第3章 钢铁冶金行业的节能减排课件.ppt

1,2,3,3.1 中国钢铁生产发展与节能减排现状3.1.1 概况钢铁工业是高物流、高能耗、高污染的传统产业。目前，钢铁工业总能耗已占全国工业总能耗的15%左右，而钢铁企业生产过程中的能源有效率仅为30%左右；全行业固体废弃物回收利用率在53%，水资源利用率在40%左右。,4,从1990年到2006年，中国钢产量增长了5.39倍，同时也带来了能耗的急剧增加和环境负荷的加重，节能减排工作就显得尤其重要。,5,3.1.2 国家领导人关注中国钢铁工业的节能减排国务院总理温家宝在十届全国人大五次会议上作政府工作报告时指出：抓好节能降耗、保护环境是“十一五”期间政府工作的一大重点。提出“十一五”期间淘汰落后炼铁产能1亿吨、落后炼钢产能5500万吨的指标，2007年力争分别淘汰3000万吨和3500万吨的指标。这充分反映了钢铁行业在节能减排工作中的重要地位。在2007年4月钢铁工业关停和淘汰产能工作会议上，有关领导人也提出：钢铁工业是节能减排潜力最大的行业、钢铁行业在污染减排中占有举足轻重的地位。,6,我国钢铁工业一次能源消耗以煤为主，占总能耗的比例接近70%。我国钢铁工业所消耗的煤炭品质：灰分高、硫分高。,3.1.3 我国钢铁工业生产及污染环境现状,7,19902006年我国钢产量及能耗变化趋势,8,我国重点大中型钢铁企业的吨钢综合能耗从2000年的0.92tce/t下降到2006年的0.645tce/t，下降了29%。,9,钢铁行业是工业行业中的重点排污行业。目前，钢铁行业对GDP增加值的贡献为3.14%，而该行业排放的工业废水、工业粉尘和二氧化硫总量分别占全国工业污染物排放总量的10%，15%和10%。因此，做好钢铁行业的污染物减排工作对于整个工业行业的污染物减排具有重要意义。,10,钢铁行业的能耗、水耗及污染物排放量,11,重点大中型企业吨钢污染物排放量,12,2006年我国钢铁行业固体废弃物利用状况,13,3.1.4 我国钢铁工业节能减排与国际先进水平的差距,14,从钢铁生产工序能耗来看，国内企业之间存在较大差距，国内先进水平与国际先进水平相比，也有一定的差距。,15,国内外重点钢铁企业环保指标比较,16,3.2.2 调整工艺结构(1)降低铁钢比：生铁是高能耗产品，铁钢比高必然导致钢铁工业能耗上升。中国钢铁企业“十五”期间铁钢比从2000年的1.02下降到2006年的0.965，重点钢铁企业铁钢比从0.916下降到0.88。由于铁钢比的降低，使得钢铁工业的能源消耗也降低，此项可节约1000多万吨标准煤。,17,(2)提高综合成材率：19952006年中国钢铁行业连铸比从46.5%提高到98.57%，轧钢综合成材率由86.76%提高到95.65%。,18,(3)开发、应用先进节能技术干熄焦技术(CDQ)：钢铁企业焦化厂焦炭产量约7000万吨，干熄焦年发电量26亿kwh。高炉余压发电技术(TRT)：2006年1000m3以上高炉121座，全部配备TRT，年发电量约36亿kwh。煤气联合循环发电技术(CCPP)：2006年底，中国钢铁企业已建了近10套利用低热值煤气的联合循环发电装置CCPP，年回收煤气量3000亿m3，年发电量100亿kwh。,19,(4)加强能源管理能源管理中心以能源管理和能源转换为目标，确保生产用能的稳定供应；充分利用低价能源代替高价能源；集中管理与自动化操作，提高能源利用效率。1991年宝钢建立了能源管理中心，显示出巨大的优越性，鞍钢、武钢、首钢、攀钢、本钢、太钢等钢厂都已准备或正在建设能源中心。,20,21,钢铁行业可持续发展的技术支撑,22,采用五项重大节能环保技术,23,产品高品质化,24,能源转换技术：冶金电力联合生产技术,技术优点：省去焦化和烧结工序；实现冶金电力联合生产；装备简单、技术成熟度较高；实现密闭生产，对环境污染小。