钢铁制造流程中的能源与环境.ppt

新一代钢铁制造流程中的能源与环境技术,2011年9月21日,一、新一代钢铁制造流程对能源与环境系统的要求二、新一代钢铁制造流程中的能源技术三、新一代钢铁制造流程中的环境技术四、新一代钢铁制造流程中能源与环境系统的思考,一、新一代钢铁制造流程对能源与环境系统的要求,1、“物流能流装备环境”之间的关系,装备（载体）,能源（动力）,物流（生产工艺）,排放,一、新一代钢铁制造流程对能源与环境系统的要求,1、“物流能流装备环境”之间的关系,装备（载体）,排放,环境（约束）,一、新一代钢铁制造流程对能源与环境系统的要求,1、“物流能流装备环境”之间的关系,装备（载体）,能源（动力）,物流（生产工艺）,排放,一、新一代钢铁制造流程对能源与环境系统的要求,1、“物流能流装备环境”之间的关系,合理工艺路线,合理用能路线,0,排放,排放,一、新一代钢铁制造流程对能源与环境系统的要求,2、新一代钢铁制造流程的三个功能,1）材料制造制造过程伴随着“能源制造”：材料制造是作为制造业的冶金企业一切活动的核心任务及目标，而围绕着实现这一目标，冶金企业的研究对象就是资源及其与环境的相互作用（影响）。一般来讲冶金企业的资源（指广义资源）应该包括企业在制造过程中需要进行物理化学变化的物料（原料及辅料、中间产物、产品及排放物）和能源，即“物流”“能流”；狭义资源则仅指冶金企业内的“物流”即物料，不包括能源（“能流”）；能源是含有能量的资源，因此确切地讲能源当然是冶金企业资源的重要组成部分。,材料制造,能源制造,能源转换,消纳社会废物,能源交换,资源交换,2）能源转换制造过程伴随着“能量交换”：推动冶金企业资源运动的是能量，特别要加以关注的（需要重点研究的资源）则是含有能量的资源，即能源（通常所称的“能流”），而能量是可以通过不同载体来体现的，这就是所谓的能源转换，因此，冶金企业资源运动的过程始终贯穿着能源及其转换，冶金能源的研究是探究冶金企业资源运动规律的重要方法。,3）消纳社会废弃物制造过程伴随着“资源交换”（互补）：伴随着冶金企业内部主体物质的运动会产生大量复杂的排放物，这就构成了环境问题。冶金企业必须装备大量环保设施来处理排放物如何提高投资效率？冶金企业高度依赖于资源如何扩大资源范围并降低成本？当前解决污染问题的最主要方法是循环经济，但是简单的闭环系统都是很难稳定下来的，这就需要不断建设更大规模、更大范围的循环经济产业链，也就是说，我们可以将消纳社会废弃物做为冶金企业的一个功能引入系统。提高冶金企业的环境管理水平并降低环保成本，就需要将企业的排放物进行资源化、商品化、产业化，在保证冶金企业社会责任兑现的前提下，尽最大可能提升其经济价值，使之拥有更强大的生命力，因此，宝钢适时地提出了“环境经营”的理念。,一、新一代钢铁制造流程对能源与环境系统的要求,3、冶金企业是以企业“物流”为核心进行管理的，因此，其研究对象是：涉及制造的物质物流、涉及驱动的物质能流（能源）、涉及环境的物质排放物、涉及载体的物质装备、涉及管理的物质数据（信息）；物流的运营是有约束的：资源（物流能流）约束体现着企业的经济责任（节约资源），环境约束体现着企业的社会责任（法律法规约束）。,一、新一代钢铁制造流程对能源与环境系统的要求,4、冶金企业能源与环境系统的特点：1）能源特点：高能耗冶金工序多为高温下的物理化学反应；能源结构复杂：原动力是各种类煤（一次能源）产生大量副产煤气（二次能源的主要形式）当前使用的主要方式是燃烧；工序的高温特点余热回收的主要方式是余热蒸汽（二次能源的第二大形式），余热排放的主要方式是烟气；冶金企业工序多且工艺复杂二次能源种类多且复杂（与工序高度耦合耦合性）；冶金能源可转换、可回收、可循环；能源成本占生产成本比例较大（1/4-1/3)；冶金能源介质的特征：点多、线长、面广，有毒、有害，高温、高压、高速。2）环境特点：高污染冶金企业对资源高度依赖且种类繁多（资源带入大量杂质：矿石带入杂质、煤碳带入杂质、辅料带入杂质等）在高温下必然复杂化；减排压力大作为原动力的各类煤在高温有氧情况下最终必然转换成CO2；环境对物流影响特别是气候对系统影响（四季中冬夏季能耗高）；物流对环境影响有组织排放及有组织回收（专业化回收）；环境治理成本较高（投资占10%以上）必须走循环经济及低成本路线（利用好“综合性工业”的特点及用好“以废治废”的方法）。,一、新一代钢铁制造流程对能源与环境系统的要求,5、新一代钢铁制造流程中能源与环境系统的管理内容：1）发展阶段：,A）满足需求（对用户两种需要）：用能单元满足工艺需要（而不是反之）、供能单元满足用户需要（用能单元的需要锁定品种：压力流量、品质）；满足需求是通过能源过度供给来实现的。,满足需求（对各个用户）,环境友好（对全社会及自然界）,高效化（对各个生产单元）,“零排放”（对各个单介质系统对“物”）,低成本（对全系统对“能”）,E）环境友好：对全社会及自然界；除了环境技术外，当下更注重的是成本导则（能源与环保均要求系统低成本否则无生命力）。,B）高效化（对生产单元两种优化）：用能单元改善生产工艺来优化用能；供能单元改善生产技术来优化供能（提高效率：提高生产效率、提高传输效率，具体：单耗、损失率、劳产率）。