高爐煉鐵節能減排技術分析

殷朝虎

（酒鋼集團宏興股份公司煉鐵廠，甘肅 嘉峪關 735100）

新經濟常態下，社會發展對能量的需求持續增長，然而溫室效應及環境污染問題日益嚴重，人們生活質量每況愈下。特別是近年來，鋼鐵、石油行業高速發展，造成空氣中CO2排放量不斷上漲，嚴重影響了人類的生存環境。隨著社會大眾環保意識的強化，深刻意識到愛護環境的必要性。同時，工業高速發展，對能源的消耗量持續增長，再加上我國能源短缺形式的嚴峻，政府提倡節能減排，并對各個領域提出了具體的、嚴格的減排任務，成效顯著。另外，因社會大眾環保意識的強化，使用節能、綠色的材料代替污染嚴重的材料已經是大勢所趨。特別是近年來，鋼鐵行業規模化趨勢明顯，污染問題日益嚴重，深刻影響了社會大眾的生活質量。所以，鋼鐵行業應積極引用高爐煉鐵節能減排技術，有效保護環境。

1 優化爐頂裝料

高爐生產環節，礦石與焦炭需裝入爐頂[1]。高爐是一種高壓、高溫冶煉的容器，處于常壓、常溫狀態下的礦石、焦炭由料車或膠帶機運輸到高爐中。在這一過程中，裝料罐中有一個泄壓放散后受料，泄壓放散后受料向爐內布料。泄壓放散到空氣中的是高爐煤氣，這些煤氣經過爐頂消音器消音除塵處理后排入大氣中，其中包含了灰塵、毒性及3000 kJ/m3熱值的二次能源。以高爐煉鐵裝料工藝特點、裝料罐大小、冶煉強度、頂部壓力等因素為基礎，在裝料時，通過均壓放散向大氣排放的煤氣量為10m3/ t.Fe～20m3/t.Fe ，在鐵煤氣總量中，其占比很小，僅有1%，所以具有很大的基數，由此可知，產量和排放量成正比，前者越大，后者也就越高。立足于相關調查統計可知，我國高爐煉鐵的年產量在七億噸左右，其排放量為一百億立方米，其中還有16%～23%的二氧化碳、約23#的氧氣。氧氣排出之后，其濃厚會稀釋一些，但仍會傷害人體健康。此外，其能源消耗量極大，以相關統計和計算為基礎，可以了解到高爐煤氣（1000立方米）≈標準煤（100千克）。新形勢下，鋼鐵成為各領域需求量較大的一種物品，在此形勢下煉鐵量不斷提高，其在一定程度上嚴重破壞了環境。對于這一情況，某鋼鐵企業研發了一個處理回收設備及工藝（見圖1），6個月為投資回收期。這一處理方式分為燃燒排放方式、回收進企業管網方式，為企業創造了新的能源。

圖1 高爐裝料均壓放散過程的煤氣回收裝置

煤氣管網中煤氣的壓力有10 kPa，高爐稱料罐內煤氣放不凈，也可設定下料罐與大氣之間某一低壓差條件下開上料閥受料（或再開一次原有均壓放散閥)，此時煤氣回收率可達95%左右。若開發一個抽負壓裝置則可100%回收。此外，從裝料均壓放散煤氣回收時間程序上是可滿足要求的[2]。

2 燒結環保技術

高爐煉鐵中，燒結煙氣是環境污染治療的關鍵點，由于排放量大、溫度偏低，且成分復雜。目前，政府對環境保護提出了更為嚴格的要求，特別注重高爐煉鐵煙氣的治療。目前，燒結環保技術主要為以下幾種。

2.1 燒結煙氣

首先，有機結合移動電極電除塵技術（MEEP）和干法除塵技術[3]。在此基礎上可以有效凈化燒結煙氣。立足于實際情況可以看出，燒結煙氣通過凈化處理后，可以有效降低其二噁英含量。其次，煙氣循環燒結技術，其中EPOSINT技術是其主要象征。借助這一技術，可以有效降低污染物產生量。這一技術可以顯著減少煙氣生產量以及燃料的消耗量。其中一些煙氣通過循環后，會慢慢減少其料層上下部之間的溫度差，不僅可以使能耗得到有效降低，同時還可以顯著改善燒結礦的質量。運用這一技術后，所減少的廢棄排放量在五成左右，同時每噸燃料也能減少5千克的消耗量。

