趙宇鵬

（新鋼工程技術(shù)有限公司，江西 新余 338000）

伴隨著經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇發(fā)展，2020年鋼鐵行業(yè)下游需求增加，中國(guó)粗鋼產(chǎn)量超10億t，生鐵產(chǎn)量接近9億t，占世界總產(chǎn)量的一半以上。作為鋼鐵大國(guó)，鋼鐵行業(yè)在加速發(fā)展的同時(shí)，也帶來(lái)了能源消耗和環(huán)境污染問(wèn)題。為推動(dòng)行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，開(kāi)始重視高爐煉鐵工藝節(jié)能減排技術(shù)研究，希望通過(guò)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)技術(shù)升級(jí)推動(dòng)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 高爐煉鐵工藝節(jié)能減排分析

在鋼鐵行業(yè)，高爐煉鐵工藝為核心技術(shù)，與焦化、燒結(jié)和球團(tuán)三道工序消耗的能源和產(chǎn)生的污染物均占整個(gè)生產(chǎn)流程的70%以上。其中，僅高爐煉鐵工序能耗占比達(dá)到48%～58%左右，因此在工藝技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)階段需要重點(diǎn)解決高爐煉鐵能耗問(wèn)題。從總體上來(lái)看，煉鐵工序產(chǎn)生的能耗包含三部分，分別為燃料消耗、能源介質(zhì)消耗和資源回收利用[1]。其中，燃料消耗包含無(wú)煙煤、焦炭等，可以通過(guò)添加高反應(yīng)性焦炭等措施加強(qiáng)礦石氧化，有效降低燃料比。能源介質(zhì)消耗包含高爐煤氣、氧氣、氮?dú)獾?，可以通過(guò)提高介質(zhì)利用率減少能耗。在資源回收上，包含煤氣回收、TRT發(fā)電等，充分利用廢氣熱能的同時(shí)，大幅度減少二噁英等污染物排放量。因此在能耗有所減少的同時(shí)，排放的污染物同樣有所減少，可以達(dá)成節(jié)能減排目標(biāo)。

2 高爐煉鐵工藝節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用探究

2.1 針對(duì)燃料的節(jié)能減排技術(shù)

在高爐煉鐵過(guò)程中，鐵焦入爐后儲(chǔ)備區(qū)溫度從1000℃降至800℃，焦炭反應(yīng)活性主要受到氧化鐵與碳反應(yīng)的影響。在氧化鐵被還原成金屬鐵后，與爐內(nèi)二氧化碳反應(yīng)，將對(duì)焦炭溶損產(chǎn)生催化效果，焦炭即便不反應(yīng)也將得到保護(hù)，發(fā)揮料柱骨架作用。應(yīng)用高反應(yīng)性焦炭，能夠降低焦炭與二氧化碳?xì)饣瘻囟?，促進(jìn)焦炭氣化，并增加一氧化碳含量促進(jìn)氧化鐵的間接還原[2]。新鋼在2500m3高爐上應(yīng)用該技術(shù)，使用30%～45%的CRI和30%～50%焦炭，能夠?qū)⒔贡冉档?0kg/t，成功將反應(yīng)后的焦炭用于噴吹煤粉大型高爐上使用。而噴吹煤粉是為了提供還原劑和熱量，達(dá)到節(jié)省焦炭的目的。采用大噴煤技術(shù)，能夠通過(guò)提高噴煤比改善高爐透氣性、初渣性能等，使煤氣流分布更加合理，提高煤粉燃燒率。現(xiàn)階段，世界范圍內(nèi)日本高爐煉鐵技術(shù)較為先進(jìn)，煤焦值環(huán)比平均可以達(dá)到1.0，國(guó)內(nèi)約0.85，主要高爐焦比約300kg/t，煤粉噴吹量在130kg/t～160kg/t。太鋼等少數(shù)高爐通過(guò)大噴煤煉鐵，噴煤量分別能夠達(dá)到174kg/t，燃料比達(dá)到530kg/t。此外，可以采用干熄焦技術(shù)減少燃料消耗，即采用惰性氣體將赤熱焦炭熄滅，依靠吸收焦炭熱量的氣體向鍋爐傳遞熱量。如表1所示，相較于傳統(tǒng)濕熄焦技術(shù)，采用該技術(shù)能夠減少用水量和有害氣體產(chǎn)生，并且提高焦炭機(jī)械強(qiáng)度和降低其反應(yīng)性。在高爐生產(chǎn)中運(yùn)用能夠降低1%～2%焦比，將高爐生產(chǎn)能力提高約1%，在年產(chǎn)量達(dá)到120t的情況下可以減少約7.5萬(wàn)t的二氧化碳排放量。

表1 干熄焦與濕熄焦質(zhì)量比較(%)

2.2 針對(duì)能源介質(zhì)的節(jié)能減排技術(shù)

