以钢铁行业与火电行业为例-我国的减排技术及其选择

1、以钢铁和火电行业为例浅析我国减排技术及其选择，3120103610能源与环境系统工程摘要：随着我国的经济发展，尤其是工业的飞速发展，随之而来的污染物排放和由此带来的日益严重的环境问题已经引起了广泛关注。除了调整不尽合理的经济结构，改变粗放型的发展模式外，减排技术在减少污染物排放中的重要作用不容忽视。这是应对全球气候变化的迫切需要，也是实现我国未来经济又好又快发展的必由。本文将以钢铁行业及火电行业为例，浅析我国减排技术发展现状及其选择。：钢铁行业，火电行业，减排技术区，与能源消费在空间结构上割裂要实现这种割裂整合就必然会某些地区和行业的既得利益甚至造成新的利益冲突，危及社会稳定。技术上，我国围绕

2、工业、能源、交通、农业、建筑、资源环境等相关领域节能减排和优化升级的重大科技需求，加快电力、钢铁、建材、有色等重点减排概念及在我国现状减排概念为了推动全社会节约能源, 提高能源利用效率,保护和改善环境,促进经济社会全面协调,我国在1998 年就以颁布实施了中民节约能源法,“节约资源是我国的基本国策。国家实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战行业能源梯级利用、减量化、资源循环利用等略。”并相继出台了中民循环经济促共性研发，突破交通工具的利用进法、中民可再生能源法等一系列效率、轻量化、尾气污染物削减等，加快。“节能减排”出自于我国“十一五”规划纲要,广义而言,节能减排是指节约物质资源和能量

3、资源,减少废弃物和环境有害物(包括三废和噪声等)排放;狭义而言,节能减排是指节约能源和减少环境有害物排放。节能减排就是节约能源、降低能源消耗、减少污染物排放。 节能减排包括节能和减排两大技术领域，二者有联系，又有区别。一般地讲，节能必定减排，而减排却未必节能，所以减排项目必须加强节能技术的应用，以避免因片面追求减排结果而造成的能耗激增，注重社会效益和环境效益均衡。1.2 减排技术在我国的发展现状我国并不缺乏减排的政治意愿，主要是减排能力相农业面源污染控制、小型分散污染物处理等技术研发，加强绿色建筑与建筑节能新技术、新材料、新装备的能源化资源化进再生资源利用、生活和污染及成套装备研究。在工业生产

4、的各个领域，科技来的减排技术的正在为环境保护发挥着巨大作用。例如，在火电行业，超超临界机组已投入运行并试点建设了近零排放的机组设备。电动汽车行业的技术突破和创新为电动汽车产业的蓬勃发展提供源源不断地动力。技术的进一步完善使得生活在被环境友好处理的同时还可以为社会的发展提供能 源。可以说，由于国家政策的支持和科技领域的不 断创新，我国减排技术正处于高速发展的关键时期。必须认识到，“十二五”以来，我国经济社会发对。主要表现在：我国还不具备发达阂家资金、技术、管理等方面的优势，通过发展高端服务业来实现低碳发展；我国经济增长生产要素依赖惯性巨大，全要素生产率及其在工业生产中的贡献并不理想，并已成为高污

5、染、高消耗、低效率的客观原因，而以第二产业为主的产业格局又加重了我国经济的 “高碳”特征；能源地域分布的不均衡导致能源工业分布不均衡，高耗能产业主要集中在资源富饶展与资源环境约束的日益凸显，产业结构调整和经济发展方式转变对节能减排的要求日益迫切。与此同时，国际上围绕能源安全与气候变化的博弈愈发激烈，绿色贸易壁垒日益突出，发达国家纷纷抢占节能环保、新能源和低碳技术等未来发展制高点。新的形势，节能减排科技创新工作也存在几个突出问题：一是部分高效节能减排技术和关键装备尚未完全掌握，一些研发的节能环保装备性能和效率不高；二是技术集成不够，装备成套化、系列化、标准化水平低，难以提供系统性解决方案；三是以

