煉鋼工序節能減排技術研究與應用

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摘要：主要介紹了轉爐煉鋼的優勢，轉爐負能煉鋼技術和轉爐煤氣干法凈化回收技術的原理、工藝、節能效果、應用情況及發展前景，并提出鋼鐵行業節能減排的發展方向。

關鍵詞：轉爐冶煉；負能煉鋼；節能減排；干法凈化；濕法凈化

0引言

目前，中國鋼鐵行業各個工序的能耗與發達國家相比差距很大，特別是在轉爐冶煉環節，發達國家為負能耗，而國內轉爐環節產生的煤氣和蒸汽利用率非常低，能耗較高，且部分轉爐沒有回收裝置，轉爐煤氣熱值非常高，是高爐煤氣熱值的1倍多，不僅造成了能源嚴重浪費，且污染環境。由于轉爐生產方式為間斷式，其煤氣回收也為間斷式，因此，在生產過程中需建設轉爐煤氣回收裝置，加大轉爐煤氣的利用；同時，加大轉爐煤氣除塵效率，也有利于煤氣回收利用。

1轉爐冶煉的優勢

煉鋼工序分為轉爐和電爐兩種生產工藝。一般情況下，電爐用熱鐵水比例30%以下比較合理，在實際生產中，不僅能替代一些廢鋼，且有害雜質低，還可節省電耗，相對比較環保。若熱鐵水比例過高，電爐煉鋼能耗會提高，與轉爐煉鋼相比有很大劣勢。由于轉爐煉鋼不僅時間短還能實現負能耗，增加精煉設備后，能冶煉不同種類的鋼材。因此，無論是成本控制、生產效率還是冶煉質量方面轉爐更有優勢，在實際中應用也更為廣泛。

2轉爐負能煉鋼工藝技術

2.1原理介紹

現代化煉鋼廠的一個重要標志就是轉爐能否實現負能煉鋼，也就是轉爐煉鋼過程中能量回收量大于能量消耗量。轉爐煉鋼過程中消耗的能量主要有：焦爐煤氣、N2、O2、電及蒸汽；可回收能量主要有：轉爐煤氣和蒸汽。負能煉鋼技術實質上是一個系統工程概念，主要體現在生產過程中轉爐煙氣的回收與利用，及環保技術的集成。

2.2工藝流程簡析

隨著科技進步和國家節能減排要求提高，轉爐負能煉鋼工藝技術也有不同的定義。該技術在轉爐生產過程中，根據能量消耗與支出折算而定。最早轉爐負能煉鋼技術是指從鐵水進廠至鋼水上連鑄平臺的轉爐生產過程工藝。隨著煉鋼技術完善與不斷發展，煉鋼工藝發生了質的變化，整個煉鋼環節增加了鐵水脫硫預處理、爐外精煉等工藝與技術，工藝流程加長導致能耗上升，特別是爐外精煉技術能耗非常高，因此，實現負能煉鋼的要求和難度也越來越高。但對整個行業發展來說，負能煉鋼有利于促進和提升轉爐煉鋼技術的不斷進步。

2.3節能效果

煉鋼工序采用轉爐負能煉鋼技術后，煤氣及蒸汽回收及煙氣排放均能達到較好的效果，轉爐負能煉鋼技術主要生產指標如表1所示。由表1可知，轉爐負能煉鋼技術的推廣與使用，不僅能減少煙氣排放，回收余熱余能，有利于環境治理，且能促進節能減排，降低能源和用水消耗。

2.4應用情況

近年來，國內鋼廠轉爐負能煉鋼技術已成熟，許多鋼廠已能較穩定地實現“負能煉鋼”。特別是100t以上的大中型轉爐，配備了煤氣、蒸汽回收與余熱發電等設施，使“負能煉鋼”工藝不斷完善。武鋼、太鋼和寶鋼等企業在這方面已達到國際領先水平。一些小型轉爐通過加強煤氣回收，初步具備了負能煉鋼條件。大部分企業提高了轉爐作業率，縮短冶煉周期，降低了冶煉能耗；通過優化二次除塵風機，除塵效果有了很大提高；自動化控制技術的應用降低了O2的消耗量；設備更新與維護水平的提高，減少了轉爐煤氣放散率；通過發展蓄熱燃燒技術和發電設施，提高了轉爐煤氣利用率[1]。轉爐負能煉鋼技術的推廣與應用，對鋼鐵行業實現清潔生產有著重要意義。

2.5發展方向及對策

在轉爐生產過程中，如何降低轉爐煤氣放散、提高煤氣回收質量及增加余熱蒸汽回收率，是實現負能煉鋼的關鍵因素之一。目前，各鋼鐵企業雖在轉爐煤氣、蒸汽回收與余熱發電設施上均加大了投入，但回收效果及利用水平尚有較大差距，部分企業存在回收效果差、利用率低等問題。因此，轉爐負能煉鋼技術需進一步加大投入與研究：a)在轉爐工藝方上，發展高效供氧技術，加快鋼包周轉，不斷縮短冶煉時間；降低鐵鋼比例，加大廢鋼回收利用；提高鐵水預處理技術水平，減少轉爐渣；不斷優化復合吹煉工藝，降低O2消耗量；不斷提高自動化水平，提高生產控制與管理水平，增加煤氣回收量；b)不斷優化轉爐汽化冷卻系統設計水平，提高蒸汽壓力及品質；發展真空精煉技術，提升轉爐蒸汽工藝水平；同時，加大低壓蒸汽發電技術的研究。

