碳排放管理機制推動下的節能減排

周宇龍

1 前言

近年來，國際社會對中國二氧化碳排放下降比例提出一系列要求，我國《生態文明體制改革總體方案》和《“十三五”規劃綱要》明確提出了碳排放核查機制和交易平臺的建設需求，2016年《碳排放交易管理條例》已公布，《應對氣候變化法》制修訂工作正加快推進。全國碳排放管理機制現已進入實質性啟動運行階段。

對于鋼鐵工業而言，煤炭燃料消耗占比較大，碳排放管理面臨巨大壓力。對于每個鋼鐵企業，發放的免費配額總量趨緊是大勢所趨，碳約束和碳履約壓力加大，也將會提高企業的合規成本，直接影響企業的中長期發展，甚至關系到企業生存。

2 河鋼唐鋼碳排放管理機制的建立

作為一個現代化鋼鐵企業，河鋼唐鋼積極建立碳排放管理制度，一方面是其作為國有大中型企業的社會責任，另一方面也是完善自身管理結構，挖掘自身節能潛力的必要管理手段。

根據《鋼鐵企業溫室氣體排放核算方法與報告指南》，建立了核算邊界及核算方法，即鋼鐵生產企業的CO2排放總量等于企業邊界內所有化石燃料燃燒排放量、工業生產過程排放量及企業凈購入電力和凈購入熱力隱含產生的CO2排放量之和，再扣除固碳產品隱含的排放量。見公式：

由此公式，可以明確看出，作為鋼鐵企業，降低全流程CO2排放量的切入點即為節能減排。所以，最大限度實現可利用能源的回收，降低CO2排放是鋼鐵企業投入產出效益最大化的措施之一。

3 節能減排典型技改項目和措施

3.1 高爐沖渣水余熱回收

以河鋼唐鋼公司南區4#3200m3高爐為例。3200m3高爐綜合利用系數約為2.4，渣鐵比為0.35，對應2個渣池，每個渣池間隔2h沖渣一次，每次沖渣時間為1.5h，高爐沖渣水是冷卻塔冷卻；高爐的沖渣水溫度夏季為90℃，冬季為85℃； 采用明特法沖渣工藝。

（1）高爐火渣熱量計算。高爐渣溫度約1550℃，火渣比熱為1940KJ/KG見表1。

（2）單個沖渣池的溫度分析。4#3200m3高爐采用的是明特法淬渣工藝，對應兩個渣池，輪流沖渣。沖渣水量實際約為2500m3/h。

以東場渣池沖渣水的溫度變化為例，一個沖渣周期內的渣水混合溫度如下：

T= (2500m3/h×渣水進池溫度×t+(V-2500m3/h×t)×55℃)/V

表1 高爐渣余熱回收計算表

T—單個渣池水循環混合后溫度

t—沖渣持續時間

V—渣池中水量，調查實測得知，渣池蓄水水量為2450m3

通過以上數據，實地勘測觀察見表2。沖渣水余熱隨著沖渣水溫度的變化而變化，當沖渣水溫度越高，能夠回收利用的熱量越高。結合采暖水的供回水溫度要求，可提取的最大余熱量為Q高+ Q低=51.41MW；實際運行過程中受到冬季運行池水表面散熱量加大等諸多變化因素，平均余熱回收量為45MW。則僅河鋼唐鋼南區4#高爐的沖渣水余熱資源回收利用每年即可減少二氧化碳排放39696噸。

3.2 轉爐煤氣回收的提升

轉爐煤氣回收方面在充分了解濕法除塵與干法除塵的工藝特點后，采取一系列措施實現轉爐煤氣回收量的提高。

（1）爐口微差壓控制

1）在一鋼軋廠創造性的根據煙氣中CO含量變化適當調節二級文氏管喉口開度，控制風量大小，實現冶煉前期CO濃度較快上升，冶煉中期持續穩定，冶煉后期CO濃度快速下降，達到提高轉爐煤氣熱值的目的。其控制方式如下：

