第九章铁冶金工业的节能减排

1、第九章铁冶金工业的节能减排 第一节钢铁冶金的节能减排方向、途径 第二节钢铁冶金的先进的节能技术第三节钢铁冶金的先进的减排技术第一节钢铁冶金的节能减排方向、途径 冶金能源是冶金工业的物质基础，直接影响冶金工业的生产成本、利润和环境负荷，是近些年来冶金工业高速发展的瓶颈和主要矛盾之一。各种燃料燃烧后，向环境排放污染物，如CO2、CO、NOx、SOx、粉尘等。为了降低对环境的污染程度，必须降低能源消耗，这是“治本”之策。因此，冶金节能不仅是缓解我国能源供需缺口的迫切需要，也是实现经济社会全面协调和可持续发展的需要，更是实现人与环境协调发展的科学发展观、走新型工业化道路的迫切需要。 钢铁冶金节能减排领

2、域将面临着一系列挑战：(1)能源供需矛盾尖锐，可持续发展面临巨大压力；(2)经济发展对能源的依赖度增加，节能虽有潜力，但难度远大于21世纪前20年；(3)黑色冶金工业系统的集成度低、企业间参差不齐，节能技术落后；(4)面对环境保护和国际合作机制的挑战。 钢铁流程中的节能环节示意图如下所示。 1.1节能减排方向 系统节能是围绕“载能体”和“系统”两个概念展开的，凡是在制备过程中消耗了能量的物体，以及本身能产生能量的物体，都是载能体。生产过程中的载能体可划分为两类：第一类载能体，包括各种原材料、辅助原材料、中间产品、零部件，其他消耗品(简称原材料)以及水、压缩空气、O2、电等(以下简称“动力”)。

3、第二类载能体，是各种燃料。燃料的能值，取决于它的发热值和它在开采、精制、改制过程中所耗费的能量。 由载能体概念可知，节能减排方向有三个： (1)降低各生产环节中第一类载能体的单耗和载能量尤其要注意能值高的，通常叫降耗。 (2)降低各生产环节中第二类载能体的单耗和载能量主要是高热值燃料。 (3)回收各生产环节散失的载能体和各种能量为回收烟气余热，回收含硅废物。可按以上三个方向去考虑各方面的潜力，只有这样才能做到全面节能减排，收到明显效果。 1.2 节能减排途径节能减排途径 1.2.1 优化生产流程，调整产品结构 (1)产品结构调整 科学分析国内外钢铁市场的发展态势，广泛吸收国内外先进技术，消化集

4、成再创新，生产高质量、高技术含量、高附加值、市场急需的精品板材。 (2)优化生产流程 具体途径是淘汰落后工艺和装备，如小焦炉、小高炉、小型烧结机和小转炉，建设大型焦炉、高炉、烧结机、球团焙烧机和转炉；优化铁钢界面模式，取消混铁炉，缩短铁水运输时间，提高入转炉的铁水温度；轧钢系统优化产品结构，淘汰落后的轧制生产线，加强钢坯热装热送，提高热轧工序综合成材率。 1.2.2 立足精料方针，优化原料结构立足精料方针，优化原料结构 改善高炉原料结构，提高入炉矿和焦炭质量。研究表明，精料技术对高炉炼铁的科技进步的影响率达70%，而高炉操作和设备等方面的影响率只占30%。所以说，高炉炼铁必须以精料为基础的。

5、加强铁水预处理，提高入转炉的铁水质量。随着市场对高纯净度钢水的需求日益增长，铁水预处理得到了迅速的发展。铁水预处理是指铁水的“三脱”工艺，即铁水预处理脱硅、脱磷和脱硫。在铁水“三脱”的工艺条件下，铁水的脱硅、脱磷和脱硫从转炉冶炼负荷中分化出来，转炉的冶炼功能进一步简化为脱碳和升温。对于转炉炼钢工序，带来以下好处：提高钢水纯净度，大批量生产低磷低硫钢成为可能；降低全工序的成本，减少了合金料和耐材的消耗；由于转炉操作的简化和标准化，提高了转炉产能；成分命中率提高。1.2.3 调整能源结构，提高能源转换调整能源结构，提高能源转换效率效率 优化利用煤气资源，提高煤气使用效率，减少煤气放散。 组建燃气蒸

