高爐煉鐵節(jié)能減排技術(shù)分析

殷朝虎

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

新經(jīng)濟(jì)常態(tài)下，社會發(fā)展對能量的需求持續(xù)增長，然而溫室效應(yīng)及環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，人們生活質(zhì)量每況愈下。特別是近年來，鋼鐵、石油行業(yè)高速發(fā)展，造成空氣中CO2排放量不斷上漲，嚴(yán)重影響了人類的生存環(huán)境。隨著社會大眾環(huán)保意識的強(qiáng)化，深刻意識到愛護(hù)環(huán)境的必要性。同時，工業(yè)高速發(fā)展，對能源的消耗量持續(xù)增長，再加上我國能源短缺形式的嚴(yán)峻，政府提倡節(jié)能減排，并對各個領(lǐng)域提出了具體的、嚴(yán)格的減排任務(wù)，成效顯著。另外，因社會大眾環(huán)保意識的強(qiáng)化，使用節(jié)能、綠色的材料代替污染嚴(yán)重的材料已經(jīng)是大勢所趨。特別是近年來，鋼鐵行業(yè)規(guī)?；厔菝黠@，污染問題日益嚴(yán)重，深刻影響了社會大眾的生活質(zhì)量。所以，鋼鐵行業(yè)應(yīng)積極引用高爐煉鐵節(jié)能減排技術(shù)，有效保護(hù)環(huán)境。

1 優(yōu)化爐頂裝料

高爐生產(chǎn)環(huán)節(jié)，礦石與焦炭需裝入爐頂[1]。高爐是一種高壓、高溫冶煉的容器，處于常壓、常溫狀態(tài)下的礦石、焦炭由料車或膠帶機(jī)運(yùn)輸?shù)礁郀t中。在這一過程中，裝料罐中有一個泄壓放散后受料，泄壓放散后受料向爐內(nèi)布料。泄壓放散到空氣中的是高爐煤氣，這些煤氣經(jīng)過爐頂消音器消音除塵處理后排入大氣中，其中包含了灰塵、毒性及3000 kJ/m3熱值的二次能源。以高爐煉鐵裝料工藝特點(diǎn)、裝料罐大小、冶煉強(qiáng)度、頂部壓力等因素為基礎(chǔ)，在裝料時，通過均壓放散向大氣排放的煤氣量為10m3/ t.Fe～20m3/t.Fe ，在鐵煤氣總量中，其占比很小，僅有1%，所以具有很大的基數(shù)，由此可知，產(chǎn)量和排放量成正比，前者越大，后者也就越高。立足于相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計可知，我國高爐煉鐵的年產(chǎn)量在七億噸左右，其排放量為一百億立方米，其中還有16%～23%的二氧化碳、約23#的氧氣。氧氣排出之后，其濃厚會稀釋一些，但仍會傷害人體健康。此外，其能源消耗量極大，以相關(guān)統(tǒng)計和計算為基礎(chǔ)，可以了解到高爐煤氣（1000立方米）≈標(biāo)準(zhǔn)煤（100千克）。新形勢下，鋼鐵成為各領(lǐng)域需求量較大的一種物品，在此形勢下煉鐵量不斷提高，其在一定程度上嚴(yán)重破壞了環(huán)境。對于這一情況，某鋼鐵企業(yè)研發(fā)了一個處理回收設(shè)備及工藝（見圖1），6個月為投資回收期。這一處理方式分為燃燒排放方式、回收進(jìn)企業(yè)管網(wǎng)方式，為企業(yè)創(chuàng)造了新的能源。

圖1 高爐裝料均壓放散過程的煤氣回收裝置

煤氣管網(wǎng)中煤氣的壓力有10 kPa，高爐稱料罐內(nèi)煤氣放不凈，也可設(shè)定下料罐與大氣之間某一低壓差條件下開上料閥受料（或再開一次原有均壓放散閥)，此時煤氣回收率可達(dá)95%左右。若開發(fā)一個抽負(fù)壓裝置則可100%回收。此外，從裝料均壓放散煤氣回收時間程序上是可滿足要求的[2]。

2 燒結(jié)環(huán)保技術(shù)