高爐煉鐵需要使用氮?dú)狻⒚簹獾茸鳛槟茉唇橘|(zhì)吸熱和放熱。就目前來(lái)看，煉鐵工藝中的氮?dú)庥昧坎粩嘣鲩L(zhǎng)，造成生產(chǎn)受氮?dú)赓Y源限制，出現(xiàn)高爐用氮?dú)馀c噴煤用氮?dú)獠黄胶鈫?wèn)題，如爐頂無(wú)料鐘用氮?dú)獍凑赵O(shè)計(jì)值通常在500m3/h～800m3/h之間，但2500m3高爐用量通常在2000m3/h，即便裝料采用半凈煤氣，消耗氮?dú)饬繉⒊?000m3/h。而高爐噴吹原煤種類(lèi)較多，質(zhì)量不一，采用煙煤與無(wú)煙煤混合噴吹等技術(shù)，需要對(duì)罐組進(jìn)行加壓、噴吹、補(bǔ)氣等操作，均需要采用氮?dú)鈁3]。氮?dú)饬坎蛔悖菀装l(fā)生堵槍現(xiàn)象，因?yàn)槲茨芗皶r(shí)反吹將引發(fā)熱風(fēng)倒灌回火事故，因此消耗氮?dú)膺^(guò)多。針對(duì)這些問(wèn)題，新鋼引入高爐噴煤降氮量溫流技術(shù)，在分配器位置安裝三次補(bǔ)氣閥，在噴吹壓力和爐內(nèi)壓力差小于0.025MPa時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟反吹閥，并開(kāi)啟切斷閥和補(bǔ)氣閥補(bǔ)充壓力，能夠?qū)⒍窝a(bǔ)氣流量從2600m3/h降低至900m3/h。此外，通過(guò)在2500m3高爐上采用濃相輸送技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造，成功通過(guò)提高噴煤固氣比降低的氮?dú)庀牧?，如?所示，最終全年節(jié)省約2064萬(wàn)m3氮?dú)?，成本約節(jié)省247萬(wàn)元。為減少煤氣消耗，目前多采用全氧高爐+煤氣自循環(huán)技術(shù)，采用全氧鼓風(fēng)方式替代過(guò)去熱風(fēng)鼓風(fēng)[4]。將爐頂產(chǎn)生煤氣實(shí)施一氧化碳分離和捕集，剩余加熱后重新鼓入高爐，將一氧化碳含量從21%提升至43%，焦比降低至250kg/t，熱值和產(chǎn)率約提高2倍，二氧化碳排放量可以降低約50%。

表2 濃相輸送技術(shù)用于降低氮?dú)庀牧康男Ч?/p>

2.3 資源回收方面的節(jié)能減排技術(shù)

在資源回收方面，TRT技術(shù)用于回收煤氣，利用高爐煤氣余壓發(fā)電。高爐煉鐵擁有較高強(qiáng)度，多采用高壓爐頂操作，爐頂壓力能占二次能源產(chǎn)量7%左右。應(yīng)用TRT技術(shù)，能夠?qū)t頂排出的煤氣用于推動(dòng)透平膨脹機(jī)做功，如圖1所示，通過(guò)回收減壓閥泄放能源，同時(shí)穩(wěn)定爐頂壓力，噸鐵發(fā)電量能夠達(dá)到20kW·h～40kW·h，用于補(bǔ)償鼓風(fēng)耗電量的30%左右[5]。聯(lián)合運(yùn)用干法除塵技術(shù)加強(qiáng)資源回收，能夠?qū)l(fā)電量提高30%左右，最高達(dá)到54kW·h/t。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，使用布袋除塵器要求接收煤氣爐頂溫度在100℃～250℃范圍內(nèi)，以免布袋結(jié)露或燒損。

圖1 高爐TRT發(fā)電示意圖

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐可知，爐頂溫度超出30℃可以順利回收煤氣，如圖2所示。如鞍鋼2500m3高爐冬季爐頂煤氣含濕達(dá)到16g/m3，結(jié)露溫度約19℃，爐頂溫度達(dá)30℃可以順利回收煤氣。但高爐煤氣中含有硫化物、硫化物等物質(zhì)，與水蒸氣結(jié)合將產(chǎn)生次硫酸、鹽酸造成管道受腐蝕。應(yīng)用除塵防腐技術(shù)，在重力除塵器或旋風(fēng)除塵器到布袋除塵器的通道上噴涂50mm厚的耐腐蝕材料，能夠延長(zhǎng)管道使用壽命。此外，也可以在布袋除塵器口噴灑石灰水，利用旋流脫水技術(shù)實(shí)現(xiàn)水循環(huán)利用。高爐煉鐵將產(chǎn)生大量煙氣，不僅含有大量污染物，也攜帶了較多熱量，運(yùn)用燒結(jié)技術(shù)進(jìn)行循環(huán)利用，能夠減少約5kg/t能耗，并減少45%左右廢氣排放量。煙氣中的一氧化碳含量接近30%時(shí)，將煙氣當(dāng)成是噴吹煤粉的載氣，也可以節(jié)省氮?dú)庥昧?，并取得較好惰化效果[6]。而高爐渣作為主要固體廢棄物，可以通過(guò)干式?；蝻@熱回收技術(shù)處理，實(shí)現(xiàn)爐渣熱量回收利用的同時(shí)，將爐渣改質(zhì)成為化肥，達(dá)到資源充分利用和減少污染物排放的目標(biāo)。

圖2 高爐煤氣回收工藝簡(jiǎn)圖

3 結(jié)論

聯(lián)合運(yùn)用多種節(jié)能減排技術(shù)，能夠減少燃料和能源介質(zhì)消耗，通過(guò)加強(qiáng)資源回收利用提高資源、能源利用率的同時(shí)，大幅度降低污染物排放量，為推動(dòng)高爐煉鐵工藝的綠色發(fā)展提供有力技術(shù)支撐。未來(lái)為進(jìn)一步推動(dòng)鋼鐵行生產(chǎn)綠色高質(zhì)量發(fā)展，應(yīng)探尋錯(cuò)峰生產(chǎn)、空氣質(zhì)量保障等差異化管理措施，為行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。