,C）“零排放”（对单介质对“物”而非“能”）：关注单介质的品质问题零排放的要求；提高转换效率（响应速度足够快、缓冲器足够大、作业率足够高）。,D）低成本（对全系统）：用能合理（从能源角度考量生产工艺的合理性、回收的合理性重点是回收排放的“低端余能”而非“物”）；生产高效（生产单元的高效化、能源介质转换的高效化）；传输减损（传输介质的选择合理性、高压传输变压器技术）；转换快捷（系统响应快“零排放”的核心技术）；全系统成本最低是导则（而不是单介质成本最低）需要复杂数学模型计算（系统需要叠代收敛）；,一、新一代钢铁制造流程对能源与环境系统的要求,2）管理逻辑：节约资源节约能源减少排放；能源与环境的管理在组织机构上可合并；其实它反映的是资源与环境的关系问题（能流是介于物流与环境之间非常重要的中间环节）。3）管理思想：管理对象：物事（过程）人；管理方法：客观评价（物事人）；管理（技术）手段：获取正确信息；管理导则全系统成本最低（全系统包括能源与环境，环境兑现社会责任前提下成本最低）；管理方向：不断扩大循环经济的范围（纵向拉长产业链、横向推动多行业融合）。4）工作方针：作业安全与稳定、管理高效与清洁、方向服务与创新。（服务：服务于工序、服务于管理、服务于社会）,一、新一代钢铁制造流程对能源与环境系统的要求,6、能源与环境系统的研究方法：1）网络化：实体空间定位及时间定位（控制“物”）：GIS空间（静止）、时钟时间（运动）。2）信息化：（物）实体虚拟（全方位掌握细节）：获取（数据采集）正确（数据协调）信息（数据）、系统建模（如：仿真“流”）决策前的技术工具。3）模型化管理“事”（过程）：过程模型成本模型决策模型（人机对话）。,球团,烧结,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术(以首钢京唐公司为例),(一)能源系统的主要单元技术,1、用能单元技术,2、供能单元技术,(二)能源系统的主要系统技术,在高炉转炉界面采用自主集成的“一罐到底”先进技术，缩短了工艺流程，取消了传统的鱼雷罐车和炼钢倒罐坑，减少一次铁水倒罐作业及所产生的烟尘污染，降低能耗，减少铁损，铁水温降减少50以上，具有缩短冶炼周期、节能高效等多项优点。年节能1.69万吨标煤，减排CO25.32万吨，减排粉尘4700吨。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术“一罐到底”,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术“热送热装”,炼钢-热轧两个工序之间采用连铸坯热送热装先进工艺，热送热装率可达到70%，热装板坯温度为600-800，板坯加热燃料消耗仅为1.0GJ/t，大幅度降低了能源消耗。,2260t/h干熄焦配备230MW高温高压蒸汽发电机组，年发电量4.4712亿kwh,吨焦发电量106kwh/t，年节约标煤18.06万吨，减排CO2 56.4万吨，比中压和次高压干熄焦分别多发电约20%和8%，多节约标煤3.01万吨和1.34万吨，多减排CO29.48万吨和4.22万吨。同时大幅减少粉尘及苯并(a)芘等有害气体的排放量。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术高压CDQ技术,首次在5000级大型高炉采用自主研发的煤气全干法除尘技术，节能环保效果极佳，净煤气含尘量下降到2-3.5mg/m3，与湿法比，日节水4千吨、节电3.6万千瓦时，TRT发电提高30%，吨铁发电量达到60kwh以上，年发电量达4.048亿千瓦时。吨铁节能5.37Kg标煤，年减排CO215.17万吨。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术高炉煤气全干法除尘,采用转炉煤气干法除尘技术，与湿法比，分别节电、节水约1/3，减少建设用地1/2，烟尘含量由50mg/Nm3降到10mg/Nm3，同时烟尘可以全部回收再利用，具有节能、环保的特点，吨钢节能4.5Kg标煤，年减排CO213.76万吨。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术转炉煤气全干法除尘,针对5500m3高炉的热风炉，在首钢顶燃热风炉技术和“卡鲁金”式顶燃热风炉技术的基础上，对燃烧器燃烧室作了重大改进，形成了自主集成创新的顶燃热风炉技术，设计风温1300和40年以上长使用寿命。和常规热风炉相比吨铁可以节能9.9Kg标煤，年减少CO2 排放28万吨。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术顶燃式热风炉,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术低焦比大喷煤高富氧,首次在5500m3超大型高炉上采用高富氧大喷煤技术，大大降低焦比。设计焦比290kg/t、煤比200kg/t、富氧率3.5%(设备能力5.5%)。