6、企业为主体的技术创新体系尚未形而且影响全厂污水回用。也是钢铁企业 COD、氨氮、石油类污染物的主要来源。目前可采取深度处理后回用于生产水系统，但运行成本高，这是钢铁企业今后一段时间内重点减排COD 的潜力所在。2.1.3 固体废弃物产生及排放特点成，科技创新对重点行业升级和区域节能减排效果不显著；四是鼓励科技创新和成果的配套政策不健全，技术服务推广市场机制亟待完善。钢铁生产固体废弃物，主要包各类尘泥、粉煤灰渣以及工业炉渣、钢渣、等。目前，我国这些都要求须加快技术突破以及关键技术集成，大规模推广应用节能减排新装备和新产品，进一步依靠科技创新推进节能减排。钢铁工业着资源有限和环保的巨大压力，面对压

7、力，我国钢铁企业以减量、再用、循环的原则探索着一种资源产品再生资源再生产品循环经济模式。在降低消耗、减少废弃物产生量以及降低排放资源综合利用方面取得了很大成绩。其固体废弃物排放特点： 钢铁联合企业，吨钢固体废弃物产生量约 600kg；其中，高炉渣 340kg/t 铁，转炉渣 150kg/t 钢，氧化铁皮 40kg/t钢，含铁尘泥 50kg/t 钢，其他固废 20kg/t 钢（耐火材料等）。含铁固废通常返回铁前系统加以综合利用；高、转炉渣经加工进行综合利用；其他固废，均以工业固废填埋。 电炉钢企业，吨钢固体废弃物产生量约 400kg；其中，高炉渣 400kg/t 铁（需按铁钢比折算到吨钢产生量上

8、），电炉渣 160kg/t钢，氧化铁皮 20kg/t 钢，含铁尘泥 20kg/t 钢，其他固废 10kg/t 钢（耐火材料等）。含铁固废通常返回铁前系统加以综合利用；高、电炉渣经加工进行综合利用；其他固废，均以工业固废填埋。 因此，2 我国钢铁行业的减排技术及选择我国钢铁行业污染物排放情况由于钢铁企业大规模地使用大量的能源，多种污染物将不可避免地产生，给环境方面带来非常大的影响。在钢铁企业中的环境污染有大气污染、水污染、固体废弃物、噪声等，其中与大气污染有关的主要是烟尘、粉尘、硫化物、氮氧化物、二噁英等。水质污染主要是 COD、石油类、氨氮、酚 等。钢铁企业不同生产工序产污节点不同，产生的污染

9、物类别也不相同。下面分工序以流程图的形式说明产污节点及污染物类别。钢铁企业各工序产生的大气污染物钢铁企业大气污染物主要来源于铁前系统，即焦化、炼铁、烧结球团等工序。污染物主要是粉尘、烟尘、 有机气体、SOX、NOX、二噁英等。其中 SOX 主要来 源于烧结工序，一般占钢铁企业产生二氧化硫的 6070%，企业无烧煤锅炉、焦炉煤气经脱硫后 H2S 含量小于 200mg/m3 以下时则占到 85%以上；二噁英 主要来源于烧结（另电炉炼钢工序也产生）；这也是钢铁企业重点治理减排的对象，也是钢铁企业最在钢铁行业渣和钢渣是两项数量最大的固体废弃物，也是钢铁行业减量化的重点。当行（企）比确定后，减量化的主要

10、措施是实施精料方针，以从上减少物料消耗；并要实现装备的大型化，连续化和形成固废加工产业园区或。通过先进适用技术在市场中所占份额（技术普及率），技术水平和未来发展方向，共得各项项技术水平及其评价，共计 39 项。分为生产过程减排技术和污染物治理技术。其中，生产过程减排技术有煤调湿技术（CMC）、捣固炼焦技术、SCOPE21 炼焦技术（前沿）、小球烧结工艺技术、降低烧结漏风率技术、低温烧结工艺技术、厚料层烧结技术、链篦机-回转窑球团生产技术、高炉炼铁精料技术、高炉浓相高效喷煤技术、具有减排潜力的地方。NOX 来结和钢铁企业各种工业炉窑，随着钢铁企业能源结构的变化及工业炉窑蓄热技术的发展，目前 NO

