中科院《钢铁生产工艺流程和节能减排》

1、钢铁生产工艺流程钢铁生产工艺流程钢铁冶金过程节能减排钢铁冶金过程节能减排新工艺新技术新工艺新技术一、研究背景及意义一、研究背景及意义中国工业年能源消耗总量：中国工业年能源消耗总量：约为约为2020亿亿t t标准煤；标准煤；钢铁工业消耗：钢铁工业消耗：高于高于3 3亿亿t t标准煤，占消耗量的标准煤，占消耗量的1515；我国钢铁企业年排放：我国钢铁企业年排放： 13.613.6万万t t烟尘，烟尘， 4141万万t,t,工业工业粉尘粉尘6565万万t t；钢铁工业钢铁工业CO2CO2排放：排放：COCO2 2排放量占全国的排放量占全国的15%15%除电力外，除电力外，COCO2 2排放最大的行业

2、排放最大的行业钢铁工业的节能减排在我国节能减排工作中具有举足钢铁工业的节能减排在我国节能减排工作中具有举足轻重的作用。轻重的作用。中国钢铁工中国钢铁工业能耗状况业能耗状况 项项 目目综合能耗综合能耗(tce/t钢钢)可比能耗可比能耗(tce/t钢钢)焦化焦化(tce/t)烧结烧结(tce/t)炼铁炼铁(tce/t)转炉转炉(tce/t)电炉电炉(tce/t)重点企业平重点企业平均均0.740.710.1420.0650.4570.0360.201国内先进国内先进0.6750.6560.090.055/-0.0027/国际先进国际先进0.655(日日本平均本平均2004)/0.0950.0510

3、.438-0.00880.198v 中国中国钢铁能源效率：钢铁能源效率：较发达国家高较发达国家高12%12%v 中国钢铁产量：中国钢铁产量：世界钢产量的世界钢产量的1/31/3v 钢铁冶炼技术：钢铁冶炼技术：发达国家，西阳工业，研发投入少发达国家，西阳工业，研发投入少 中国中国, ,朝阳工业，必须自主研发技术朝阳工业，必须自主研发技术v 减排技术重点：减排技术重点：提高能源效率，降低能耗提高能源效率，降低能耗 廉价分离技术（廉价分离技术（CCSCCS成本成本:90%:90%分离，分离，10%10%存储）存储）钢铁工业钢铁工业CO2CO2减排技术应以节能和减排技术应以节能和CO2CO2富集为主富

4、集为主与世界先进水平相比：与世界先进水平相比：吨钢可比能耗高吨钢可比能耗高10%，能源，能源费用占生产成本的比重高费用占生产成本的比重高10个百分点。个百分点。排放方面：排放方面：对对NOx、SO2的排放目前基本没有采的排放目前基本没有采取处理措施。取处理措施。发达国家粉尘排放标准已降到发达国家粉尘排放标准已降到3020 mg/Nm3，而我国粉尘排放标准为，而我国粉尘排放标准为50 100 mg/Nm3等。等。炼铁及铁前系统能耗占钢铁企业总达炼铁及铁前系统能耗占钢铁企业总达70%之多，之多，炼铁及铁前系统是钢铁企业节能减排的重点。炼铁及铁前系统是钢铁企业节能减排的重点。电炉炼钢、二次资源综合利

5、用以及低温零散余热综电炉炼钢、二次资源综合利用以及低温零散余热综合回收利用方面，节能减排任重道远。合回收利用方面，节能减排任重道远。从冶金工业自身流程来看：从冶金工业自身流程来看：钢铁冶金能源主要消耗于炼铁系统，约占2/3 煤气：30%CO-20%CO2-N2热值：800Kcal/m3500kg煤煤350kg焦焦1600kg烧结矿烧结矿1600矿矿100kg煤煤空气空气150kg煤粉煤粉1000kg铁铁JIGANGJIGANGJIGJIGA ANGNG原燃料处理工序原燃料处理工序炼铁、炼钢工序炼铁、炼钢工序热轧工序热轧工序冷轧工序冷轧工序温度温粉矿石熟料焦炭铸坯热轧带

