高爐煉鐵工藝節(jié)能減排技術(shù)探析

崔龍 張夢(mèng)穎

【摘要】本文闡述了高爐煉鐵工藝節(jié)能減排的意義，而后分析了高爐煉鐵工藝節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，最后對(duì)高爐煉鐵工藝節(jié)能減排技術(shù)展開研究。

【關(guān)鍵詞】煉鐵工藝；節(jié)能減排；環(huán)境保護(hù)

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.02.050

Discussion on Energy Saving and Emission Reduction Technology of Blast Furnace Ironmaking Process

CUI Long1，ZHANG Mengying2

（1.Benxi Iron and Steel Group Beiying Company General Ironmaking Plant，Benxi 117000，China；2.Shenyang Institute of Technology，Shenyang 113122，China）

Abstract：This paper expounds the significance of energy-saving and emission reduction in blast furnace ironmaking process，analyzes the development status of energy-saving and emission reduction technology in blast furnace ironmaking process，and finally studies the energy-saving and emission reduction technology in blast furnace ironmaking process.

Key words：ironmaking process；energy saving and emission reduction；environmental protection

工業(yè)領(lǐng)域的高速發(fā)展，全球污染嚴(yán)重，我國(guó)政府認(rèn)識(shí)到環(huán)境污染的嚴(yán)重性，著手整治環(huán)境污染問(wèn)題，而在現(xiàn)今能源緊張的局面下，節(jié)能減排的一系列政策實(shí)行，鋼鐵行業(yè)整治是重點(diǎn)方面之一，為降低能源消耗，減少污染的排放，我國(guó)鋼鐵企業(yè)需積極應(yīng)用、開發(fā)節(jié)能減排技術(shù)。

1高爐煉鐵工藝節(jié)能減排的意義

改革開放后，市場(chǎng)需求為鋼鐵行業(yè)提供了推動(dòng)力，國(guó)家在資源、政策方面向鋼鐵行業(yè)傾斜，著力提高鋼鐵產(chǎn)量，鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)的不斷更新也是促進(jìn)其發(fā)展的作用力之一。這些因素共同推動(dòng)了我國(guó)鋼鐵行業(yè)的進(jìn)步，但同時(shí)由于發(fā)展過(guò)快也存在著無(wú)暇顧及之處，成為現(xiàn)階段鋼鐵生產(chǎn)中的缺陷。

目前主要問(wèn)題可分為兩個(gè)方面，即能源消耗問(wèn)題與環(huán)境污染問(wèn)題。1）能源消耗問(wèn)題：焦炭是鋼鐵生產(chǎn)中消耗量最大的能源，它始終是鋼鐵企業(yè)最關(guān)注的煉鐵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，近些年在時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)的促使下，不斷有高爐噴吹煤粉等技術(shù)出現(xiàn)，但是這些技術(shù)的燃料占比并未有明顯改善，企業(yè)的燒結(jié)礦及焦炭的使用量，依然是鋼鐵生產(chǎn)中消耗最多的能源。2）環(huán)境污染問(wèn)題：煉鐵污染主要是二氧化氮、硫化物等污染物質(zhì)排放，現(xiàn)在鋼鐵技術(shù)的不斷更新使污染問(wèn)題得到小幅度的改善，但鋼鐵屬于高污染產(chǎn)業(yè)，小幅度改善未能明顯降低環(huán)境污染程度[1]。

2高爐煉鐵工藝節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)過(guò)于分散

各省級(jí)部門都在積極對(duì)轄下鋼鐵行業(yè)展開整治措施，但由于鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的分布過(guò)于分散，集中管理、集中控制等策略無(wú)法有效實(shí)施，這也就導(dǎo)致我國(guó)政府對(duì)鋼鐵企業(yè)的環(huán)境污染問(wèn)題、能源高消耗問(wèn)題的干預(yù)程度較低。因此，雖然我國(guó)政府加強(qiáng)了對(duì)鋼鐵生產(chǎn)的節(jié)能減排控制力度，但因存在的各種因素導(dǎo)致節(jié)能減排無(wú)法落到實(shí)處[2]。

