高爐煉鐵工藝節能減排技術探析

崔龍 張夢穎

【摘要】本文闡述了高爐煉鐵工藝節能減排的意義，而后分析了高爐煉鐵工藝節能減排技術的發展現狀，最后對高爐煉鐵工藝節能減排技術展開研究。

【關鍵詞】煉鐵工藝；節能減排；環境保護

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.02.050

Discussion on Energy Saving and Emission Reduction Technology of Blast Furnace Ironmaking Process

CUI Long1，ZHANG Mengying2

（1.Benxi Iron and Steel Group Beiying Company General Ironmaking Plant，Benxi 117000，China；2.Shenyang Institute of Technology，Shenyang 113122，China）

Abstract：This paper expounds the significance of energy-saving and emission reduction in blast furnace ironmaking process，analyzes the development status of energy-saving and emission reduction technology in blast furnace ironmaking process，and finally studies the energy-saving and emission reduction technology in blast furnace ironmaking process.

Key words：ironmaking process；energy saving and emission reduction；environmental protection

工業領域的高速發展，全球污染嚴重，我國政府認識到環境污染的嚴重性，著手整治環境污染問題，而在現今能源緊張的局面下，節能減排的一系列政策實行，鋼鐵行業整治是重點方面之一，為降低能源消耗，減少污染的排放，我國鋼鐵企業需積極應用、開發節能減排技術。

1高爐煉鐵工藝節能減排的意義

改革開放后，市場需求為鋼鐵行業提供了推動力，國家在資源、政策方面向鋼鐵行業傾斜，著力提高鋼鐵產量，鋼鐵生產技術的不斷更新也是促進其發展的作用力之一。這些因素共同推動了我國鋼鐵行業的進步，但同時由于發展過快也存在著無暇顧及之處，成為現階段鋼鐵生產中的缺陷。

目前主要問題可分為兩個方面，即能源消耗問題與環境污染問題。1）能源消耗問題：焦炭是鋼鐵生產中消耗量最大的能源，它始終是鋼鐵企業最關注的煉鐵技術經濟指標，近些年在時代發展趨勢的促使下，不斷有高爐噴吹煤粉等技術出現，但是這些技術的燃料占比并未有明顯改善，企業的燒結礦及焦炭的使用量，依然是鋼鐵生產中消耗最多的能源。2）環境污染問題：煉鐵污染主要是二氧化氮、硫化物等污染物質排放，現在鋼鐵技術的不斷更新使污染問題得到小幅度的改善，但鋼鐵屬于高污染產業，小幅度改善未能明顯降低環境污染程度[1]。

2高爐煉鐵工藝節能減排技術發展現狀

2.1鋼鐵生產企業過于分散

各省級部門都在積極對轄下鋼鐵行業展開整治措施，但由于鋼鐵生產企業的分布過于分散，集中管理、集中控制等策略無法有效實施，這也就導致我國政府對鋼鐵企業的環境污染問題、能源高消耗問題的干預程度較低。因此，雖然我國政府加強了對鋼鐵生產的節能減排控制力度，但因存在的各種因素導致節能減排無法落到實處[2]。

2.2節能技術待優化

高爐是高溫高壓的冶煉容器，在整個高爐煉鐵過程中需要不斷地投入各種原材料，以確保鋼鐵生產量，例如我國鋼鐵行業每生產一噸鋼鐵便會消耗五百千克的標準煤。故而在能源緊張的現今，節能減排是鋼鐵生產企業需要解決的主要問題，但由于能源供應系統設計不合理，存在著物流周轉時間較長、生產組織困難等問題，使得鋼鐵生產物料、各能源的消耗量大，而鋼鐵生產匯總的燒結余熱、蒸汽回收等二次能源的回收利用水平有待提高。為有效開展環保與節能工作，部分的鋼鐵生產企業大量增設相關設備，并積極采用先進的節能減排技術，但因企業整體的技術、設備、管理等方面存在不和諧之處，使得節能減排技術無法發揮實際價值，進而導致高爐煉鐵節能減排進度低下[3]。

