鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

楊 柳 張富信

（北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司 北京100029）

近年來，我國鋼鐵行業(yè)節(jié)能環(huán)保雖然取得了顯著成效，但與國外先進(jìn)水平相比，能源與環(huán)保績效水平仍然存在明顯差距。國內(nèi)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)噸鋼可比能耗與國外先進(jìn)企業(yè)相比差距很大，CO2排放量在全球鋼鐵工業(yè)占比高達(dá)51%。環(huán)保治理深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，行之有效的節(jié)能降耗新技術(shù)還有待全面推廣，企業(yè)間應(yīng)用水平參差不齊。因此，我國鋼鐵企業(yè)只有知難而進(jìn)，未雨綢繆，充分掌握應(yīng)用節(jié)能環(huán)保新工藝、新技術(shù)、新成果，加快轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，才能迎頭趕上，盡快縮小差距。

按照不同特質(zhì)的污染物或二次能源，本文主要從廢水回用、大氣污染治理、冶金廢渣回用以及低熱值介質(zhì)能源綜合利用等方面介紹鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)。

1 廢水處理技術(shù)

1.1 焦化廢水

焦化廢水生物脫氮（A／O）技術(shù)自20 世紀(jì)80 年代末開發(fā)以來，已成功應(yīng)用到上百個(gè)焦化項(xiàng)目中，對(duì)減少焦化廢水污染物排放起到很好效果。目前較為成熟的工藝技術(shù)如：催化氧化、亞鐵絡(luò)合技術(shù)和兩級(jí)A／O 技術(shù)進(jìn)一步降低焦化污水的COD、酚、氰化物和總氮，解決了單項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)問題；中冶焦耐院最新開發(fā)的UF＋NF＋RO、UF＋Smart＋RO、高級(jí)氧化＋UF＋RO 等焦化污水深度處理、回用工藝的示范工程正在建設(shè)中，通過生產(chǎn)驗(yàn)證、改進(jìn)完善后，將廣泛推廣應(yīng)用于焦化行業(yè)。

1.2 軋鋼廢水［1］

1）稀土磁盤工藝將逐步用于熱軋廢水處理領(lǐng)域。稀土磁盤技術(shù)是最近幾年我國新開發(fā)的熱軋廢水處理技術(shù)，主要是利用稀土永磁材料的磁場力作用，使熱軋廢水中的鐵磁性物質(zhì)微粒通過磁場力的作用吸附在稀土磁盤表面；對(duì)于非磁性物質(zhì)微粒和乳化油，采用絮凝技術(shù)或預(yù)磁技術(shù)，使其與磁性物質(zhì)粘合，一起吸附到磁盤表面去除。根據(jù)軋鋼廢水特性，稀土磁盤技術(shù)可以和其他技術(shù)組合，形成多種稀土磁盤工藝，如沉淀—稀土磁盤—過濾、沉淀—絮凝—稀土磁盤—過濾、沉淀—絮凝—稀土磁盤—?dú)飧〉裙に嚒?/p>

2）以超濾法為代表的膜分離法將廣泛用于冷軋含油廢水處理領(lǐng)域。膜分離法作為一種新型廢水處理技術(shù)，具有其他廢水處理方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。膜分離技術(shù)主要有微濾、超濾、反滲透和納濾。超濾技術(shù)作為新的油水分離技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在冷軋含油廢水處理領(lǐng)域。此外，MBR 將以其特有的優(yōu)點(diǎn)成為21世紀(jì)最有發(fā)展前景的工業(yè)污水處理和中水回用技術(shù)。

3）生物法將用于冷軋含鉻廢水的處理。盡管目前生物法還沒有用于冷軋含鉻廢水處理，但從寶鋼的中試結(jié)果看，生物法處理冷軋含鉻廢水，工藝流程簡單，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷的能力，單位鉻去除成本較低，鉻去除效率高，污泥產(chǎn)生量少，適合未來的環(huán)保要求。但生物法處理含鉻廢水，出水中容易帶有一定的色度，可以在生物法后增加活性炭吸附工藝對(duì)色度進(jìn)行去除。

2 大氣污染治理技術(shù)

2.1 轉(zhuǎn)爐煤氣凈化技術(shù)

國內(nèi)80%的轉(zhuǎn)爐煤氣除塵系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)“兩文三脫”的濕法工藝，粉塵排放濃度通常控制在100mg／m3以下，只有將設(shè)備升級(jí)到第四代OG 工藝或者轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵工藝，才能滿足國家新標(biāo)準(zhǔn)的要求（50mg／m3以下）。

第四代OG 系統(tǒng)具有更高的除塵效率，這是與RSW（ringslitrwater）洗滌器的設(shè)置分不開的。除塵塔下部作為精除塵功能，塔內(nèi)設(shè)有液壓調(diào)節(jié)功能的環(huán)隙洗滌器（RSW），根據(jù)爐口微差壓要求和煤氣回收或放散的工藝操作要求，采用液壓調(diào)節(jié)裝置對(duì)煤氣通過RSW 裝置接觸面積（縫隙）的大小進(jìn)行煤氣含塵濃度的控制，即煤氣回收濃度低于80mg／m3（標(biāo)態(tài)），煤氣排放濃度低于50mg／m3（標(biāo)態(tài)）。