,工艺特点：流程短：直接采用粉矿和煤炭冶炼；采用高温空气进行炉内二次燃烧；采用一步法还原工艺，设备简单；采用预热锅炉和干法除尘技术，充分回收炉气废热发电。,25,基于氢冶金的熔融还原炼铁工艺煤基制氢技术,技术优点：采用氢气还原铁，还原产物为水，易于脱除，实现能源的循环利用；彻底解决了污染问题，避免了对环境和对钢材本身的污染，适宜生产超洁净钢。,工艺特点：在熔融炉渣中喷吹纯氧和块煤造高纯还原煤气；CO2+H295%,SO21%.煤气经除尘和换热后进行水煤气变换，脱除CO2，生产纯氢。氢气经加热后，提供给竖炉进行铁还原，还原后的煤气经脱水后循环使用。,26,基于氢冶金的熔融还原炼铁工艺氢冶金工艺,H2的还原产物为H2O，易于脱除。实现能源的循环利用，降低水耗和对环境的污染程度。,27,3.3.3 烧结节能减排措施3.3.3.1 节能减排的措施(1)降低固体燃料的消耗固体燃料消耗在烧结工序能耗中占的比重最大，达75%80%，降低工序能耗首先要考虑的是降低固体燃料的消耗。降低固体燃料消耗的措施包括控制燃料的粒度及粒度组成；燃料分次加入，改善固体燃料的燃烧条件；厚料层烧结；采用球团烧结或小球烧结工艺。,28,(2)低温烧结技术低温烧结是一种在较低温度(1300)条件下，以强度好，还原度高的针状铁酸钙作为主要黏结相去黏结其他矿物，形成交织残余结构的烧结方法。整个烧结过程在较低温度和较高氧位条件下进行，因而能充分生成铁酸钙系列的黏结相，减少硅酸盐黏结相，从而保证烧结矿具有良好的强度和还原性。另一方面低温高氧位烧结抑制了FeO生成，使烧结矿中FeO含量降低，软化和熔化温度升高，软熔性改善；低FeO和高软化温度使烧结矿的高温还原性一并得到改善，同时降低烧结工序燃耗。,29,(3)烧结余热回收利用烧结过程有两部分余热可回收利用，一为烧结机后部风箱内的烟气余热，温度为300350，并含有较多的氧气；二是烧结终了时，热成品矿具有显热，烧结矿温度约750800，占烧结能耗的30%40%左右。余热利用有两种主要的方式，一是动力利用，即将热能转化为电能或机械能；二是热利用，即利用余热来预热、干燥、供热、供暖等。具体的操作方式包括预热混合料及热风烧结、生产蒸汽、通入热风罩进行热风烧结、余热发电等。,30,(4)热风烧结热风烧结就是在烧结机点火器后面，装上保温着火热风罩，往料层表面供给热废气或热空气来进行烧结的一种新工艺。热废气温度可高达600800，也可使用200250的低温热风烧结。热废气来源有煤气燃烧的热废气、烧结机尾部风箱或冷却机的热废气，也有用热风炉的预热空气。,31,(5)降低电耗电耗在烧结工序能耗中是仅次于固体燃料的第二大能耗，约占13%20%。降低电耗也是降低烧结工序能耗的重要措施。具体措施包括减少设备漏风率；采用变频调速、电容补偿；减少大功率设备空转时间等。,32,(6)降低点火热耗烧结点火应满足如下要求：有足够高的点火温度；有一定的点火时间，适宜的点火负压，点火烟气中氧含量充足；沿台车宽度方向点火要均匀。点火热耗占烧结工序能耗的5%10%，降低点火能耗对降低烧结工序能耗也具有重要意义。具体措施包括采用新型节能点火器；严格控制点火温度和点火时间等。,33,(7)提高自动化控制装备水平自动化控制系统的功能是实现对烧结生产设备的连锁控制、过程控制、过程实时数据的采集与监视、过程与设备状态的监视与报警、过程趋势数据的采集与处理、报表打印、分析处理等。,34,(8)合理使用冶金废料综合利用冶金废料不但可以减少资源浪费、降低成本，而且还可以降低能源消耗。具体措施包括烧结矿粉的使用；高炉灰、钢渣的使用；炼钢污泥的使用等。,35,炼铁原辅料及炼铁过程主要成分变化,36,钢铁厂对大气环境影响最大最直接的是粉尘(烟尘)排放，是造成钢厂周边地区总悬浮颗粒物(TSP)和粒径在10m以下的颗粒物(PM10)等指标高的主要原因。