钢铁企业节能减排技术

钢铁企业节能减排技术综述西昌钢钒有限公司能源环保部2014年10月27日能源管理室：黄毅综述内容一、技术概况二、烧结工序三、焦化工序四、炼铁工序五、炼钢工序六、废水处理七、底温余热利用八、高温熔渣显热利用九、CO2减排技术技术概况干熄焦余热发电、煤调湿、烟道气余热利用、热导油蒸氨炼钢烧结矿余热发电、烧结烟气脱硫及余热利用、降低烧结机漏风高炉煤气干法除尘、TRT发电、脱湿鼓风转炉煤气干法除尘、转炉余热回收发电、干式真空冶金蓄热式燃烧技术、加热炉余热回收发电铁钢界面一罐制连铸坯热送热装、钢渣显热回收焦化烧结炼铁轧钢干熄焦余热发电、煤调湿、烟道气余热利用、热导油蒸氨燃气—蒸汽联合循环发电、CO2减排、高炉渣显热回收烧结工序—余热利用技术烧结工序热量平衡表•防止干烧•可定时•更营养烧结余热利用方式（1）烧结点火空气（2）预热点火空气（3）预热混合料（4）余热锅炉产生蒸汽（5）发电：2008年以后，我国烧结余热动力利用方式逐渐占据主导地位，截止到2010年底,据不完全统计,全国钢铁企业已建成烧结余热发电机组27套,涉及到23家钢铁企业的53台烧结机,总烧结面积14370m2,发电机组总装机容量484MW。工艺流程烧结余热资源约占烧结工序能耗的一半左右:主要为冷却机废气余热和烧结机主烟道烟气余热烧结余热发电烟气系统流程图烧结工序—余热利用技术某360m2烧结机废气温度变化：高温废气集中在机尾的5个风箱,温度在200~450℃,平均温度约350℃。冷却机按换热后气体温度变化分为高、中、低三个区段,即高温段450~300℃、中温段300~200℃、低温段200~150℃。烧结工序—余热利用技术(a)方案一:全部烟气脱硫[当除尘器入口烟气要求大于120℃(北方钢厂、冬季)](c)方案二:选择性脱硫,余热回收—三段式烟道（当除尘器入口烟气要求大于80℃时）对总的烧结余热资源分析表明——每平方米烧结机的余热资源大概可以装机30kW——每一吨烧结矿，其生产过程余热可回收至少20kWh的电力——通过烧结余热回收的电能占粗钢电耗的5%——多采用“二炉一机”或“三炉一机”配置方式烧结工序—余热利用技术马钢烧结余热发电装置工艺流程图马钢２台３００ｍ２烧结机，烧结矿带冷机前３烟囱排烟温度达３００～３８０℃，其冷却废气流量约８０万ｍ３／ｈ，其余热回收装置是２台３７.４ｔ／ｈ废热锅炉（３７５℃、１.９５ＭＰａ）和１台发电机组（额定功率１７.５ＭＷ）。工程于２００４年９月１日正式开工，２００５年９月６日顺利并网，目前已正常运行５年，日发电在２５万ｋＷｈ以上。马钢烧结带冷废气余热发电工程，是中国第一次在烧结系统实施的低温废气发电项目烧结工序—余热利用技术济钢400m2烧结环冷机余热利用工程特点烧结余热发电工艺采用1+1+1建制，即1台烧结环冷机配套1台余热锅炉和1台蒸汽轮发电机。余热锅炉产生中压和低压两种蒸汽，分别通过蒸汽管道输送至电站，中压蒸汽作为汽轮机主进汽，低压蒸汽作为补汽。环冷机排出的高、低温烟气分别通过高、低温烟道进入余热锅炉，余热锅炉排出的约140℃烟气再由循环风机送入环冷机（在循环风机入口需要补充5～15%的冷风）。优点：（1）可以大幅提高余热锅炉的能量回收效率；（2）可以大幅度减少烟气中矿尘直接排空带来的环境污染；（3）热风冷却烧结矿可减少急冷破碎现象，提高成品烧结矿质量。济钢400m2烧结环冷机余热利用工艺流程示意图烧结工序—余热利用技术邯钢和协作单位首创了双烟道双压自带除氧锅炉烟气余热回收技术，开发了高效双烟道双压无补燃余热锅炉配置补汽式汽轮机烧结余热发电技术，研发了烧结烟气闭式全循环技术，实现了能量的循环利用，余热锅炉余热利用效率达到60%，比传统单烟道余热锅炉余热利用率提高了约9个百分点，2011年烧结机余热发电达到了13304.9万kWh。