高爐煉鐵節能減排技術的改進研究

覃安棟

（湘潭鋼鐵集團有限公司 煉鐵廠，湖南 湘潭 411100）

近年來，世界范圍內的環境污染問題日益嚴重，其中二氧化碳減排問題最為突出。結合我國國情，提出了高爐煉鐵節能減排技術的改進措施，并將節能減排新技術應用于高爐煉鐵發展。簡述和分析了高爐煉鐵過程中的節能減排技術[1]。鋼鐵行業的節能減排主要集中在煉鐵工序，鑒于高爐碳還原還原還原的基本特點，降低燃料比（碳消耗）是目前煉鐵工人的主要目標。改善或解決煉鐵高能耗、高排放的問題，可以從兩個方面著手：一是在短期內提高高爐燃料利用率，特別是改善煤和焦炭資源短缺的狀況。目前，國際上對煉鐵的基本物理化學性質和煉鐵反應行為已有深入研究，大力發展清潔能源，調整煉鐵高爐能源結構，實現節能減排要求。

1 高爐煉鐵技術應用現狀

隨著經濟的發展，人類生存環境面臨著溫室效應、環境污染等日益嚴峻的挑戰。我國目前迫切需要提高環境質量，減少環境污染。但隨著經濟的發展與進步，人們對鋼鐵、石油等產品的需求，導致大氣中二氧化碳排放量的增加，甚至超過地球本身的循環水平，給人類的生存環境造成了極大的壓力。隨著人們環境保護意識的提高，綠色能源領域逐漸興起。用環保材料代替污染材料，促進科技創新。鋼鐵工業要持續有效地發展和進步，就必須不斷地更新技術，以實現高產低耗。高爐煉鐵行業進行有效、合理的改革，不能實現可持續發展，損失巨大[2]。目前，我國有關部門正在采取相應的改進措施，爭取更多合適的資源，積極尋找更適合國民經濟發展和減少環境污染的產品，使其與國家政策協調一致，從而大幅降低二氧化碳排放量。

目前，我國鋼鐵工業生產過程排放的二氧化碳占全球總排放量的7%，占全球工業總排放量的15%。因此，目前鋼鐵業面臨著巨大的減排壓力。據調查，世界鐵礦石產量的94%來源于高爐煉鐵。目前高爐煉鐵CO2排放和能耗占整個鋼鐵生產過程80%以上，與此同時，我國相關行業要積極創新，加快技術進步，盡快實現低污染、低消耗的目標，提高相應的鋼鐵工業在世界經濟中的地位，保持鋼鐵工業持續快速發展，為國民經濟提供持續有效的動力。冶煉強度不符合現行要求。長期以來，我國高爐只注重熔化強度而忽視燃料比。另外，高爐煉鐵設備還存在著能源需求大、可持續利用率低和產生大量污染氣體等問題[3]。金屬熔煉裝置大型化是設備和工藝發展的必然趨勢，大型熔煉爐能實現高效操作，大大減少廢氣排放量，推動鋼鐵工業向前發展。從成本負擔方面來說，盡管大型化爐型會在短期內加重公司的成本負擔，但從污染氣體排放成本的角度來考慮，將從長期來看是有益的，因此在金屬熔煉爐型上實施改進，必將對公司的發展進步起到關鍵的推動作用。在高爐強化過程中，影響強化效果的主要因素是上升氣流和下降爐料之間的矛盾，“中”或“適當”熔煉強度是指控制爐氣流動速度，這一點，一般的氣體力學知識都能理解，上升氣流速度越大，爐料下降阻力越大。盡管“中度”或“適當”熔煉強度這個概念是正確的，但它最大的缺點是不能定量地確定其合適值。為適應政策要求的變化，必須及時對設備進行更新，這有利于企業的發展和改革，更好的認識高爐煉鐵的概念，才能有效推進節能減排。

2 高爐煉鐵節能減排技術改進

針對高爐內部反應是一個復雜的過程，其能耗、成本、CO2排放等指標僅與高爐煉鐵過程中的物質和能量的輸入、輸出有關，把高爐看作黑箱模型，只考慮物質和能量的輸入、輸出變化對上述三個指標的影響，當只考慮其中一個指標時，如能耗或成本變化，對爐煉鐵節能減排單目標和多目標綜合優化進行了分析，并提出了究高爐強化指標，并對已提出的解決辦法和指標進行評估。從基本理論上說明高爐強化限度問題，從實際出發，解決合理取值問題[4]。在進行高爐煉鐵節能減排技術改進的過程中，需要研究調整規范中最大爐腹煤氣量、面積利用系數等內容，并進一步研究各級高爐最大爐腹煤氣量指數的合理取值。