6、汽联合循环发电机组。既可减少高炉煤气的放散，减轻大气环境的污染，又能获得大量的电能，还可利用此装置汽轮机抽汽供热的优点提供生产用蒸汽，具有显著的节能效果、经济和环境效益。1.2.4 高效回收余热余能，提高能量高效回收余热余能，提高能量品质，力争做到品质，力争做到“热尽其用热尽其用” 钢铁企业的余热余能，主要指用能设备排放的或产品携带的有回收利用价值的余热或余能，包括余热、余压、蒸汽以及各种燃料和物料载有的显热等。 回收利用余热余能时应遵循如下原则：节能第一，回收第二的原则；小循环为主，大循环为辅的原则，回收的余热余能要首先用于装置本身，以便缩短余热余能从回收到使用环节的路径，实现能量消耗最小化

7、、能量流耗散最小化；余热温度对口，梯级利用的原则。1.2.5 消纳废弃物，节约资源，建设消纳废弃物，节约资源，建设环境友好型企业环境友好型企业 利用钢铁生产工艺和高温设备的优势，可以回收、利用、处理一定量的社会废弃物。利用各种不同来源的废钢铁150200kg/t钢作为原料，促进铁素资源的循环利用。不仅可以节约铁矿资源和能源，而且可以减轻废弃物对社会造成的污染。对社会回收的废弃塑料进行加工处理，通过高炉喷吹或装入焦炉与煤共焦化等方法加以利用。不仅可以处理废弃物，而且节能，在减轻环境负荷的同时也得到了能源。处理大宗尾矿、转炉渣等含铁废渣，含铁废渣可以通过再选进入烧结、高炉配料。不仅可以提高铁素资源

8、效率，而且可以减轻固体废弃物对社会造成的污染。第二节 钢铁冶金的先进的节能技术 2.1 干熄焦干熄焦(CDQ-Coke Dry Quenching)技术技术 干法熄焦干法熄焦(CDQ)，是相对于用水熄灭炽热焦炭的，是相对于用水熄灭炽热焦炭的湿熄焦而言的。其基本原理是利用冷的惰性气体湿熄焦而言的。其基本原理是利用冷的惰性气体(燃烧后的废气燃烧后的废气)在密闭的干熄炉中与赤热红焦换在密闭的干熄炉中与赤热红焦换热从而冷却红焦。焦化生产中，出炉红焦显热约热从而冷却红焦。焦化生产中，出炉红焦显热约占焦炉能耗的占焦炉能耗的35%40%，采用干熄焦可回收约，采用干熄焦可回收约80%的红焦显热。采用的红焦显热

9、。采用CDQ对于节能、改善环境、对于节能、改善环境、提高生产率和提高焦炭质量具有显著的效果。提高生产率和提高焦炭质量具有显著的效果。 干熄焦(CDQ)装置回收红焦显热，降低焦化工序能源消耗；减少环境污染，同时，由于干熄焦能够产生蒸汽，避免了产生等量蒸汽的锅炉对大气的污染，吨焦可带来80100kg动力煤燃烧对大气SO2、CO2排放的间接环境效益。干熄焦节水效果显而易见，实践表明，吨产品可节约熄焦用水约0.5t，折合吨钢节约用水0.20.25t/t钢。改善焦炭质量，降低炼铁焦比，提高高炉产量焦炭M40提高38个百分点，M10改善0.30.8个百分点，焦炭粒度均匀、焦末含量少、含水量低。可降低入炉焦

