第3章-钢铁冶金行业的节能减排

1233.1中国钢铁生产发展与节能减排现状3.1.1概况钢铁工业是高物流、高能耗、高污染的传统产业。目前，钢铁工业总能耗已占全国工业总能耗的15%左右，而钢铁企业生产过程中的能源有效率仅为30%左右；全行业固体废弃物回收利用率在53%，水资源利用率在40%左右。4从1990年到2006年，中国钢产量增长了5.39倍，同时也带来了能耗的急剧增加和环境负荷的加重，节能减排工作就显得尤其重要。53.1.2国家领导人关注中国钢铁工业的节能减排国务院总理温家宝在十届全国人大五次会议上作政府工作报告时指出：抓好节能降耗、保护环境是“十一五”期间政府工作的一大重点。提出“十一五”期间淘汰落后炼铁产能1亿吨、落后炼钢产能5500万吨的指标，2007年力争分别淘汰3000万吨和3500万吨的指标。这充分反映了钢铁行业在节能减排工作中的重要地位。在2007年4月钢铁工业关停和淘汰产能工作会议上，有关领导人也提出：钢铁工业是节能减排潜力最大的行业、钢铁行业在污染减排中占有举足轻重的地位。6我国钢铁工业一次能源消耗以煤为主，占总能耗的比例接近70%。我国钢铁工业所消耗的煤炭品质：灰分高、硫分高。3.1.3我国钢铁工业生产及污染环境现状71990~2006年我国钢产量及能耗变化趋势8我国重点大中型钢铁企业的吨钢综合能耗从2000年的0.92tce/t下降到2006年的0.645tce/t，下降了29%。9钢铁行业是工业行业中的重点排污行业。目前，钢铁行业对GDP增加值的贡献为3.14%，而该行业排放的工业废水、工业粉尘和二氧化硫总量分别占全国工业污染物排放总量的10%，15%和10%。因此，做好钢铁行业的污染物减排工作对于整个工业行业的污染物减排具有重要意义。10钢铁行业的能耗、水耗及污染物排放量11重点大中型企业吨钢污染物排放量122006年我国钢铁行业固体废弃物利用状况固体废弃物名称产生量万t利用量万t利用率%用途高炉渣132161185189.67水泥；混凝土掺合料钢渣4872421086.41烧结、转炉返回料；筑路填料；钢渣水泥；混凝土掺合料尘泥3743368398.40烧结、球团返回料氧化铁皮61761599.68主要作烧结返回料；部分作转炉冷却剂133.1.4我国钢铁工业节能减排与国际先进水平的差距14从钢铁生产工序能耗来看，国内企业之间存在较大差距，国内先进水平与国际先进水平相比，也有一定的差距。工序焦化烧结炼铁转炉国内重点企业平均，kgce/t142.2164.83456.7936.34国内落后水平，kgce/t278.0689.87605.1091.75国内先进水平，kgce/t12254.68396.70-2.7国外先进水平，kgce/t12851438-8.815国内外重点钢铁企业环保指标比较指标ArcelorPOSCO我国重点钢铁企业统计平均宝钢集团太钢2006年2005年2006年2005年2006年2006年吨钢耗新水(m3)3.743.816.568.036.006.49吨钢排SO2(kg)1.180.522.362.462.372.42吨钢排NOx(kg)1.081.21----吨钢排尘(kg)0.250.241.471.501.140.705吨钢排COD(kg)--0.380.410.25-163.2.2调整工艺结构(1)降低铁钢比：生铁是高能耗产品，铁钢比高必然导致钢铁工业能耗上升。中国钢铁企业“十五”期间铁钢比从2000年的1.02下降到2006年的0.965，重点钢铁企业铁钢比从0.916下降到0.88。由于铁钢比的降低，使得钢铁工业的能源消耗也降低，此项可节约1000多万吨标准煤。17(2)提高综合成材率：1995~2006年中国钢铁行业连铸比从46.5%提高到98.57%，轧钢综合成材率由86.76%提高到95.65%。18(3)开发、应用先进节能技术干熄焦技术(CDQ)：钢铁企业焦化厂焦炭产量约7000万吨，干熄焦年发电量26亿kwh。