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钢铁企业铁前重点工序节能环保技术现状与发展

2021-07-21刘建朋

中国金属通报 2021年14期
关键词:料场高炉余热

刘建朋

(唐钢国际工程技术股份有限公司,河北 唐山 063000)

在钢铁生产中,铁前系统能耗占总工序能耗的73.5%,成为钢铁企业节能减排,降本增效的重点[1]。笔者结合钢铁冶金铁前工序的具体流程,梳理了现行科学合理的节能环保技术措施,为建成现代化、智能化、绿色化钢铁企业提供借鉴。

1 料场工序节能环保技术现状

原料场为钢铁联合企业生产所用原料的准备和存储的必备工序,承担着受卸、贮料、混匀、破碎、筛分、转运输出等综合性功能。从露天料场发展到封闭料场,一直是节能环保政策要求的重点对象。随着环保政策不断加剧、钢铁公司产能整合、搬迁,综合料场技术得到迅猛发展,其中采用的主要节能环保技术有:大面积料场顶部架设光伏发电系统、大跨度新型环保料场封闭技术、智能化综合料场技术等。

1.1 厂房顶布置光伏发电设施

综合原料场厂房面积大,如B 型、C 型、D 型料库更适合在厂房屋顶加设光伏发电系统,以充分利用太阳能,抵消原料场部分用电量,降低能源消耗。如,宝钢股份在一二期矿场C型料库厂房顶建设的分布式光伏发电应用示范项目,经济效果明显,月均发电量在14 万度左右,可抵消原料场部分用电量,降低能源消耗[2]。盐城市联鑫钢铁有限公司料场光伏电站项目于2020 年4 月已通过验收,建设内容为13MWp 光伏并网电站系统,包含5个1.6MWp 子系统,4 个1.25MWp 子系统,项目建成后可形成年发电量为1315.56 万KWh 的生产能力,为企业节能降耗做出很大贡献。

1.2 大跨度新型环保料场封闭技术

根据物料性质和存储要求,新型环保料场在相同储料能力条件下,投资小、占地面积减小50%,同时可防雨、防冻,有效降低物料风损,避免物料外泄,自动化水平高。大跨度的环保料场在实际应用中取得了良好效果,总体结构重量轻,同时可用于不同厂区地形环境,根据物料种类的堆取形式,可建成圆形(存储煤粉、精粉)、矩形(精粉、混合料)等多种平面。位于曹妃甸的首钢京唐球团料场改造封闭工程,是目前全球最大跨度的料场封闭项目,该项目单跨净跨度达到245m,长度650m,高63.228m,中间不设置立柱,较好利用了存储空间,降低物料损失,并实现了智能化操作。图1,图2 分别为某钢厂B 型料场和C型料场实景。

图1 B 型存储料场

图2 C 型存储料场

1.3 智能化综合料场技术

目前,原料场自动化水平参差不齐,大型钢铁联合企业正在不断探索和建设智能化综合料场,实现智能环保、无人值守一键式生产,如唐钢新区、首钢京唐二期等项目已建成应用。

智能化料场是通过建立数字化管理系统,实现料位检测、物料跟踪与扫描、设备自动定位、物料系统路径最优规划,提高了料场利用效率和设备安全可靠性,降低设备作业能耗、改善劳动环境、降低劳动强度,综合生产成本得到大幅降低。

2 烧结工序节能环保技术现状

在钢铁冶炼流程中,90%二噁英,60%SO2,50%NOX和25%粉尘来自烧结工序[3],烧结已成为环保治理的重点领域。随着近几年的研发与实践,烟气循环技术、料面喷洒热蒸汽技术、厚料层技术、余热利用技术等已为钢铁企业所应用。

2.1 烟气循环技术

烧结烟气循环实现了能源梯阶利用,降低运行费用,已成为烧结工序实现节能环保的有效措施。按取气源位置区分,有内循环和外循环两种模式。烧结烟气内循环技术是利用头、尾部分烧结大烟道烟气,生产操作灵活;外循环是从主抽风机后分流部分烟气,管道布置结构简单。内循环工艺是目前主流的烧结烟气循环技术[4],每吨烧结矿可节约标准煤约2Kg~3Kg,降低烟气脱硫脱硝处理运行费约25%左右,该技术已成为部分地区强制推行实施的环保措施。

