高炉炼铁节能减排技术探析

潘存俭

（酒钢集团宏兴股份公司炼铁厂，甘肃 嘉峪关 735100）

随着市场经济的发展，社会对于钢铁的需求量不断提升；在钢铁企业满足各方面需求的同时，其环境污染问题也越来越严重。我国钢铁企业所排放的二氧化碳是全世界总排量的7%，更是全球钢铁工业二氧化碳总排量的15%。如何能够有效降低减排压力是钢铁工业必须面对的问题。我国高炉炼铁的产量是全球产量的94%，其二氧化碳排放量更是占据了整个钢铁生产制造流程的80%以上。基于此，有必要通过高炉炼铁节能减排技术，从而有效缓解减排压力。本文基于行业学者研究资料以及自身实践经验，介绍了几种高炉炼铁节能减排技术。

1 优化炉顶装料

在整个高炉炼铁过程中，为了确保炼铁质量，则需要将铁矿石以及焦炭固体炉料持续装进炉顶；高炉内部是高温高压冶炼的主要容器，在常温状态下经过料车或者是胶带机的提升将焦炭以及矿石运输到炉顶之后，然后再投入到高炉之内。装料罐这个装料的过程中发挥着极为重要的作用，同时有一个泄压放散后受料以及充压均压之后再进入到高炉之内实现布料的一个过程。高炉煤气的一部分经过泄压放散到空中，且会持续进入到炉顶的消音器之中，依托消音除尘的作用再将其持续排入到大气之中。虽然经历了消音除尘，但是依然含有3000kj/m3热值的二次能源，有毒性也有含尘，意味着未能达到无害标准，既会对人类身体健康造成损害，还会污染环境。因此，必须想法办法进行回收。

基于高炉炼铁装料工艺特点、顶部压力、冶炼强度以及装料罐大小等等因素，在装料过程中经过均压放散所排入大气的煤气量为10m3/t.Fe～20m3/t.Fe，仅占吨铁煤气量的1%，因为基数比较大，所以产量大那么排放量就很大。从相关统计来看，我国高炉炼铁的年产量大约为7亿吨左右，那么其排放量将为100亿m3，其中还含有C0（23%左右）、CO2（16%～23%）。CO被排入到大气之后，一定程度上会被稀释，但是依然会对人体健康造成伤害，而且比从CO2温室气体的情况更加严重。从能源消耗方面来看也非常巨大，基于相关统计与计算之后，得知高炉煤气（1000m3）≈标准煤（100kg）。随着社会各个领域对钢铁需求量的逐步增大，随着炼铁量的提升已经对环境造成了极大的破坏。现阶段，高炉炼铁必须要高度重视如何减排，基于此，可以通过优化炉顶装料的方式来做到对煤气的回收（如图1所示）：

图1 炉顶装料过程中均压放散煤气回收工艺

高炉炼铁过程中，炉顶压力通常为200kPa～300kPa，而存在于煤气管网之中的煤气大约为12kPa的压力。那么这里就会存在着巨大的压力差，正因为有压力差所以能够为回收料罐的煤气提供了持续的动力，从而实现了回收的目标，且煤气回收率能够达到90%；从理论上来讲，如果增设一个抽负压装置，则可以达到100回收。因此，该工艺值得全面推广以及应用。

2 烧结环保技术分析

2.1 烧结烟气

在高炉炼铁的过程中，烧结烟气属于难以治理重难点，因为它排气量巨大、温度比较低，不仅污染物比较多而且成分也很复杂。随着环保要求的不断提升，对于高炉炼铁烟气治理提出了更高的要求。欧洲很多国家对其烧结厂均提出了明确的要求，即必须有效控制CO、S03、NOX、氟化物、粉尘等等排放。现阶段能够有效控制烧结烟气的技术有：

第一，移动电极电除尘技术（MEEP）与干法除尘技术的结合。在两者的结合之下能够对烧结烟气进行有效额净化。从实际情况来看，经过净化处理之后的烧结烟气，其二噁英含量可以从1.9ng/m3有效降到0.4ng/m3。

