高爐煉鐵節(jié)能減排技術(shù)的改進(jìn)研究

覃安棟

（湘潭鋼鐵集團(tuán)有限公司 煉鐵廠，湖南 湘潭 411100）

近年來，世界范圍內(nèi)的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，其中二氧化碳減排問題最為突出。結(jié)合我國國情，提出了高爐煉鐵節(jié)能減排技術(shù)的改進(jìn)措施，并將節(jié)能減排新技術(shù)應(yīng)用于高爐煉鐵發(fā)展。簡述和分析了高爐煉鐵過程中的節(jié)能減排技術(shù)[1]。鋼鐵行業(yè)的節(jié)能減排主要集中在煉鐵工序，鑒于高爐碳還原還原還原的基本特點(diǎn)，降低燃料比（碳消耗）是目前煉鐵工人的主要目標(biāo)。改善或解決煉鐵高能耗、高排放的問題，可以從兩個(gè)方面著手：一是在短期內(nèi)提高高爐燃料利用率，特別是改善煤和焦炭資源短缺的狀況。目前，國際上對煉鐵的基本物理化學(xué)性質(zhì)和煉鐵反應(yīng)行為已有深入研究，大力發(fā)展清潔能源，調(diào)整煉鐵高爐能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排要求。

1 高爐煉鐵技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類生存環(huán)境面臨著溫室效應(yīng)、環(huán)境污染等日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。我國目前迫切需要提高環(huán)境質(zhì)量，減少環(huán)境污染。但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與進(jìn)步，人們對鋼鐵、石油等產(chǎn)品的需求，導(dǎo)致大氣中二氧化碳排放量的增加，甚至超過地球本身的循環(huán)水平，給人類的生存環(huán)境造成了極大的壓力。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的提高，綠色能源領(lǐng)域逐漸興起。用環(huán)保材料代替污染材料，促進(jìn)科技創(chuàng)新。鋼鐵工業(yè)要持續(xù)有效地發(fā)展和進(jìn)步，就必須不斷地更新技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)低耗。高爐煉鐵行業(yè)進(jìn)行有效、合理的改革，不能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，損失巨大[2]。目前，我國有關(guān)部門正在采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，爭取更多合適的資源，積極尋找更適合國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和減少環(huán)境污染的產(chǎn)品，使其與國家政策協(xié)調(diào)一致，從而大幅降低二氧化碳排放量。

目前，我國鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過程排放的二氧化碳占全球總排放量的7%，占全球工業(yè)總排放量的15%。因此，目前鋼鐵業(yè)面臨著巨大的減排壓力。據(jù)調(diào)查，世界鐵礦石產(chǎn)量的94%來源于高爐煉鐵。目前高爐煉鐵CO2排放和能耗占整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)過程80%以上，與此同時(shí)，我國相關(guān)行業(yè)要積極創(chuàng)新，加快技術(shù)進(jìn)步，盡快實(shí)現(xiàn)低污染、低消耗的目標(biāo)，提高相應(yīng)的鋼鐵工業(yè)在世界經(jīng)濟(jì)中的地位，保持鋼鐵工業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，為國民經(jīng)濟(jì)提供持續(xù)有效的動力。冶煉強(qiáng)度不符合現(xiàn)行要求。長期以來，我國高爐只注重熔化強(qiáng)度而忽視燃料比。另外，高爐煉鐵設(shè)備還存在著能源需求大、可持續(xù)利用率低和產(chǎn)生大量污染氣體等問題[3]。金屬熔煉裝置大型化是設(shè)備和工藝發(fā)展的必然趨勢，大型熔煉爐能實(shí)現(xiàn)高效操作，大大減少廢氣排放量，推動鋼鐵工業(yè)向前發(fā)展。從成本負(fù)擔(dān)方面來說，盡管大型化爐型會在短期內(nèi)加重公司的成本負(fù)擔(dān)，但從污染氣體排放成本的角度來考慮，將從長期來看是有益的，因此在金屬熔煉爐型上實(shí)施改進(jìn)，必將對公司的發(fā)展進(jìn)步起到關(guān)鍵的推動作用。在高爐強(qiáng)化過程中，影響強(qiáng)化效果的主要因素是上升氣流和下降爐料之間的矛盾，“中”或“適當(dāng)”熔煉強(qiáng)度是指控制爐氣流動速度，這一點(diǎn)，一般的氣體力學(xué)知識都能理解，上升氣流速度越大，爐料下降阻力越大。盡管“中度”或“適當(dāng)”熔煉強(qiáng)度這個(gè)概念是正確的，但它最大的缺點(diǎn)是不能定量地確定其合適值。為適應(yīng)政策要求的變化，必須及時(shí)對設(shè)備進(jìn)行更新，這有利于企業(yè)的發(fā)展和改革，更好的認(rèn)識高爐煉鐵的概念，才能有效推進(jìn)節(jié)能減排。

