高爐煉鐵節(jié)能減排技術(shù)探析

潘存儉

（酒鋼集團(tuán)宏興股份公司煉鐵廠，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對于鋼鐵的需求量不斷提升；在鋼鐵企業(yè)滿足各方面需求的同時(shí)，其環(huán)境污染問題也越來越嚴(yán)重。我國鋼鐵企業(yè)所排放的二氧化碳是全世界總排量的7%，更是全球鋼鐵工業(yè)二氧化碳總排量的15%。如何能夠有效降低減排壓力是鋼鐵工業(yè)必須面對的問題。我國高爐煉鐵的產(chǎn)量是全球產(chǎn)量的94%，其二氧化碳排放量更是占據(jù)了整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)制造流程的80%以上?；诖耍斜匾ㄟ^高爐煉鐵節(jié)能減排技術(shù)，從而有效緩解減排壓力。本文基于行業(yè)學(xué)者研究資料以及自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹了幾種高爐煉鐵節(jié)能減排技術(shù)。

1 優(yōu)化爐頂裝料

在整個(gè)高爐煉鐵過程中，為了確保煉鐵質(zhì)量，則需要將鐵礦石以及焦炭固體爐料持續(xù)裝進(jìn)爐頂；高爐內(nèi)部是高溫高壓冶煉的主要容器，在常溫狀態(tài)下經(jīng)過料車或者是膠帶機(jī)的提升將焦炭以及礦石運(yùn)輸?shù)綘t頂之后，然后再投入到高爐之內(nèi)。裝料罐這個(gè)裝料的過程中發(fā)揮著極為重要的作用，同時(shí)有一個(gè)泄壓放散后受料以及充壓均壓之后再進(jìn)入到高爐之內(nèi)實(shí)現(xiàn)布料的一個(gè)過程。高爐煤氣的一部分經(jīng)過泄壓放散到空中，且會(huì)持續(xù)進(jìn)入到爐頂?shù)南羝髦校劳邢舫龎m的作用再將其持續(xù)排入到大氣之中。雖然經(jīng)歷了消音除塵，但是依然含有3000kj/m3熱值的二次能源，有毒性也有含塵，意味著未能達(dá)到無害標(biāo)準(zhǔn)，既會(huì)對人類身體健康造成損害，還會(huì)污染環(huán)境。因此，必須想法辦法進(jìn)行回收。

基于高爐煉鐵裝料工藝特點(diǎn)、頂部壓力、冶煉強(qiáng)度以及裝料罐大小等等因素，在裝料過程中經(jīng)過均壓放散所排入大氣的煤氣量為10m3/t.Fe～20m3/t.Fe，僅占噸鐵煤氣量的1%，因?yàn)榛鶖?shù)比較大，所以產(chǎn)量大那么排放量就很大。從相關(guān)統(tǒng)計(jì)來看，我國高爐煉鐵的年產(chǎn)量大約為7億噸左右，那么其排放量將為100億m3，其中還含有C0（23%左右）、CO2（16%～23%）。CO被排入到大氣之后，一定程度上會(huì)被稀釋，但是依然會(huì)對人體健康造成傷害，而且比從CO2溫室氣體的情況更加嚴(yán)重。從能源消耗方面來看也非常巨大，基于相關(guān)統(tǒng)計(jì)與計(jì)算之后，得知高爐煤氣（1000m3）≈標(biāo)準(zhǔn)煤（100kg）。隨著社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域?qū)︿撹F需求量的逐步增大，隨著煉鐵量的提升已經(jīng)對環(huán)境造成了極大的破壞。現(xiàn)階段，高爐煉鐵必須要高度重視如何減排，基于此，可以通過優(yōu)化爐頂裝料的方式來做到對煤氣的回收（如圖1所示）：

圖1 爐頂裝料過程中均壓放散煤氣回收工藝

高爐煉鐵過程中，爐頂壓力通常為200kPa～300kPa，而存在于煤氣管網(wǎng)之中的煤氣大約為12kPa的壓力。那么這里就會(huì)存在著巨大的壓力差，正因?yàn)橛袎毫Σ钏阅軌驗(yàn)榛厥樟瞎薜拿簹馓峁┝顺掷m(xù)的動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)了回收的目標(biāo)，且煤氣回收率能夠達(dá)到90%；從理論上來講，如果增設(shè)一個(gè)抽負(fù)壓裝置，則可以達(dá)到100回收。因此，該工藝值得全面推廣以及應(yīng)用。

2 燒結(jié)環(huán)保技術(shù)分析

2.1 燒結(jié)煙氣

在高爐煉鐵的過程中，燒結(jié)煙氣屬于難以治理重難點(diǎn)，因?yàn)樗艢饬烤薮蟆囟缺容^低，不僅污染物比較多而且成分也很復(fù)雜。隨著環(huán)保要求的不斷提升，對于高爐煉鐵煙氣治理提出了更高的要求。歐洲很多國家對其燒結(jié)廠均提出了明確的要求，即必須有效控制CO、S03、NOX、氟化物、粉塵等等排放。現(xiàn)階段能夠有效控制燒結(jié)煙氣的技術(shù)有：

第一，移動(dòng)電極電除塵技術(shù)（MEEP）與干法除塵技術(shù)的結(jié)合。在兩者的結(jié)合之下能夠?qū)Y(jié)煙氣進(jìn)行有效額凈化。從實(shí)際情況來看，經(jīng)過凈化處理之后的燒結(jié)煙氣，其二噁英含量可以從1.9ng/m3有效降到0.4ng/m3。