11、X 以烧结工序排放为主，NOX 浓度一般在 400mg/Nm3 左右，浓度较低。2.1.2 钢铁企业各工序产生废水中的污染物从钢铁企业废水排污节点可看出，钢铁企业废水污染物主要来源于焦化、炼铁、炼钢、轧钢工序。钢铁企业废水一般可经处理后循环使用，目前除最难治理的焦化酚 废水和冷轧废水外，其它各工序废水循环利用率基本都在 95%以上。只有焦化酚 废水和冷轧废水目前经处理后部分回用于低质水用户，部分排入污水处理厂，影响污水处理厂的效果，高炉喷吹焦炉煤气技术、高炉喷吹废技术、高炉脱湿鼓风技术、非高炉冶炼技术、精炼干式真空泵脱气技术、转炉负能炼钢工艺技术、炼钢连铸优化调度技术、高效连铸技术、薄带连铸技

12、术、薄板坯连铸技术、废钢加工分类预处理技术、废钢加工分类预处理技术、电炉优化供电技术、连铸坯热装热送技术、低温轧制技术、热带无头轧78%86%，提高了 2.09%，这对高炉增铁节焦十分有利（高炉生产结矿还原度每提高 10%，降制、半无头轧制技术、热处理技术、能源管理低 8%9%）。550低温还原粉化降低了 1.6%，低温还原强度高，入炉后可以改善高炉上部透气性。 如 2001 年实施后效果：烧结机的垂直烧结速度和成品率得到了提高，利用系数提高了 0.2t/m2h；固体燃耗降低 7kg/t，FeO 降低 2%；另外，采用低温烧结后，烧结矿的还原性提高，低温还原粉化率降低，软化区间变窄。显著节能的

13、同时也在很大程度上减少了相关生产污染物的排放。2.2.3 成本效益分析投资估算项目案例：烧结矿年生产能力 100 万吨，采用低温烧结工艺技术。根据对项目投资估算表进行归纳整理，预计项目总投资 120 万元，其中建设投资 120万元。经济效益分析 项目达产年指标：按照烧结降中心技术。其中有 15 项为国内先进技术，2 项为国内领先技术，4 项为国际先进技术，6 项为国际领先技术。污染物治理技术有焦炉煤气高效脱硫净化技术、焦化酚 污水处理技术、烧结烟气湿法脱硫技术、烧结烟气半干法或干法脱硫技术、烧结烟气选择性脱硫技术、烧结烟气循环富集脱硫技术、烧结、电炉二噁英控制技术、原料场粉尘抑制技术、高炉煤气

14、干法除尘技术、转炉干法除尘技术、塑烧板除尘技术、炉窑氮氧化物控制技术。其中 6 项为国内先进技术，1 项为国内领先技术，2 项为国际先进技术，3 项为国际领先技术。下面分别以低温烧结工艺技术和烧结烟气选择性脱硫技术为例，分析各项技术发展现状及其未来选择。低温烧结工艺技术技术介绍低温烧结是在较低烧结温度（1200）条件下，发 展氧化性气氛，促进固相反应，使烧结矿形成以低 温纤细状铁酸钙为主粘结相，去粘结其他矿物质，形成交织多相结构的生产工艺，具有显著节能和改 善烧结矿性能的两大优点。 整个烧结过程是在较 低温度和较高氧化氛围的条件下进行的，因而能够 充分发展铁酸钙系列的粘结相，减少硅酸盐粘结相，

15、保证烧结矿具有良好的强度和还原性。另外，低温 高氧化烧结，抑制了 FeO 生成，使烧结矿 FeO 含量 较低，软化和熔化温度升高，软熔性得到改善，烧结矿的高温还原性也得到改善，烧结燃耗也得到降低固体消耗 5.8kg/t 计算，年增加收入 496 万元。采用低温烧结工艺技术，将增加折旧费、维修费、摊销费等，各项费用合计 236 万元，项目利润总额 254 万元。通过对项目经济效益指标分析测算，项目投资回收期（不含建设期）0.7 年，财务收益率 149.9%。2.2.4 技术应用情况及未来发展估计技术非常成熟，属于上世纪 80 年代的应用技术，目前我国约 60%企业在应用该技术。十二五期末预计该技

