鋼鐵企業(yè)鐵前重點(diǎn)工序節(jié)能環(huán)保技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

劉建朋

（唐鋼國(guó)際工程技術(shù)股份有限公司，河北 唐山 063000）

在鋼鐵生產(chǎn)中，鐵前系統(tǒng)能耗占總工序能耗的73.5%，成為鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排，降本增效的重點(diǎn)[1]。筆者結(jié)合鋼鐵冶金鐵前工序的具體流程，梳理了現(xiàn)行科學(xué)合理的節(jié)能環(huán)保技術(shù)措施，為建成現(xiàn)代化、智能化、綠色化鋼鐵企業(yè)提供借鑒。

1 料場(chǎng)工序節(jié)能環(huán)保技術(shù)現(xiàn)狀

原料場(chǎng)為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)所用原料的準(zhǔn)備和存儲(chǔ)的必備工序，承擔(dān)著受卸、貯料、混勻、破碎、篩分、轉(zhuǎn)運(yùn)輸出等綜合性功能。從露天料場(chǎng)發(fā)展到封閉料場(chǎng)，一直是節(jié)能環(huán)保政策要求的重點(diǎn)對(duì)象。隨著環(huán)保政策不斷加劇、鋼鐵公司產(chǎn)能整合、搬遷，綜合料場(chǎng)技術(shù)得到迅猛發(fā)展，其中采用的主要節(jié)能環(huán)保技術(shù)有：大面積料場(chǎng)頂部架設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)、大跨度新型環(huán)保料場(chǎng)封閉技術(shù)、智能化綜合料場(chǎng)技術(shù)等。

1.1 廠房頂布置光伏發(fā)電設(shè)施

綜合原料場(chǎng)廠房面積大，如B 型、C 型、D 型料庫(kù)更適合在廠房屋頂加設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，以充分利用太陽(yáng)能，抵消原料場(chǎng)部分用電量，降低能源消耗。如，寶鋼股份在一二期礦場(chǎng)C型料庫(kù)廠房頂建設(shè)的分布式光伏發(fā)電應(yīng)用示范項(xiàng)目，經(jīng)濟(jì)效果明顯，月均發(fā)電量在14 萬(wàn)度左右，可抵消原料場(chǎng)部分用電量，降低能源消耗[2]。鹽城市聯(lián)鑫鋼鐵有限公司料場(chǎng)光伏電站項(xiàng)目于2020 年4 月已通過(guò)驗(yàn)收，建設(shè)內(nèi)容為13MWp 光伏并網(wǎng)電站系統(tǒng)，包含5個(gè)1.6MWp 子系統(tǒng)，4 個(gè)1.25MWp 子系統(tǒng)，項(xiàng)目建成后可形成年發(fā)電量為1315.56 萬(wàn)KWh 的生產(chǎn)能力，為企業(yè)節(jié)能降耗做出很大貢獻(xiàn)。

1.2 大跨度新型環(huán)保料場(chǎng)封閉技術(shù)

根據(jù)物料性質(zhì)和存儲(chǔ)要求，新型環(huán)保料場(chǎng)在相同儲(chǔ)料能力條件下，投資小、占地面積減小50%，同時(shí)可防雨、防凍，有效降低物料風(fēng)損，避免物料外泄，自動(dòng)化水平高。大跨度的環(huán)保料場(chǎng)在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好效果，總體結(jié)構(gòu)重量輕，同時(shí)可用于不同廠區(qū)地形環(huán)境，根據(jù)物料種類(lèi)的堆取形式，可建成圓形（存儲(chǔ)煤粉、精粉）、矩形（精粉、混合料）等多種平面。位于曹妃甸的首鋼京唐球團(tuán)料場(chǎng)改造封閉工程，是目前全球最大跨度的料場(chǎng)封閉項(xiàng)目，該項(xiàng)目單跨凈跨度達(dá)到245m，長(zhǎng)度650m，高63.228m，中間不設(shè)置立柱，較好利用了存儲(chǔ)空間，降低物料損失，并實(shí)現(xiàn)了智能化操作。圖1，圖2 分別為某鋼廠B 型料場(chǎng)和C型料場(chǎng)實(shí)景。

圖1 B 型存儲(chǔ)料場(chǎng)

圖2 C 型存儲(chǔ)料場(chǎng)

1.3 智能化綜合料場(chǎng)技術(shù)

目前，原料場(chǎng)自動(dòng)化水平參差不齊，大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)正在不斷探索和建設(shè)智能化綜合料場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)智能環(huán)保、無(wú)人值守一鍵式生產(chǎn)，如唐鋼新區(qū)、首鋼京唐二期等項(xiàng)目已建成應(yīng)用。