802.59292.113304.9020004000600080001000012000140002009年2010年2011年万kWh邯钢近三年烧结余热回收发电量烧结工序—余热利用技术邯钢烧结余热发电安钢烧结余热发电—第一代双温双压余热锅炉环冷机烟气蒸汽水安钢2×360m2烧结环冷机余热回收工艺简图（工程2009.3建成）技术特点：双通道、双温双压余热锅炉技术，替代进口闪蒸）设备；烟气全循环；采用新型烧结环冷机密封装置。实施效果：2010年吨矿发电量15kWh；年发电1.07亿kWh；效益7490万元存在问题：（1）环冷机热胀冷缩问题没有解决；（2）环冷机密封问题没有彻底解决；（3）环冷机发电的稳定运行问题没有解决；（4）烧结机余热没有回收。烧结工序—余热利用技术开发过程：在安钢3#烧结机上开发，项目正在实施。技术特点：（1）环冷机采用水密封，彻底解决了环冷机的密封问题和膨胀问题；（2）回收了烧结机尾部高温烟气余热，扩大了余热回收范围；（3）增加补汽汽源，确保发电机组的稳定运行，避免重复开停。预期效果：预计吨矿发电量可到30kWh，比第一代技术发电量提高50%以上。烧结主抽尾部烟气安钢3#烧结机主抽尾部烟气余热回收工艺简图余热锅炉环冷机Ⅰ段安钢3#烧结环冷机余热回收工艺简图环冷机Ⅱ段余热锅炉循环风机安钢烧结余热发电—第二代烧结工序—余热利用技术烧结机横截面示意图烧结机纵截面示意图烧结工序—降低漏风技术日本烧结机漏风率30%左右，宝钢漏风率40%左右。台车到风箱之间的漏风占烧结机总漏风率的80%左右，主要包括台车体、台车与风箱滑道之间的漏风以及烧结机头尾部的漏风。宣钢（2011年）、杭钢（2008年10月）降低烧结机漏风率技术烧结机台车本体安装了秦皇岛新特科技有限公司开发研制的全封闭多级磁力密封装置，它是将烧结机从风箱下部起用钢板把台车两侧全部屏蔽起来，上盖板在负压的作用下紧贴在台车挡板上沿，形成第一道密封；在台车档板里侧设有磁性密封板，该磁性密封板插入台车料面中，形成第二道密封；磁性密封板吸附大量矿粉，形成第三道密封，从而实现了对台车体和滑道漏风的有效治理烧结机头尾部安装了秦皇岛新特科技有限公司开发研制的全金属柔磁性密封装置，该技术在活动密封板下部装有高温压缩弹簧组，活动密封板与台车始终保持接触，在活动密封板上布有高温磁性物质，使活动板能吸附周围铁粉，在台车和密封板间形成一个柔性密封层，解决了由于台车底面变形而形成的间隙漏风问题；密封板与机体之间采用了不锈钢板簧联接彻底解决了密封板与机体之间的漏风问题。宣钢漏风率由改造前的62.0%降到改造后的51.4%。杭钢改造后的漏风率下降了6～8个百分点。烧结工序—降低漏风技术莱钢265m2烧结机降低机头机尾漏风率技术原机头、机尾密封，采用的是重力支撑式密封，后选用ZTM型机头、机尾密封装置（秦黄岛市海港三星冶金机械备件厂制造）重力支撑式密封装置ZTM型密封装置烧结工序—降低漏风技术改造后效果：机头、机尾密封效果提高50%，烧结机总漏风量降低2个百分点调湿热源：烟道废气、干熄焦蒸汽或其它低压蒸汽第一代：“导热油干燥技术”，1983年在新日铁大分厂建成第一套装置。第二代：“蒸汽干燥方式”，1991年在新日铁君津厂建成第一套装置。第三代：“流化床煤调湿技术”，1996年在日本室兰焦化厂投产，第三代煤调湿技术与前两代相比，具有工艺流程短、传热效果好、构造简单、运行稳定和设备投资费用少等优点。第四代：“风动选择分级及调湿技术”，与第三代调湿技术的不同之处在于其兼具了粒度分级的功能,一套装置实现了炼焦煤调湿和粒度分级两种功能。另外：“沸腾床炼焦煤风选调湿技术”，由鞍山热能研究院在本世纪初在酒钢引进的乌克兰风选粉碎技术的基础上开发，在本钢建成1t/h处理能力的中试生产装置,但至今没有实现工业应用。另外，莱钢的“振动流化床风动选择分级及调湿技术”，以振动流化床替代固定流化床,于2009年完成了2t/h的中试实验。我国第一套煤调湿装置于1996年在重钢焦化厂建成投产，属于第一代技术，第三代技术则由2007年济钢焦化厂建成应用。