2.2 超級燒結技術

超級燒結技術的研發方為日本JFE鋼鐵公司，其是遭燒結機的上部不斷向燒結材料的表面噴吹天然氣，這對降低燃料消耗和燒結礦質量的提高幫助很大。點燃火后，不斷向燒結材料的表面噴吹天然氣，可以把溫度提高到1200攝氏度以上，但不超過1400攝氏度。此外，由于焦粉和天然氣的燃點有所不同，借助天然氣展開噴吹，其燒結的溫度也不會過高；但比較石灰和礦石的液，可以顯著增大其同化的反應，這時候可以有效提高氣孔融合的速度，同時不斷加大燒結礦的強度。如此便能有效改善燒結材料的透氣性。同時，沒有溶解的料中會有很多微孔留下，如此便能有效改善燒結礦的還原性。在運用超級燒結技術后，日本JFE公司每年的二氧化碳排放量所降低的數量超過六萬噸。近些年，在高爐煉鐵中主要還會運用下述幾種超級燒結技術：首先，活性炭煙氣凈化技術。此技術可以對多種污染物進行綜合凈化處理，從而有效降低燒結中所排煙氣中的污染物濃度。其次，液密封環冷技術。其主要目的是給予燒結廠幫助，將漏風率有效降低，通過實踐證實，其漏風率不會超過百分之五，這便代表了可以此技術可以有效消除粉塵外溢，在污染降低和工作環境的改善上效果十分顯著。最后，混合噴吹技術，也就是混合噴吹氧氣和天然氣。運用此技術，可以有效提高天然氣濃度，同時促進燒結礦轉鼓強度顯著加大，同時，能減少氧化鈣的添加劑量以及還原劑用量。

3 新型旋風除塵器

針對高爐半凈煤氣、粗煤氣的處理，如果采取重力除塵 +干法凈化除塵或重力除塵 + 濕法除塵聯合處理方式，在處理過程中需投入大量的成本，且維護費用較高，無法調節，大量耐磨塊掉落其中，久而久之堵塞了卸灰系統。對此，有的鋼鐵企業積極改造高爐，引入濕法除塵方法，購買了肖夫塔設備。然而，這一方法重力除塵效率低，比肖夫旋流塔被嚴重損傷。在后續改造中，企業嘗試采用旋風除塵+干法除塵（或者重力除塵 +旋風除塵 + 干法除塵），采取旋風除塵器，在濕法上選用代維鐘水凈化設備，除塵率更高。

4 高爐干法除塵的防腐技術

高爐煤氣采取干法除塵凈化方式，可節省水資源、提高風溫，避免嚴重污染。據調查得知，采用這一技術可節約噸鐵成本12—15元/t，然而管道卻被嚴重腐蝕[4]。這主要是由于高爐煤氣中含有大量的Cl—、SO2—及水蒸氣，融合后便會產生大量鹽酸和次硫酸，腐蝕鋼管道，特別是進口礦量持續增長，Cl—含量更高，環境污染更嚴重。建議可采取如下技術：

①可使用煤氣布袋除塵出口處霧化噴灑石灰水，促使其成為CaCl和CaS03（在水中沉淀)，后端增設旋流脫水裝置，循環使用水資源，構建小型沉淀池，當固體物沉淀后進行回收，有效避免煤氣管網被腐蝕的現象出現。

②重力除塵器或旋風除塵器出口至布袋除塵器人口的半凈煤氣管道上噴涂50 mm的耐材，防止點蝕。

5 高爐煉鐵的智能化與可視化工藝

5.1 高爐模擬與可視化的控制工藝

當前，高爐模擬最重要的是立足于離散元措施（DEM）和計算流體力學（CFD）[5]。離散元措施（DEM）是評價非連續相的行為，計算流體力學（CFD）是在描述連續相的行為中運用，以離散元措施為參考，科學合理地藐視非連續相的行為，還有近些年的建模措施的不斷完善以及計算能力的增強，此高爐模型最新的研究成果呈現出有機結合兩類建模措施構建而成的CFDDEM模型。在CFD-DEM措施上，運用CFD措施預先估計流體部分，運用DEM措施求解顆粒部分，融合兩者就可以有效解決流體和固體兩相流動數值[6]。充分了解高爐的內部現象有利于確保高爐運行更加穩定。三維 VENUS體系能清楚、全面呈現出料層構造變動和高爐爐身的壓力波動，如此便能給予高爐工作有效指導，有效降低燃料比，確保運行穩定性。

5.2 高爐智能化與自動化工藝

高爐是一種逆流密閉的反應裝置，上升煤氣和下降爐料之間展開繁瑣、復雜的傳熱、傳質、動量的傳輸，還有碳素溶損和還原反應等方面，這對高爐生產和順利運行發揮著決定性作用。高爐的操作人員通過爐內煤氣、溫度、壓力組成和流量等波動情況判斷爐礦。為了把爐內的數據精準掌握到，同時展開深入剖析，在檢測爐內現象中高爐的可視化控制工藝這種方式效果最為顯著。此工藝關鍵囊括了激光在線料面形狀的探測工藝、熱流強度的監測工藝、爐頂攝像工藝、高爐風口的紅外攝像與圖像處理工藝。

6 結語

總之，目前環保壓力持續增長，高爐煉鐵節能減排技術備受關注，滿足了鋼鐵行業可持續發展的需求[7]。目前，各個國家與地區正在積極研發節能減排新技術，進一步提高爐煉鐵效率。在這一形勢下，我們應高度重視，積極創新與研發新工藝，提高高爐煉鐵的智能化水平，確保鋼鐵行業可持續健康發展。