3高爐煉鐵工藝節能減排技術研究

3.1爐頂裝料過程中均壓放散煤氣回收技術

高爐是高溫高壓冶煉容器，在整個煉鐵過程中，需要持續添加原礦、煤炭等進去。一般情況下，加入過程是在常溫常壓下進行，通過傳料膠帶機運輸至爐頂添加可燃物。在加入爐內環節中，裝料罐會有泄壓過程，裝料進入后再進行沖壓，將原料裝入爐內。泄壓時會有部分的爐內氣體散入空氣中，擴散出來的氣體中含有大量粉塵、有害物質，直接排放會造成較大的污染，并且其中還含有可觀的熱量，未對其進行收集利用造成了能源浪費。為對能源進行回收與利用，降低對環境的污染，需利用處理回收技術及設備，爐頂裝料過程中均壓放散煤氣回收技術，可在一定程度上降低污染排放，并提高能源的利用率。具體實行是在煤氣管網中安裝抽負壓設備，包括灰塵清除設備、煤氣除塵設備，此系統連接高爐上增加的下罐、上罐裝置，通過兩次均壓，實現靜音除塵。整個均壓過程可以將排放的煤氣及熱能全部回收，而回收效率也可滿足實際要求。

3.2加壓熱風高爐煙道廢氣回收技術

高爐煙道廢氣的回收，可作為高爐噴吹煤粉的惰性氣體應用，構建能源循環系統。該項技術與鋼鐵生產技術共同發展，在現階段應用已相對成熟。具體應用是在熱風高爐產生廢氣進入煙道后，進行煙道內的氣體回收，將回收的廢氣通過凈化后輸進壓縮機。使用壓縮機是為了對煙氣增加，壓縮氣體。氣體壓縮完成后存入指定儲氣罐中，再通過集中輸出，便可實現煤粉噴吹，從而達到廢氣回收及利用的節能減排目的[4]。

3.3新型旋風除塵器

在進行煤塵清除作業時，使用的技術滯后，通常使用重力除塵、干法除塵等，除去這些除塵技術的效率不提，單純養護設備所消耗的資金就是一筆大支出，不適合時代發展的特點，并且設備在使用中易出現故障，增加了維修支出。有部分的鋼鐵企業在鋼鐵生產中，使用肖夫塔設備，從濕法除塵角度入手對煤塵等有害物質進行處理，但肖夫塔設備需要高額的資金維護，這對鋼鐵生產企業的可持續性發展造成阻礙。為解決高爐鋼鐵生產中的煤塵處理工作，誕生了旋風除塵技術，此技術通過旋風除塵器、代維鐘水凈化設備進行除塵作業。與以往慣用的幾種除塵技術相比，大幅降低了維護設備所消耗的資金，并且效率有一定的提高[5]。

3.4超級燒結技術

此技術由日本某鋼鐵公司所研發，通過從燒結機的上部向燒結材料表面噴吹天然氣，達到降低燃料消耗量的效果，可大幅提高燒結礦質量。在燒結點火后，向燒結表面噴吹天然氣，可將燒結溫度提升至1300℃左右，天然氣、焦粉兩者的燃點不同，因此噴吹天然氣不會過度拉高燒結溫度，但石灰與礦石液相比、同化反應卻能夠增加，加速氣孔的融合效率，燒結礦強度由此提高。噴吹天然氣后，會有大量的大于5 mm氣孔出現，優化燒結材料層的透氣性。而未熔料中殘存有許多小于1μm的孔洞，燒結礦的還原性有保障。另外據實際資料統計，某鋼鐵公司在應用此技術后，每年約能減少CO2排放6萬噸以上。

在節能減排的號召下，各大燒結廠應用的超級燒結技術有：1）燒結料表層噴吹煤氣，提高燒結礦質量，可減少物質能源的消耗，在經過測算后，數據表明燒結礦轉鼓強度、粒度都有增加，燒結礦還原性可觀，CO2排放顯著減少，物質能源消耗大幅降低。2）混合氧氣、天然氣進行噴吹，有燒結廠進行測試，在應用混合噴吹后，氧氣濃度從21%浮動至27%，天然氣濃度達0.4%。在實際應用中，混合噴吹可顯著提高燒結礦的轉鼓強度，降低氧化鈣、還原劑等的使用量。3）活性炭煙氣凈化技術，此技術的應用，可將多種有害物質進行凈化處理，可大幅降低燒結作業中所產生的污染物，通過實際測試，此技術應用后，排放煙氣中的有害物質含量能夠降低80%以上。4）液密封環冷機技術，此技術可將燒結廠漏風率降低約30%，可治理煤塵等有害物質的外溢問題，優化燒結廠的作業環境[6]。