高爐煉鐵中，燒結(jié)煙氣是環(huán)境污染治療的關(guān)鍵點(diǎn)，由于排放量大、溫度偏低，且成分復(fù)雜。目前，政府對環(huán)境保護(hù)提出了更為嚴(yán)格的要求，特別注重高爐煉鐵煙氣的治療。目前，燒結(jié)環(huán)保技術(shù)主要為以下幾種。

2.1 燒結(jié)煙氣

首先，有機(jī)結(jié)合移動電極電除塵技術(shù)（MEEP）和干法除塵技術(shù)[3]。在此基礎(chǔ)上可以有效凈化燒結(jié)煙氣。立足于實(shí)際情況可以看出，燒結(jié)煙氣通過凈化處理后，可以有效降低其二噁英含量。其次，煙氣循環(huán)燒結(jié)技術(shù)，其中EPOSINT技術(shù)是其主要象征。借助這一技術(shù)，可以有效降低污染物產(chǎn)生量。這一技術(shù)可以顯著減少煙氣生產(chǎn)量以及燃料的消耗量。其中一些煙氣通過循環(huán)后，會慢慢減少其料層上下部之間的溫度差，不僅可以使能耗得到有效降低，同時還可以顯著改善燒結(jié)礦的質(zhì)量。運(yùn)用這一技術(shù)后，所減少的廢棄排放量在五成左右，同時每噸燃料也能減少5千克的消耗量。

2.2 超級燒結(jié)技術(shù)

超級燒結(jié)技術(shù)的研發(fā)方為日本JFE鋼鐵公司，其是遭燒結(jié)機(jī)的上部不斷向燒結(jié)材料的表面噴吹天然氣，這對降低燃料消耗和燒結(jié)礦質(zhì)量的提高幫助很大。點(diǎn)燃火后，不斷向燒結(jié)材料的表面噴吹天然氣，可以把溫度提高到1200攝氏度以上，但不超過1400攝氏度。此外，由于焦粉和天然氣的燃點(diǎn)有所不同，借助天然氣展開噴吹，其燒結(jié)的溫度也不會過高；但比較石灰和礦石的液，可以顯著增大其同化的反應(yīng)，這時候可以有效提高氣孔融合的速度，同時不斷加大燒結(jié)礦的強(qiáng)度。如此便能有效改善燒結(jié)材料的透氣性。同時，沒有溶解的料中會有很多微孔留下，如此便能有效改善燒結(jié)礦的還原性。在運(yùn)用超級燒結(jié)技術(shù)后，日本JFE公司每年的二氧化碳排放量所降低的數(shù)量超過六萬噸。近些年，在高爐煉鐵中主要還會運(yùn)用下述幾種超級燒結(jié)技術(shù)：首先，活性炭煙氣凈化技術(shù)。此技術(shù)可以對多種污染物進(jìn)行綜合凈化處理，從而有效降低燒結(jié)中所排煙氣中的污染物濃度。其次，液密封環(huán)冷技術(shù)。其主要目的是給予燒結(jié)廠幫助，將漏風(fēng)率有效降低，通過實(shí)踐證實(shí)，其漏風(fēng)率不會超過百分之五，這便代表了可以此技術(shù)可以有效消除粉塵外溢，在污染降低和工作環(huán)境的改善上效果十分顯著。最后，混合噴吹技術(shù)，也就是混合噴吹氧氣和天然氣。運(yùn)用此技術(shù)，可以有效提高天然氣濃度，同時促進(jìn)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度顯著加大，同時，能減少氧化鈣的添加劑量以及還原劑用量。

3 新型旋風(fēng)除塵器

針對高爐半凈煤氣、粗煤氣的處理，如果采取重力除塵 +干法凈化除塵或重力除塵 + 濕法除塵聯(lián)合處理方式，在處理過程中需投入大量的成本，且維護(hù)費(fèi)用較高，無法調(diào)節(jié)，大量耐磨塊掉落其中，久而久之堵塞了卸灰系統(tǒng)。對此，有的鋼鐵企業(yè)積極改造高爐，引入濕法除塵方法，購買了肖夫塔設(shè)備。然而，這一方法重力除塵效率低，比肖夫旋流塔被嚴(yán)重?fù)p傷。在后續(xù)改造中，企業(yè)嘗試采用旋風(fēng)除塵+干法除塵（或者重力除塵 +旋風(fēng)除塵 + 干法除塵），采取旋風(fēng)除塵器，在濕法上選用代維鐘水凈化設(shè)備，除塵率更高。