3轉爐煤氣干法凈化回收技術

3.1原理

在轉爐吹煉過程中，會產生大量轉爐煤氣，其主要含量為CO和煙塵，因此，需通過凈化來提高轉爐煤氣利用率。產生的轉爐煤氣經廢氣冷卻系統后再進入蒸發冷卻器，噴水蒸發過程中，能使煙氣得到冷卻和減速，促使粉塵沉降。再將冷卻后的煙氣導入四電場靜電除塵器，粉塵和顆粒物在電場作用下被吸附在收塵板上，從而使得轉爐煤氣得到凈化。當煤氣符合回收條件時，會自動開啟閥門，進入煤氣冷卻器噴淋降溫至約73℃，然后進入煤氣儲柜，經加壓后最終將潔凈的轉爐煤氣提供給用戶。

3.2發展趨勢

目前，轉爐煤氣除塵技術主要有2種方法：濕法（OG法）凈化回收系統和干法（LT法）凈化回收系統。濕法轉爐煤氣凈化回收技術相對比較落后，存在較多缺點：a)經處理后的轉爐煤氣含塵量高，在100mg/m3以上，不能直接使用，需采用濕法電除塵器做進一步處理，使含塵量降低到10mg/m3以下；b)OG法會產生污水，從而造成二次污染，需要對污水進行處理；c)系統阻損大，占地廣，耗能嚴重，后期環境治理難度更大。正是由于濕法轉爐煤氣凈化回收技術存在以上缺點，近年來干法凈化回收技術得到了較快發展。相比濕法除塵技術，LT法優勢較為明顯：a)除塵凈化率高，能使粉塵濃度降低到10mg/m3以下；b)采用干法處理，不會產生污水，更加環保；c)系統阻損比較小，煤氣熱值高，除塵后可直接利用，能耗低；d)與濕法相比系統更加簡化，占地小，且設備更加便于維護。目前，LT法在寶鋼、萊蕪鋼鐵、包鋼和太鋼等企業中得到了較好應用，除塵效果好，節能環保較好，經濟效益和環境效益明顯，獲得了業界普遍認可與重視。在國內淘汰落后產能的政策指導下，LT法將逐漸取代落后的OG法。

3.3節能效果及經濟效益

轉爐煤氣干法電除塵技術在寶鋼得到了很好的驗證，使用該技術每噸鋼可節約電1.1kW•h，節水3t，同時可回收10.5kg含鐵75%以上的煙塵和相當于20L左右燃料油的優質煤氣。節省了轉爐除塵的污水處理和污泥綜合利用環節，節約了工業用水，降低了前期投資，節約了生產成本。此外，含鐵粉塵壓球后代替轉爐廢鋼和礦石也將是一筆可觀的附加收入[2]。

3.4發展前景

如果普遍推行轉爐煤氣干法（LT法）凈化回收技術，每年除塵環節可節約大量電能；同時，煤氣與蒸汽回收利用，可減少煤炭使用量，從而實現低能耗甚至是無能耗煉鋼。特別是干法回收的粉塵，熱壓塊成形后可直接返回轉爐代替廢鋼或礦石作冷卻劑，直接回收其金屬鐵。因此，轉爐上積極推廣轉爐煤氣干法（LT法）凈化回收技術具有很寬廣的應用前景。

4結語

不斷推進轉爐負能煉鋼技術和轉爐煤氣干法凈化回收技術的研究與應用，淘汰落后產能，促進產業升級，既符合國家產業政策，又有利于煉鋼工序環節的節能減排。此外，鋼鐵行業屬于能源密集型產業，耗能和排放大。國內除了一些大型鋼鐵企業外，大部分中小企業工藝落后、設備老化、耗能指標高。因此，近年來國家加大力度淘汰落后產能，調整產業結構，積極發展循環經濟，鋼鐵行業節能減排取得了很大成就。同時，除了煉鋼環節外，鋼鐵行業的節能減排，也需促進各個工序（如焦化工序、燒結工序、球團工序、煉鐵工序和軋鋼工序等）的升級改造，實現鋼鐵生產全流程的技術升級。

作者:韓漢平 單位:武漢都市環保工程技術股份有限公司

參考文獻：

［1］劉瀏.中國轉爐“負能煉鋼”技術的發展與展望［J］.中國冶金，2009(11)：15-16.

［2］崔明元，翟玉杰.轉爐煤氣凈化回收技術發展現狀［J］.工業安全與環保，2006(5)：10-11.