FINEX工藝的節(jié)能減排效果分析

樊 波，郭 豪，王艷民，全 強(qiáng)

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京100176）

0 引言

FINEX工藝是基于COREX工藝，由韓國浦項鋼鐵公司和原奧鋼聯(lián)公司從1992年開始聯(lián)合開發(fā)的新一代熔融還原煉鐵工藝，2003年5月年產(chǎn)量60萬噸的1#FINEX示范工廠在韓國浦項鋼鐵公司投產(chǎn)，2007年4月年產(chǎn)量150萬噸的2#FINEX工廠投產(chǎn)，2014年產(chǎn)量200萬噸的3#FINEX投產(chǎn)，目前韓國浦項鋼鐵公司的2#FINEX及3#FINEX在保持商業(yè)化生產(chǎn)運(yùn)行。

1 FINEX工藝概述

經(jīng)過20多年的研發(fā)、改進(jìn)及工業(yè)化生產(chǎn)，F(xiàn)INEX工藝日趨成熟，是目前世界上最先進(jìn)、最環(huán)保的煉鐵新技術(shù)之一。FINEX工藝可直接利用粉礦和弱粘結(jié)煤生產(chǎn)鐵水，相比傳統(tǒng)高爐流程（包括燒結(jié)、球團(tuán)、焦化、高爐），F(xiàn)INEX工藝省去燒結(jié)和球團(tuán)工藝，不僅節(jié)省了原燃料成本、拓寬了原燃料適用范圍，而且降低了鐵水生產(chǎn)過程的能耗和污染物排放，實現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。與高爐煉鐵流程不同，F(xiàn)INEX工藝流程主要分三步，首先，鐵礦粉被置于流化床反應(yīng)裝置的上部，在固態(tài)狀態(tài)下被CO和H2氣體還原，這些還原氣體是由輸入熔融氣化爐的煤經(jīng)燃燒和高溫分解而產(chǎn)生的；接著，粉礦在流化床被還原后進(jìn)入壓塊工序，變成熱壓鐵塊，同時非焦煤經(jīng)過壓塊變成壓塊煤，加入到熔融氣化爐中；最后，熔融氣化爐鼓入純氧助燃，壓塊煤在氣化爐中燃燒產(chǎn)生熱量，把經(jīng)流化床中還原過的熱壓鐵塊熔化成鐵水和爐渣，同時燃料受熱分解生成還原氣。

FINEX工藝由原料儲運(yùn)、礦石干燥、流化還原、熱態(tài)壓鐵、型煤制備、煤粉噴吹、熔分還原、爐渣處理、CO2脫除，以及配套的制氧等公輔設(shè)施組成。FINEX工藝主要流程見圖1。

圖1 FINEX工藝基本流程

FINEX工藝適用的資源范圍寬，使用的原料主要是直徑介于0～8 mm的鐵粉礦，礦種涵蓋褐鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦，對礦粉品位、Al2O3含量、粒級的適應(yīng)性均比高爐強(qiáng)。FINEX為流態(tài)化還原，基本不受原料的還原粉化性能限制。熔融氣化爐內(nèi)料柱短，可不用或少用焦炭，采用型煤作為主要燃料，對型煤的強(qiáng)度要求低，可以使用80%弱粘性煤種+20%動力煤制作型煤。

2 FINEX工藝主要污染物排放分析

相比傳統(tǒng)高爐煉鐵流程，F(xiàn)INEX工藝流程大大簡化，省去了污染物排放大的燒結(jié)及球團(tuán)工序，焦化工序也可基本省去，因此，F(xiàn)INEX煉鐵流程的污染物排放相應(yīng)降低，下面進(jìn)行簡要計算分析。

為使得污染物有組織排放值的比較口徑相對合理，將兩種流程生產(chǎn)每噸鐵水需要消耗的原燃料制備工序的排放也計算在內(nèi)，其中高爐的爐料結(jié)構(gòu)按燒結(jié)礦70%、球團(tuán)20%、塊礦10%選取，噸鐵入爐含鐵料耗量按1 620 kg選取，焦比按噸鐵315 kg選取，燒結(jié)工序生石灰量按噸礦40 kg配比選取。由于副產(chǎn)煤氣用于發(fā)電等方式也會產(chǎn)生污染物排放，因此將兩種流程副產(chǎn)煤氣發(fā)電的有組織排放值也包含在內(nèi)。其中高爐流程副產(chǎn)煤氣發(fā)電的污染物排放值，選取某典型企業(yè)排放值進(jìn)行估算。FINEX流程污染物排放值選取某企業(yè)環(huán)評報告公布的數(shù)據(jù)[1]，并按最新的超低排放標(biāo)準(zhǔn)估算。