第二，煙氣循環(huán)燒結(jié)技術(shù)，主要代表有EPOSINT技術(shù)。依托該技術(shù)，可以將污染物產(chǎn)生量要笑降低。該技術(shù)可以將燃料的消耗量以及煙氣生產(chǎn)量有效降低。其中有一部分煙氣經(jīng)過循環(huán)之后，其料層上部與下部所存在的溫差會(huì)逐步減少，一方面可以減少能耗，另外一方面還能夠?qū)Y(jié)礦的質(zhì)量進(jìn)行改善。應(yīng)用該技術(shù)之后，其廢棄排放量可以減少45%，且燃料的消耗量也可以減少5kg/t。

2.2 超級燒結(jié)技術(shù)

日本JFE鋼鐵公司所研發(fā)的超級燒結(jié)技術(shù)，是將天然氣從燒結(jié)機(jī)的上部向燒結(jié)材料的表面進(jìn)行持續(xù)噴吹，有利于將燃料消耗降低以及提升燒結(jié)礦的質(zhì)量。點(diǎn)火之后，向燒結(jié)材料的表面持續(xù)噴吹天然氣，能夠?qū)囟忍嵘?200℃～1400℃。

另外，因?yàn)榻狗叟c天然氣的燃點(diǎn)存在差異，用天然氣進(jìn)行噴吹，其燒結(jié)的溫度也不會(huì)過于太高；但是石灰與礦石的液進(jìn)行對比，其同化的反應(yīng)可以增大，此時(shí)能夠?qū)饪兹诤系乃俣扔行嵘饋?，并讓燒結(jié)礦的強(qiáng)度更高。在天然氣噴吹下，在短時(shí)間之內(nèi)孔徑超過5mm以上的氣孔數(shù)量會(huì)快速增多，這樣便可以對燒結(jié)材料的透氣性進(jìn)行改善。與此同時(shí)，未溶料之中會(huì)殘留很多的微孔（1μm之下），這樣便可以將燒結(jié)礦的還原性進(jìn)行改善。在使用超級燒結(jié)技術(shù)之后，日本JFE公司每一年的CO2排放量降低了6萬t以上。最近幾年高爐煉鐵過程中所應(yīng)用的超級燒結(jié)技術(shù)還有：第一，活性炭煙氣凈化技術(shù)。該技術(shù)可以綜合凈化處理多種污染物，從而將燒結(jié)過程中所排出煙氣之中的污染物濃度有效降低，其二噁英含量可以脫80%以上。第二，液密封環(huán)冷技術(shù)。該技術(shù)的主要作用是幫助燒結(jié)廠降低漏風(fēng)率，實(shí)踐之后發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)率可以從原有的35%降到5%以下，這就意味著能夠?qū)⒎蹓m外溢的現(xiàn)象有效消除，在改善工作環(huán)境以及降低污染方面均有一定的效果。第三，混合噴吹技術(shù)，即將天然氣與氧氣進(jìn)行混合噴吹。應(yīng)用該技術(shù)，天然氣濃度可以達(dá)到0.4%，而氧氣的濃度可以達(dá)到27%，并可以有效提升燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度；與此同時(shí)，還原劑用量以及氧化鈣的添加劑量均可以有效減少。

3 低碳高爐煉鐵技術(shù)分析

（1）天然氣以及煤粉噴吹的技術(shù).在高爐煉鐵過程中，北美發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)60年代已經(jīng)開始對天然氣噴吹技術(shù)進(jìn)行使用。而最近幾年，頁巖氣技術(shù)有了全面發(fā)展，所以天然氣的價(jià)格也開始逐步降低，因此使用天然氣噴吹更加符合經(jīng)濟(jì)效益。2011年后，這些國家每一年噴吹的天然氣量大約在60 kg/tHM的上下進(jìn)行浮動(dòng)。而從實(shí)踐來看，在高爐煉鐵的過程中，噴吹天然氣可以將高爐之內(nèi)被反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的條件進(jìn)行改善，這樣就可以將爐內(nèi)的熱波動(dòng)降低，一方面可以提升高鐵連路的穩(wěn)定性，另外一方面能夠確保能量可以被充分利用。

（2）超低二氧化碳排放高爐煉鐵技術(shù)?，F(xiàn)階段，一些先進(jìn)的西歐鋼鐵工業(yè)應(yīng)用了一種新型技術(shù)，即超低二氧化碳排放高爐煉鐵技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用以及后續(xù)的發(fā)展與完善，成功突破了以往的煉鐵工藝。超低二氧化碳排放高爐煉鐵技術(shù)，完成一噸鐵煉制，其二氧化碳的減排效果可以達(dá)到50%。在對超低二氧化碳排放高爐煉鐵技術(shù)進(jìn)行研究的過程中，不僅要求評估高爐煉鐵的基礎(chǔ)工藝，從而制定目標(biāo)并需要就目標(biāo)可行性進(jìn)行分析，同時(shí)還需要對其商業(yè)價(jià)值進(jìn)行評估，目前主要將ULCOS-BF、ULCORED、ULCOWIN、HISARNA這幾種技術(shù)作為突破性技術(shù)。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的逐步增強(qiáng)，作為推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要力量的鋼鐵工業(yè)也必須主動(dòng)積極在生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面下功夫，如何減排成為高爐煉鐵必須高度重視的問題。本文認(rèn)為可以從爐頂填料入手，從而實(shí)現(xiàn)對煤氣的回收以達(dá)到減排的目標(biāo)；也指出了燒結(jié)煙氣以及超級燒結(jié)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果；最后，提出了噴吹天然氣與煤粉的技術(shù)以及指出超低二氧化碳排放高爐煉鐵技術(shù)將是鋼鐵工業(yè)發(fā)展的主要趨勢，從而最大限度達(dá)到高爐煉鐵節(jié)能減排的目標(biāo)。