【炼铁】工业节能减排技术之炼铁篇

3 钢铁工业节能减排技术

3.1 节能技术和途径

3.1.1 淘汰落后的设备，安装大型、新型的设备

大型化的生产设备能提高生产效率、降低能源消耗、提高铁水生产的质量、减少环境污染等优点。据资料统计，先进的大高炉一半要比落后的小高炉燃料比节省大约45kg/t的二氧化碳排放量。落后装备不仅能耗高而且能源回收率低，在污染发生时很难处理。随着高炉设备的逐渐大型化，  CO2的排放具有下降的趋势。即大型化的高炉设备有利于降低C02的排放。更换大型化的设备虽然会增加钢铁企业的运行成本，但是如果国家对钢铁企业征收碳排放费，那么将对炼铁生产装备、运行成本等产生重要的影响。因此，钢铁企鹅也要及时研究和关注国家的对碳排放政策的变化，及时地添置大型设备，以尽早地适应变化带来的效益影响，并研究和制定减少碳排放的实施方案。从图1中可以看出，随着高炉体积的逐渐变大，CO2的排放量逐渐减少，高炉体积对CO2排放量的影响较大。

3.1.2 余热回收技术

如何高效率的将烧结余热进行回收利用是我国重点研究和推广的技术。此类技术已在宝钢等大型钢铁企业得到较广泛的应用，并可提供许多可供借鉴的经验。在烧结过程可回收利用两部分余热：烧结工程后的烟气余热，温度达350℃，含有氧气较多;烧结成品矿的显热，温度800℃，具有较多的显热，在烧结能耗中占据45%左右。因此，对这部分余热记性回收利用，对整个工程的节能具有重要的作用。将成品矿用于冷却热废气并经过除尘后返送回烧结机，就可以减少在点火前对烧结矿石进行预热处理，实行热风烧结，能节约很多的能量。

此外，利用烧结过程中的冷却废气余热加热锅炉也可以增加余热回收。

3.1.3 低热值煤气燃气轮机技术

低热值煤气燃气轮机技术，简称CCPP技术。这项技术由燃气轮机系统、高炉煤气供给系统、余热锅炉系统和蒸汽轮机系统组成。其工艺过程可以简单描述如下：高炉煤气经除尘加压后与加压的空气混合，然后进入燃烧室，就会产生的高压和高温烟气，烟气机组后膨胀作功，燃气机经过齿轮减速后传递到汽轮发电机组进行发电;产生后的气体进入锅炉，然后产生蒸汽轮机利用蒸汽作功，然后发电机组发电，利用煤气和蒸汽循环系统进行发电。CCPP系统排烟中的二氧化碳排放比常规火力电厂课减少50%，并且不会产生二氧化硫等排放，氮氧化物也很低，可以达到6mg/kg～10mg/kg。CCPP真正的价值就在于回收了大量浪费的能源，减少了燃煤的使用量，并大量的节约了能源使用。与常规的锅炉煤气进行比较，常规锅炉蒸汽发电仅为30%左右，而利用相同的煤气量，采用这种技术就可以多发电量80%左右。

3.1.4 固体废物的回收利用

在钢铁工业中，固体废物主要包括矿渣和含铁尘泥等，其中有很大部分可以回收利用。在现阶段，随着固体废物回收利用技术的不断发展，矿渣和含铁尘泥等固体废物逐渐实现了产业化的回收体系。含铁尘泥主要用于烧结过程中的配料，也可以作为脱磷剂进行使用;矿渣回收用于金属铁行业和混凝土等建筑行业，也可以用于一些高价值的产品的开发和利用。钢渣也具有很高的回收利用价值，经过研磨后可以用于生产高强度的钢渣水泥。所以，将炼铁过程中固体废物惊醒回收利用，可以提高能源回收利用率，促进固体废物资源化。

3.1.5 提高高炉利用系数

高炉利用系数=冶炼强度/燃料比。因此，降低燃料比，可以大规模的提高高炉利用系数;提高冶炼强度也可以提高高炉利用系数。在现在的炼铁工业中，采用大风量，高冶炼强度的方法来达到提高系数的目的。在高炉设计的时候，就要采用大风机。如果风机是处于大马拉小马的状态，就可能导致炼铁工序能耗很高。所以，降低高炉吨铁风耗就可以达到降低能耗的目的。例如，有炼铁厂就将燃料比定为484kg/t，吨铁风耗维持在950m3左右。

3.1.6 进行煤粉和焦炭水分测定

水分含量的变化会影响高炉温度的控制，炉温的变化也会影响硫、硅量和能源的消耗。也会影响高炉的产量和生铁质量等一系列的指标。因此，在炼铁的过程中，采用水分测定仪使热能恒定，稳定炉温，就可以保证高炉的顺利运行，能增产和节省焦炭，为能源的节约创造了一定的条件。

3.2 减排技术

在炼铁的领域中，排除的污染物主要有CO2、SO2、NOX、烟尘和粉尘等，因此减排技术主要从减少这几种污染物方面着手。表2为2006年～2011年钢铁企业吨钢污染物排放量的统计表。从表2可以看出，虽然在2006年～2011年的吨钢SO2、烟尘和粉尘的排放量呈下降趋势，但是其总量还是比较大。下面主要介绍CO2、NOX的减排技术：

3.2.1 降低CO2排放

在炼铁工业中，铁矿石在焦炭和煤粉的作用下还原成铁水，铁水中的碳能保证炼钢过程中升温和能量平衡，碳是炼铁工业中不可缺少的元素。在炼铁过程中，主要由焦炭、煤粉和铁矿石的化学反应过程，或者说是铁矿石的还原过程。炼铁工序中CO2的产生量占总产生量的90%多。因此，要减少CO2的产生量，就要实施低碳减排。各炼铁工程中CO2的产生量比较图如图2。

要减少炼铁过程中CO2的排放，首先就要减少碳的消耗，即要减少燃料比和焦比。但是在目前，想要再通过传统技术来降低燃料比和焦比来降低CO2排放的比较困难。下面介绍几种新的方法：

1)炉顶煤气循环利用技术

利用这个项目可以有效改善高炉效率，以此来提高碳的利用率，可以将炉顶煤气(含有CO和H2)喷入高炉以减少CO2排放量。现在的技术中，正在研究的就是无氮高炉技术，在这项技术中，高炉从封口喷入的是氧气而不是热风，大部分的煤气就会排入CO2洗涤器，余下的CO气体通过封口就会进入高炉，剩余的气体被加热到高温后，再通过排风口进入炉体的下半部。经过计算可以得知，利用此技术的CO2的排放量减少了很多。