炼铁系统粉尘(烟尘)的排放总量占钢厂总粉尘(烟尘)排放量的50%以上。烧结过程的粉尘(烟尘)主要来源于台车下面的抽风系统(占90%)以上。高炉炼铁工序的粉尘(烟尘)主要来源于高炉上料、煤气放散和出铁场等。,37,3.4.2.2 废气的产生和排放高炉炼铁生产工艺中，有以下废气污染物产生：(1)运输及装料废气：原料经矿槽、皮带、振动筛、上料小车储运、装料系统进入高炉，这一过程排放的主要污染物是粉尘。(2)热风炉的废气：热风炉通常是以高炉煤气混合焦炉煤气或天然气、重油、煤炭为燃料的，这一过程排放的主要污染物是粉尘、SO2、NOx。(3)出铁场排放废气：出铁场出铁时，在出铁口、撇渣器、铁水沟、渣沟、铁水装入铁水罐时会排放出颗粒物(炉尘)。这些颗粒物主要是铁水、炉渣与周围氧的相互作用而产生的。,38,3.4.2.3 废水的产生和排放高炉废水主要有煤气净化废水和水冲渣废水。高炉煤气净化废水的物理和化学污染较为严重，水在煤气净化系统中每循环一次，约含粉尘0.40.5g/L。由于水的硬度过高，含有细小的悬浮杂质，使管道和设备产生结垢和积聚沉淀物。这种水含有大量的污泥和大量的溶解无机盐。,39,3.4.3 炼铁节能减排措施3.4.3.1 干熄焦技术(CDQ)干熄焦技术是符合我国相关产业政策的一项提高焦炭质量、节约能源、改善环境的先进技术。干熄焦技术起源于20世纪初的瑞士，此后前苏联、日本、德国在干熄焦装置大型化、自动化及环境保护方面陆续做了改进。,40,从焦炉出来的红焦炭(9501050)所含显热相当于炼焦生产消耗的总热量的35%40%。采用干法熄焦可回收红焦显热的80%，吨焦可产生3.9MPa的蒸汽0.45t(先进的可达0.6t)。宝钢干熄焦可降低焦化工序能耗68kgce/t。这是钢铁工业可回收余热最大的项目，约占可回收余能的一半。干熄焦的焦炭质量得到提高，热反应性能降低10%13%，抗碎强度M40提高了3%4%，耐磨强度M10改善0.3%0.8%；在焦炭质量不变的条件下，可多配10%20%弱黏结性煤，可节水0.38t/t(焦)；高炉使用干熄焦的焦炭可降低焦比2%，产量提高1%。,41,3.4.3.2 精料（提高原燃料质量）提高入炉矿石的品味：入炉矿石品位每提高1%，炼铁焦比下降1.5%，生铁产量升高2.5%，吨铁渣量减少30kg，允许高炉增喷15kg/t煤粉。提高炼铁原燃料转鼓强度：酸性烧结矿(CaO/SiO21)碱度提高0.1，可降低炼铁焦比3%-3.5%。焦炭耐磨强度M40提高1%，高炉利用系数提高4%，燃料比下降5.0kgce/t；M10减少0.2%，高炉利用系数提高5%，燃料比下降7.0kgce/t。高碱度烧结矿具有强度高、还原性能好的优点。,42,提高熟料比：熟料比(指烧结矿和球团矿占入炉原料的比例)提高1%，可降低炼铁焦比23kg/t。主要是因为熟料比天然矿的还原性能好，可以增加铁矿石的间接还原度。在高炉冶炼中，铁矿石的直接还原是吸热反应，而间接还原是放热反应。间接还原度每增加1%，可降焦比67kg/t。入炉原燃料的粒度、化学成分、冶金性能要稳定：近年因我国炼铁工业处于高速发展阶段，造成了全国炼铁原料供应紧张，价位攀升，成分处于波动之中，造成全国炼铁生产技术指标滑坡（入炉焦化比升高、喷煤比下降）。,43,优化原燃料粒度组成：要筛除小于5mm的粉末，要求其含量低于3%5%，入炉粉末(5mm)每降低1%，高炉利用系数可提高0.4%1.0%，焦比下降0.5%。入炉粒料也不能过大，要筛除大于50mm的炉料(进行再破碎)，烧结矿粒度应小于50mm，块矿要小于30mm，并控制510mm粒度组成占总炉料的比例小于30%。不同粒度组成的炉料要分级入炉。若混装炉料将产生填充作用，造成高炉透气性差，压差升高。