16、术推广比例将达到约 90%。本技术目前我国许多钢铁企业和设计都已经掌握，涉及的专利较少，国内专利共检索到 2 个发明专利。由于技术较为成熟，技术难度不大，投资较小，预计在未来很长一段时间内，该技术将得到进一步的推广应低。高炉使用这种烧结矿，不但能降低，而且也可以提高生铁产量。低温烧结可以解决传统烧结方法透气性差、能耗高、系数低、烧结矿质量差、用。但该项技术的改进和成本不大，未来的发以应用范围的推广为主，研发空间不大。烧结烟气选择性脱硫技术技术介绍由于在烧结机各风箱内，烟气中 SO2 浓度各不相同，差异很大。烧结烟气选择性脱硫技术是根据烧结机头与机尾处SO2 浓度低、中间部分 SO2 浓度高的特

17、点，将由风箱抽出的烟气分成 2 条烟道，分别进入 2 台电除尘器和 2 台主抽风机，其中一条烟道为 SO2 浓度低的非脱硫系统烟道，经过主抽风机后直接排入烟囱；另一条烟道为 SO2 浓度高的脱硫系统烟道，并在该烟道主抽风机后安装脱硫装置，烟气经脱硫后再由烟囱排放。环保外排负荷大性能。2.2.2 节能减排效果，而且可以改善烧结矿质量低温烧结具有显著节能和改善烧结矿性能的两大优点。由于企业烧结机大小不同，而且使用的原料和生产条件不同，实施该技术后节能效果差距也很大。 如太钢 2000 年在不能有效提高烧结料层的情况下（500mm）实施低温烧结技术，降低了配比，提高了烧结矿质量，烧结固体燃耗降低了

18、9kg/t左右。而且可以降低后续工序炼铁的，太钢实施低温烧结技术后，900还原度由 76.77%提高到选择性脱硫技术可以大幅减少脱硫装置需要处理的烟气量，仅需要处理 60%左右的烟气就可以达到脱硫目的，可有效节省投资和运行费用。成本效益分析本技术一般和其他脱硫技术配合使用，投资较低，运行成本低。如福建三明钢铁公司采用选择性脱硫 技术配合流化床脱硫方法，取得了很好的效果。 三 钢根据各风箱 SO2 排放浓度的特点，考虑仅将排放 浓度较高的 5 号13 号风箱中烟气引出脱硫，脱硫 效率设定为 90%，脱硫后 SO2 排放浓度为 450mg/m3。而排放浓度较低的l 号4 号、14 号及 15 号风

19、箱烟 气不经脱硫，只经单独电除尘净化后排入大气，SO2 浓度为 346mg/m3。在投资和运行费用方面，全烟气 脱硫比选择性脱硫投资要高出 185 万元，运行费用（包括前端主抽引风机及电除尘系统）则高出 679万元。技术应用情况和未来发展分析目前我国使用选择性脱硫技术有首钢、鞍钢、攀3.2.1 超(超)临界发电技术超(超)临界火电机组是世界上较成先进发电技术，主蒸汽温度再热蒸汽温度为 600600的超超I 临界火电机组供电效率可达 45，发电标煤耗基本在 275 gkWh 左右超超临界机组安装脱硫、脱硝装置后，S0：排放浓度可控制在 200 mgITl3，NO。排放浓度也可控制在 200 mg

20、m3 以 下在经济发达国家中，大容量、高参数的超(超) 临界火电机组已得到广泛应用，节能减排效果显著，并且正进一步向更高参数的方向发展我国要实现 节能降耗、减轻环境污染，势必大规模采用高效、清洁的大型超(超)临界机组，以提高能源利用率、减轻环保压力。3.2.2 燃气一蒸汽联合循环发电技术F 级燃气一蒸汽联合循环的效率可以达到57左右，发供电气耗约 127130 gkWh，折合发供电 标准煤耗约 215220 gkWh 左右C0：减排量与常规的亚临界燃煤机组相比，可降低 30左右以钢、和三明钢铁等多家企业，预计十二五天然气为的燃机电厂，SO，的排放约 45 mg推广率将达到 40%。本技术投资较