與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煤氣濕法除塵工藝（OG）相比，轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術(shù)具有節(jié)水、節(jié)電、環(huán)境清潔等優(yōu)勢(shì)，而且除塵灰經(jīng)壓塊后可以直接作為轉(zhuǎn)爐原料回收利用。轉(zhuǎn)爐煤氣（1400℃～1600℃）由煙罩收集后導(dǎo)入汽化冷卻煙道，并在進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器前通過熱交換將高溫煤氣熱量回收，使轉(zhuǎn)爐煤氣溫度降低到1000℃以下，進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煤氣的二次降溫和粗除塵；經(jīng)過蒸發(fā)冷卻器冷卻后的煤氣溫度降低到210～230℃，再進(jìn)入到干式靜電除塵器中進(jìn)行煤氣精除塵；經(jīng)過靜電電除塵器凈化的轉(zhuǎn)爐煤氣由軸流風(fēng)機(jī)加壓后，合格煤氣經(jīng)煤氣冷卻器再次降溫后進(jìn)入轉(zhuǎn)爐煤氣柜中，作為二次能源回收利用。

2.2 燒結(jié)煙氣治理技術(shù)

燒結(jié)煙氣脫硫近年來發(fā)展較快，脫硫技術(shù)主要由電力行業(yè)移植而來，脫硫技術(shù)種類也比較多，目前我國燒結(jié)煙氣脫硫應(yīng)用的主要工藝有：石灰石膏法、氨法、旋轉(zhuǎn)噴霧法和循環(huán)流化床法。

關(guān)于燒結(jié)煙氣NOx減排的研究目前正大量開展，國內(nèi)外關(guān)于煙氣脫硝的研究大部分局限在電力行業(yè)，國外在脫硝技術(shù)方面，日本和歐洲普遍采用選擇性催化還原系統(tǒng)（SCR），氮氧化物去除率已達(dá)60%～80%；美國則采用選擇非催化還原系統(tǒng)（SNCR）的改進(jìn)系統(tǒng)，使氮氧化物去除率提高到80%［2］。

國內(nèi)某公司研制出燒結(jié)煙氣活性炭法凈化技術(shù)，該技術(shù)是一種可資源化的干法煙氣處理技術(shù)，主要通過吸附、催化反應(yīng)、解吸等工序一次性完成燒結(jié)煙氣的脫硫、脫硝、脫二惡英、脫重金屬、除塵及除去其他微量有害煙氣成分（如HCl、HF、SO3等），同時(shí)可回收硫資源。相對(duì)于傳統(tǒng)的濕法煙氣凈化技術(shù)，活性炭法具有同時(shí)脫硝、脫二惡英、脫重金屬及除去其他微量有害煙氣成分的功能；相對(duì)于傳統(tǒng)的半干法（SDA、CFB）＋SCR 脫硫脫硝技術(shù)，活性炭法主要能源（高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣）的消耗不到其25%，煙氣凈化后的活性炭粉可直接進(jìn)入高爐噴煤系統(tǒng)，解吸產(chǎn)生的SO2可直接生產(chǎn)成硫酸，回用于企業(yè)后續(xù)生產(chǎn)工序，實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物的“零”排放。活性炭法煙氣凈化技術(shù)是一種真正意義上的低炭凈化工藝，也是目前國際脫硫市場的發(fā)展方向。

3 冶金廢渣處理技術(shù)

3.1 高爐渣處理

高爐渣是高爐煉鐵產(chǎn)生的主要廢物，對(duì)它的處理和再利用是實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要途徑之一。

國內(nèi)外處理高爐渣基本采用水淬法和干渣法，后者因環(huán)境污染較嚴(yán)重、資源利用率低已很少使用。現(xiàn)在高爐渣處理工藝主要有：底濾法、拉薩法、因巴法、圖拉法、明特法。就目前來看，以上幾種高爐渣處理工藝中圖拉法安全性能最高；具有國內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的明特法投資與占地面積相對(duì)較小；而投資費(fèi)用最大的環(huán)保型因巴法在技術(shù)上最為成熟，多用于大型高爐上［3］。

近年來，中冶某公司在吸收國內(nèi)外熔渣處理技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)冶金工廠實(shí)際需求，先后研究開發(fā)了一系列熔渣處理新工藝——BT 型熔渣粒化工藝：整體式轉(zhuǎn)鼓法高爐熔渣粒化工藝、分離式轉(zhuǎn)鼓法高爐熔渣粒化工藝、環(huán)保型圓盤法高爐熔渣粒化工藝等。多年來該系列熔渣粒化裝置已在國內(nèi)外許多鋼鐵企業(yè)成功應(yīng)用并得到廣泛推廣。