,44,铁矿石的冶金性能要好：铁矿石的冶金性能包括还原性、低温还原粉化率、软化性和熔滴性等。还原度大于60%的铁矿石属于还原性能好的矿石。矿石还原度提高10%，高炉焦比可降低8%9%。,45,3.4.3.3 提高煤比，降低高炉的入炉焦比和燃料比提高煤比：提高煤比可降低生铁成本，但提高喷煤量时应考虑自身的冶金条件，要做到提高喷煤量同时不降低置换比，使燃料比随喷煤量的增加有所降低。调整燃料结构：焦炭在炉内的料柱骨架作用无法取代，低的优质冶金焦比例是炼铁生产不断追求的目标之一。提高煤气利用率。,46,3.4.3.4 提高风温热风是高炉炼铁的廉价能源，热量主要是用低热值的高炉煤气换来的，占高炉总热量输入的17%19%。一般送风温度在10001200之间时，风温每增加100 可降低焦比2.8%。高风温是高炉降低燃料消耗的最有力措施，也是大喷煤的基础，同时也是降低生铁成本和减少环境污染的有效手段。可采取下列措施提高风温：改进热风炉结构；采用热风炉余热预热助燃空气；提高煤气热值；热风炉采用自动换炉、自动燃烧控制技术。,47,3.4.3.5 提高炉顶压力高压操作可显著提高产量、降低焦比、提高生铁质量。3.4.3.6 提高TRT(高炉炉顶煤气余压回收透平发电装置)回收效率炼铁余能发电主要利用炼铁产生的高炉煤气的余能，既回收高炉煤气、减少煤气排放，又创造效益，是二次能源利用的最重要的技术之一。,48,3.4.3.7 煤气回收利用可燃气体使用的原则是：优先供给各类工业炉窑使用(包括热风炉、加热炉、回转窑、烘烤设施、烧结点火等)，最后有剩余采用与发电。钢铁企业产生的可燃气体能值高(占总购入煤炭能量值的34.12%)、气量大、利用不充分的现状，推荐钢铁企业积极采用煤气发电技术设备，并可以实现多买煤少买电、节能降耗的目标。,49,3.4.3.8 降低煤气消耗高风温可以改善高炉下部热制度，提高能源利用效率，但同时热风炉本身也消耗燃料，其消耗约占高炉工序能耗的11%。3.4.3.9 高炉处理废塑料技术塑料的成分为高分子化合物，是高炉炼铁的良好还原剂和发热剂。开发和利用高炉喷吹废塑料技术，不仅可以提供廉价的能源，使高炉焦比降低、能量消耗减少，同时也实现了对塑料的资源化利用和无害化处理。,50,3.4.3.10 高炉结构合理化与世界主要产钢国相比，我国高炉结构不合理。我国高炉具有数量多而容量相对较小的特点。事实证明：大高炉能耗比小高炉低、铁水温度比小高炉高，有利于低硅炼钢铁冶炼。3.4.3.11 延长高炉寿命延长高炉寿命可以节约高炉大修费用，提高了作业率，增产了生铁，减少了人力物力消耗，降低了吨铁的固定资产投资，是炼铁系统节能的重要方面。,51,3.4.3.12 通过非焦炼铁改革能源结构高炉炼铁在过去发挥了重要作用，在今后二十年仍将是炼铁的主要工艺。但由于资源、环保等方面的问题和技术的发展，改进原燃料的品种结构，向非焦炼铁发展势在必行。3.4.3.13 热能回收技术目前，世界上已经有几十个国家把高炉渣作为一种资源加以回收利用，但显热的回收问题一直没有得到解决。当前，绝大部分高炉都采用水冲渣，炉渣显热用于取暖和发电。大多数情况下，在夏季和无取暖设备的地方，这部分能量只能白白浪费掉。,52,3.5 炼钢过程与节能减排3.5.1 炼钢工艺过程现代炼钢方法主要有氧气转炉炼钢和电炉炼钢。氧气转炉炼钢以顶吹烟气转炉炼钢为主，同时还有底吹氧气转炉炼钢和顶底复合吹氧气转炉炼钢。用高炉铁水进行转炉吹氧炼钢是目前钢铁企业的主要炼钢工艺。,53,转炉炼钢不需要外加热源，依靠铁水本身的物理热和铁水中元素氧化还原反应放热提供热源，来达到炼钢所要求的温度，富余的热量通过添加废钢以及少量的其他冷却机来进行调整。电炉炼钢大多为小型钢厂或合金钢、特种钢厂所采用，在我国产量约占总钢产量的12%20%。