2010年3月份1#高炉取得了煤比175kg/t铁,焦比269.5kg/t，富氧率3.86%，利用系数2.37t/(m3.d)的历史最好水平。,采用世界上第一个节能高效的轴向进气高炉鼓风机(额定风量10000m3/min)，并配套大容量脱湿系统，与传统的径向进气风机相比，电耗大幅度降低，每年节电约800万千瓦时。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术大型轴流风机,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术“全三脱”工艺技术,图 2011年1-7月KR脱硫终点硫的分布情况,高效脱硫工艺 KR脱硫目标硫含量全部50ppm，根据钢种要求，提高KR脱硫指标，最高目标为10ppm，处理过程铁水平均温降29，脱硫剂消耗稳定在7Kg/t左右，综合指标达到国内先进水平。预炼炉脱磷、脱硅 铁水预脱磷、脱硅在300吨顶底复吹脱磷炉进行，脱磷炉采用了专用脱磷氧枪、大底吹流量、使用返回渣、一键式脱磷等先进技术。脱碳炉 300吨脱碳炉冶炼采用了先进的干法除尘、自动化炼钢、少渣冶炼、留渣操作等工艺。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术钢水快速精炼技术,表1京唐各工艺主要品种及工艺比例,表2实际精炼冶炼周期与供钢节奏,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术大板坯高速连铸技术,建设2150双流板坯连铸机2台、1650双流板坯连铸机2台，连铸机集成了液面自动控制、结晶器漏钢预报和动态二次冷却等23项先进技术，具有高拉速、高质量、高温铸坯、高度自动化等优势。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术减量化轧制技术,节约型钢材减量化制造技术是指要开发新一代可循环钢铁生产工艺流程,提高产品质量和能源利用率,最大限度降低产品的能源消耗量,减少废弃物排放量，目的在于通过技术进步,用尽量少的资源,在不添加或少添加合金元素的条件下,生产出高性能的钢材。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术加热工艺技术,蓄热燃烧技术 1580mm热轧采用新型节能型步进梁式加热炉(蓄热式)汽化冷却、高效空煤气预热器(空气预热温度450500，煤气预热温度200)、最佳化燃烧控制模型，提高加热质量，节约大量燃料。加热炉采用合理的炉型结构及燃烧配备，预热段、加热段采用蓄热式烧嘴，分为八个供热段进行炉温自动控制，使钢坯加热温度均匀、质量好、氧化烧损少，符合优质、高产、低能耗的工艺要求。,节能烘烤技术 炼钢在线钢包烘烤采用了HRC型高效蓄热烤包器系统 HRC高效陶瓷蓄热式烤包器系统采用封闭式烘烤方式，利用高频换向阀，使得高温废气与助燃空气和煤气在陶瓷蓄热体内交替通过，相互间进行充分的热交换，使助燃空气预热到1000左右，增加其热焓，实现稳定、高效、节能燃烧。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术(以首钢京唐公司为例),(一)能源系统的主要单元技术,1、用能单元技术,2、供能单元技术,(二)能源系统的主要系统技术,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术燃气的混配技术,热轧混合煤气采用高、焦、转炉三种煤气混合，混合采用流量比例调节方式，在线热值监控，控制系统采用MFA无模型控制方式。混合站能力为330,000m3/h，混合煤气热值为8380kJ/m3。该混合站共设有2套混合系统，一套的混合能力为190,000m3/h，另一套混合能力为140,000m3/h，其中较大的一套混合系统设有两套混合支路，可以满足热轧不同流量的要求。煤气混合站采用室外布置形式，现场无人操作。,建有合成转炉煤气混合站一座。混合站采用四蝶阀流量比例调节方式，在线热值监控，控制系统采用MFA无模型控制方式。混合站能力为40,000m3/h，混合煤气热值为7536kJ/m3。,建有2座30万m3新型稀油密封干式高炉煤气柜(POC型)，缓存压力10KPa0.3KPa，单柜最大吞吐量33万m3/h。2011年5月份两座高炉煤气柜实现了同时并网运行，保证了高炉热风炉倒炉或焦炉换向加热切换高炉煤气管网压力的稳定，创下国内两座高炉煤气柜同时并网运行的先河。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术高气柜双柜同时并网,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术转气回收的热值稳定技术,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术焦炉煤气两级脱硫技术,一级脱硫：一级煤气脱硫采用德国伍德公司的真空碳酸钾法脱硫工艺，经处理后煤气中H2S含量降至200mg/m3以下，同时脱硫后的酸气被送往制酸系统用来生产78%硫酸，供内部使用，降低了生产成本。