智能化料場(chǎng)是通過(guò)建立數(shù)字化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)料位檢測(cè)、物料跟蹤與掃描、設(shè)備自動(dòng)定位、物料系統(tǒng)路徑最優(yōu)規(guī)劃，提高了料場(chǎng)利用效率和設(shè)備安全可靠性，降低設(shè)備作業(yè)能耗、改善勞動(dòng)環(huán)境、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，綜合生產(chǎn)成本得到大幅降低。

2 燒結(jié)工序節(jié)能環(huán)保技術(shù)現(xiàn)狀

在鋼鐵冶煉流程中，90%二噁英，60%SO2，50%NOX和25%粉塵來(lái)自燒結(jié)工序[3]，燒結(jié)已成為環(huán)保治理的重點(diǎn)領(lǐng)域。隨著近幾年的研發(fā)與實(shí)踐，煙氣循環(huán)技術(shù)、料面噴灑熱蒸汽技術(shù)、厚料層技術(shù)、余熱利用技術(shù)等已為鋼鐵企業(yè)所應(yīng)用。

2.1 煙氣循環(huán)技術(shù)

燒結(jié)煙氣循環(huán)實(shí)現(xiàn)了能源梯階利用，降低運(yùn)行費(fèi)用，已成為燒結(jié)工序?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保的有效措施。按取氣源位置區(qū)分，有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種模式。燒結(jié)煙氣內(nèi)循環(huán)技術(shù)是利用頭、尾部分燒結(jié)大煙道煙氣，生產(chǎn)操作靈活；外循環(huán)是從主抽風(fēng)機(jī)后分流部分煙氣，管道布置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。內(nèi)循環(huán)工藝是目前主流的燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)[4]，每噸燒結(jié)礦可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約2Kg～3Kg，降低煙氣脫硫脫硝處理運(yùn)行費(fèi)約25%左右，該技術(shù)已成為部分地區(qū)強(qiáng)制推行實(shí)施的環(huán)保措施。

2.2 料面噴灑熱蒸汽技術(shù)

給燒結(jié)料面噴蒸汽，可提高空氣比熱，在同等數(shù)量的空氣加上蒸汽進(jìn)入料層便形成更強(qiáng)的熱交換能力，有助于降低燒結(jié)燃料消耗，提高料層的燃燒速度，提高燒結(jié)產(chǎn)量，降低CO 排放。在首鋼京唐燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)中[5]，平均廢氣CO 含量降幅25%，二噁英排放降幅約50%，固體燃耗降低4.4%；燒結(jié)礦增產(chǎn)2.37%，噸礦廢氣減排6.7%。該技術(shù)性?xún)r(jià)比高，已成為部分地區(qū)強(qiáng)制要求必須具備的工藝環(huán)節(jié)，節(jié)能環(huán)保效益明顯。在首鋼京唐、唐鋼新區(qū)等眾多燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行了應(yīng)用。

圖3 唐鋼新區(qū)燒結(jié)料面噴蒸汽

圖4 首鋼京唐燒結(jié)料面噴蒸汽

2.3 其他節(jié)能環(huán)保技術(shù)

（1）環(huán)保導(dǎo)料槽的應(yīng)用。傳統(tǒng)皮帶機(jī)導(dǎo)料槽存在撒料、揚(yáng)塵的問(wèn)題，已不能滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。采用新型環(huán)保導(dǎo)料槽代替?zhèn)鹘y(tǒng)皮帶機(jī)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)料槽，可降低揚(yáng)塵率、除塵器風(fēng)量，改善生產(chǎn)環(huán)境，降低生產(chǎn)成本。

（2）厚料層燒結(jié)技術(shù)。厚料層燒結(jié)通過(guò)自蓄熱作用，減少燒結(jié)料中的燃料用量，提高料層內(nèi)部的氧位，增強(qiáng)氧化性氣氛從而減少固體燃料的消耗，提高燒結(jié)礦產(chǎn)能和質(zhì)量。通過(guò)精準(zhǔn)配料、強(qiáng)化制粒、燒結(jié)料預(yù)熱以及治理漏風(fēng)等措施，大型燒結(jié)機(jī)料層厚度已達(dá)到900mm～1000mm[5]，燒結(jié)質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)能穩(wěn)步提升。

