高爐煉鐵節能減排技術探析

潘存儉

（酒鋼集團宏興股份公司煉鐵廠，甘肅 嘉峪關 735100）

隨著市場經濟的發展，社會對于鋼鐵的需求量不斷提升；在鋼鐵企業滿足各方面需求的同時，其環境污染問題也越來越嚴重。我國鋼鐵企業所排放的二氧化碳是全世界總排量的7%，更是全球鋼鐵工業二氧化碳總排量的15%。如何能夠有效降低減排壓力是鋼鐵工業必須面對的問題。我國高爐煉鐵的產量是全球產量的94%，其二氧化碳排放量更是占據了整個鋼鐵生產制造流程的80%以上。基于此，有必要通過高爐煉鐵節能減排技術，從而有效緩解減排壓力。本文基于行業學者研究資料以及自身實踐經驗，介紹了幾種高爐煉鐵節能減排技術。

1 優化爐頂裝料

在整個高爐煉鐵過程中，為了確保煉鐵質量，則需要將鐵礦石以及焦炭固體爐料持續裝進爐頂；高爐內部是高溫高壓冶煉的主要容器，在常溫狀態下經過料車或者是膠帶機的提升將焦炭以及礦石運輸到爐頂之后，然后再投入到高爐之內。裝料罐這個裝料的過程中發揮著極為重要的作用，同時有一個泄壓放散后受料以及充壓均壓之后再進入到高爐之內實現布料的一個過程。高爐煤氣的一部分經過泄壓放散到空中，且會持續進入到爐頂的消音器之中，依托消音除塵的作用再將其持續排入到大氣之中。雖然經歷了消音除塵，但是依然含有3000kj/m3熱值的二次能源，有毒性也有含塵，意味著未能達到無害標準，既會對人類身體健康造成損害，還會污染環境。因此，必須想法辦法進行回收。

基于高爐煉鐵裝料工藝特點、頂部壓力、冶煉強度以及裝料罐大小等等因素，在裝料過程中經過均壓放散所排入大氣的煤氣量為10m3/t.Fe～20m3/t.Fe，僅占噸鐵煤氣量的1%，因為基數比較大，所以產量大那么排放量就很大。從相關統計來看，我國高爐煉鐵的年產量大約為7億噸左右，那么其排放量將為100億m3，其中還含有C0（23%左右）、CO2（16%～23%）。CO被排入到大氣之后，一定程度上會被稀釋，但是依然會對人體健康造成傷害，而且比從CO2溫室氣體的情況更加嚴重。從能源消耗方面來看也非常巨大，基于相關統計與計算之后，得知高爐煤氣（1000m3）≈標準煤（100kg）。隨著社會各個領域對鋼鐵需求量的逐步增大，隨著煉鐵量的提升已經對環境造成了極大的破壞。現階段，高爐煉鐵必須要高度重視如何減排，基于此，可以通過優化爐頂裝料的方式來做到對煤氣的回收（如圖1所示）：

圖1 爐頂裝料過程中均壓放散煤氣回收工藝

高爐煉鐵過程中，爐頂壓力通常為200kPa～300kPa，而存在于煤氣管網之中的煤氣大約為12kPa的壓力。那么這里就會存在著巨大的壓力差，正因為有壓力差所以能夠為回收料罐的煤氣提供了持續的動力，從而實現了回收的目標，且煤氣回收率能夠達到90%；從理論上來講，如果增設一個抽負壓裝置，則可以達到100回收。因此，該工藝值得全面推廣以及應用。

2 燒結環保技術分析

2.1 燒結煙氣

在高爐煉鐵的過程中，燒結煙氣屬于難以治理重難點，因為它排氣量巨大、溫度比較低，不僅污染物比較多而且成分也很復雜。隨著環保要求的不斷提升，對于高爐煉鐵煙氣治理提出了更高的要求。歐洲很多國家對其燒結廠均提出了明確的要求，即必須有效控制CO、S03、NOX、氟化物、粉塵等等排放。現階段能夠有效控制燒結煙氣的技術有：

第一，移動電極電除塵技術（MEEP）與干法除塵技術的結合。在兩者的結合之下能夠對燒結煙氣進行有效額凈化。從實際情況來看，經過凈化處理之后的燒結煙氣，其二噁英含量可以從1.9ng/m3有效降到0.4ng/m3。