,TSA脱萘塔,萘回收器,脱硫塔,原料气,污水净化,蒸汽,净化气,二级脱硫：采用“粗精两段串联塔式全干法净化”工艺，在脱除焦炉煤气中H2S的同时一次性除去焦油、萘、NH3和HCN等杂质。满足冷轧精制煤气H2S含量低于20mg/Nm3的要求。,为充分利用钢铁工序余能，以焦气代替轻质燃油做为锅炉点火及稳燃用燃料，同时为了实现煤气零放散，2300MW发电机组锅炉既可100%燃烧煤粉，又可掺烧高气，还可掺烧转气。燃用副产煤气，煤气掺烧比达41%，开创了全国300MW发电锅炉大比例掺烧煤气的先河，不仅产生很好的环境效益，还节约大量电煤资源，年回收煤气约折合37万吨标煤，减排CO2116万吨。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术煤气煤粉混烧发电,图 2300MW热电机组全景,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术燃气锅炉提高效率(掺烧技术),为实现煤气零放散并确保调整季节性蒸汽及余热产汽不稳定的蒸汽平衡，保证海淡正常运行，建设2130吨中压锅炉(压力3.82MPa、温度450)，锅炉采用焦炉煤气自动程序点火，单台锅炉燃烧高炉煤气量1113.5万m3/h，焦炉煤气量0.7万m3/h，排烟温度不大于150。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术海水淡化技术(MED流程),蒸发器主要性能,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术海水淡化技术,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术海水淡化技术,主要特点：蒸发器采用七效加内置末效冷凝器型式；国内首次使用双TVC模式，可实现3种工况相结合；国内首次利用汽轮机发电后的乏汽作为热源;平行六面体形状国内首创。部分关键技术自主创新：强化传热技术；蒸汽热压缩技术；均匀布液技术；汽液分离技术；材料防腐技术。,图 海淡主体外貌图,海水淡化在钢铁厂中的作用,低温多效海水淡化在钢铁联合企业的节能减排、循环经济、以及低碳经济的实践中起到非常重要的作用：每年节约地表水资源约2400万吨；海水淡化除盐水代替软化水，每月减少816吨工业盐消耗；利用海水淡化装置取代汽轮发电机的冷凝器，降低成本；浓盐水拟送往盐场制盐或进行盐化工，目前用于电站海水脱硫，实现了环境的友好；实现钢铁厂煤气、蒸汽“零”放散，污水“零”排放。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术海水淡化技术,1#25MW发电机组已于2011年9月17日23:15成功并网发电，对应海淡U2主体成功产水各项指标均达到设计水平。2#25MW发电正在紧张调试中。此项目按年运行330天计算，年可发电39600万kwh，年节约13.86万吨标煤。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术蒸汽余压(海淡前置发电),二、新一代钢铁制造流程中的能源技术蒸汽余压(海淡前置发电),为了充分利用低品位热源，进一步优化蒸汽的梯级利用，目前正在对海淡加装两套前置背压式汽轮发电机组，发电负荷为225MW，将蒸汽先用于发电，在汽轮机中做完功的乏汽(0.035Mpa，69)再送入海淡装置产水，它完全利用了以前被凝汽器循环冷却水带走的热量（此部分热量占新蒸汽热量的60%左右），实现了能量的梯级利用，实现热、电、水联产。,图 海水淡化配套发电项目汽轮机发电机安装,两套7.5万Nm3/h制氧机组采用立式径向流分子筛前端净化、多层浴式主冷、单塔无氢除氧等先进技术，同时采用液氧内压缩流程，减少因压缩氧气带来的危险因素和维护费用。配有常规变负荷和快速变负荷能力，常规变负荷是在装置的75105%的工况运行；快速变负荷是在以上的任意操作点上能够进行2万Nm3/h的氧气产量变化操作，还能够实现液氧、液氮的冷量相互转换，增强液体的后备能力。,由于制氧机组采用氮气膨胀和电机制动膨胀机的技术，能够保证机组在大范围内进行变负荷时不因为膨胀量的变化影响主塔的工况，稳定了氩气的产量和液体产品的纯度，降低制氧能耗。同时机组配有AST（冷态自动起车）、ALC（自动快速变负荷）和远程监控的高级控制功能，自动化程度大大提高，可有效降低操作人员误操作的风险。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术大型高效空分技术,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术峰谷平的优化模型,图1-谷段与自发电收益曲线,图2-平段与自发电收益曲线,图3-峰段与自发电收益曲线,华北电网自2011年6月1日电费涨价，根据目前的用电负荷，建立了自发电按平均成本和自发电按变动成本两种情况下对应的峰、平、谷收益曲线的模型。初步研究得出按照全天平均93%自供电率的水平，平段自供电率96%，峰段自供电率97%时，谷段自供电率约90%。