3.2 鋼渣處理

轉(zhuǎn)爐鋼渣的主要處理方法為熱悶、爐前熱潑、破碎、磁選后，渣粉送燒結(jié)配料或作水泥原料外賣；另外還有風(fēng)淬、水淬法。

針對(duì)鋼渣的資源化處理，北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司開發(fā)的新型粒化輪法加帶壓熱悶法處理鋼渣技術(shù)，可使鋼渣實(shí)現(xiàn)全部處理，獲得f－CaO 含量低的高質(zhì)量成品渣，同時(shí)回收部分熔渣余熱。經(jīng)處理后的鋼渣采用綜合利用專利技術(shù)，可直接用于生產(chǎn)免燒透水磚和泡沫混凝土砌塊，性能符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，且生產(chǎn)成本比市場現(xiàn)有透水磚和傳統(tǒng)泡沫混凝土砌塊均低30%左右。另外，中冶某公司研發(fā)的第三代熔融鋼渣熱悶處理及金屬回收技術(shù)，于2012年榮獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。最近該公司在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新升級(jí)的第四代鋼渣輥壓破碎－余熱有壓熱悶技術(shù)與裝備，整體水平達(dá)到國際領(lǐng)先，實(shí)現(xiàn)了鋼渣處理過程的高效化、裝備化、自動(dòng)化和潔凈化，可進(jìn)一步利用鋼渣余熱。

4 低熱值介質(zhì)能源綜合利用技術(shù)

4.1 LHVG 安全高效清潔發(fā)電技術(shù)

針對(duì)我國冶金行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量低熱值燃?xì)猓谝苯鹦袠I(yè)資源綜合利用和清潔生產(chǎn)要求，中冶某公司研發(fā)了包括第三代LHVG 燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)技術(shù)，第四代LHVG 高溫超高壓發(fā)電技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)熱電收益，減少環(huán)境污染，改善人居環(huán)境，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

4.2 蒸汽穩(wěn)壓與連續(xù)調(diào)控技術(shù)

通過蒸汽蓄熱器穩(wěn)壓與系統(tǒng)優(yōu)化控制，將轉(zhuǎn)爐、加熱爐、球團(tuán)豎爐、石灰窯等產(chǎn)生的波動(dòng)性飽和蒸汽轉(zhuǎn)化為連續(xù)、穩(wěn)定的蒸汽源，配套新型螺桿或飽和蒸汽汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)低品質(zhì)蒸汽高效利用。螺桿膨脹機(jī)適用于低壓飽和蒸汽（0.4～1.0MPa），負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)；飽和蒸汽汽輪機(jī)適用于大型轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生（0.8MPa以上）的飽和蒸汽發(fā)電。同時(shí)，從全局角度構(gòu)建蒸汽網(wǎng)絡(luò)，提供系統(tǒng)性的蒸汽綜合利用方案及產(chǎn)品，針對(duì)不同品質(zhì)的蒸汽分別采用了汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)、螺桿機(jī)發(fā)電技術(shù)、飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)和前置機(jī)發(fā)電技術(shù)等。

4.3 煙氣余熱梯級(jí)回收技術(shù)

根據(jù)鋼鐵廠廢氣的不同溫度等級(jí)，采用多種余熱回收技術(shù)，梯級(jí)回收煙氣余熱，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

中冶某公司研發(fā)了加熱爐組合式余熱回收技術(shù)。該技術(shù)已成功應(yīng)用于煙寶環(huán)形爐煙氣余熱鍋爐工程。以單座加熱爐為例，實(shí)現(xiàn)余熱回收利潤約5.5元／t鋼，每噸鋼減少CO2排放約9.1kg。以年產(chǎn)500萬t規(guī)模鋼鐵廠為例，若全部煙氣余熱采用梯級(jí)回收技術(shù)，回收到的余熱進(jìn)行發(fā)電，預(yù)計(jì)年增加效益5000萬元以上。

5 結(jié)論

鋼鐵行業(yè)末端治理的空間會(huì)越來越小，節(jié)能減排還應(yīng)該從工藝入手，重視污染物源頭控制技術(shù)的研發(fā)，大力推廣二次能源回收新技術(shù)，繼續(xù)推進(jìn)成熟的節(jié)能環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用。

［1］曲余玲，毛艷麗，張東麗，王泳.軋鋼廢水處理工藝及發(fā)展趨勢(shì)［C］.2013年全國冶金能源環(huán)保生產(chǎn)技術(shù)會(huì)論文集：473－478.

［2］魏淑娟，王爽，周然.我國燒結(jié)煙氣脫硫現(xiàn)狀及脫硝技術(shù)研究［J］.環(huán)境工程，2014（2）：95－98.

［3］馮會(huì)玲，孫宸，賈利軍.高爐渣處理技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.工業(yè)爐，2012，Vol.34（4）：16－18.