2.2 料面喷洒热蒸汽技术

给烧结料面喷蒸汽,可提高空气比热,在同等数量的空气加上蒸汽进入料层便形成更强的热交换能力,有助于降低烧结燃料消耗,提高料层的燃烧速度,提高烧结产量,降低CO 排放。在首钢京唐烧结机生产中[5],平均废气CO 含量降幅25%,二噁英排放降幅约50%,固体燃耗降低4.4%;烧结矿增产2.37%,吨矿废气减排6.7%。该技术性价比高,已成为部分地区强制要求必须具备的工艺环节,节能环保效益明显。在首钢京唐、唐钢新区等众多烧结机上进行了应用。

图3 唐钢新区烧结料面喷蒸汽

图4 首钢京唐烧结料面喷蒸汽

2.3 其他节能环保技术

(1)环保导料槽的应用。传统皮带机导料槽存在撒料、扬尘的问题,已不能满足日益严格的环保要求。采用新型环保导料槽代替传统皮带机标准导料槽,可降低扬尘率、除尘器风量,改善生产环境,降低生产成本。

(2)厚料层烧结技术。厚料层烧结通过自蓄热作用,减少烧结料中的燃料用量,提高料层内部的氧位,增强氧化性气氛从而减少固体燃料的消耗,提高烧结矿产能和质量。通过精准配料、强化制粒、烧结料预热以及治理漏风等措施,大型烧结机料层厚度已达到900mm~1000mm[5],烧结质量稳定,产能稳步提升。

(3)余热利用技术。烧结尾部封箱和环冷机三段热废气含有大量显热,大部分钢厂都进行了不同方式的余热回收,节能减排效益显著。目前主要是利用烧结过程热废气,建设余热锅炉产蒸汽,中压蒸汽进厂区外网送至其他用户,低压蒸汽给烧结车间制粒或矿槽预热。另一种方式是进行烧结余热发电,提高企业自发电率、节约能源、减少废气外排。

3 高炉工序节能环保技术现状

高炉炼铁工序能耗占钢铁企业能源消耗的49.4%,各钢铁企业正在通过采用各种先进技术以达到炼铁工序节能、降耗、减排的目的,比如:降低燃料比、富氧、冲渣水余热回收、炉顶均压煤气回收、喷煤、高风温热风炉等技术已得到广泛应用。本文重点描述降低燃料比、富氧和冲渣水余热回收技术。

3.1 降低燃料比

炼铁用能的78%[1]是来自焦炭和煤粉的燃烧,燃料比的高低直接影响高炉工序节能。降低燃料比主要措施有:坚持精料方针,提高入炉矿石含铁品位;实现高风温,采用空气、煤气双预热,提高炉料透气性;根据不同炉型,合理控制冶炼强度等。总之,需要根据原燃料、炉型、设备条件等综合系统考虑降低燃料比措施。如,为增加入炉品位,降低能耗和污染物排放,高比例球团矿冶炼正在被众多钢厂所实践,目前国内部分大型钢铁公司已可实现高炉入炉球团矿比例>50%,综合入炉品位>60%。但与国外还有很大差距,需要我们从炉型、设备、操作等各方面进行摸索。

3.2 富氧技术

富氧技术是减排降耗的重要技术之一,高炉富氧率每提高1%,煤比提高20kg/t~25kg/t,高炉产量约增加3%。提高富氧量可以提高风口前燃烧温度,提高煤粉的燃烧率和喷煤量,降低焦比,节约炼铁成本。

3.3 冲渣水余热回收技术

高炉冲渣时大量水急剧熄灭熔渣,产生大量低温热能。经换热后,采暖水供回水温度均在60℃/50℃以上,可给钢厂内部需采暖车间供暖,剩余可外供进行市政采暖,但在提高换热效率,设备防腐方面还需做细致研究工作。目前高炉冲渣水余热供暖以其成本低、无排放等优势得到了广泛应用,社会效益明显。

图5 冲渣水换热流程示意图

4 冶炼工序节能环保技术的发展方向

对于钢铁企业,节能措施不是孤立存在的,从整体考虑、系统性节能是降低能源成本消耗,提高整体效益的重要措施。钢铁流程的系统节能[6],主要是在提高效率的基础上实现煤炭、焦炭、电力等资源的消耗减量化;将余热、余压、蒸汽、煤气等转化为动力或电力,以降低外购成本;增加能源产品产出,以实现产出增量化,最终降低能源成本,为企业创造经济和社会价值。

5 结论

近几年,国家对钢铁企业节能环保要求逐年提高,很多有效措施得到了广泛推广应用,如环保、智能化料场技术,烧结烟气循环、料面喷蒸汽技术,高炉精料、富氧、炉顶均压放散技术等。但钢铁生产节能潜力将越来越有限,通过实施系统节能来实现钢铁企业深层次的节能环保、降本增效是未来钢铁企业需要重点研究和发展的方向。

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