21、低，运行成本较低，脱硫效果较好，在未来应有较好的发展和应用前景。未来应着重研究本技术和其他各项脱硫技术的配合使用方案。m3，NO。的排放控制在 51 mgm3 左右，燃用液体时其控制在 90 mgm3。IGCC 发电技术在世界上。IGCC 已进入商业应用示范阶段，根据发展的技术路线不同，其净效率可控制在 3743及以上，脱硫率大于 98，NO。控制在 50 mgm3，粉尘排放浓度不超过 10 mgm3，IGCC 还为 CO。的回收与埋存创造了条件，是未来洁净煤发电的主要发展方向之一。CFB 发电技术我国火电行业减排技术及选择我国能源禀赋及火电减排意义在我国的各种资源中，煤炭的蕴藏量最为丰富，因

22、此， 以煤为主的火力发电是电力生产的主要方 式由于在未来 20 年甚至更长时间内，煤电在我 国发电能源中仍占主导地位，因此电力工业必须考 虑以煤炭为主的发电能源结构特点。优化电源结构，选择各种具有更高经济性和环保效益的发电新方 式，并最大限度地降低因煤电引起的环境污染。与钢铁行业相类似，作为我国的较为成熟，市场占 有率最大的电力行业，火电行业的减排技术种类多，技术水平较高，下面选取五种较先进，减排效果较 好的技术做具体分析。五种具有代表性的火电减排技术为了提高火电机组的经济性和环保性，目前在国际先进国家应用的火电新技术包括：超(超)l 临界发电技术、燃气一蒸汽联合循环发电技术、整体煤气化联合循

23、环(IGCC)发电技术、循环流化床(CFB)发电技术、大容量热电联产发电技术及大型空冷发电技术。近年来，CFB 锅炉以其优越的环保特性、性和良好的运行性能受到广泛重视适应从锅炉效率来看，燃用较好品质的(如烟煤等)时，煤粉炉的效率略好于 CFB 锅炉；但燃用低挥发分和劣质(如无烟煤、矸石等)时，CFB 锅炉的效率则优于煤粉炉该技术能在燃烧过程中添加石灰石进行炉内脱硫，可有效控制 S0。和 N0，的排放，其 S0：排放可降至 400 mgm3 左右，NO。排放一般均小于 250 mgm3。3.2.5 大容量热电联产发电技术热电联产技术的能源利用率比单纯发电的约提高 1倍以上目前，我国北方采暖地区

24、300 Mw 热电联产机组发电煤耗基本与超超临界机组相当(约275 gkWh 或更低)，供热煤耗优于集中锅炉因此，在热负荷需求较大的区域，应大力建设 300 Mw 及以上的热电联产机组。对于城市周边的纯凝机组行上看，50MW 和 100 MW CFB 锅炉机组的运行有 10多年，135 MW CFB 锅炉机组运行近 10 年，因此对情况，如对其进行供热改造，则可获得很好的节能和减排效果。火电技术应用现状。超(超)临界机组我国超临界技术的发展虽起步于 2002 年，但近几年发展迅速到 2013 年底，国内主机制造厂承接的 600 Mw 等级超临界机组订单达 500 多台，已完成交货 154 台，

25、投运 100 多台2003 年，我国135Mw 及以下 CFB 锅炉的运行和有比较丰富的经验300 Mw CFB 锅炉机组目前已投运了 7 台，时间相对较短，从投运情况看，基本达到设计要求。3.3.5 大容量供热机组到 2012 年底，已建成 6 Mw 及以上热电联产机组约 2 300 台，总装机容量已超过 7 000 万 kW，约占火电装机容量的 15，承担了工业供热滨、东方三大动力制造分别从三菱、西量的 805，民用采暖供热量的 26，供热机组供热标煤耗率为 4022 kgGJ目前国内已投入运行的抽汽凝汽机组最大功率为 142 MW；背压机组最大功率为 50 Mw；凝汽采暖两用机组最大功率

26、为 300 Mw，600 MW 级超临界凝汽采暖两用机组的建设正在规划。未来技术目标2020 年我国发电总装机容量预计达到 134 亿 kW，其中火电装机容量约为 91 亿 kW，约占总装机容量的 68，主力机组为 600 MW 和 1 000 MW 超(超)临界机组，将实现供电标准煤耗 335 gkwh超超临界发电技术装备门子以及日立公司引进了超超临界技术，到 20013年底，承接和投标的 600 MW 等级超超临界机组达到 176 台，1 000 Mw 等级超超临界机组 194 台，目前已投运行的 1 000 MW 等级超超临界机组已有 30台我国超超 l 临界机组按容量通常可分为 600