上图显示的是自发电按平均成本测算的效益曲线模型。,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术(以首钢京唐公司为例),(一)能源系统的主要单元技术,1、用能单元技术,2、供能单元技术,(二)能源系统的主要系统技术,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术(以首钢京唐公司为例),1、组织机构演变发展历程：传统的作业分厂(动力厂+电力厂+制氧厂)动力作业部能源部能源与环境部首钢京唐公司能源与环境部组织机构图：,公司管理部门,公司领导,公司管理中心,主流程用户,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术(以首钢京唐公司为例),二、新一代钢铁制造流程中的能源技术能源运行中心,2、能源运行中心能源运行中心的管理对象 对象能源网络(实体空间及时间)，能源运行中心能源管理系统(中心)2)能源运行中心的功能 输配传输、分配(解决如何传输的问题)平衡(操作层面追求“零放散”)“零放散”的概念：绝对的“零排放”是不存在的(硬件不能支持所有情况、不能预知所有事故状态)；相对的“零排放”是可能的(可以有条件实现：正常情况、定修情况)；“零排放”是有成本的是否达到“零排放”是由成本决定的(需要低成本技术的支持)；总之，我们的目标：技术上做到“零排放”而成本上追求“零排放”,能源运行中心的具体功能 动态监控“满足需求”(压力或流量传输控制、品质监督及调度令)；动态解决单介质系统的“零排放”问题(供求平衡)；动态解决多介质系统的同时“零排放”问题循环往复；能源运行中心与能源管理系统的关系 能源管理静态管理(计划)、能源运行中心动态管理(非计划在计划指导下)，如：能源生产管理(运行方式制订与执行)、保持能源技术经济指标长期稳定(在非正常情况下提高作业率如：计划检修、事故预案管理等),二、新一代钢铁制造流程中的能源技术能源运行中心,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术能源运行中心,能源运行中心的单元技术GIS空间定位时钟校准时间定位信息定位信息化(数据协调数据可靠、系统建模系统虚拟)5)能源运行中心的转换技术：供求动态平衡，关键是响应时间(传输网络的反应时间、缓冲器缓冲时间、调节用户反应时间)动态平衡的核心思想是用“空间”换取“时间”其中最重要的是缓冲器技术(位置速度加速度),二、新一代钢铁制造流程中的能源技术燃气系统零排放技术,3、单介质系统的主要技术燃气系统“零排放”技术目标：三个放散塔关闭(核心是高气放散塔关闭)前提是满足需求(压力在可控范围内)调度导则：焦气“零放散”转气“零放散”高气“零放散”核心：高气柜位控制(响应速度)(见缓冲器原理图)手段：缓冲用户的执行时间(从调度令下达至有效果反馈),二、新一代钢铁制造流程中的能源技术燃气系统零排放技术,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术蒸汽系统零排放技术,2)蒸汽系统“零排放”技术 传输网络调节(利用管网缓冲、完整调节周期)反应速度快 调度导则：静态量亏而由抽汽补充、将蒸汽与除盐水(热法海淡)做为一个系统来完成带有缓冲器的“零排放”系统构建(因蒸汽不可储存)核心：调度S2系统稳压,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术供气系统零排放技术,供气系统“零排放”技术 空分系统“零排放”技术 调度导则：空分从三元约束简化为二元约束、O2N2比例调节氮压机、液化装置储存 核心：气态亏而由液态补充 空压风“零排放”技术 解决问题：冲击负荷（缓冲）、炼钢板坯雾化压风（串风）、单个站所定压调节（集群控制）、小型机调峰（快速启停）,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术供气系统零排放技术,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术供水系统零排放技术,4)供水系统“零排放”技术 含有污染物的污水“零排放”调度导则：系统供给能力小于用户需求(烧结拌混及炼钢闷渣)静态量亏、缓冲罐解决需求变化、临时用水降低系统成本 核心：固体将废水带走 工业水系统“零排放”调度导则：工业水系统补除盐水及深度脱盐双工具、工业水给水均质化(降低除盐水用量降成本)、主流程工业循环水系统补除盐水调水质(高质高用、减少排污量)核心：工业水给水的水质控制顺序(污水回水原水除盐水),二、新一代钢铁制造流程中的能源技术供水系统零排放技术,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术供水系统零排放技术,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术供电系统优化技术,5)供电系统优化技术 调度导则：与电网关系(控制自供电率及反送电率)、调节发电负荷(AGC技术、小型机调峰)政策问题(垄断行业不支持余能发电)、调节用电负荷(空分调节、膜法海淡调节)核心系统响应速度,二、新一代钢铁制造流程中的能源技术系统技术,4、系统技术单介质系统的仿真技术系统虚拟全系统(多个子系统)决策模型(成本模型),三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,（一）冶金资源及环境系统概述，分为：,1、冶金资源与环境是不可分割的,三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,资源的运动规律？