周宇龍

1 前言

近年來(lái)，國(guó)際社會(huì)對(duì)中國(guó)二氧化碳排放下降比例提出一系列要求，我國(guó)《生態(tài)文明體制改革總體方案》和《“十三五”規(guī)劃綱要》明確提出了碳排放核查機(jī)制和交易平臺(tái)的建設(shè)需求，2016年《碳排放交易管理?xiàng)l例》已公布，《應(yīng)對(duì)氣候變化法》制修訂工作正加快推進(jìn)。全國(guó)碳排放管理機(jī)制現(xiàn)已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性啟動(dòng)運(yùn)行階段。

對(duì)于鋼鐵工業(yè)而言，煤炭燃料消耗占比較大，碳排放管理面臨巨大壓力。對(duì)于每個(gè)鋼鐵企業(yè)，發(fā)放的免費(fèi)配額總量趨緊是大勢(shì)所趨，碳約束和碳履約壓力加大，也將會(huì)提高企業(yè)的合規(guī)成本，直接影響企業(yè)的中長(zhǎng)期發(fā)展，甚至關(guān)系到企業(yè)生存。

2 河鋼唐鋼碳排放管理機(jī)制的建立

作為一個(gè)現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)，河鋼唐鋼積極建立碳排放管理制度，一方面是其作為國(guó)有大中型企業(yè)的社會(huì)責(zé)任，另一方面也是完善自身管理結(jié)構(gòu)，挖掘自身節(jié)能潛力的必要管理手段。

根據(jù)《鋼鐵企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南》，建立了核算邊界及核算方法，即鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的CO2排放總量等于企業(yè)邊界內(nèi)所有化石燃料燃燒排放量、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程排放量及企業(yè)凈購(gòu)入電力和凈購(gòu)入熱力隱含產(chǎn)生的CO2排放量之和，再扣除固碳產(chǎn)品隱含的排放量。見(jiàn)公式：

由此公式，可以明確看出，作為鋼鐵企業(yè)，降低全流程CO2排放量的切入點(diǎn)即為節(jié)能減排。所以，最大限度實(shí)現(xiàn)可利用能源的回收，降低CO2排放是鋼鐵企業(yè)投入產(chǎn)出效益最大化的措施之一。

3 節(jié)能減排典型技改項(xiàng)目和措施

3.1 高爐沖渣水余熱回收

以河鋼唐鋼公司南區(qū)4#3200m3高爐為例。3200m3高爐綜合利用系數(shù)約為2.4，渣鐵比為0.35，對(duì)應(yīng)2個(gè)渣池，每個(gè)渣池間隔2h沖渣一次，每次沖渣時(shí)間為1.5h，高爐沖渣水是冷卻塔冷卻；高爐的沖渣水溫度夏季為90℃，冬季為85℃； 采用明特法沖渣工藝。

（1）高爐火渣熱量計(jì)算。高爐渣溫度約1550℃，火渣比熱為1940KJ/KG見(jiàn)表1。

（2）單個(gè)沖渣池的溫度分析。4#3200m3高爐采用的是明特法淬渣工藝，對(duì)應(yīng)兩個(gè)渣池，輪流沖渣。沖渣水量實(shí)際約為2500m3/h。

以東場(chǎng)渣池沖渣水的溫度變化為例，一個(gè)沖渣周期內(nèi)的渣水混合溫度如下：

T= (2500m3/h×渣水進(jìn)池溫度×t+(V-2500m3/h×t)×55℃)/V

表1 高爐渣余熱回收計(jì)算表

T—單個(gè)渣池水循環(huán)混合后溫度

t—沖渣持續(xù)時(shí)間

V—渣池中水量，調(diào)查實(shí)測(cè)得知，渣池蓄水水量為2450m3

通過(guò)以上數(shù)據(jù)，實(shí)地勘測(cè)觀察見(jiàn)表2。沖渣水余熱隨著沖渣水溫度的變化而變化，當(dāng)沖渣水溫度越高，能夠回收利用的熱量越高。結(jié)合采暖水的供回水溫度要求，可提取的最大余熱量為Q高+ Q低=51.41MW；實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中受到冬季運(yùn)行池水表面散熱量加大等諸多變化因素，平均余熱回收量為45MW。則僅河鋼唐鋼南區(qū)4#高爐的沖渣水余熱資源回收利用每年即可減少二氧化碳排放39696噸。