此外，焦化工序排放指標(biāo)選取某企業(yè)清潔生產(chǎn)目標(biāo)值[2]；燒結(jié)及球團(tuán)工序排放指標(biāo)選取《鋼鐵行業(yè)（燒結(jié)球團(tuán)）清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系》清潔生產(chǎn)一級基準(zhǔn)值；高爐工序排放指標(biāo)選取《鋼鐵行業(yè)（高爐煉鐵）清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系》清潔生產(chǎn)一級基準(zhǔn)值；石灰工序排放指標(biāo)選取河北省地方標(biāo)準(zhǔn)《石灰行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》最高排放限額值[3]。基于以上數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，估算的FINEX流程與高爐流程主要污染物有組織排放比較數(shù)值見表1?？梢?，F(xiàn)INEX流程相比高爐煉鐵流程主要污染物排放均有降低，其中顆粒物排放降低比例約32.9%，二氧化硫排放降低比例約68.3%，氮氧化物排放降低比例約66.2%，F(xiàn)INEX工藝的環(huán)保優(yōu)勢是值得肯定的。

3 FINEX工藝能耗分析

表1 FINEX流程與高爐煉鐵流程主要污染物排放比較

為分析FINEX工藝的能源消耗情況，選取某企業(yè)環(huán)評報告公布的FINEX工藝消耗及回收數(shù)據(jù)，計算FINEX工藝的工序能耗指標(biāo)，具體數(shù)值見表2，從表可見，F(xiàn)INEX工藝的工序能耗約430.25 kgce/t。

其中FINEX工序能源消耗主要包括粉煤、噴吹煤、焦丁、FOG煤氣、電力、氧氣等，其中FINEX工序能源消耗中粉煤占比約63.13%，噴吹煤占比約18.04%，焦丁占比約6.88%。

為評價FINEX流程的能耗水平，將FINEX流程與高爐流程的能耗進(jìn)行對比，比較口徑統(tǒng)一為鐵水及配套的鐵前工序，焦化工序的工序能耗選取《焦炭單位產(chǎn)品能源消耗限額》（GB21342-2013）中的新建或改擴(kuò)建焦炭生產(chǎn)設(shè)備中，頂裝焦?fàn)t生產(chǎn)方式的焦炭單位產(chǎn)品能耗準(zhǔn)入值[4]；燒結(jié)、球團(tuán)及高爐工序的工序能耗數(shù)值選取《粗鋼生產(chǎn)主要工序單位產(chǎn)品能源消耗限額》[5]（GB21256-2013）中規(guī)定的新建或改擴(kuò)建粗鋼主要工序的單位產(chǎn)品能耗限額準(zhǔn)入值。

表2 FINEX工序能耗估算

表3 高爐煉鐵流程能耗分析

將高爐流程的焦化、燒結(jié)、球團(tuán)及高爐工序的能耗數(shù)據(jù)折算為噸鐵能耗值為472.91 kgce/t，具體數(shù)值見表3。FINEX流程考慮配套的焦化工序折算出FINEX流程噸鐵能耗為448.55 kgce/t，具體數(shù)值見表4。

由上可見，F(xiàn)INEX流程比高爐煉鐵流程的噸鐵能耗低約36.56 kgce，考慮到除部分指標(biāo)先進(jìn)企業(yè)外，現(xiàn)有大部分鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的燒結(jié)、球團(tuán)、焦化、高爐工序的能耗值大于本文計算所選取的能耗限額值，可以得出FINEX流程的噸鐵生產(chǎn)能耗低于高爐煉鐵流程，F(xiàn)INEX流程的能耗指標(biāo)具有一定優(yōu)勢。

表4 FINEX流程能耗分析

4 結(jié)論

FINEX工藝技術(shù)不斷成熟，而且仍在不斷優(yōu)化，相比高爐煉鐵流程，環(huán)保優(yōu)勢十分明顯，其中顆粒物排放降低比例約32.9%，二氧化硫排放降低比例約68.3%，氮氧化物排放降低比例約66.2%，且FINEX工藝噸鐵生產(chǎn)能耗比高爐煉鐵流程略低，因此，F(xiàn)INEX工藝在節(jié)能減排方面具有積極意義，值得有關(guān)企業(yè)關(guān)注此技術(shù)的進(jìn)展。