一至四代的实际可比性投资比大约为1.15：1：0.91：0.68。焦化工序—煤调湿技术概况►煤调湿技术发展趋势（1）具备炼焦煤调湿核心设备的开发，以防止细颗粒煤的过干燥问题。（2）智能化控制系统的开发，用于实现煤量与烟道气量的比例关系以及抽烟道气对焦炉吸力调节的控制，使整套装置的操作具有高度的稳定性，确保不影响焦炉的稳定生产，且具备良好的操作弹性。（3）对调湿过程中所产生煤尘的收集与应用技术的开发，防止二次污染。►煤调湿技术评价（1）一代技术由于存在潜在的环保安全隐患、热媒易变质、且投资巨大,不应考虑；（2）二代技术固然成熟可靠,但其并不能实现节能，反而每吨湿煤要增加5公斤多标煤的能耗,且投资高,因此只能作为备选;（3）三代技术总体不错,但从日本引进费用巨大，因此要注重国产化特别是注重开发配套的振动流化床装置；（4）四代技术在没有洗精煤解冻设施的北方企业不能采用固定床,因为冬季煤的冻结会加剧布风板堵塞,严重影响效率和开工率，而应关注振动流化床，其能有效解决该问题。焦化工序—煤调湿技术概况主要利用烟道热废气，使装炉煤水分稳定在6~7%工艺流程简捷，操作方便，运行及维护费用低，综合能耗低调湿工艺与破碎工艺一体化，占地面积小不需增设生产运行及维护人员岗位投资低，在同等条件下是其他工艺的60~70%系统安全可靠，对原煤含水率和粒度无限制焦化工序—莱钢煤调湿技术减少能耗5.23kg标煤/t焦剩余氨水量减少70165t/a降低配煤成本5%提高产量4.44%降本增效约14元/t焦节能减排效果SDM煤调湿专利技术优点马钢煤调湿技术流程图技术特点（1）马钢采用是第３代ＣＭＣ技术，利用焦炉烟道废气显热进行煤的干燥，不增加新的热源。（2）通过流化床装置直接对流交换方式，调整煤的湿度，效率高。（3）将炼焦煤水分（质量分数，下同）由１０％降至６％，预计可达到增产８％，节能５％的效果。焦化工序—马钢煤调湿技术核心技术：实现干熄焦设备大型化（260t/h干熄焦为世界最大）采用高温高压自然循环余热锅炉技术炉内大容量焦炭均匀稳定换热技术采用新型耐火材料技术运行效果：（1）提高生产效率50%，降低能耗6%、提高发电效率12%（2）产生9.5MPa、540℃高温高压蒸汽，比中压和次高压锅炉增加发电量20%和8%（3）2011年吨焦发电平均105.4kWh，达到国内领先水平近一年吨焦CDQ发电变化趋势焦化工序—首钢京唐高压CDQ发电技术将碳酸钾脱硫工艺脱硫液再生与初冷工艺相结合，利用部分脱硫贫液代替部分初冷循环水，回收利用初冷上段的热源作为脱硫液再生的热源，既节约了脱硫液再生所需蒸汽，又减少了循环水消耗。重钢新区全年节约蒸汽和循环水折合12766t标煤，扣除增加的电力等能耗约2293t标煤，节约能耗达10473t标煤。焦化工序—重钢焦炉初冷上段荒煤气余热利用炼焦炉耗热量的11%为焦炉炉体散热，19%为燃烧后烟道废气带走热，30%为荒煤气带走热量，40%为红焦带走热量。蒸氨采用导热油代替蒸汽加热，从而解决焦化厂原蒸氨工艺落后、效率低、能耗高、设备腐蚀严重、操作环境差等技术难题。用导热油代替蒸汽用于传统的蒸氨生产，可避免蒸汽冷凝后产生的外排蒸氨废水，实现无蒸汽蒸氨。√节约能源导热油循环使用，加热升温快，年节约6920t标煤。√节约蒸汽蒸氨处理量按100m3/h计算，节约蒸汽20t/h，年节约蒸汽17.52万t，相应减少水资源消耗量，减少排污量。√更加环保降低废水量10～12m3/h,全年减少废水量8～9万m3。焦化工序—重钢导热油蒸氨技术高炉炼铁工序—脱湿鼓风简介意义含湿量增加1g/m3，理论燃烧温度降低6.3℃(新日铁经验值)、7.6℃（首钢经验值）、焦比增加1kg/t，相当于降低9℃风温。考虑到分解产生的H2在炉内参加还原反应又放出相当于3℃风温的热量，因此一般认为鼓风湿分变化1g/m3相当于影响风温6℃。在沿江地区，冬季和夏季湿分相差约30g/m3左右，年平均湿分变化10g/m3左右，南方地区一天中空气