2.2節(jié)能技術(shù)待優(yōu)化

高爐是高溫高壓的冶煉容器，在整個(gè)高爐煉鐵過(guò)程中需要不斷地投入各種原材料，以確保鋼鐵生產(chǎn)量，例如我國(guó)鋼鐵行業(yè)每生產(chǎn)一噸鋼鐵便會(huì)消耗五百千克的標(biāo)準(zhǔn)煤。故而在能源緊張的現(xiàn)今，節(jié)能減排是鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)需要解決的主要問(wèn)題，但由于能源供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，存在著物流周轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)、生產(chǎn)組織困難等問(wèn)題，使得鋼鐵生產(chǎn)物料、各能源的消耗量大，而鋼鐵生產(chǎn)匯總的燒結(jié)余熱、蒸汽回收等二次能源的回收利用水平有待提高。為有效開展環(huán)保與節(jié)能工作，部分的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)大量增設(shè)相關(guān)設(shè)備，并積極采用先進(jìn)的節(jié)能減排技術(shù)，但因企業(yè)整體的技術(shù)、設(shè)備、管理等方面存在不和諧之處，使得節(jié)能減排技術(shù)無(wú)法發(fā)揮實(shí)際價(jià)值，進(jìn)而導(dǎo)致高爐煉鐵節(jié)能減排進(jìn)度低下[3]。

3高爐煉鐵工藝節(jié)能減排技術(shù)研究

3.1爐頂裝料過(guò)程中均壓放散煤氣回收技術(shù)

高爐是高溫高壓冶煉容器，在整個(gè)煉鐵過(guò)程中，需要持續(xù)添加原礦、煤炭等進(jìn)去。一般情況下，加入過(guò)程是在常溫常壓下進(jìn)行，通過(guò)傳料膠帶機(jī)運(yùn)輸至爐頂添加可燃物。在加入爐內(nèi)環(huán)節(jié)中，裝料罐會(huì)有泄壓過(guò)程，裝料進(jìn)入后再進(jìn)行沖壓，將原料裝入爐內(nèi)。泄壓時(shí)會(huì)有部分的爐內(nèi)氣體散入空氣中，擴(kuò)散出來(lái)的氣體中含有大量粉塵、有害物質(zhì)，直接排放會(huì)造成較大的污染，并且其中還含有可觀的熱量，未對(duì)其進(jìn)行收集利用造成了能源浪費(fèi)。為對(duì)能源進(jìn)行回收與利用，降低對(duì)環(huán)境的污染，需利用處理回收技術(shù)及設(shè)備，爐頂裝料過(guò)程中均壓放散煤氣回收技術(shù)，可在一定程度上降低污染排放，并提高能源的利用率。具體實(shí)行是在煤氣管網(wǎng)中安裝抽負(fù)壓設(shè)備，包括灰塵清除設(shè)備、煤氣除塵設(shè)備，此系統(tǒng)連接高爐上增加的下罐、上罐裝置，通過(guò)兩次均壓，實(shí)現(xiàn)靜音除塵。整個(gè)均壓過(guò)程可以將排放的煤氣及熱能全部回收，而回收效率也可滿足實(shí)際要求。

3.2加壓熱風(fēng)高爐煙道廢氣回收技術(shù)

高爐煙道廢氣的回收，可作為高爐噴吹煤粉的惰性氣體應(yīng)用，構(gòu)建能源循環(huán)系統(tǒng)。該項(xiàng)技術(shù)與鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)共同發(fā)展，在現(xiàn)階段應(yīng)用已相對(duì)成熟。具體應(yīng)用是在熱風(fēng)高爐產(chǎn)生廢氣進(jìn)入煙道后，進(jìn)行煙道內(nèi)的氣體回收，將回收的廢氣通過(guò)凈化后輸進(jìn)壓縮機(jī)。使用壓縮機(jī)是為了對(duì)煙氣增加，壓縮氣體。氣體壓縮完成后存入指定儲(chǔ)氣罐中，再通過(guò)集中輸出，便可實(shí)現(xiàn)煤粉噴吹，從而達(dá)到廢氣回收及利用的節(jié)能減排目的[4]。

3.3新型旋風(fēng)除塵器

在進(jìn)行煤塵清除作業(yè)時(shí)，使用的技術(shù)滯后，通常使用重力除塵、干法除塵等，除去這些除塵技術(shù)的效率不提，單純養(yǎng)護(hù)設(shè)備所消耗的資金就是一筆大支出，不適合時(shí)代發(fā)展的特點(diǎn)，并且設(shè)備在使用中易出現(xiàn)故障，增加了維修支出。有部分的鋼鐵企業(yè)在鋼鐵生產(chǎn)中，使用肖夫塔設(shè)備，從濕法除塵角度入手對(duì)煤塵等有害物質(zhì)進(jìn)行處理，但肖夫塔設(shè)備需要高額的資金維護(hù)，這對(duì)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展造成阻礙。為解決高爐鋼鐵生產(chǎn)中的煤塵處理工作，誕生了旋風(fēng)除塵技術(shù)，此技術(shù)通過(guò)旋風(fēng)除塵器、代維鐘水凈化設(shè)備進(jìn)行除塵作業(yè)。與以往慣用的幾種除塵技術(shù)相比，大幅降低了維護(hù)設(shè)備所消耗的資金，并且效率有一定的提高[5]。