资源是可循环的物质守恒（物流可循环、能流可循环）。资源如何循环？有序良性循环（循环经济）、无序恶性循环（环境污染）。“循环经济”的概念最初由美国经济学家鲍尔丁在1962年提出，它是以“减量化、再利用、再循环”为原则，按照自然生态学规律并以“物质闭路循环”和“能量梯级使用”为特征的良性循环经济模式。,2、资源系统,三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,循环经济的 3R 理念,3、环境系统,为了降低生产过程中污染物的排放，减少对对环境的污染，以循环经济为基本指导思想，结合“预防为主、防治结合”的环境方针，实施全过程的清洁生产工艺。,三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,3、环境系统,三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,（二）环境技术(以首钢京唐公司为例),三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,气候影响首钢京唐公司临海而建，周围属海洋性气候，空气湿度大，对厂区内的钢结构建筑物腐蚀较内陆地区严重的多，因此要特别注意天气变化。土壤影响首钢京唐公司厂区属吹沙造地形成，地下水位较高，而且地面表层全是泥沙，与普通绿化种植相比，必须注意盐碱地带来的影响，在后期的养护工作中存在着更大难度。地质影响在吹沙造地形成的软地基上施工，存在着更大的难度，地下水位较高，排水管网施工困难，而且随着时间的累积，受软地基的影响，管网常常出现海水返渗现象，严重影响水的循环与利用。,1、环境对冶金企业的影响(以首钢京唐公司为例),三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,1、环境对冶金企业的影响(以首钢京唐公司为例),三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,1）污染物的排放规规律固体废物物流带出；污水工艺过程带出；废气燃烧带出；热能不能转换的余能带出（温度）；辐射设备带出（噪声、射线、光、电磁）。2）污染物减量化应用实践气体污染的减量化；液体污染的减量化；固体污染的减量化；热污染的减量化；辐射污染的减量化。3）污染物再利用应用实践4）污染物再循环应用实践,2、冶金流程对环境的影响环保排放问题(以首钢京唐公司为例),三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,气体污染的减量化粉尘(以首钢京唐公司为例),为了实现“环境一流”的目标，确保生产废气达标排放，全公司配套建设包括环境除尘、工艺除尘在内的93台除尘器，同时在原料场设置20米高的防风抑尘网，并配备料堆喷水抑尘设施，防止粉尘无组织排放。,三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,气体污染的减量化SO2(以首钢京唐公司为例),脱硫平面图,在对烧结烟气除尘基础上，实施烧结烟气脱硫工程，工程采用循环硫化床半干法脱硫工艺，整体工程由大连绿诺环境科技公司承建，建设投资1.76亿元。从目前实际运行效果看，净烟气SO2排放浓度小于50mg/Nm3。,脱硫实际图,三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,气体污染的减量化SO2(以首钢京唐公司为例),为减少锅炉烟气中SO2的排放，电厂发挥临海靠港优势，在300MW发电机组采用海水脱硫工艺对烟气进行处理，脱硫采用一炉一塔一曝气池单元配置，具有占地面积小、运行费用低、等特点。从目前实际运行效果看，净烟气SO2排放浓度平均30mg/Nm3，远远低于国家排放标准的要求。,脱硫吸收塔,海水曝气池,三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,2300MW电厂烟气脱硝选择应用广泛、技术成熟的选择性催化还原工艺（SCR），设计入口NOX浓度550mg/m3，出口浓度150mg/m3，脱硝效率73%，整体工程由北京清华同方环境有限公司承包建设，工程投入运行后，年减排NOX3600吨左右。