的原則是:爭取COREX煤氣的零排放或少排放;爭取最佳的經(jīng)濟(jì)效益;服從寶鋼集團(tuán)構(gòu)建北部能源通廊的戰(zhàn)略要求。依照這樣的思路,一期工程COREX產(chǎn)生的煤氣,除供本廠作燃料外,剩余的煤氣中83%用作發(fā)電,17%通過能源通廊送往寶鋼分公司,二期工程擬建直接還原鐵裝置利用COREX煤氣生產(chǎn)海綿鐵。為了提高發(fā)電效率,選擇了燃?xì)?蒸汽聯(lián)合發(fā)電廠(CCPP),使發(fā)電效率達(dá)到43.8%,發(fā)出的電全部供羅涇鋼廠。一期工程建成后,由CCPP發(fā)電廠供電以及利用COREX煤氣壓力高的特點(diǎn)設(shè)置余壓回收透平發(fā)電裝置(TRT)回收煤氣壓力能供電,與全廠用電量基本持平。COREX煤氣的循環(huán)使用,實(shí)現(xiàn)了能源的最佳利用。3.2.2羅經(jīng)濟(jì)廢水處理羅涇項(xiàng)目非常重視廢棄物的綜合利用,把廢棄物的處置與綜合利用結(jié)合起來,充分利用廢棄物的價(jià)值造福于社會。羅涇一期工程年產(chǎn)固體廢棄物1398754t/a,其中外送可循環(huán)利用廢料1173854t/a(主要用作建材和燒結(jié)的原料),羅涇廠內(nèi)可循環(huán)利用的廢棄物224900t/a(主要作為煉鋼的廢鋼使用)。羅涇鋼廠一期工程資源循環(huán)利用簡圖見圖1。4產(chǎn)生挑戰(zhàn)的挑戰(zhàn)4.1國內(nèi)外水平比較采用COREX爐流程鋼廠的產(chǎn)品競爭力如何是業(yè)內(nèi)人士普遍關(guān)心的一個(gè)問題,同樣是決定該項(xiàng)工藝能否得到認(rèn)同并從而得到發(fā)展的一個(gè)問題。在噸鋼綜合能耗方面,羅涇鋼廠全廠綜合能耗為620.16kg(標(biāo)煤)/t,與國內(nèi)外先進(jìn)鋼鐵企業(yè)相比(2001~2003年公開資料中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)),寶鋼分公司為675kg(標(biāo)煤)/t,韓國浦項(xiàng)光陽廠為734kg(標(biāo)煤)/t,日本新日鐵為729kg(標(biāo)煤)/t,日本JFE為766kg(標(biāo)煤)/t,中國臺灣中鋼為750kg(標(biāo)煤)/t,因而處于世界領(lǐng)先水平?？紤]到羅涇一期工程規(guī)模偏小,工序只到熱軋,沒有冷軋工序等不可比因素,全廠綜合能耗620.16kg(標(biāo)煤)/t,仍處于先進(jìn)水平。在鐵水成本方面,礦石、煤炭及輔料按照2000~2005年6年的價(jià)格取均價(jià),1座COREX爐年產(chǎn)量150萬t,鐵水成本約1230元/t,與相同產(chǎn)量的2000m3高爐這一時(shí)期的鐵水成本相當(dāng)。4.2與現(xiàn)有高爐的比對在產(chǎn)量上,COREXC2000爐設(shè)計(jì)日產(chǎn)鐵水2000t,設(shè)計(jì)年產(chǎn)量60~80萬t,實(shí)際達(dá)到的最高產(chǎn)量是印度JINDAL的2座COREXC2000爐,2003~2004年度的年產(chǎn)量達(dá)到165萬t。羅涇鋼廠采用COREXC3000爐,設(shè)計(jì)日產(chǎn)鐵水4000t,設(shè)計(jì)年產(chǎn)量150萬t,與現(xiàn)有正在生產(chǎn)運(yùn)行的4座COREXC2000爐相比,單座COREXC3000爐的日產(chǎn)量和年產(chǎn)量提高1倍,對供貨商和浦鋼來講都是很大的挑戰(zhàn)。在達(dá)產(chǎn)和年產(chǎn)鐵時(shí)間方面,COREX爐與現(xiàn)有高爐相比,達(dá)產(chǎn)的過程較為緩慢。印度JINDAL1號COREX爐1999年8月8日投產(chǎn),2號COREX爐2000年4月15日投產(chǎn),2003~2004年度達(dá)到了設(shè)計(jì)能力,耗時(shí)近4年。寶鋼分公司4號高爐只用10多天就達(dá)產(chǎn)。高爐年作業(yè)率可以達(dá)到日歷時(shí)間的98%~99%,COREX作業(yè)率只能達(dá)到日歷時(shí)間的約96%,相差2%~3%,對鋼廠的生產(chǎn)經(jīng)營帶來一定的影響。4.3爐原料及配煤方案COREX爐對鐵礦石、煤炭的品質(zhì)和物理化學(xué)性能指標(biāo)的要求明顯高于高爐。羅涇鋼廠采用的配礦比(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為:高爐球團(tuán)加塊礦占90%(球團(tuán)占50.4%,塊礦占39.6%),篩下的粉礦占10%;入爐原料即混合礦的鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為66.18%。煤種在國內(nèi)選擇3種煤混合配比,要求粒度為0~50mm(其中+15mm者>50%),固定碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%~65%,灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~12%,固定碳/灰分>5,硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(干基)<0.5%,粒度<5mm的煤送煤壓塊系統(tǒng)制成煤壓塊入爐使用。對于配礦、配煤的較高要求,使得COREX爐可供選用的鐵礦石、煤炭品種范圍非常有限,這也是南非SALDANHA和印度JINDAL把COREX爐工廠建在臨近塊礦、燒結(jié)礦和煤炭供應(yīng)基地的主要原因。羅涇鋼廠遠(yuǎn)離國外鐵礦石供應(yīng)基地,國內(nèi)可供選用的煤炭資源也很有限,投產(chǎn)以后降低成本的任務(wù)艱巨。5排放污染物總量及排放總量分析(1)浦鋼搬遷羅涇項(xiàng)目是根據(jù)上海市建設(shè)國際大都市的規(guī)劃要求,按照建設(shè)綠色環(huán)保、節(jié)能、資源能源循環(huán)利用的新型鋼廠這一指導(dǎo)思想進(jìn)行規(guī)劃,鋼廠采用的先進(jìn)工藝及技術(shù)裝備也正是體現(xiàn)這一建設(shè)指導(dǎo)思想。(2)因采用COREX煉鐵工藝,主要污染物排放指標(biāo)大大低于1級清潔生產(chǎn)水平,SO2等氣態(tài)污染物的產(chǎn)生總量和排放總量比傳統(tǒng)高爐流程的工藝低數(shù)倍之多,環(huán)保效果非常顯著。(3)羅涇鋼廠COREX煉鐵工序