（3）余熱利用技術(shù)。燒結(jié)尾部封箱和環(huán)冷機(jī)三段熱廢氣含有大量顯熱，大部分鋼廠都進(jìn)行了不同方式的余熱回收，節(jié)能減排效益顯著。目前主要是利用燒結(jié)過(guò)程熱廢氣，建設(shè)余熱鍋爐產(chǎn)蒸汽，中壓蒸汽進(jìn)廠區(qū)外網(wǎng)送至其他用戶(hù)，低壓蒸汽給燒結(jié)車(chē)間制粒或礦槽預(yù)熱。另一種方式是進(jìn)行燒結(jié)余熱發(fā)電，提高企業(yè)自發(fā)電率、節(jié)約能源、減少?gòu)U氣外排。

3 高爐工序節(jié)能環(huán)保技術(shù)現(xiàn)狀

高爐煉鐵工序能耗占鋼鐵企業(yè)能源消耗的49.4%，各鋼鐵企業(yè)正在通過(guò)采用各種先進(jìn)技術(shù)以達(dá)到煉鐵工序節(jié)能、降耗、減排的目的，比如：降低燃料比、富氧、沖渣水余熱回收、爐頂均壓煤氣回收、噴煤、高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐等技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。本文重點(diǎn)描述降低燃料比、富氧和沖渣水余熱回收技術(shù)。

3.1 降低燃料比

煉鐵用能的78%[1]是來(lái)自焦炭和煤粉的燃燒，燃料比的高低直接影響高爐工序節(jié)能。降低燃料比主要措施有：堅(jiān)持精料方針，提高入爐礦石含鐵品位；實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫，采用空氣、煤氣雙預(yù)熱，提高爐料透氣性；根據(jù)不同爐型，合理控制冶煉強(qiáng)度等?？傊枰鶕?jù)原燃料、爐型、設(shè)備條件等綜合系統(tǒng)考慮降低燃料比措施。如，為增加入爐品位，降低能耗和污染物排放，高比例球團(tuán)礦冶煉正在被眾多鋼廠所實(shí)踐，目前國(guó)內(nèi)部分大型鋼鐵公司已可實(shí)現(xiàn)高爐入爐球團(tuán)礦比例＞50%，綜合入爐品位＞60%。但與國(guó)外還有很大差距，需要我們從爐型、設(shè)備、操作等各方面進(jìn)行摸索。

3.2 富氧技術(shù)

富氧技術(shù)是減排降耗的重要技術(shù)之一，高爐富氧率每提高1%，煤比提高20kg/t～25kg/t，高爐產(chǎn)量約增加3%。提高富氧量可以提高風(fēng)口前燃燒溫度，提高煤粉的燃燒率和噴煤量，降低焦比，節(jié)約煉鐵成本。

3.3 沖渣水余熱回收技術(shù)

高爐沖渣時(shí)大量水急劇熄滅熔渣，產(chǎn)生大量低溫?zé)崮堋＝?jīng)換熱后，采暖水供回水溫度均在60℃/50℃以上，可給鋼廠內(nèi)部需采暖車(chē)間供暖，剩余可外供進(jìn)行市政采暖，但在提高換熱效率，設(shè)備防腐方面還需做細(xì)致研究工作。目前高爐沖渣水余熱供暖以其成本低、無(wú)排放等優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用，社會(huì)效益明顯。

圖5 沖渣水換熱流程示意圖

4 冶煉工序節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展方向

對(duì)于鋼鐵企業(yè)，節(jié)能措施不是孤立存在的，從整體考慮、系統(tǒng)性節(jié)能是降低能源成本消耗，提高整體效益的重要措施。鋼鐵流程的系統(tǒng)節(jié)能[6]，主要是在提高效率的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)煤炭、焦炭、電力等資源的消耗減量化；將余熱、余壓、蒸汽、煤氣等轉(zhuǎn)化為動(dòng)力或電力，以降低外購(gòu)成本；增加能源產(chǎn)品產(chǎn)出，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出增量化，最終降低能源成本，為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。

5 結(jié)論

近幾年，國(guó)家對(duì)鋼鐵企業(yè)節(jié)能環(huán)保要求逐年提高，很多有效措施得到了廣泛推廣應(yīng)用，如環(huán)保、智能化料場(chǎng)技術(shù)，燒結(jié)煙氣循環(huán)、料面噴蒸汽技術(shù)，高爐精料、富氧、爐頂均壓放散技術(shù)等。但鋼鐵生產(chǎn)節(jié)能潛力將越來(lái)越有限，通過(guò)實(shí)施系統(tǒng)節(jié)能來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)深層次的節(jié)能環(huán)保、降本增效是未來(lái)鋼鐵企業(yè)需要重點(diǎn)研究和發(fā)展的方向。