10、比2%左右，从而使高炉生产能力提高1%左右。 2.2 焦化煤调湿焦化煤调湿 采用蒸汽煤调湿技术，所用蒸汽可以采用干熄焦发电后的二级蒸汽，蒸汽常用压力为0.5MPa，每吨调湿煤使用的蒸汽量为70kg左右 。 煤调湿装置一般是将装炉煤水分由10%左右降到5%6%。其主要效益体现在焦炉生产能力提高11%、炼焦耗热量减少15%，焦炭粒度分布均匀，焦炭强度提高1%1.5%，或可多配弱粘结性煤8%10%，生产稳定和便于自动化管理等方面。2.3 高炉炉顶余压发电高炉炉顶余压发电TRT TRT高炉炉顶煤气余压透平发电是国际上公认的在高炉上应用的很有价值的二次能源回收装置。TRT利用高炉炉顶排出的具有一定压力和

11、温度的高炉煤气，推动透平膨胀机旋转做功、驱动发电机发电的一种能量回收装置。通过将高炉煤气中蕴含的压力能和热能予以回收，达到节能、降噪、环保的目的，具有很好的经济和社会效益。 采用TRT装置后的节能环保效果：采用TRT装置后，高炉煤气减压过程产生的噪声由原采用减压阀组的110-140分贝降低到80分贝以下；采用TRT发电，可减少等量燃煤火力发电的发电量，可以减少向大气中排放大量的二氧化碳气体，这对改善日益严重的温室效应和酸雨的环境污染都将发挥积极的作用。2.4 既节水又节能的技术既节水又节能的技术-干法除尘干法除尘技术技术 (1)高炉干法除尘技术 高炉煤气静电除尘技术是上世纪八十年代发展起来的一

12、项新技术，它首次将干式静电除尘技术应用于高炉煤气的净化。系统阻力损失小，设备维修量少，节省占地面积，安全可靠，耐压，耐温，无污染，寿命长，效率高，可节电70%，节约工艺用水9m3/t铁，回收显热节11.321.7kgce/t铁，提高风温而节能88kgce/t铁，除尘效率达99%以上，出口煤气含尘浓度10mg/Nm3左右，而且可以与TRT技术配套使用，降低TRT入口粉尘量，提高发电效率。(2)转炉煤气干法除尘技术 转炉烟气干法除尘目前常用的是LT(转炉煤气干法净化回收技术)法，即电除尘器在转炉烟气净化工程中应用的除尘工艺。经除尘器后的转炉煤气含尘量可降至10mg/Nm3，大大低于湿法处理系统10

13、0mg/Nm3标准。但是LT法难以有效利用烟气的显热(1000左右)，投资大，控制系统复杂。为此，需在此基础上开发适应现有转炉节能、环保和资源利用要求的新型干法除尘技术。2.5 蓄热式轧钢加热炉技术蓄热式轧钢加热炉技术 蓄热式加热炉技术的核心是高风温燃烧技术，它具有高效烟气余热回收(排烟温度低于150)，高预热空气温度(空气预热温度高于800)和低NOx排放等多重优越性。 采用蓄热式加热炉技术，具有如下优点：可将加热炉排放的高温烟气降至150以下，热回收率达80%以上，节能30%以上；可将煤气和空气预热到1000以上；加热能力提高，生产效率可提高10%15%；减少氧化烧损，使氧化烧损小于0.7

14、%；有害废气量(如CO2、NOx、SOx等)的排放大大减少。2.6 能源管理中心能源管理中心 能源管理以信息技术为手段，实现钢铁企业能源数据的采集、收集与处理，能流的实时监控，采取在线、离线有机结合的方式，对全厂能源信息进行集中监控和管理，实现数据和信息共享。其功能主要包括一次能源和二次能源介质的生产、转换、输送，特别是能源管网的稳定运行和各种能源介质的分配平衡、优化和统一调配。2.7 开发低温余热回收、炉渣显热回开发低温余热回收、炉渣显热回收等技术收等技术 烧结热平衡计算表明，热烧结矿的显热和废气带走的显热约占总支出的60%。从节省能源，改善环境，提高企业经济效益出发，应尽可能回收利用。第三