第二，烟气循环烧结技术，主要代表有EPOSINT技术。依托该技术，可以将污染物产生量要笑降低。该技术可以将燃料的消耗量以及烟气生产量有效降低。其中有一部分烟气经过循环之后，其料层上部与下部所存在的温差会逐步减少，一方面可以减少能耗，另外一方面还能够对烧结矿的质量进行改善。应用该技术之后，其废弃排放量可以减少45%，且燃料的消耗量也可以减少5kg/t。

2.2 超级烧结技术

日本JFE钢铁公司所研发的超级烧结技术，是将天然气从烧结机的上部向烧结材料的表面进行持续喷吹，有利于将燃料消耗降低以及提升烧结矿的质量。点火之后，向烧结材料的表面持续喷吹天然气，能够将温度提升到1200℃～1400℃。

另外，因为焦粉与天然气的燃点存在差异，用天然气进行喷吹，其烧结的温度也不会过于太高；但是石灰与矿石的液进行对比，其同化的反应可以增大，此时能够将气孔融合的速度有效提升起来，并让烧结矿的强度更高。在天然气喷吹下，在短时间之内孔径超过5mm以上的气孔数量会快速增多，这样便可以对烧结材料的透气性进行改善。与此同时，未溶料之中会残留很多的微孔（1μm之下），这样便可以将烧结矿的还原性进行改善。在使用超级烧结技术之后，日本JFE公司每一年的CO2排放量降低了6万t以上。最近几年高炉炼铁过程中所应用的超级烧结技术还有：第一，活性炭烟气净化技术。该技术可以综合净化处理多种污染物，从而将烧结过程中所排出烟气之中的污染物浓度有效降低，其二噁英含量可以脱80%以上。第二，液密封环冷技术。该技术的主要作用是帮助烧结厂降低漏风率，实践之后发现漏风率可以从原有的35%降到5%以下，这就意味着能够将粉尘外溢的现象有效消除，在改善工作环境以及降低污染方面均有一定的效果。第三，混合喷吹技术，即将天然气与氧气进行混合喷吹。应用该技术，天然气浓度可以达到0.4%，而氧气的浓度可以达到27%，并可以有效提升烧结矿的转鼓强度；与此同时，还原剂用量以及氧化钙的添加剂量均可以有效减少。

3 低碳高炉炼铁技术分析

（1）天然气以及煤粉喷吹的技术.在高炉炼铁过程中，北美发达国家在20世纪60年代已经开始对天然气喷吹技术进行使用。而最近几年，页岩气技术有了全面发展，所以天然气的价格也开始逐步降低，因此使用天然气喷吹更加符合经济效益。2011年后，这些国家每一年喷吹的天然气量大约在60 kg/tHM的上下进行浮动。而从实践来看，在高炉炼铁的过程中，喷吹天然气可以将高炉之内被反应动力学的条件进行改善，这样就可以将炉内的热波动降低，一方面可以提升高铁连路的稳定性，另外一方面能够确保能量可以被充分利用。

（2）超低二氧化碳排放高炉炼铁技术。现阶段，一些先进的西欧钢铁工业应用了一种新型技术，即超低二氧化碳排放高炉炼铁技术，该技术的应用以及后续的发展与完善，成功突破了以往的炼铁工艺。超低二氧化碳排放高炉炼铁技术，完成一吨铁炼制，其二氧化碳的减排效果可以达到50%。在对超低二氧化碳排放高炉炼铁技术进行研究的过程中，不仅要求评估高炉炼铁的基础工艺，从而制定目标并需要就目标可行性进行分析，同时还需要对其商业价值进行评估，目前主要将ULCOS-BF、ULCORED、ULCOWIN、HISARNA这几种技术作为突破性技术。

4 结语

综上所述，随着环境保护意识的逐步增强，作为推动国民经济发展主要力量的钢铁工业也必须主动积极在生态环境保护方面下功夫，如何减排成为高炉炼铁必须高度重视的问题。本文认为可以从炉顶填料入手，从而实现对煤气的回收以达到减排的目标；也指出了烧结烟气以及超级烧结技术的实际应用效果；最后，提出了喷吹天然气与煤粉的技术以及指出超低二氧化碳排放高炉炼铁技术将是钢铁工业发展的主要趋势，从而最大限度达到高炉炼铁节能减排的目标。