电炉炼钢以交流电弧炉炼钢为主，同时还有直流电弧炉炼钢、感应炉炼钢及电渣重熔等。,54,3.5.2 转炉炼钢节能减排3.5.2.1 负能炼钢实现负能炼钢，应采取以下措施：提高转炉作业率，缩短冶炼周期可降低冶炼电耗；优化冶炼工艺，提高煤气回收水平；提高蒸汽的回收利用水平；缩短钢包周转时间，使出钢温度降低，降低工序能耗；采用蓄热燃烧技术烘烤钢包，实现钢包烘烤节能；采用计算机终点控制技术和转炉冶炼计算机动态模型技术。,55,3.5.2.4 降低煤气消耗蓄热式燃烧技术是一种余热回收技术，它通过蓄热体交替切换成吸热和放热的工作状态来回收废气中的余热。此热能交换方式可达到降低废气热损失，提高烘烤器热能利用效率的效果。,56,高效蓄热式燃烧技术的加热装置具有以下特点：使助燃空气的预热温度几乎达到钢包内气体温度，烟气排放温度接近于大气温度，可显著节约煤气；交替燃烧使钢包内气体流动状态紊乱，钢包内壁温度均匀；采用分段燃烧，显著降低NOx含量。,57,3.5.2.5 转炉煤气回收利用冶炼过程中转炉内处于高温，碳氧反应形成的CO气体称为转炉煤气，温度约在1600.此时高温转炉煤气的能量约为109J/t，其中煤气显热能约占1/5，其余4/5为潜能。转炉煤气是优质的气体燃料，是转炉炼钢环节最重要的二次能源，转炉煤气回收是转炉负能炼钢的关键，是炼钢节能降耗的重要途径。要做到负能炼钢必须回收煤气，而且应尽可能提高回收煤气的数量和质量。,58,3.5.3 电弧炉炼钢节能减排电弧炉是以冷废钢为主要原料，以电能为主要能源冶炼优质钢的一种工艺。由于该工艺实现了对废钢的再利用，减少了对环境的污染；所使用的电能也是一种清洁的能源。但我国目前自产废钢少，电力供应紧张，因此，电弧炉炼钢的节能降耗是制约此工艺发展的关键问题。电弧炉炼钢的节能降耗可从提高生产效率和降低电耗两个方面来实现。,59,从当前技术来看，电炉炼钢节能主要采用以下手段：以价格低廉的一次能源油、天然气、煤等代替电能；提高电能利用效率，减少无功功率，主要措施是提高功率因数；强化用氧，配置氧燃烧嘴使溢出的CO燃烧，回收利用烟气中的化学热；利用电炉炼钢烟气中的物理热和化学热，进行废钢预热；采用偏心底出钢技术，进行留钢留渣操作；加强生产管理，降低能耗。,60,3.5.3.1 合理供电技术电弧炉炼钢过程中合理的电气运行制度是最基本的工艺制度，合理的电气运行制度在于充分发挥变压器的能力，不仅对操作运行很重要，而且也有助于降低电耗、电极损耗和耐火材料侵蚀，缩短冶炼周期。供电制度优化的原则在于冶炼过程中尽可能发挥变压器的供电能力，最直接的目标是电弧功率最大。因此，在额定功率允许范围内，保证电弧稳定燃烧的前提下，应尽量提高功率因数，从而提高生产率，降低电耗和总能耗。,61,3.5.3.2 强化供氧技术在电弧炉冶炼过程中进行强化用氧除了使脱碳速度加快以外，还可以充分利用氧气与原料中易氧化元素发生化学反应放出的热量，达到节能降耗的效果。近代电弧炉炼钢大量使用氧气，其中吹氧使熔池中各元素氧化，供能已占总能量供应的25%30%。同时通过氧气的搅拌作用使炉底废钢提前熔化，使钢水温度均匀，抑制了精炼期的沸腾现象。,62,3.5.3.3 泡沫渣技术为缩短电炉冶炼时间，提高电炉生产率，电炉炼钢采用较高的二次电压和功率进行长电弧冶炼操作，增加有效功率的输入，提高炉料熔化速度。但长电弧辐射能力强，炉衬寿命低，所以采用泡沫渣冶炼技术对电弧进行屏蔽。泡沫渣技术是在电炉冶炼过程中，在吹氧的同时向熔池内喷碳粉或碳化硅粉，形成强烈的碳氧反应，在渣层内形成大量的CO气体泡沫。通常泡沫使渣的厚度达到电弧长度的2.53.0倍，能将电弧完全屏蔽在内，减少电弧向炉顶和炉壁的辐射，延长电炉炉体寿命，并能提高电炉的热效率。,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,