3.4超級(jí)燒結(jié)技術(shù)

此技術(shù)由日本某鋼鐵公司所研發(fā)，通過(guò)從燒結(jié)機(jī)的上部向燒結(jié)材料表面噴吹天然氣，達(dá)到降低燃料消耗量的效果，可大幅提高燒結(jié)礦質(zhì)量。在燒結(jié)點(diǎn)火后，向燒結(jié)表面噴吹天然氣，可將燒結(jié)溫度提升至1300℃左右，天然氣、焦粉兩者的燃點(diǎn)不同，因此噴吹天然氣不會(huì)過(guò)度拉高燒結(jié)溫度，但石灰與礦石液相比、同化反應(yīng)卻能夠增加，加速氣孔的融合效率，燒結(jié)礦強(qiáng)度由此提高。噴吹天然氣后，會(huì)有大量的大于5 mm氣孔出現(xiàn)，優(yōu)化燒結(jié)材料層的透氣性。而未熔料中殘存有許多小于1μm的孔洞，燒結(jié)礦的還原性有保障。另外據(jù)實(shí)際資料統(tǒng)計(jì)，某鋼鐵公司在應(yīng)用此技術(shù)后，每年約能減少CO2排放6萬(wàn)噸以上。

在節(jié)能減排的號(hào)召下，各大燒結(jié)廠應(yīng)用的超級(jí)燒結(jié)技術(shù)有：1）燒結(jié)料表層噴吹煤氣，提高燒結(jié)礦質(zhì)量，可減少物質(zhì)能源的消耗，在經(jīng)過(guò)測(cè)算后，數(shù)據(jù)表明燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、粒度都有增加，燒結(jié)礦還原性可觀，CO2排放顯著減少，物質(zhì)能源消耗大幅降低。2）混合氧氣、天然氣進(jìn)行噴吹，有燒結(jié)廠進(jìn)行測(cè)試，在應(yīng)用混合噴吹后，氧氣濃度從21%浮動(dòng)至27%，天然氣濃度達(dá)0.4%。在實(shí)際應(yīng)用中，混合噴吹可顯著提高燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度，降低氧化鈣、還原劑等的使用量。3）活性炭煙氣凈化技術(shù)，此技術(shù)的應(yīng)用，可將多種有害物質(zhì)進(jìn)行凈化處理，可大幅降低燒結(jié)作業(yè)中所產(chǎn)生的污染物，通過(guò)實(shí)際測(cè)試，此技術(shù)應(yīng)用后，排放煙氣中的有害物質(zhì)含量能夠降低80%以上。4）液密封環(huán)冷機(jī)技術(shù)，此技術(shù)可將燒結(jié)廠漏風(fēng)率降低約30%，可治理煤塵等有害物質(zhì)的外溢問(wèn)題，優(yōu)化燒結(jié)廠的作業(yè)環(huán)境[6]。

3.5采用新型煤氣壓力調(diào)節(jié)閥

高爐煉鐵在高壓高溫環(huán)境下作業(yè)，這要求高爐有較高的質(zhì)量，特別是高爐凈煤氣出口處的旁通閥組，通常需要一根煤氣總管與閥門并聯(lián)安裝，而不同的閥門通徑對(duì)高爐頂壓的要求也有不同。此外，在安裝此裝置后，閥門需要一套運(yùn)行裝置來(lái)輔助運(yùn)行，也就是電動(dòng)、氣體、液體傳動(dòng)裝置，若沒有此裝置提供輔助，會(huì)導(dǎo)致閥門的反應(yīng)速度受影響。若采取以往的連接方式，高壓閥組中常通管將制約TRT出力。故而為優(yōu)化這一情況，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，國(guó)內(nèi)部分的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)從閥門組入手進(jìn)行改造，研發(fā)出新的調(diào)壓閥，利用鐘形閥、液壓驅(qū)動(dòng)構(gòu)成，新的調(diào)壓閥使閥門調(diào)節(jié)高爐爐頂壓力的范圍控制在1 kPa以內(nèi)，相較于以往的5 kPa大幅降低。其節(jié)能效果明顯，設(shè)備質(zhì)量可靠[7]。