6、卷酸洗带卷冷轧带卷炼焦炉炼焦炉加热炉加热炉退火炉退火炉铁水钢水高炉高炉转炉转炉烧结机烧结机钢铁生产工艺中有待回收的显性和隐性的余热余能折合钢铁生产工艺中有待回收的显性和隐性的余热余能折合135135万万吨标煤，如果按吨标煤，如果按30%30%的转换效率用于发电可达的转换效率用于发电可达500500兆瓦，效益大。兆瓦，效益大。一、冶金过程节能技术一、冶金过程节能技术n高炉大喷煤，以煤代焦，节能减排n问题：燃烧不完全，限制喷量n办法：催化燃烧1. 高炉喷煤催化燃烧 吨铁焦比降低吨铁焦比降低10kg以上以上炼铁产能提高炼铁产能提高1.5%以上以上863节能专题前沿探索课题节能专题前沿探索课题工业试验

7、完成，在推广工业试验完成，在推广050010001500200025003000-100-80-60-40-20020TG (%)Time (s)7501000125015001750200022502500050100150 DTATime/s不加催化剂不加催化剂1%催化剂催化剂1%催化剂催化剂不加催化剂不加催化剂2. 厚料层（还原）烧结 布 料 器点 火 器烧 结 台 车热 烧 结 矿风 箱除 尘 器抽 风 机 吨铁用500公斤70%金属化球团，节焦110公斤使用还原烧结矿，吨铁净能耗降低40kg焦炭增加200mm,总能耗降低20kg煤/吨矿30%还原烧结矿+70%厚料层烧结矿+高炉喷煤催

8、化助燃：吨铁节能60公斤焦炭厚料层烧结厚料层烧结还原烧结还原烧结 钢铁生产是典型的高温、多相、多装置、多过程、钢铁生产是典型的高温、多相、多装置、多过程、多工序的复杂流程工业，客观的存在着多尺度结构的现多工序的复杂流程工业，客观的存在着多尺度结构的现象和过程，必须对其加以合理地利用和控制，才能实现象和过程，必须对其加以合理地利用和控制，才能实现系统优化系统优化、达到、达到节能降耗节能降耗的目的。的目的。 3. 电炉炼钢过程节能降耗多尺度电炉炼钢过程节能降耗多尺度集成优化控制集成优化控制4. 煤气循环全氧高炉炼铁（前瞻性技术） 空分制氧CO-CO2变压吸附分离 CO2-CO） CO气基直接还原（

9、化工）一碳化学全氧高炉炼铁的技术与经济条件基本已具备 全氧高炉是全氧高炉是80年代开始开发的节能环保技术年代开始开发的节能环保技术 没有推广的原因： 1. 经济原因：当时制氧水平1m3氧0.8度电 2. 技术原因：纯氧燃烧，下部炉缸温度太高 煤气量减少，炉身温度太低现在，已具备了解决如上问题的技术与经济条件现在，已具备了解决如上问题的技术与经济条件 1. 经济条件：制氧水平1m3氧0.3度电 2. 技术条件：CO2-C=2CO强吸热反应，解决炉缸温度太高 煤气返回增加气量，解决炉身温度太低 3. 外部条件：CO2减排，化工合成气的需求 200目矿粉制成目矿粉制成5mm厚的饼厚的饼u直接还原技术

10、，以煤代焦，节能降污 （特别是超细粒粉矿的利用） 5. 5.流化床气体炼铁技术流化床气体炼铁技术（前瞻性技术）二、冶金减排技术二、冶金减排技术1.超临界水焦化废水处理技术 (余热回收与废水治理） 0100200300400500020406080100 Temperature /oCHydrocarbon solubility (wt.%)0246810121416Inorganic solubility (wt.%)SCW焦化废水超临界水氧化处理前后对比焦化废水超临界水氧化处理前后对比钢铁厂大量余热产生超临界水2. 重要战略金属资源循环经济技术 布料器点火器烧结台车热烧结矿风箱除尘器抽风机粉尘2%Zn3%KCl电除尘灰30%KCl直接还原铁直接还原铁锌灰锌灰解决中国解决中国20%的的锌资源锌资源 钾灰钾灰溶析结晶分离KCl解决中国解决中国30%的钾资源的钾资源 3. CO2-O2转炉吹炼技术采用采用CO2O2混合喷吹炼钢，全国减少粉混合喷吹炼钢，全国减少粉尘排放尘排放180万吨，万吨，粉尘排放下降粉尘排放下降30。CO2的回收量