11、钢铁工业能源环保现状及利用

中国钢铁工业能源环保现状中国钢铁工业协会提出推广“三干”与“三利用”干熄焦，高炉煤气干式除尘，转炉煤气干式除尘；水的综合利用，以副产煤气（焦炉、高炉、转炉）为代表的二次能源利用，以高炉渣、转炉渣为代表的固体废弃物的综合利用。推广“三干”工艺技术，提高能源的一次使用效率和能源的二次回收利用率；减排二氧化碳，减少粉尘、污水对环境的污染。将“三干”处理后的煤气在工序流程中通过TRT、CCPP尽量多的回收电能，减少发电用煤量，提高企业用电自给率，使企业力争做到“不买电、不买油、只买煤”，推动节能环保增效作用。建立在物质不断循环利用基础上的经济发展模式，组成一个“资源—产品—二次能源利用”的物质反复循环的过程，有利于化解环境和发展之间的冲突，而物质能量的有效合理循环是一个重要途径。3.1高炉煤气回收与除尘我国现有≥1000m3以上的高炉97座，2004年底配备TRT66台套（其中正在建设32台）。现80%以上的高炉TRT采用湿法除尘冷却系统，一般≥1000m3以上的高炉炉顶压力＞0.12MPa，每吨铁就可发电20~40KWh。如果高炉煤气采用干法除尘，发电量还可增加30%以上，炉容大、炉顶压力高，发电量增加的更加明显。莱钢开发了高炉煤气采用干法布袋除尘的关键技术“高炉煤气快速升降温”的技术，解决了由于煤气温度突然升高而烧毁布袋的问题，采用干法除尘技术可以使TRT发电能力提高36%。干发除尘的主要优点•干法投资仅为湿法投资的70%，投资省，建设速度快；•占地面积不到湿法的50%，节省场地；•使用氮气脉冲反吹技术，清灰效果好，无煤气泄露；•设有升降温装置，保证布袋安全运行；•动力消耗少，节电效果明显；•净煤气含尘＜5mg/Nm3，煤气质量显著提高，利于环保；•净煤气温度比湿法净煤气温度提高约100℃，达140℃~220℃，煤气显热提高，可提高热风炉风温（或省掉煤气预热设施），增加喷煤，降低焦比；•干法TRT比湿法TRT多发电30%以上，节能效果明显；•采用干法除尘后煤气温度高、质量好、稳定，更加有利于（TRT+CDQ（CCPP）或TRT+烧热风炉等）高炉煤气的梯级利用。3.2转炉煤气回收与除尘我国现有400多座转炉，其中大于200t的大型转炉17座，80t~190t的中型转炉107座，小于80t的小型转炉近300座。转炉湿法除尘系统平均回收的煤气量为80m3/t左右，回收系统能耗较大。目前我国转炉炼钢的工序能耗为23.6kgce/t钢。湿法除尘系统存在能耗高、环保治理难度大、废物利用率低等缺点。干法除尘技术具有节水、节电、除尘效率高、降低生产成本的优点（煤气回收量约为100mg/Nm3，煤气含尘量为10mg/Nm左右，炼钢的工序能耗可达-10kgce/t钢），同时提高了能源利用率。干法除尘与湿法除尘的效益比较分析序号项目120t转炉干法除尘120t转炉湿法除尘干法/湿法(万元)吨钢耗量吨钢费用(元)全年费用(万元)吨钢耗量吨钢费用(元)全年费用(万元)一备件（折旧费4%计）0.694149.9040.43193.096-56.81二水耗（m3）0.050.25540.2841.42306.72252.72三电耗（kWh）3.0541.527329.8326.7783.389732.024402.19四回收煤气(m3)8360kJ/m391.49.141974.247071512462.24五环保效益合计1440.504380.161060.343.3干熄焦•2004年我国焦炭的表观消费量19372万吨，其中钢铁消耗约占全国消耗总量的78.28%。现已建成或在建干熄焦装置47套。干熄焦回收红焦显热，生产出蒸汽用于发电，相当于减少了因生产等量蒸汽而燃煤对大气的污染（5～6t蒸气需要1t动力煤），尤其减少了SO2、CO2向大气的排放。对于一个年产100万t焦炭的焦化厂而言，采用干熄焦可回收45～60万t过热蒸汽，每年可以减少8～10万t动力煤燃烧对大气的污染，即少向大气排放144～180t烟尘、1280～1600tSO2。从温室效应看，少燃烧8～10万t动力煤相当于少向大气排放8～10万tCO2•炼焦车间采用湿法熄焦，每熄一吨红焦炭就要将0.5t含有大量酚、氰化物、硫化物及粉尘的蒸汽抛向空中，严重地污染了大气及周围的环境。这部分污染占炼焦对环境污染的三分之一。干熄焦则是利用惰性气体，在密闭系统中将红焦炭熄灭，并配备良好的除尘设施，基本上不污染环境。•我国干熄焦锅炉设计的均为中压或次高压，今后应设计采用高压锅炉，发电量将显著增加。3.4煤气和蒸汽的联合发电•经全干法除尘、TRT透平发电后的高温高炉煤气，一部分用于热风炉，富余部分与转炉煤气、焦炉煤气混合加压后进燃气轮发电机组发电；燃气轮机排出的高温余热产生的蒸汽，拖动蒸汽轮机发电机组，形成燃气、蒸汽联合循环发电。