3.5采用新型煤氣壓力調節閥

高爐煉鐵在高壓高溫環境下作業，這要求高爐有較高的質量，特別是高爐凈煤氣出口處的旁通閥組，通常需要一根煤氣總管與閥門并聯安裝，而不同的閥門通徑對高爐頂壓的要求也有不同。此外，在安裝此裝置后，閥門需要一套運行裝置來輔助運行，也就是電動、氣體、液體傳動裝置，若沒有此裝置提供輔助，會導致閥門的反應速度受影響。若采取以往的連接方式，高壓閥組中常通管將制約TRT出力。故而為優化這一情況，實現節能減排，國內部分的鋼鐵生產企業從閥門組入手進行改造，研發出新的調壓閥，利用鐘形閥、液壓驅動構成，新的調壓閥使閥門調節高爐爐頂壓力的范圍控制在1 kPa以內，相較于以往的5 kPa大幅降低。其節能效果明顯，設備質量可靠[7]。

4高爐煉鐵工藝節能減排技術綜合應用探究

4.1創新節能減排技術

高爐煉鐵中會產生大量的污染物質，對環境造成較大的污染，同時也會消耗大量的能源，高消耗高排放的關鍵點在于焦化與燒結兩個環節。因此在創新工作中，應著重關注這兩個步驟進行研發，充分利用現有的企業資源、社會資源，通過焦爐擴建，將其進行節能化、環保化改造。在減排管控時，可選擇合適的裝煤除塵技術，對煤塵等有害物質進行收集處理。燒結環節除上述技術外，也可采用其他工藝，比如在厚料層分次加入燃料，通過小球燒結，實現煤粉等比例的調整。積極創新節能減排技術，采用合適的技術手段，達到鋼鐵生產的節能減排目的。

4.2管控燃料比與焦比

管控燃料比與焦比是指在高爐煉鐵環節中，將高爐焦比與燃料比進行合適處理，微調兩者的比例，管控燃料比，提高煤比，使煤粉能夠充分燃燒。采用厚料層燃料分批次加入、高爐節能技術及對其進行過篩改造等方式，避免粉末過多地進入高爐中，不僅可優化高爐鋼鐵生產工藝，且能夠有優化煤氣的利用環境。此外，可利用雙預熱技術，提高風溫，確保噴煤量溫度適宜，這是提高熱量利用率的有效措施。對于二氧化碳等有害物質的排放問題，企業可設置有效的計量裝置，在重點管控區內安裝，再結合信息技術構建完善的監管系統，切實提高減排工作的信息化水平，便于現場工作人員及時采取針對性措施處理污染排放問題，保證節能減排確切實現[8]。

4.3降低生產工序的消耗

節能減排的主要目的是為節約能力，降低污染排放，保護環境，次要目的是為企業節省生產支出，增加企業經濟效益。現階段大多鋼鐵企業進行節能減排的方式是，優化鼓風機與高爐的和諧性，在確保不影響高爐的前提下，盡可能地避免高爐防風，強化高爐作業質量，降低鼓風機的能源消耗。另外構建制冷站循環冷卻系統，再通過多種冶煉工藝技術，使冷卻水能夠重復利用，此方式不會產生額外的能源利用與污染排放，也達到了生產作業需求，實現節能減排目標。

5總結

綜上所述，目前能源是各國家關注的重點，我國雖然地大物博，但同時也是人口大國，人均資源有限，在節能減排政策的要求下，鋼鐵行業積極推進節能減排技術改進，并將其應用于鋼鐵生產中。在政策的號召下，節約能源使用，保護環境，并實現企業的經濟效益最大化。

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【作者簡介】

崔龍，男，1988年出生，助理工程師，學士，研究方向為煉鐵工藝。

張夢穎，女，1990年出生，講師，碩士，研究方向為機械結構設計。

（編輯：謝飛燕）