15、节第三节 钢铁冶金的先进的减排技术钢铁冶金的先进的减排技术 3.1 世界钢铁工业世界钢铁工业CO2减排及趋势减排及趋势 钢铁工业钢铁工业CO2排放量降低主要原因包括：排放量降低主要原因包括： 转炉钢、电炉钢产量的不断增加和平炉的逐步淘汰，转炉钢、电炉钢产量的不断增加和平炉的逐步淘汰，2003年，世界转炉钢比达到年，世界转炉钢比达到63.7%、电炉钢比、电炉钢比32.6%，而，而平炉钢比仅为平炉钢比仅为3.6%，大部分国家已彻底淘汰平炉；，大部分国家已彻底淘汰平炉； 连铸技术的发展和应用：连铸技术的发展和应用：2003年，世界平均连铸比已达年，世界平均连铸比已达到到88.8%，先进国家已达到，先

16、进国家已达到96%以上以上(如日本如日本97.7%，德国，德国96.2%，韩国，韩国98.5%)； 淘汰落后工艺、装备，采用节能新工艺、新技术，如淘汰落后工艺、装备，采用节能新工艺、新技术，如CDQ、TRT、高炉喷煤、转炉煤气回收、超高功率电弧炉、高炉喷煤、转炉煤气回收、超高功率电弧炉、直流电弧炉、连铸坯热装热送、直接轧制、半无头轧制等直流电弧炉、连铸坯热装热送、直接轧制、半无头轧制等技术。技术。3.2 钢铁工业钢铁工业CO2减排措施减排措施 (1)进一步改进现有生产工艺，节能减排进一步改进现有生产工艺，节能减排 淘汰落后工艺、技术和设备是节能的最直接体现；不断优淘汰落后工艺、技术和设备是节能

17、的最直接体现；不断优化流程中各工序的工艺水平及工序间的衔接，使钢铁生产化流程中各工序的工艺水平及工序间的衔接，使钢铁生产流程向有序化、协调化、高效化和连续化方向发展，从而流程向有序化、协调化、高效化和连续化方向发展，从而减少物料损失，提高物料转化率，从源头减少污染物的产减少物料损失，提高物料转化率，从源头减少污染物的产生，过程中控制污染物的排放，实现铁素资源收得率最大、生，过程中控制污染物的排放，实现铁素资源收得率最大、资源能源效率最高、排放最少；改进现有工艺、技术，优资源能源效率最高、排放最少；改进现有工艺、技术，优化界面技术，开发新一代钢铁制造流程；进一步推广采用化界面技术，开发新一代钢铁

18、制造流程；进一步推广采用节能降耗的工艺技术，加强二次资源、二次能源的再资源节能降耗的工艺技术，加强二次资源、二次能源的再资源化、再能源化回收利用，进一步降低钢铁工业的资源、能化、再能源化回收利用，进一步降低钢铁工业的资源、能源消耗。源消耗。(2)充分利用高炉渣用于水泥工业充分利用高炉渣用于水泥工业 2002年我国钢铁工业产生的钢铁渣约8500万吨，其中高炉渣约6000万吨，利用率为85%。目前我国高炉渣约有90%以上用于水泥工业。高炉渣用于水泥不仅可以节约石灰石等天然矿产资源，减少工业废弃物的占地面积，对于建材工业节能和减排CO2也具有重要的意义。使用高炉渣生产的水泥与普通水泥相比，每吨水泥可节约石灰石原料45%，节约能源50%，减少CO2排放44%。随着钢产量的增加，2010年钢铁渣将产生约1.2亿吨(其中高炉渣约9300万吨)；2020年的钢铁渣量约9500万吨(其中高炉渣约7200万吨)。若2020年高炉渣全部用做水泥，将可减排CO2 3600万吨/年。(3)生产高性能钢材生产高