高炉余压发电技术(TRT)：2006年1000m3以上高炉121座，全部配备TRT，年发电量约36亿kwh。煤气联合循环发电技术(CCPP)：2006年底，中国钢铁企业已建了近10套利用低热值煤气的联合循环发电装置CCPP，年回收煤气量3000亿m3，年发电量100亿kwh。19(4)加强能源管理能源管理中心以能源管理和能源转换为目标，确保生产用能的稳定供应；充分利用低价能源代替高价能源；集中管理与自动化操作，提高能源利用效率。1991年宝钢建立了能源管理中心，显示出巨大的优越性，鞍钢、武钢、首钢、攀钢、本钢、太钢等钢厂都已准备或正在建设能源中心。2021钢铁行业可持续发展的技术支撑22采用五项重大节能环保技术23产品高品质化24能源转换技术：冶金—电力联合生产技术技术优点：省去焦化和烧结工序；实现冶金电力联合生产；装备简单、技术成熟度较高；实现密闭生产，对环境污染小。工艺特点：流程短：直接采用粉矿和煤炭冶炼；采用高温空气进行炉内二次燃烧；采用一步法还原工艺，设备简单；采用预热锅炉和干法除尘技术，充分回收炉气废热发电。25基于氢冶金的熔融还原炼铁工艺—煤基制氢技术技术优点：采用氢气还原铁，还原产物为水，易于脱除，实现能源的循环利用；彻底解决了污染问题，避免了对环境和对钢材本身的污染，适宜生产超洁净钢。工艺特点：在熔融炉渣中喷吹纯氧和块煤造高纯还原煤气；CO2+H2>95%,SO2<1%.煤气经除尘和换热后进行水煤气变换，脱除CO2，生产纯氢。氢气经加热后，提供给竖炉进行铁还原，还原后的煤气经脱水后循环使用。26基于氢冶金的熔融还原炼铁工艺—氢冶金工艺H2的还原产物为H2O，易于脱除。实现能源的循环利用，降低水耗和对环境的污染程度。273.3.3烧结节能减排措施3.3.3.1节能减排的措施(1)降低固体燃料的消耗固体燃料消耗在烧结工序能耗中占的比重最大，达75%~80%，降低工序能耗首先要考虑的是降低固体燃料的消耗。降低固体燃料消耗的措施包括控制燃料的粒度及粒度组成；燃料分次加入，改善固体燃料的燃烧条件；厚料层烧结；采用球团烧结或小球烧结工艺。28(2)低温烧结技术低温烧结是一种在较低温度(1300℃)条件下，以强度好，还原度高的针状铁酸钙作为主要黏结相去黏结其他矿物，形成交织残余结构的烧结方法。整个烧结过程在较低温度和较高氧位条件下进行，因而能充分生成铁酸钙系列的黏结相，减少硅酸盐黏结相，从而保证烧结矿具有良好的强度和还原性。另一方面低温高氧位烧结抑制了FeO生成，使烧结矿中FeO含量降低，软化和熔化温度升高，软熔性改善；低FeO和高软化温度使烧结矿的高温还原性一并得到改善，同时降低烧结工序燃耗。29(3)烧结余热回收利用烧结过程有两部分余热可回收利用，一为烧结机后部风箱内的烟气余热，温度为300~350℃，并含有较多的氧气；二是烧结终了时，热成品矿具有显热，烧结矿温度约750~800℃，占烧结能耗的30%~40%左右。余热利用有两种主要的方式，一是动力利用，即将热能转化为电能或机械能；二是热利用，即利用余热来预热、干燥、供热、供暖等。具体的操作方式包括预热混合料及热风烧结、生产蒸汽、通入热风罩进行热风烧结、余热发电等。30(4)热风烧结热风烧结就是在烧结机点火器后面，装上保温着火热风罩，往料层表面供给热废气或热空气来进行烧结的一种新工艺。热废气温度可高达600~800℃，也可使用200~250℃的低温热风烧结。热废气来源有煤气燃烧的热废气、烧结机尾部风箱或冷却机的热废气，也有用热风炉的预热空气。31(5)降低电耗电耗在烧结工序能耗中是仅次于固体燃料的第二大能耗，约占13%~20%。降低电耗也是降低烧结工序能耗的重要措施。具体措施包括减少设备漏风率；采用变频调速、电容补偿；减少大功率设备空转时间等。32(6)降低点火热耗烧结点火应满足如下要求：有足够高的点火温度；有一定的点火时间，适宜的点火负压，点火烟气中氧含量充足；沿台车宽度方向点火要均匀。