通過對高爐鼓風機、熱風爐等送風系統以及煤氣凈化和TRT系統的使用，避免設備產能過剩，造成了設備產能過剩積壓和浪費的現象，通過對鋼鐵生產過程中碳素流動的運行規律進行分析，鋼鐵生產過程中碳素流動的主要來源是燃料、熔劑和含鐵原料，其中碳素的輸出包括含碳產品和含碳副產品，在未進行處理的情況下，原料與空氣中的氧接觸，會發生氧化反應，增加材料中的夾雜和宏觀夾雜，容易產生脆性斷裂，降低鋼材質量。當前高爐煉鐵技術最基本的脫氧方法有兩種：沉淀法和擴散法。采用沉淀法對其進行脫氧處理，實現快速，便宜的處理目標，并進一步將與氧親和力較強的元素直接倒入原料中，用其將氧原子帶出鐵水形成上浮，然后排除，基于此對高爐煉鐵節能減排技術流程如下。

圖1 高爐煉鐵節能減排工藝流程

基于上述高爐煉鐵節能減排工藝流程，進行優化，需要考慮到高爐煉鐵燃燒煙氣溫度低，排放量大，污染物種類多，組成復雜等問題，也是鋼鐵行業煙氣治理的難點和重點。因此乤對燒結廠嚴格控制污染物的排放，如粉塵、氯、氟、氮氧化物、SO3、CO2等進行有效控制。結合移動電極電除塵和干式除塵技術對燒結煙氣進行凈化，保證煙氣中的二惡英含量將會從原來的1.9ng/m3降低到0.4ng/m3。燒結廠采用煙氣循環燒結技術，有效降低污染物排放[5]。排煙循環技術主要可以降低油耗和煙耗。通過部分煙氣循環，料層上、下溫差減小，有利于改善燒結廠的燒結礦質量，降低能耗。采用EPOSINT技術，可以將燒結廠的廢物排放量減少45%，同時還可以將燃料消耗降低5kg/t。

在鐵液出水前進行預脫氧處理時，需要減少后續脫氧的難度，根據潔凈鋼品種、潔凈度等調整加堿濃度；加熱過程采用強電磁攪拌，除氣過程攪拌，提高除氣效果。為確保金屬冶煉過程中節能環保，需對一些比較落后的設備進行更新改造，使之符合環保要求，改造后的設備具有新型，規模大，可持續發展，從而達到減少污染和排放的目的。從現有數據來看，大型金屬熔煉設備的效率比傳統的小熔爐高得多，而且可以大幅度降低二氧化碳排放。

3 高爐煉鐵節能減排技術的改進效果檢驗

為驗證本文所研究的測試方法的可靠性，將傳統的測試方法與數據分析技術相結合，進行了一系列精度對比試驗。先選100g熔煉金屬后的半成品，每件10g，平均分成10份。本文提出了兩種試驗方法，在保證試驗環境不變的情況下，對10個半成品進行試驗。通過對試驗結果的分析，計算出各半成品熔融后污染物的含量，完成污染物的準確檢測。在圖中可以看到實驗結果。

圖2 實驗檢測結果

不同檢驗方法對氣體污染物含量的檢驗結果表明，本文提出的高爐煉鐵節能減排技術的改進效果污染物含量想對于傳統方法而言明顯更低，由此證實，本文方法指導下，高爐煉鐵節能艦炮效果相對更佳。研究證實，本文提出的高爐煉鐵節能減排技術的改進方法方法具有可行性。

4 結語

當前，我國鋼鐵行業的應用和鋼鐵產量都在逐步增加，并在世界上處于領先地位，但我國鋼鐵行業的發展和進步也給環境造成了很大的污染問題。在鋼鐵生產過程中，也會產生大量工業廢氣、廢渣和廢水，這些是中國主要的污染源。從根本上說，中國對降低能源消費、控制污染、控制能源消費總量有著明確的要求，把減少環境污染作為國家發展戰略的根本。但形勢并不樂觀，目前中國在鋼鐵生產上的消耗遠遠超過了預期的環境污染目標，因此，如何有效降低能耗，使其對環境污染程度的減弱是當前首先要考慮的問題。在當前產能過剩的環境背景下，節能減排成為主旋律，不再需要單純的增產，因此必須改變生產方式和生產模式。因此高爐煉鐵生產應從追求高產到節能減排，從粗放生產到精制、精制生產，必須切實地解決鋼鐵生產、能耗、污染等方面的問題，使鋼鐵工業能夠在更大程度上促進中國經濟的發展。