4高爐煉鐵工藝節(jié)能減排技術(shù)綜合應(yīng)用探究

4.1創(chuàng)新節(jié)能減排技術(shù)

高爐煉鐵中會(huì)產(chǎn)生大量的污染物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成較大的污染，同時(shí)也會(huì)消耗大量的能源，高消耗高排放的關(guān)鍵點(diǎn)在于焦化與燒結(jié)兩個(gè)環(huán)節(jié)。因此在創(chuàng)新工作中，應(yīng)著重關(guān)注這兩個(gè)步驟進(jìn)行研發(fā)，充分利用現(xiàn)有的企業(yè)資源、社會(huì)資源，通過(guò)焦?fàn)t擴(kuò)建，將其進(jìn)行節(jié)能化、環(huán)?；脑?。在減排管控時(shí)，可選擇合適的裝煤除塵技術(shù)，對(duì)煤塵等有害物質(zhì)進(jìn)行收集處理。燒結(jié)環(huán)節(jié)除上述技術(shù)外，也可采用其他工藝，比如在厚料層分次加入燃料，通過(guò)小球燒結(jié)，實(shí)現(xiàn)煤粉等比例的調(diào)整。積極創(chuàng)新節(jié)能減排技術(shù)，采用合適的技術(shù)手段，達(dá)到鋼鐵生產(chǎn)的節(jié)能減排目的。

4.2管控燃料比與焦比

管控燃料比與焦比是指在高爐煉鐵環(huán)節(jié)中，將高爐焦比與燃料比進(jìn)行合適處理，微調(diào)兩者的比例，管控燃料比，提高煤比，使煤粉能夠充分燃燒。采用厚料層燃料分批次加入、高爐節(jié)能技術(shù)及對(duì)其進(jìn)行過(guò)篩改造等方式，避免粉末過(guò)多地進(jìn)入高爐中，不僅可優(yōu)化高爐鋼鐵生產(chǎn)工藝，且能夠有優(yōu)化煤氣的利用環(huán)境。此外，可利用雙預(yù)熱技術(shù)，提高風(fēng)溫，確保噴煤量溫度適宜，這是提高熱量利用率的有效措施。對(duì)于二氧化碳等有害物質(zhì)的排放問(wèn)題，企業(yè)可設(shè)置有效的計(jì)量裝置，在重點(diǎn)管控區(qū)內(nèi)安裝，再結(jié)合信息技術(shù)構(gòu)建完善的監(jiān)管系統(tǒng)，切實(shí)提高減排工作的信息化水平，便于現(xiàn)場(chǎng)工作人員及時(shí)采取針對(duì)性措施處理污染排放問(wèn)題，保證節(jié)能減排確切實(shí)現(xiàn)[8]。

4.3降低生產(chǎn)工序的消耗

節(jié)能減排的主要目的是為節(jié)約能力，降低污染排放，保護(hù)環(huán)境，次要目的是為企業(yè)節(jié)省生產(chǎn)支出，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)階段大多鋼鐵企業(yè)進(jìn)行節(jié)能減排的方式是，優(yōu)化鼓風(fēng)機(jī)與高爐的和諧性，在確保不影響高爐的前提下，盡可能地避免高爐防風(fēng)，強(qiáng)化高爐作業(yè)質(zhì)量，降低鼓風(fēng)機(jī)的能源消耗。另外構(gòu)建制冷站循環(huán)冷卻系統(tǒng)，再通過(guò)多種冶煉工藝技術(shù)，使冷卻水能夠重復(fù)利用，此方式不會(huì)產(chǎn)生額外的能源利用與污染排放，也達(dá)到了生產(chǎn)作業(yè)需求，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

5總結(jié)

綜上所述，目前能源是各國(guó)家關(guān)注的重點(diǎn)，我國(guó)雖然地大物博，但同時(shí)也是人口大國(guó)，人均資源有限，在節(jié)能減排政策的要求下，鋼鐵行業(yè)積極推進(jìn)節(jié)能減排技術(shù)改進(jìn)，并將其應(yīng)用于鋼鐵生產(chǎn)中。在政策的號(hào)召下，節(jié)約能源使用，保護(hù)環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益最大化。

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【作者簡(jiǎn)介】

崔龍，男，1988年出生，助理工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)闊掕F工藝。

張夢(mèng)穎，女，1990年出生，講師，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（編輯：謝飛燕）