第二，煙氣循環燒結技術，主要代表有EPOSINT技術。依托該技術，可以將污染物產生量要笑降低。該技術可以將燃料的消耗量以及煙氣生產量有效降低。其中有一部分煙氣經過循環之后，其料層上部與下部所存在的溫差會逐步減少，一方面可以減少能耗，另外一方面還能夠對燒結礦的質量進行改善。應用該技術之后，其廢棄排放量可以減少45%，且燃料的消耗量也可以減少5kg/t。

2.2 超級燒結技術

日本JFE鋼鐵公司所研發的超級燒結技術，是將天然氣從燒結機的上部向燒結材料的表面進行持續噴吹，有利于將燃料消耗降低以及提升燒結礦的質量。點火之后，向燒結材料的表面持續噴吹天然氣，能夠將溫度提升到1200℃～1400℃。

另外，因為焦粉與天然氣的燃點存在差異，用天然氣進行噴吹，其燒結的溫度也不會過于太高；但是石灰與礦石的液進行對比，其同化的反應可以增大，此時能夠將氣孔融合的速度有效提升起來，并讓燒結礦的強度更高。在天然氣噴吹下，在短時間之內孔徑超過5mm以上的氣孔數量會快速增多，這樣便可以對燒結材料的透氣性進行改善。與此同時，未溶料之中會殘留很多的微孔（1μm之下），這樣便可以將燒結礦的還原性進行改善。在使用超級燒結技術之后，日本JFE公司每一年的CO2排放量降低了6萬t以上。最近幾年高爐煉鐵過程中所應用的超級燒結技術還有：第一，活性炭煙氣凈化技術。該技術可以綜合凈化處理多種污染物，從而將燒結過程中所排出煙氣之中的污染物濃度有效降低，其二噁英含量可以脫80%以上。第二，液密封環冷技術。該技術的主要作用是幫助燒結廠降低漏風率，實踐之后發現漏風率可以從原有的35%降到5%以下，這就意味著能夠將粉塵外溢的現象有效消除，在改善工作環境以及降低污染方面均有一定的效果。第三，混合噴吹技術，即將天然氣與氧氣進行混合噴吹。應用該技術，天然氣濃度可以達到0.4%，而氧氣的濃度可以達到27%，并可以有效提升燒結礦的轉鼓強度；與此同時，還原劑用量以及氧化鈣的添加劑量均可以有效減少。

3 低碳高爐煉鐵技術分析

（1）天然氣以及煤粉噴吹的技術.在高爐煉鐵過程中，北美發達國家在20世紀60年代已經開始對天然氣噴吹技術進行使用。而最近幾年，頁巖氣技術有了全面發展，所以天然氣的價格也開始逐步降低，因此使用天然氣噴吹更加符合經濟效益。2011年后，這些國家每一年噴吹的天然氣量大約在60 kg/tHM的上下進行浮動。而從實踐來看，在高爐煉鐵的過程中，噴吹天然氣可以將高爐之內被反應動力學的條件進行改善，這樣就可以將爐內的熱波動降低，一方面可以提升高鐵連路的穩定性，另外一方面能夠確保能量可以被充分利用。

（2）超低二氧化碳排放高爐煉鐵技術。現階段，一些先進的西歐鋼鐵工業應用了一種新型技術，即超低二氧化碳排放高爐煉鐵技術，該技術的應用以及后續的發展與完善，成功突破了以往的煉鐵工藝。超低二氧化碳排放高爐煉鐵技術，完成一噸鐵煉制，其二氧化碳的減排效果可以達到50%。在對超低二氧化碳排放高爐煉鐵技術進行研究的過程中，不僅要求評估高爐煉鐵的基礎工藝，從而制定目標并需要就目標可行性進行分析，同時還需要對其商業價值進行評估，目前主要將ULCOS-BF、ULCORED、ULCOWIN、HISARNA這幾種技術作為突破性技術。

4 結語

綜上所述，隨著環境保護意識的逐步增強，作為推動國民經濟發展主要力量的鋼鐵工業也必須主動積極在生態環境保護方面下功夫，如何減排成為高爐煉鐵必須高度重視的問題。本文認為可以從爐頂填料入手，從而實現對煤氣的回收以達到減排的目標；也指出了燒結煙氣以及超級燒結技術的實際應用效果；最后，提出了噴吹天然氣與煤粉的技術以及指出超低二氧化碳排放高爐煉鐵技術將是鋼鐵工業發展的主要趨勢，從而最大限度達到高爐煉鐵節能減排的目標。