2 高爐煉鐵節(jié)能減排技術(shù)改進(jìn)

針對高爐內(nèi)部反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過程，其能耗、成本、CO2排放等指標(biāo)僅與高爐煉鐵過程中的物質(zhì)和能量的輸入、輸出有關(guān)，把高爐看作黑箱模型，只考慮物質(zhì)和能量的輸入、輸出變化對上述三個(gè)指標(biāo)的影響，當(dāng)只考慮其中一個(gè)指標(biāo)時(shí)，如能耗或成本變化，對爐煉鐵節(jié)能減排單目標(biāo)和多目標(biāo)綜合優(yōu)化進(jìn)行了分析，并提出了究高爐強(qiáng)化指標(biāo)，并對已提出的解決辦法和指標(biāo)進(jìn)行評估。從基本理論上說明高爐強(qiáng)化限度問題，從實(shí)際出發(fā)，解決合理取值問題[4]。在進(jìn)行高爐煉鐵節(jié)能減排技術(shù)改進(jìn)的過程中，需要研究調(diào)整規(guī)范中最大爐腹煤氣量、面積利用系數(shù)等內(nèi)容，并進(jìn)一步研究各級高爐最大爐腹煤氣量指數(shù)的合理取值。

通過對高爐鼓風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)爐等送風(fēng)系統(tǒng)以及煤氣凈化和TRT系統(tǒng)的使用，避免設(shè)備產(chǎn)能過剩，造成了設(shè)備產(chǎn)能過剩積壓和浪費(fèi)的現(xiàn)象，通過對鋼鐵生產(chǎn)過程中碳素流動的運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行分析，鋼鐵生產(chǎn)過程中碳素流動的主要來源是燃料、熔劑和含鐵原料，其中碳素的輸出包括含碳產(chǎn)品和含碳副產(chǎn)品，在未進(jìn)行處理的情況下，原料與空氣中的氧接觸，會發(fā)生氧化反應(yīng)，增加材料中的夾雜和宏觀夾雜，容易產(chǎn)生脆性斷裂，降低鋼材質(zhì)量。當(dāng)前高爐煉鐵技術(shù)最基本的脫氧方法有兩種：沉淀法和擴(kuò)散法。采用沉淀法對其進(jìn)行脫氧處理，實(shí)現(xiàn)快速，便宜的處理目標(biāo)，并進(jìn)一步將與氧親和力較強(qiáng)的元素直接倒入原料中，用其將氧原子帶出鐵水形成上浮，然后排除，基于此對高爐煉鐵節(jié)能減排技術(shù)流程如下。

圖1 高爐煉鐵節(jié)能減排工藝流程

基于上述高爐煉鐵節(jié)能減排工藝流程，進(jìn)行優(yōu)化，需要考慮到高爐煉鐵燃燒煙氣溫度低，排放量大，污染物種類多，組成復(fù)雜等問題，也是鋼鐵行業(yè)煙氣治理的難點(diǎn)和重點(diǎn)。因此乤對燒結(jié)廠嚴(yán)格控制污染物的排放，如粉塵、氯、氟、氮氧化物、SO3、CO2等進(jìn)行有效控制。結(jié)合移動電極電除塵和干式除塵技術(shù)對燒結(jié)煙氣進(jìn)行凈化，保證煙氣中的二惡英含量將會從原來的1.9ng/m3降低到0.4ng/m3。燒結(jié)廠采用煙氣循環(huán)燒結(jié)技術(shù)，有效降低污染物排放[5]。排煙循環(huán)技術(shù)主要可以降低油耗和煙耗。通過部分煙氣循環(huán)，料層上、下溫差減小，有利于改善燒結(jié)廠的燒結(jié)礦質(zhì)量，降低能耗。采用EPOSINT技術(shù)，可以將燒結(jié)廠的廢物排放量減少45%，同時(shí)還可以將燃料消耗降低5kg/t。

