FINEX工藝的節能減排效果分析

樊 波，郭 豪，王艷民，全 強

（中冶京誠工程技術有限公司，北京100176）

0 引言

FINEX工藝是基于COREX工藝，由韓國浦項鋼鐵公司和原奧鋼聯公司從1992年開始聯合開發的新一代熔融還原煉鐵工藝，2003年5月年產量60萬噸的1#FINEX示范工廠在韓國浦項鋼鐵公司投產，2007年4月年產量150萬噸的2#FINEX工廠投產，2014年產量200萬噸的3#FINEX投產，目前韓國浦項鋼鐵公司的2#FINEX及3#FINEX在保持商業化生產運行。

1 FINEX工藝概述

經過20多年的研發、改進及工業化生產，FINEX工藝日趨成熟，是目前世界上最先進、最環保的煉鐵新技術之一。FINEX工藝可直接利用粉礦和弱粘結煤生產鐵水，相比傳統高爐流程（包括燒結、球團、焦化、高爐），FINEX工藝省去燒結和球團工藝，不僅節省了原燃料成本、拓寬了原燃料適用范圍，而且降低了鐵水生產過程的能耗和污染物排放，實現了清潔生產。與高爐煉鐵流程不同，FINEX工藝流程主要分三步，首先，鐵礦粉被置于流化床反應裝置的上部，在固態狀態下被CO和H2氣體還原，這些還原氣體是由輸入熔融氣化爐的煤經燃燒和高溫分解而產生的；接著，粉礦在流化床被還原后進入壓塊工序，變成熱壓鐵塊，同時非焦煤經過壓塊變成壓塊煤，加入到熔融氣化爐中；最后，熔融氣化爐鼓入純氧助燃，壓塊煤在氣化爐中燃燒產生熱量，把經流化床中還原過的熱壓鐵塊熔化成鐵水和爐渣，同時燃料受熱分解生成還原氣。

FINEX工藝由原料儲運、礦石干燥、流化還原、熱態壓鐵、型煤制備、煤粉噴吹、熔分還原、爐渣處理、CO2脫除，以及配套的制氧等公輔設施組成。FINEX工藝主要流程見圖1。

圖1 FINEX工藝基本流程

FINEX工藝適用的資源范圍寬，使用的原料主要是直徑介于0～8 mm的鐵粉礦，礦種涵蓋褐鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦，對礦粉品位、Al2O3含量、粒級的適應性均比高爐強。FINEX為流態化還原，基本不受原料的還原粉化性能限制。熔融氣化爐內料柱短，可不用或少用焦炭，采用型煤作為主要燃料，對型煤的強度要求低，可以使用80%弱粘性煤種+20%動力煤制作型煤。

2 FINEX工藝主要污染物排放分析

相比傳統高爐煉鐵流程，FINEX工藝流程大大簡化，省去了污染物排放大的燒結及球團工序，焦化工序也可基本省去，因此，FINEX煉鐵流程的污染物排放相應降低，下面進行簡要計算分析。

為使得污染物有組織排放值的比較口徑相對合理，將兩種流程生產每噸鐵水需要消耗的原燃料制備工序的排放也計算在內，其中高爐的爐料結構按燒結礦70%、球團20%、塊礦10%選取，噸鐵入爐含鐵料耗量按1 620 kg選取，焦比按噸鐵315 kg選取，燒結工序生石灰量按噸礦40 kg配比選取。由于副產煤氣用于發電等方式也會產生污染物排放，因此將兩種流程副產煤氣發電的有組織排放值也包含在內。其中高爐流程副產煤氣發電的污染物排放值，選取某典型企業排放值進行估算。FINEX流程污染物排放值選取某企業環評報告公布的數據[1]，并按最新的超低排放標準估算。

此外，焦化工序排放指標選取某企業清潔生產目標值[2]；燒結及球團工序排放指標選取《鋼鐵行業（燒結球團）清潔生產評價指標體系》清潔生產一級基準值；高爐工序排放指標選取《鋼鐵行業（高爐煉鐵）清潔生產評價指標體系》清潔生產一級基準值；石灰工序排放指標選取河北省地方標準《石灰行業大氣污染物排放標準》最高排放限額值[3]。基于以上數據基礎，估算的FINEX流程與高爐流程主要污染物有組織排放比較數值見表1。可見，FINEX流程相比高爐煉鐵流程主要污染物排放均有降低，其中顆粒物排放降低比例約32.9%，二氧化硫排放降低比例約68.3%，氮氧化物排放降低比例約66.2%，FINEX工藝的環保優勢是值得肯定的。

3 FINEX工藝能耗分析

表1 FINEX流程與高爐煉鐵流程主要污染物排放比較

為分析FINEX工藝的能源消耗情況，選取某企業環評報告公布的FINEX工藝消耗及回收數據，計算FINEX工藝的工序能耗指標，具體數值見表2，從表可見，FINEX工藝的工序能耗約430.25 kgce/t。

其中FINEX工序能源消耗主要包括粉煤、噴吹煤、焦丁、FOG煤氣、電力、氧氣等，其中FINEX工序能源消耗中粉煤占比約63.13%，噴吹煤占比約18.04%，焦丁占比約6.88%。

為評價FINEX流程的能耗水平，將FINEX流程與高爐流程的能耗進行對比，比較口徑統一為鐵水及配套的鐵前工序，焦化工序的工序能耗選取《焦炭單位產品能源消耗限額》（GB21342-2013）中的新建或改擴建焦炭生產設備中，頂裝焦爐生產方式的焦炭單位產品能耗準入值[4]；燒結、球團及高爐工序的工序能耗數值選取《粗鋼生產主要工序單位產品能源消耗限額》[5]（GB21256-2013）中規定的新建或改擴建粗鋼主要工序的單位產品能耗限額準入值。

表2 FINEX工序能耗估算

表3 高爐煉鐵流程能耗分析

將高爐流程的焦化、燒結、球團及高爐工序的能耗數據折算為噸鐵能耗值為472.91 kgce/t，具體數值見表3。FINEX流程考慮配套的焦化工序折算出FINEX流程噸鐵能耗為448.55 kgce/t，具體數值見表4。

由上可見，FINEX流程比高爐煉鐵流程的噸鐵能耗低約36.56 kgce，考慮到除部分指標先進企業外，現有大部分鋼鐵生產企業的燒結、球團、焦化、高爐工序的能耗值大于本文計算所選取的能耗限額值，可以得出FINEX流程的噸鐵生產能耗低于高爐煉鐵流程，FINEX流程的能耗指標具有一定優勢。

表4 FINEX流程能耗分析

4 結論

FINEX工藝技術不斷成熟，而且仍在不斷優化，相比高爐煉鐵流程，環保優勢十分明顯，其中顆粒物排放降低比例約32.9%，二氧化硫排放降低比例約68.3%，氮氧化物排放降低比例約66.2%，且FINEX工藝噸鐵生產能耗比高爐煉鐵流程略低，因此，FINEX工藝在節能減排方面具有積極意義，值得有關企業關注此技術的進展。