3.2 轉(zhuǎn)爐煤氣回收的提升

轉(zhuǎn)爐煤氣回收方面在充分了解濕法除塵與干法除塵的工藝特點(diǎn)后，采取一系列措施實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣回收量的提高。

（1）爐口微差壓控制

1）在一鋼軋廠創(chuàng)造性的根據(jù)煙氣中CO含量變化適當(dāng)調(diào)節(jié)二級(jí)文氏管喉口開(kāi)度，控制風(fēng)量大小，實(shí)現(xiàn)冶煉前期CO濃度較快上升，冶煉中期持續(xù)穩(wěn)定，冶煉后期CO濃度快速下降，達(dá)到提高轉(zhuǎn)爐煤氣熱值的目的。其控制方式如下：

首先，實(shí)行自動(dòng)控制方式后，在冶煉期間，當(dāng)轉(zhuǎn)爐煙氣具備以下條件的任意一條出現(xiàn)時(shí)，二文喉口的重砣位置自動(dòng)上行（重砣行程可根據(jù)冶煉系統(tǒng)工況人為設(shè)定，范圍為-200mm-+380mm）至上限位。

a CO含量≤30%；

b O2含量≥0.5%；

c 氧槍槍位≥12.73m（開(kāi)氧點(diǎn)13.03m，閉氧點(diǎn)13.33m）

以上檢測(cè)信號(hào)，由傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸至PLC計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。同時(shí)滿足以下三個(gè)條件時(shí)，重砣位置自動(dòng)下行（重砣行程可根據(jù)冶煉系統(tǒng)工況人為設(shè)定，范圍為-200mm-+380mm）至下限位。

a CO含量＞30%；

b O2含量＜0.5%；

c 氧槍槍位＜13.03m。

以上檢測(cè)信號(hào)，由傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸至PLC計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

2）對(duì)于二鋼軋廠結(jié)合其干法除塵特點(diǎn)，在靜電除塵器和風(fēng)機(jī)之間增加一套百葉閥，輸入4ma-20ma信號(hào)控制，閥位反饋4ma-20ma，在煙道增加爐口微差壓檢測(cè)，通過(guò)設(shè)定爐口的壓力值控制百葉閥的開(kāi)度，在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定的條件下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（2）轉(zhuǎn)爐冶煉操作的控制優(yōu)化

1）合理調(diào)節(jié)開(kāi)吹槍位和過(guò)程槍位，保證前期熔池快速升溫，過(guò)程中爐內(nèi)碳氧反應(yīng)穩(wěn)定，后期煤氣回收量足夠。

2）實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)供氧強(qiáng)度，根據(jù)冶煉節(jié)奏、生產(chǎn)工藝要求、過(guò)程火焰變化等情況，在保證終點(diǎn)命中率的同時(shí)，控制碳氧反應(yīng)的時(shí)間，達(dá)到延長(zhǎng)煤氣回收時(shí)間的效果。

3）優(yōu)化調(diào)節(jié)加料方式。造渣料的加入應(yīng)保證前期火焰在滿足終點(diǎn)命中同時(shí)盡可能的晚化渣，中期火焰在返干邊緣，確保脫硫、脫磷效果，保證終點(diǎn)命中率，減少熱量流失，提高煤氣熱值；優(yōu)先使用鐵礦石作為冷卻劑，優(yōu)化熔池溫度，加快碳氧反應(yīng)，使煤氣回收進(jìn)入高熱值高含量階段。

通過(guò)上述操作，吹煉過(guò)程中轉(zhuǎn)爐煤氣回收量得以提高。

3.3 轉(zhuǎn)爐汽化蒸汽回收的提升

（1）熱平衡分析

1）熱平衡數(shù)據(jù)

轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)過(guò)汽化冷卻煙道過(guò)程的熱平衡見(jiàn)表3。通過(guò)熱平衡可知，產(chǎn)生蒸汽的熱源來(lái)自轉(zhuǎn)爐煙氣自身物理熱以及煙氣中CO二次燃燒氧化放熱，而煙氣中CO的二次燃燒直接影響到轉(zhuǎn)爐煤氣回收的數(shù)量與質(zhì)量。

2）轉(zhuǎn)爐煤氣回收與蒸汽回收的對(duì)應(yīng)關(guān)系

基于上述熱平衡分析，在實(shí)際生產(chǎn)操作過(guò)程中轉(zhuǎn)爐煤氣回收放散條件及汽化系統(tǒng)蒸汽外送設(shè)定條件見(jiàn)表4。

轉(zhuǎn)爐煤氣回收過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算機(jī)PLC對(duì)CO分析儀給出的煙氣中CO成分百分比與當(dāng)時(shí)計(jì)量系統(tǒng)的流量數(shù)據(jù)，對(duì)回收時(shí)間進(jìn)行積分，可以得到每一爐次的轉(zhuǎn)爐煤氣回收熱量。

表2 單個(gè)渣池沖渣過(guò)程中渣水的溫度與時(shí)間對(duì)照表

表3 煙氣汽化冷卻過(guò)程的熱平衡 %

表4 煤氣系統(tǒng)與汽化系統(tǒng)條件設(shè)定

將轉(zhuǎn)爐煤氣回收熱量與汽化蒸汽回收量均以單位鋼產(chǎn)量為衡量單位，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)噸鋼煤氣回收熱量與噸鋼蒸汽回收量存在此消彼漲的對(duì)應(yīng)關(guān)系（見(jiàn)圖1）。

圖1 轉(zhuǎn)爐煤氣回收熱量與汽化蒸汽回收對(duì)應(yīng)關(guān)系kg/t,gj/t

（2）優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉降罩操作

通過(guò)上述的理論分析及實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)：煙氣溫度相對(duì)穩(wěn)定的條件下，蒸汽回收量受煙氣中CO二次燃燒的影響，同時(shí)煙氣中CO二次燃燒也影響轉(zhuǎn)爐煤氣的回收量及回收熱量。

操作過(guò)程中，轉(zhuǎn)爐冶煉降罩操作是提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收熱量的重要措施。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，將自動(dòng)回收條件與煙罩升降控制系統(tǒng)聯(lián)鎖，吹煉前期達(dá)到CO控制條件后煙罩下降，減少二次燃燒進(jìn)行回收，直至CO濃度達(dá)到設(shè)定濃度后煙罩上升，將濃度低于回收條件的煙氣在不降煙罩的狀態(tài)下進(jìn)行燃燒，釋放化學(xué)熱促進(jìn)汽化蒸汽的產(chǎn)生與回收。由此，實(shí)現(xiàn)了吹煉過(guò)程中轉(zhuǎn)爐汽化蒸汽回收量的提高。

4 結(jié)語(yǔ)

碳排放管理機(jī)制的推進(jìn)，一方面推進(jìn)綠色制造，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保技術(shù)全覆蓋，遏制能源消耗總量增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)的低碳排放；另一方面充分發(fā)揮鋼鐵制造能源轉(zhuǎn)化、社會(huì)資源消納功能作用，努力使鋼廠與城市共存、與社會(huì)共融，體現(xiàn)低碳綠色價(jià)值。河鋼唐鋼通過(guò)碳排放管理機(jī)制的建立與推進(jìn)，強(qiáng)化能源回收和提高能效方面的技術(shù)推廣與應(yīng)用實(shí)踐，在余熱、余能回收和降低能源消耗方面，取得了良好的成效，收獲經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也為企業(yè)帶來(lái)了環(huán)境效益和社會(huì)效益。