在鐵液出水前進(jìn)行預(yù)脫氧處理時(shí)，需要減少后續(xù)脫氧的難度，根據(jù)潔凈鋼品種、潔凈度等調(diào)整加堿濃度；加熱過程采用強(qiáng)電磁攪拌，除氣過程攪拌，提高除氣效果。為確保金屬冶煉過程中節(jié)能環(huán)保，需對一些比較落后的設(shè)備進(jìn)行更新改造，使之符合環(huán)保要求，改造后的設(shè)備具有新型，規(guī)模大，可持續(xù)發(fā)展，從而達(dá)到減少污染和排放的目的。從現(xiàn)有數(shù)據(jù)來看，大型金屬熔煉設(shè)備的效率比傳統(tǒng)的小熔爐高得多，而且可以大幅度降低二氧化碳排放。

3 高爐煉鐵節(jié)能減排技術(shù)的改進(jìn)效果檢驗(yàn)

為驗(yàn)證本文所研究的測試方法的可靠性，將傳統(tǒng)的測試方法與數(shù)據(jù)分析技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行了一系列精度對比試驗(yàn)。先選100g熔煉金屬后的半成品，每件10g，平均分成10份。本文提出了兩種試驗(yàn)方法，在保證試驗(yàn)環(huán)境不變的情況下，對10個(gè)半成品進(jìn)行試驗(yàn)。通過對試驗(yàn)結(jié)果的分析，計(jì)算出各半成品熔融后污染物的含量，完成污染物的準(zhǔn)確檢測。在圖中可以看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖2 實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果

不同檢驗(yàn)方法對氣體污染物含量的檢驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的高爐煉鐵節(jié)能減排技術(shù)的改進(jìn)效果污染物含量想對于傳統(tǒng)方法而言明顯更低，由此證實(shí)，本文方法指導(dǎo)下，高爐煉鐵節(jié)能艦炮效果相對更佳。研究證實(shí)，本文提出的高爐煉鐵節(jié)能減排技術(shù)的改進(jìn)方法方法具有可行性。

4 結(jié)語

當(dāng)前，我國鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用和鋼鐵產(chǎn)量都在逐步增加，并在世界上處于領(lǐng)先地位，但我國鋼鐵行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步也給環(huán)境造成了很大的污染問題。在鋼鐵生產(chǎn)過程中，也會產(chǎn)生大量工業(yè)廢氣、廢渣和廢水，這些是中國主要的污染源。從根本上說，中國對降低能源消費(fèi)、控制污染、控制能源消費(fèi)總量有著明確的要求，把減少環(huán)境污染作為國家發(fā)展戰(zhàn)略的根本。但形勢并不樂觀，目前中國在鋼鐵生產(chǎn)上的消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了預(yù)期的環(huán)境污染目標(biāo)，因此，如何有效降低能耗，使其對環(huán)境污染程度的減弱是當(dāng)前首先要考慮的問題。在當(dāng)前產(chǎn)能過剩的環(huán)境背景下，節(jié)能減排成為主旋律，不再需要單純的增產(chǎn)，因此必須改變生產(chǎn)方式和生產(chǎn)模式。因此高爐煉鐵生產(chǎn)應(yīng)從追求高產(chǎn)到節(jié)能減排，從粗放生產(chǎn)到精制、精制生產(chǎn)，必須切實(shí)地解決鋼鐵生產(chǎn)、能耗、污染等方面的問題，使鋼鐵工業(yè)能夠在更大程度上促進(jìn)中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。