,气体污染的减量化NOX(以首钢京唐公司为例),三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,液体污染的减量化焦化污水(以首钢京唐公司为例),建设焦化污水处理站1座，采用缺氧-好氧-好氧(A/O2)生物处理+后续混凝沉淀的生物化学处理工艺，出水达到污水综合排放标准（GB87981996）一级要求，主要回用于烧结混料、炼钢焖渣、料场喷水抑尘等。,废水站平面俯视图,同时为更加充分利用焦化废水，目前正在开展焦化废水深度处理工作，近期正在组织合同签订和工程设计，该项目投资5000多万元，建设完成后，产生的除盐水回用于水循环系统（预计每年节约工业水约60万立），浓水用于炼钢焖渣和烧结混料等，将为焦化废水的高效利用起到示范作用。,三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,液体污染的减量化热轧废水(以首钢京唐公司为例),建设2250、1580两条热轧生产线，同步配套建设两套热轧废水处理系统。采用旋流沉淀、稀土磁盘等技术对含铁浊环废水进行处理，出水进入公司综合废水站。再行处理。,2250水处理稀土磁盘站,三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,液体污染的减量化冷轧废水(以首钢京唐公司为例),建设1700、2230冷轧生产线，同步配套建设两座冷轧废水处理站，采用超滤、接触氧化、混凝、沉淀、过滤等工艺对含油废水、酸碱废水进行处理，出水达到污水综合排放一级要求后，再进入综合废水处理站处理。,废水站排放水池,废水站滤池,三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,液体污染的减量化综合废水(以首钢京唐公司为例),公司采用“雨污分流”排水体制，分别建设生产、生活、雨水排水管网，同时投资2.6亿元，建设1#、2#两座同等规模的综合污水处理站，每座处理站均建有生产、生活两套污水处理系统，其中生产废水处理能力2.4万t/天，生活污水处理能力2400t/天。,污水处理站预处理系统,污水处理站絮凝澄清池,三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,废水处理过程中，通过物理、化学、生物的方法，大部分的污染物从液态被转移到固态成为污泥，由于污泥含水率较高（一般98%-99%），通过浓缩沉淀、压滤脱水等方法，在降低污泥含水率的同时也减少了污泥的有效容积(理论计算含水率从99%降至98%，污泥容积减少一半），实现了污染物的减量化。,固体污染的减量化(以首钢京唐公司为例),污泥浓缩池,脱水后污泥,三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,建设4座步进梁蓄热式加热炉，每座炉加热能力350t/h，每座炉均能实现冷装和热装，有效的减少了热量损失。同时目前正在研究如何利用加热炉废气的余热回收技术，以进一步减少能源的浪费和对环境的污染。,热污染的减量化(以首钢京唐公司为例),三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,目前循环水的冷却主要以机械通风冷却塔为主，开放式的环境除了水损外还有热量的损失，利用闭式冷却塔，将有效减少热量的蒸汽损失。,热污染的减量化(以首钢京唐公司为例),三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,对于生产中使用的核子秤、中子水分仪等射源仪表，按照“时间、距离、屏蔽”的防护原则，重点减少辐射对人体的伤害。1、减少人体与射源的接触时间，以减少辐射剂量；2、距离防护：根据辐射强度与距离平方成反比关系，原则射源周围3米范围内日常无人进入；3、屏蔽防护：根据射线种类的不同，采用铁皮、铅服等不同的防护。,辐射污染的减量化(以首钢京唐公司为例),三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,3)污染物再利用应用实践(以首钢京唐公司为例),一是建设25万吨/年炼钢一次除尘灰造球项目，作为炼钢造渣冷却剂加以利用。二是炼铁、烧结、原料等工序产生的除尘灰及轧钢氧化铁皮等返回烧结配料加以利用。,三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,三是采用折、焖一体的处理回转炉钢渣收技术，将熔融的钢渣直接倾翻在热闷装置内，打水冷却到1100时，盖上盖进行喷雾，利用钢渣冷却产生的饱和蒸汽，对钢渣进行热闷处理。处理后的渣钢作为炼钢的副原料回收，钢渣粉做为烧结配料和制砖加以利用。,3)污染物再利用应用实践(以首钢京唐公司为例),三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,四是按照循环经济的理念，将钢铁厂固体废弃物资源化开发利用，与唐山冀东水泥股份有限公司合作成立唐山曹妃甸盾石新型建材有限公司，投资约5亿元建设年产240万吨矿渣微粉项目。主要建设4套60万吨/年矿渣立磨粉磨生产系统，将每年产生的240万吨左右的高炉水渣转变为高品质的建筑原料。