高炉炼铁工艺节能减排技术探析

2023-07-21崔龙张梦颖

品牌与标准化 2023年2期

关键词：节能减排环境保护

崔龙张梦颖

【摘要】本文阐述了高炉炼铁工艺节能减排的意义，而后分析了高炉炼铁工艺节能减排技术的发展现状，最后对高炉炼铁工艺节能减排技术展开研究。

【关键词】炼铁工艺；节能减排；环境保护

【DOI编码】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

工业领域的高速发展，全球污染严重，我国政府认识到环境污染的严重性，着手整治环境污染问题，而在现今能源紧张的局面下，节能减排的一系列政策实行，钢铁行业整治是重点方面之一，为降低能源消耗，减少污染的排放，我国钢铁企业需积极应用、开发节能减排技术。

1高炉炼铁工艺节能减排的意义

改革开放后，市场需求为钢铁行业提供了推动力，国家在资源、政策方面向钢铁行业倾斜，着力提高钢铁产量，钢铁生产技术的不断更新也是促进其发展的作用力之一。这些因素共同推动了我国钢铁行业的进步，但同时由于发展过快也存在着无暇顾及之处，成为现阶段钢铁生产中的缺陷。

目前主要问题可分为两个方面，即能源消耗问题与环境污染问题。1）能源消耗问题：焦炭是钢铁生产中消耗量最大的能源，它始终是钢铁企业最关注的炼铁技术经济指标，近些年在时代发展趋势的促使下，不断有高炉喷吹煤粉等技术出现，但是这些技术的燃料占比并未有明显改善，企业的烧结矿及焦炭的使用量，依然是钢铁生产中消耗最多的能源。2）环境污染问题：炼铁污染主要是二氧化氮、硫化物等污染物质排放，现在钢铁技术的不断更新使污染问题得到小幅度的改善，但钢铁属于高污染产业，小幅度改善未能明显降低环境污染程度[1]。

2高炉炼铁工艺节能减排技术发展现状

2.1钢铁生产企业过于分散

各省级部门都在积极对辖下钢铁行业展开整治措施，但由于钢铁生产企业的分布过于分散，集中管理、集中控制等策略无法有效实施，这也就导致我国政府对钢铁企业的环境污染问题、能源高消耗问题的干预程度较低。因此，虽然我国政府加强了对钢铁生产的节能减排控制力度，但因存在的各种因素导致节能减排无法落到实处[2]。

2.2节能技术待优化

高炉是高温高压的冶炼容器，在整个高炉炼铁过程中需要不断地投入各种原材料，以确保钢铁生产量，例如我国钢铁行业每生产一吨钢铁便会消耗五百千克的标准煤。故而在能源紧张的现今，节能减排是钢铁生产企业需要解决的主要问题，但由于能源供应系统设计不合理，存在着物流周转时间较长、生产组织困难等问题，使得钢铁生产物料、各能源的消耗量大，而钢铁生产汇总的烧结余热、蒸汽回收等二次能源的回收利用水平有待提高。为有效开展环保与节能工作，部分的钢铁生产企业大量增设相关设备，并积极采用先进的节能减排技术，但因企业整体的技术、设备、管理等方面存在不和谐之处，使得节能减排技术无法发挥实际价值，进而导致高炉炼铁节能减排进度低下[3]。

3高爐炼铁工艺节能减排技术研究

3.1炉顶装料过程中均压放散煤气回收技术

高炉是高温高压冶炼容器，在整个炼铁过程中，需要持续添加原矿、煤炭等进去。一般情况下，加入过程是在常温常压下进行，通过传料胶带机运输至炉顶添加可燃物。在加入炉内环节中，装料罐会有泄压过程，装料进入后再进行冲压，将原料装入炉内。泄压时会有部分的炉内气体散入空气中，扩散出来的气体中含有大量粉尘、有害物质，直接排放会造成较大的污染，并且其中还含有可观的热量，未对其进行收集利用造成了能源浪费。为对能源进行回收与利用，降低对环境的污染，需利用处理回收技术及设备，炉顶装料过程中均压放散煤气回收技术，可在一定程度上降低污染排放，并提高能源的利用率。具体实行是在煤气管网中安装抽负压设备，包括灰尘清除设备、煤气除尘设备，此系统连接高炉上增加的下罐、上罐装置，通过两次均压，实现静音除尘。整个均压过程可以将排放的煤气及热能全部回收，而回收效率也可满足实际要求。

3.2加压热风高炉烟道废气回收技术

高炉烟道废气的回收，可作为高炉喷吹煤粉的惰性气体应用，构建能源循环系统。该项技术与钢铁生产技术共同发展，在现阶段应用已相对成熟。具体应用是在热风高炉产生废气进入烟道后，进行烟道内的气体回收，将回收的废气通过净化后输进压缩机。使用压缩机是为了对烟气增加，压缩气体。气体压缩完成后存入指定储气罐中，再通过集中输出，便可实现煤粉喷吹，从而达到废气回收及利用的节能减排目的[4]。