点火热耗占烧结工序能耗的5%~10%，降低点火能耗对降低烧结工序能耗也具有重要意义。具体措施包括采用新型节能点火器；严格控制点火温度和点火时间等。33(7)提高自动化控制装备水平自动化控制系统的功能是实现对烧结生产设备的连锁控制、过程控制、过程实时数据的采集与监视、过程与设备状态的监视与报警、过程趋势数据的采集与处理、报表打印、分析处理等。34(8)合理使用冶金废料综合利用冶金废料不但可以减少资源浪费、降低成本，而且还可以降低能源消耗。具体措施包括烧结矿粉的使用；高炉灰、钢渣的使用；炼钢污泥的使用等。35炼铁原辅料及炼铁过程主要成分变化炼铁原辅料炼铁过程主要成分变化含铁原料：铁矿石、烧结矿、球团矿含铁原料含有大量的赤铁矿(Fe2O3)。有时含有少量的磁铁矿(Fe3O4)。在高炉中，铁氧化物逐渐还原，形成石棉铁，最后生成熔融生铁助熔剂：石灰石脉石与助熔剂结合形成渣，渣是复杂的硅酸盐混合物，其密度比铁水低还原剂：焦炭还原剂碳反应后形成CO与CO2在炉顶收集辅助还原剂：煤粉、石油、天然气、塑料还原剂中碳反应后形成CO与CO2在炉顶收集，氢与氧反应形成蒸汽36钢铁厂对大气环境影响最大最直接的是粉尘(烟尘)排放，是造成钢厂周边地区总悬浮颗粒物(TSP)和粒径在10μm以下的颗粒物(PM10)等指标高的主要原因。炼铁系统粉尘(烟尘)的排放总量占钢厂总粉尘(烟尘)排放量的50%以上。烧结过程的粉尘(烟尘)主要来源于台车下面的抽风系统(占90%)以上。高炉炼铁工序的粉尘(烟尘)主要来源于高炉上料、煤气放散和出铁场等。373.4.2.2废气的产生和排放高炉炼铁生产工艺中，有以下废气污染物产生：(1)运输及装料废气：原料经矿槽、皮带、振动筛、上料小车储运、装料系统进入高炉，这一过程排放的主要污染物是粉尘。(2)热风炉的废气：热风炉通常是以高炉煤气混合焦炉煤气或天然气、重油、煤炭为燃料的，这一过程排放的主要污染物是粉尘、SO2、NOx。(3)出铁场排放废气：出铁场出铁时，在出铁口、撇渣器、铁水沟、渣沟、铁水装入铁水罐时会排放出颗粒物(炉尘)。这些颗粒物主要是铁水、炉渣与周围氧的相互作用而产生的。383.4.2.3废水的产生和排放高炉废水主要有煤气净化废水和水冲渣废水。高炉煤气净化废水的物理和化学污染较为严重，水在煤气净化系统中每循环一次，约含粉尘0.4~0.5g/L。由于水的硬度过高，含有细小的悬浮杂质，使管道和设备产生结垢和积聚沉淀物。这种水含有大量的污泥和大量的溶解无机盐。393.4.3炼铁节能减排措施3.4.3.1干熄焦技术(CDQ)干熄焦技术是符合我国相关产业政策的一项提高焦炭质量、节约能源、改善环境的先进技术。干熄焦技术起源于20世纪初的瑞士，此后前苏联、日本、德国在干熄焦装置大型化、自动化及环境保护方面陆续做了改进。40从焦炉出来的红焦炭(950~1050℃)所含显热相当于炼焦生产消耗的总热量的35%~40%。采用干法熄焦可回收红焦显热的80%，吨焦可产生3.9MPa的蒸汽0.45t(先进的可达0.6t)。宝钢干熄焦可降低焦化工序能耗68kgce/t。这是钢铁工业可回收余热最大的项目，约占可回收余能的一半。干熄焦的焦炭质量得到提高，热反应性能降低10%~13%，抗碎强度M40提高了3%~4%，耐磨强度M10改善0.3%~0.8%；在焦炭质量不变的条件下，可多配10%~20%弱黏结性煤，可节水0.38t/t(焦)；高炉使用干熄焦的焦炭可降低焦比2%，产量提高1%。413.4.3.2精料（提高原燃料质量）提高入炉矿石的品味：入炉矿石品位每提高1%，炼铁焦比下降1.5%，生铁产量升高2.5%，吨铁渣量减少30kg，允许高炉增喷15kg/t煤粉。提高炼铁原燃料转鼓强度：酸性烧结矿(CaO/SiO2<1)碱度提高0.1，可降低炼铁焦比3%-3.5%。焦炭耐磨强度M40提高1%，高炉利用系数提高4%，燃料比下降5.0kgce/t；M10减少0.2%，高炉利用系数提