相当于每年减少水泥行业石灰石开采250万m3、能源消耗22万吨标准煤。,3)污染物再利用应用实践(以首钢京唐公司为例),三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,每年产生高炉水渣、钢渣、除尘灰、氧化铁皮等各类固体废物约467万吨，通过加工循环，实现了固体废弃物的资源化利用，减少了外排污染。,4)污染物再循环应用实践(以首钢京唐公司为例),三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,目前企业产生的各类固体废物，如含油污泥、再生残渣等，虽已经过各类处理，但在最终处置方面目前仍很难做到无害化处理，因此危险废物、不可回收利用废物的无害化处理是目前企业乃至整个社会都普遍存在的问题，而垃圾焚烧炉对于热值较高的油泥等危险废物将得到较好的处理处置，不失为一条新的途径。,4)污染物再循环应用实践,三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,与能源运行中心合并，建立集地理信息系统（GIS）、时钟于一体的环境在线监测系统，实时掌握污染物的排放，同时根据系统收集的数据拟合污染物排放模型、成本模型(投资、运行及排污费），从而为更有效的加强环境管理提供必要的手段支撑。,3、建立环境运行中心，有效促进环境管理(以首钢京唐公司为例),三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,监测项目按照总体规划、分步实施的原则，分四批实施。计划今年底完成第一批36个监控点，其中新建废气污染源排放在线监测系统20套，废水在线监测系统6套，大气环境自动监测系统3套，噪声自动监测系统4套，厂区视频监控装置3套，总投资2959.08万元，实现对环境的数字化管理，将为钢铁厂环境在线监控管理起到示范作用。,3、建立环境运行中心，有效促进环境管理(以首钢京唐公司为例),三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,海洋资源：水资源海洋是第二水源（直流冷却、海水淡化）、海水脱硫运行成本低、盐化工利用副产品收益来冲减海淡成本；区域资源：工业开发区内多行业的融合：与LNG码头的资源互换冷热资源互换（工业循环水换热、深冷空分合作）；扩大资源再生产业链建立废弃物和废旧物资的处理、处置和再生产业，同时可以消纳社会废弃物（如：废塑料、城市污水等），从根本上解决废弃物在全社会的循环利用问题。,4、不断扩大循环经济的范围与规模，实现更深层次的发展(以首钢京唐公司为例),三、新一代钢铁制造流程中的环境技术,四、新一代钢铁制造流程中能源与环境系统的思考,1、冶金能源系统的理论研究1)能源品质问题：能级重视热力学第二定律，如：煤燃气电转换效率研究，下表是纯煤气发电、煤-煤气混烧发电以及各种能级介质在不同比例关系下的比较：,四、新一代钢铁制造流程中能源与环境系统的思考,2)低端余能的回收问题：特点：量大难传输、品质差温度低、不稳定关联度高；主要问题：技术支持但成本不支持(投资大或收益年限长)解决成本问题(高成本低成本)；技术方案：减量并提高品质（如：热泵技术）；提高效率（相对）高端能源介入；提高装置的作业率（系统考量）；批判：供季节性用户？作业率差(投资效率差)；转换成电？效率低(不经济电是最高等级能源，加热效率高于发电热效率)；举例：新型烧结余热发电烧结环冷机冷却废气余热回收发电可以采用不同压力等级的蒸汽锅炉吸收热量，拖动汽轮机发电。蒸汽的压力等级越高，发电效率越高。补燃高炉煤气增加了系统的稳定性、发电能力及效率。下表为不同蒸汽压力等级发电项目比较：,四、新一代钢铁制造流程中能源与环境系统的思考,四、新一代钢铁制造流程中能源与环境系统的思考,2、管理体系问题 专业化专业技术人员做专业技术工作(如:TRT、拉断式水鋌锤、气体专业整合空分与鼓风以及供气与燃气等)行业融合(与化工、与电力行业融合)系统化能环系统规化(梳理)、研发(建设队伍)业务外包节能服务公司(审计、服务、EMC)节能如同治病(举例：水泵站抢水)3、政策问题 利用好EMC补贴政策 余能发电的政策支持当前电力行业采取的是歧视性政策(垄断行业)环境排污费的收取形式(政府各个部门的统筹问题)4、冶金能源与环境系统的客观评价体系：企业级综合评价、用能评价、供能评价(生产评价、传输评价及转换评价)、经济评价(成本评价),四、新一代钢铁制造流程中能源与环境系统的思考,5、合理用能问题 冶金企业能源管理的三个方面：能源生产、能源转换、能源使用；合理用能是核心问题：有技术难度(深入生产工艺)、解决了用能问题就解决了供能问题 方法就是能量守恒(热力学第一定律)能量桥法(麦肯锡)，其实更多的是大量繁琐的技术业务工作(节能服务公司存在的意义)6、能源运行中心的多介质综合调度技术 多介质同时“零排放”(电自供电率、水除盐水池液位、燃气高气柜位，核心：燃气热能(蒸汽)电力的优化调度技术)系统成本最低(多通道时需要数学模型决策)2.5级管理系统的开发(介于能中3级操作系统与2级装置自动化系统之间：空分、发电SYS等)7、作业率问