3.3新型旋风除尘器

在进行煤尘清除作业时，使用的技术滞后，通常使用重力除尘、干法除尘等，除去这些除尘技术的效率不提，单纯养护设备所消耗的资金就是一笔大支出，不适合时代发展的特点，并且设备在使用中易出现故障，增加了维修支出。有部分的钢铁企业在钢铁生产中，使用肖夫塔设备，从湿法除尘角度入手对煤尘等有害物质进行处理，但肖夫塔设备需要高额的资金维护，这对钢铁生产企业的可持续性发展造成阻碍。为解决高炉钢铁生产中的煤尘处理工作，诞生了旋风除尘技术，此技术通过旋风除尘器、代维钟水净化设备进行除尘作业。与以往惯用的几种除尘技术相比，大幅降低了维护设备所消耗的资金，并且效率有一定的提高[5]。

3.4超级烧结技术

此技术由日本某钢铁公司所研发，通过从烧结机的上部向烧结材料表面喷吹天然气，达到降低燃料消耗量的效果，可大幅提高烧结矿质量。在烧结点火后，向烧结表面喷吹天然气，可将烧结温度提升至1300℃左右，天然气、焦粉两者的燃点不同，因此喷吹天然气不会过度拉高烧结温度，但石灰与矿石液相比、同化反应却能够增加，加速气孔的融合效率，烧结矿强度由此提高。喷吹天然气后，会有大量的大于5 mm气孔出现，优化烧结材料层的透气性。而未熔料中残存有许多小于1μm的孔洞，烧结矿的还原性有保障。另外据实际资料统计，某钢铁公司在应用此技术后，每年约能减少CO2排放6万吨以上。

在节能减排的号召下，各大烧结厂应用的超级烧结技术有：1）烧结料表层喷吹煤气，提高烧结矿质量，可减少物质能源的消耗，在经过测算后，数据表明烧结矿转鼓强度、粒度都有增加，烧结矿还原性可观，CO2排放显著减少，物质能源消耗大幅降低。2）混合氧气、天然气进行喷吹，有烧结厂进行测试，在应用混合喷吹后，氧气浓度从21%浮动至27%，天然气浓度达0.4%。在实际应用中，混合喷吹可显著提高烧结矿的转鼓强度，降低氧化钙、还原剂等的使用量。3）活性炭烟气净化技术，此技术的应用，可将多种有害物质进行净化处理，可大幅降低烧结作业中所产生的污染物，通过实际测试，此技术应用后，排放烟气中的有害物质含量能够降低80%以上。4）液密封环冷机技术，此技术可将烧结厂漏风率降低约30%，可治理煤尘等有害物质的外溢问题，优化烧结厂的作业环境[6]。

3.5采用新型煤气压力调节阀

高炉炼铁在高压高温环境下作业，这要求高炉有较高的质量，特别是高炉净煤气出口处的旁通阀组，通常需要一根煤气总管与阀门并联安装，而不同的阀门通径对高炉顶压的要求也有不同。此外，在安装此装置后，阀门需要一套运行装置来辅助运行，也就是电动、气体、液体传动装置，若没有此装置提供辅助，会导致阀门的反应速度受影响。若采取以往的连接方式，高压阀组中常通管将制约TRT出力。故而为优化这一情况，实现节能减排，国内部分的钢铁生产企业从阀门组入手进行改造，研发出新的调压阀，利用钟形阀、液压驱动构成，新的调压阀使阀门调节高炉炉顶压力的范围控制在1 kPa以内，相较于以往的5 kPa大幅降低。其节能效果明显，设备质量可靠[7]。

4高炉炼铁工艺节能减排技术综合应用探究

4.1创新节能减排技术

高炉炼铁中会产生大量的污染物质，对环境造成较大的污染，同时也会消耗大量的能源，高消耗高排放的关键点在于焦化与烧结两个环节。因此在创新工作中，应着重关注这两个步骤进行研发，充分利用现有的企业资源、社会资源，通过焦炉扩建，将其进行节能化、环保化改造。在减排管控时，可选择合适的装煤除尘技术，对煤尘等有害物质进行收集处理。烧结环节除上述技术外，也可采用其他工艺，比如在厚料层分次加入燃料，通过小球烧结，实现煤粉等比例的调整。积极创新节能减排技术，采用合适的技术手段，达到钢铁生产的节能减排目的。

4.2管控燃料比与焦比

管控燃料比与焦比是指在高炉炼铁环节中，将高炉焦比与燃料比进行合适处理，微调两者的比例，管控燃料比，提高煤比，使煤粉能够充分燃烧。采用厚料层燃料分批次加入、高炉节能技术及对其进行过筛改造等方式，避免粉末过多地进入高炉中，不仅可优化高炉钢铁生产工艺，且能够有优化煤气的利用环境。此外，可利用双预热技术，提高风温，确保喷煤量温度适宜，这是提高热量利用率的有效措施。对于二氧化碳等有害物质的排放问题，企业可设置有效的计量装置，在重点管控区内安装，再结合信息技术构建完善的监管系统，切实提高减排工作的信息化水平，便于现场工作人员及时采取针对性措施处理污染排放问题，保证节能减排确切实现[8]。

4.3降低生产工序的消耗

节能减排的主要目的是为节约能力，降低污染排放，保护环境，次要目的是为企业节省生产支出，增加企业经济效益。现阶段大多钢铁企业进行节能减排的方式是，优化鼓风机与高炉的和谐性，在确保不影响高炉的前提下，尽可能地避免高炉防风，强化高炉作业质量，降低鼓风机的能源消耗。另外构建制冷站循环冷却系统，再通过多种冶炼工艺技术，使冷却水能够重复利用，此方式不会产生额外的能源利用与污染排放，也达到了生产作业需求，实现节能减排目标。