首先，實行自動控制方式后，在冶煉期間，當轉爐煙氣具備以下條件的任意一條出現時，二文喉口的重砣位置自動上行（重砣行程可根據冶煉系統工況人為設定，范圍為-200mm-+380mm）至上限位。

a CO含量≤30%；

b O2含量≥0.5%；

c 氧槍槍位≥12.73m（開氧點13.03m，閉氧點13.33m）

以上檢測信號，由傳感器通過數據傳輸至PLC計算機控制系統。同時滿足以下三個條件時，重砣位置自動下行（重砣行程可根據冶煉系統工況人為設定，范圍為-200mm-+380mm）至下限位。

a CO含量＞30%；

b O2含量＜0.5%；

c 氧槍槍位＜13.03m。

以上檢測信號，由傳感器通過數據傳輸至PLC計算機控制系統。

2）對于二鋼軋廠結合其干法除塵特點，在靜電除塵器和風機之間增加一套百葉閥，輸入4ma-20ma信號控制，閥位反饋4ma-20ma，在煙道增加爐口微差壓檢測，通過設定爐口的壓力值控制百葉閥的開度，在風機轉速一定的條件下，實現自動調節。

（2）轉爐冶煉操作的控制優化

1）合理調節開吹槍位和過程槍位，保證前期熔池快速升溫，過程中爐內碳氧反應穩定，后期煤氣回收量足夠。

2）實時調節供氧強度，根據冶煉節奏、生產工藝要求、過程火焰變化等情況，在保證終點命中率的同時，控制碳氧反應的時間，達到延長煤氣回收時間的效果。

3）優化調節加料方式。造渣料的加入應保證前期火焰在滿足終點命中同時盡可能的晚化渣，中期火焰在返干邊緣，確保脫硫、脫磷效果，保證終點命中率，減少熱量流失，提高煤氣熱值；優先使用鐵礦石作為冷卻劑，優化熔池溫度，加快碳氧反應，使煤氣回收進入高熱值高含量階段。

通過上述操作，吹煉過程中轉爐煤氣回收量得以提高。

3.3 轉爐汽化蒸汽回收的提升

（1）熱平衡分析

1）熱平衡數據

轉爐煙氣經過汽化冷卻煙道過程的熱平衡見表3。通過熱平衡可知，產生蒸汽的熱源來自轉爐煙氣自身物理熱以及煙氣中CO二次燃燒氧化放熱，而煙氣中CO的二次燃燒直接影響到轉爐煤氣回收的數量與質量。

2）轉爐煤氣回收與蒸汽回收的對應關系

基于上述熱平衡分析，在實際生產操作過程中轉爐煤氣回收放散條件及汽化系統蒸汽外送設定條件見表4。

轉爐煤氣回收過程中，通過計算機PLC對CO分析儀給出的煙氣中CO成分百分比與當時計量系統的流量數據，對回收時間進行積分，可以得到每一爐次的轉爐煤氣回收熱量。

表2 單個渣池沖渣過程中渣水的溫度與時間對照表

表3 煙氣汽化冷卻過程的熱平衡 %

表4 煤氣系統與汽化系統條件設定

將轉爐煤氣回收熱量與汽化蒸汽回收量均以單位鋼產量為衡量單位，通過數據對比可以發現噸鋼煤氣回收熱量與噸鋼蒸汽回收量存在此消彼漲的對應關系（見圖1）。

圖1 轉爐煤氣回收熱量與汽化蒸汽回收對應關系kg/t,gj/t

（2）優化轉爐冶煉降罩操作

通過上述的理論分析及實際數據對比，可以發現：煙氣溫度相對穩定的條件下，蒸汽回收量受煙氣中CO二次燃燒的影響，同時煙氣中CO二次燃燒也影響轉爐煤氣的回收量及回收熱量。

操作過程中，轉爐冶煉降罩操作是提高轉爐煤氣回收熱量的重要措施。實際運行時，將自動回收條件與煙罩升降控制系統聯鎖，吹煉前期達到CO控制條件后煙罩下降，減少二次燃燒進行回收，直至CO濃度達到設定濃度后煙罩上升，將濃度低于回收條件的煙氣在不降煙罩的狀態下進行燃燒，釋放化學熱促進汽化蒸汽的產生與回收。由此，實現了吹煉過程中轉爐汽化蒸汽回收量的提高。

4 結語

碳排放管理機制的推進，一方面推進綠色制造，實現節能環保技術全覆蓋，遏制能源消耗總量增長，實現鋼鐵企業的低碳排放；另一方面充分發揮鋼鐵制造能源轉化、社會資源消納功能作用，努力使鋼廠與城市共存、與社會共融，體現低碳綠色價值。河鋼唐鋼通過碳排放管理機制的建立與推進，強化能源回收和提高能效方面的技術推廣與應用實踐，在余熱、余能回收和降低能源消耗方面，取得了良好的成效，收獲經濟效益的同時也為企業帶來了環境效益和社會效益。