•2003年8月，国产首套高炉煤气燃气轮发电机组在通钢集团投入运行，经5300多小时运行考验，机组的机械性能、可靠性指标和环保指标优良。与常规的汽轮发电机组相比，联合循环热效率提高了10%（达40%），而污染环境的氮化物排放则下降了90%。•目前我国70%以上的发电设备为燃煤机组，部分为较先进的低热值燃气锅炉发电，其发电效率低，环境污染严重。高炉煤气燃气轮发电机组具有显著的环保、节能效益。1.钢铁工业余热钢铁工业总能耗=11～15%全国总能耗=15～20%工业总能耗能耗占总成本:约24%2000年吨钢可比能耗(kgce/t):日本:690中国:7812004年:日本:656中国:705(高7.5%)大中型企业与小型企业的差别大(1045kgce/t).据资料介绍:中国钢铁工业的能源利用率:(30-50)%,余热成了一种新能源.余热资源的温度水平可以分为三类：高温:500℃中温:150-500℃低温:150℃主要包括：（1）高温烟气余热(气相余热)：占余热资源的50%左右:焦炉煤气、转炉烟气，电炉烟气以及加热炉烟气等。其中转炉烟气温度可达1500℃，加热炉烟气也可达1000℃左右。(2)高温熔渣余热(液相余热):每吨铁产生400-500公斤铁渣,每吨钢产生约200公斤钢渣,每吨熔渣的余热=30-40公斤重油的热值.(另热水等).(3)高温固体料的余热(固相余热)如，高温烧结料,高温焦碳,高温钢材等.(4)中温余热如，高炉煤气,烧结烟气,热风炉尾气初级余热回收后的烟气等.(5)低温余热如:废蒸汽,热水,各种低温烟气和低温物料等.另外，钢铁厂还有一定量的其他余能:如，高炉余压,蒸汽余压,水压等机械能.——钢铁厂还有占总能耗20%的余能可回收.2.钢铁工业余热回收利用方法与现状(1)直接利用法热装热送钢坯,电炉烟气预热废钢,冬季取暖(冲渣热水,蒸汽)等.利用各种换热器\热管等换热设备将钢铁厂内各种气-固-液体的余热回收(物理热),预热空气煤气和用于工艺等过程.(2)间接利用法余热生产蒸汽发电:CDQ低温余热可以制冷(余热溴化锂吸收式制冷技术)TRT等.总体上看,2005年中国钢铁业的综合能耗:高水平:543.72kgce/t平均水平:741.05kgce/t低水平:958.59kgce/t中国已有很多很好的余热利用和回收的技术和方法,但面对新形势提出的深层次的节能要求,还有许多工作要做.余热回收存在的问题:(1)水平不一(2)重视不够(3)技术开发有待继续提高(难回收的部分)(4)投入不够可供开发的余热利用潜力还有空间:例如:(1)焦炉煤气的显热(集气管)(2)高炉渣\转炉渣\电炉渣的高质量显热(高炉渣利用率65%,钢渣利用率10%,仅利用部分物质,而高质量的能量几乎全部浪费).(3)烧结料的显热(4)焦碳的显热(5)红热的钢铁料显热(6)转炉电弧炉的烟气显热(7)轧钢加热炉烟气显热等等.3.钢铁工业的余热回收的新方法除了TRT\CDQ,干除尘等技术外,新的方法:将大宗集中或零散的间歇的余热产生蒸汽,然后相对集中发电是一新方法.这是中国钢铁协会近期要开始研究和推广的深层次节能和高水平余热利用的技术(即清洁又高效).(1)大宗集中连续的余热发电(除CDQ外):烧结料余热发电(马钢已建成一套系统,运行良好).新抚钢也在建设中(大系统).钢厂能源的等级:电,煤气,油,煤.电能是最清洁,最易控制和输送,是最好的能源之。钢铁厂是一个能源转换工厂:低级能源---高级能源:煤---煤气---热---电),用余热(废热)发电是国家鼓励的节能方法.(2)对高中低温的零散和间歇余热的回收例1:宝钢某厂现有近200座各种加热炉,已采取了各种技术措施,回收了大量排放的余热,但还有大量中低温余热还未被利用,如何进一步提高能源利用率,将这些零散和间歇的余热利用起来?发电是一条新路.1)不需要很高温度(水开产生一定压力的蒸汽即可).2)可以解决难利用的零散和间歇余热.3)四季可用.4)对原工艺和操作指标提高了.例2:间歇排放的转炉渣的高质量高温余热的利用:发电也是一条很好的方法.正在研究既多功能地利用高温余热,又利用渣本身的“资源—能源”同时利用的工业生态技术.从分子和晶体结构水平研究经过高温处理后的物态及余热多种利用途径.以前对钢水和铁水研究很多,而且还在继续研究中(视渣为废物),下一步要对液渣进行大量研究,只有象对钢水铁水一样地深入研究液渣,才能有技术突破.目前对经过高温处理的熔渣的研究很不够,对其各种高温和常温物理化学性质和晶体结构了解不够,因此对其利用的方法有限.“高温过程改质方法”有望取得新的技术(在高温下对溶渣进行改质后利用其热量和物质).钢铁工业的余热利用新方法之一是:发电.是中国钢铁工业深层次节能和提高中国钢铁工业综合水平的表现,是一钢铁大国向钢铁强国迈进的一个步骤.可适用范围:1)大宗集中的余热2)零散间歇的余热3)难以利用的中低温余热要加强适合中国条件的新节能技术的开发,深层次节能要强—强联合(大量新技术有待开发).小结