27、 Mw等级和 1 000 MW 等级，从初参数上可分为 25MPa、 600600和 2625 MPa、600600两大类通过对已投运机组的性能测试，其已达到国际先进水平。3.3.2 燃气一蒸汽联合循环机组截至到 2012 年底。我国在运行的燃气轮机发电机组共 280 台，容量达到 3 626 万 kW，占火电装机总容量的 336，所占比例很小其中，F 级燃机有 48 台投运，合计 1390 万 kw，还有 910 万 kW 在基本掌握有关技术，形成具有知识的超超临界技术装备能力，实现以 6001 000Mw 超超临界机组为主力机组国内可提供超超临界使用的 600合金钢材料和大型锻件，同时为发

28、展更高参数、更高容量的超超临界机组作技术准备开展参数达30 MPa、650、650的超超临界机组设计、制造、材料及辅机设备的技术研究，完成原型机的设计。3.4.2 燃气一蒸汽联合循环发电技术装备根据气源以及电网需要，燃气一蒸汽联合循环机组在火电中占有一定比例， 以利于整个电网的调建以天然气为主、液体为辅；机组形式以联合循环机组为主；电厂运行以调峰电力为主2012 年我国燃气一蒸汽联合循环机组的运行系数仅有 4599，主要电价偏高 2 个问题。3.3.3 lGCC 发电机组天然气供应和上网2011 年，我国在在山东兖州矿务局建设了 80MW 的IGoC 项目，采用由华东理工大学开发、滨锅炉厂制造

29、的 1 150 td 水煤浆气化炉，及由南峰掌握 F 级燃气轮机的的制造技术(四京汽轮机厂生产的 6B 低热值燃气轮机目大件)，可以完成 F 级燃机的设计制造，形成前我国开展前期工作的 lGCC 项目有 10 多个，2006年在 和浙江半山已开始建设 E 级燃机 IGCC 电站(300 MW)示范应用工程。3.3.4 CFB 锅炉我国重型燃气轮机的设计技术体系。3.4.3 IGCC 发电技术装备400 MW 级IGCC 进行商业运行率达到85，运行可靠性达到 8590，掌握 IGCC 成设我国已能独立设计 300 MW 及以下容量的 CFB计、运行、经验；启动 IGCC 多联产示范项目；锅炉目

30、前国内 300 MW CFB 锅炉分为 2种，一是引进技术型，已有近 20 台订货业绩，其掌握E 级和F 级中低热值的燃机制造技术，率达到 85以上；可以设计和生产 3 000 t中 9 台投运；二是开发型，已有 17 台订货业d 级气化炉；可以设计、生产 40 万 m3h 的轴流、离心压缩机。3.4.4 大型 CFB 发电技术装备绩2012 年，国家启动了研发 600 MW 超临界CFB 锅炉的计划，预计在“十一五”末投运从运推广应用燃用劣质煤的 600 MW 超临界 CFB，运行可靠性有很大提高；具备提供超超临界600MW 等级CFB锅炉的能力。3.4.5 大容量热电联产机组技术装备大中城

31、市采暖基本实现热电联产，在热负荷条件适宜地区，适度推广 600MW 级供热机组的应用。另一方面，在技术的选择上，应同时考虑到投资费用，运行费用，综合能耗，污染物排放量，回收周期等，而不是一味以技术指标衡量技术好坏，经济发展与环境保护做到相辅相成，以经济发展推动环境保护和科技创新才能使行业处于源源不竭的良好发展。另一方面，火电行业对于减排技术的选取当前主4 总结与综述可以看到，我国在钢铁行业和火电行业的减排技术的应用和投产方面已经有了巨大进步。尤其是火电行业，在一些减排技术水平上，已经处于国际领先地位。在技术的选择上，我国在未来阶段应该更加重视节能环保，高新友好型的减排技术，并应把减排的下游问题始终作为重要的衡量指标之一。鼓要还是依靠于相关的经验进行判断， 可