4 高爐干法除塵的防腐技術(shù)

高爐煤氣采取干法除塵凈化方式，可節(jié)省水資源、提高風(fēng)溫，避免嚴(yán)重污染。據(jù)調(diào)查得知，采用這一技術(shù)可節(jié)約噸鐵成本12—15元/t，然而管道卻被嚴(yán)重腐蝕[4]。這主要是由于高爐煤氣中含有大量的Cl—、SO2—及水蒸氣，融合后便會產(chǎn)生大量鹽酸和次硫酸，腐蝕鋼管道，特別是進(jìn)口礦量持續(xù)增長，Cl—含量更高，環(huán)境污染更嚴(yán)重。建議可采取如下技術(shù)：

①可使用煤氣布袋除塵出口處霧化噴灑石灰水，促使其成為CaCl和CaS03（在水中沉淀)，后端增設(shè)旋流脫水裝置，循環(huán)使用水資源，構(gòu)建小型沉淀池，當(dāng)固體物沉淀后進(jìn)行回收，有效避免煤氣管網(wǎng)被腐蝕的現(xiàn)象出現(xiàn)。

②重力除塵器或旋風(fēng)除塵器出口至布袋除塵器人口的半凈煤氣管道上噴涂50 mm的耐材，防止點(diǎn)蝕。

5 高爐煉鐵的智能化與可視化工藝

5.1 高爐模擬與可視化的控制工藝

當(dāng)前，高爐模擬最重要的是立足于離散元措施（DEM）和計算流體力學(xué)（CFD）[5]。離散元措施（DEM）是評價非連續(xù)相的行為，計算流體力學(xué)（CFD）是在描述連續(xù)相的行為中運(yùn)用，以離散元措施為參考，科學(xué)合理地藐視非連續(xù)相的行為，還有近些年的建模措施的不斷完善以及計算能力的增強(qiáng)，此高爐模型最新的研究成果呈現(xiàn)出有機(jī)結(jié)合兩類建模措施構(gòu)建而成的CFDDEM模型。在CFD-DEM措施上，運(yùn)用CFD措施預(yù)先估計流體部分，運(yùn)用DEM措施求解顆粒部分，融合兩者就可以有效解決流體和固體兩相流動數(shù)值[6]。充分了解高爐的內(nèi)部現(xiàn)象有利于確保高爐運(yùn)行更加穩(wěn)定。三維 VENUS體系能清楚、全面呈現(xiàn)出料層構(gòu)造變動和高爐爐身的壓力波動，如此便能給予高爐工作有效指導(dǎo)，有效降低燃料比，確保運(yùn)行穩(wěn)定性。

5.2 高爐智能化與自動化工藝

高爐是一種逆流密閉的反應(yīng)裝置，上升煤氣和下降爐料之間展開繁瑣、復(fù)雜的傳熱、傳質(zhì)、動量的傳輸，還有碳素溶損和還原反應(yīng)等方面，這對高爐生產(chǎn)和順利運(yùn)行發(fā)揮著決定性作用。高爐的操作人員通過爐內(nèi)煤氣、溫度、壓力組成和流量等波動情況判斷爐礦。為了把爐內(nèi)的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)掌握到，同時展開深入剖析，在檢測爐內(nèi)現(xiàn)象中高爐的可視化控制工藝這種方式效果最為顯著。此工藝關(guān)鍵囊括了激光在線料面形狀的探測工藝、熱流強(qiáng)度的監(jiān)測工藝、爐頂攝像工藝、高爐風(fēng)口的紅外攝像與圖像處理工藝。

6 結(jié)語

總之，目前環(huán)保壓力持續(xù)增長，高爐煉鐵節(jié)能減排技術(shù)備受關(guān)注，滿足了鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需求[7]。目前，各個國家與地區(qū)正在積極研發(fā)節(jié)能減排新技術(shù)，進(jìn)一步提高爐煉鐵效率。在這一形勢下，我們應(yīng)高度重視，積極創(chuàng)新與研發(fā)新工藝，提高高爐煉鐵的智能化水平，確保鋼鐵行業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。