探討高爐煉鐵節(jié)能減排技術(shù)

張惠凱

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鐵廠，山東 濟(jì)南 271104）

高爐煉鐵的節(jié)能減排技術(shù)主要包括綜合采用精料、高壓爐頂、高風(fēng)溫、富氧鼓風(fēng)、噴吹煤粉與重油等措施，鋼鐵企業(yè)應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)冶煉的實際情況以及高爐煉鐵的規(guī)模等要素，科學(xué)合理的選擇節(jié)能減排技術(shù)，在節(jié)約能源、減少污染物排放量的同時，也提升了鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 節(jié)能減排技術(shù)在高爐煉鐵中的應(yīng)用價值

從上世紀(jì)九十年代中后期開始，我國的基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)入了高速發(fā)展期，對鋼鐵產(chǎn)品的需求量也呈現(xiàn)出快速增長態(tài)勢，這就給我國的鋼鐵行業(yè)帶來黃金發(fā)展機(jī)遇，現(xiàn)有的鋼鐵企業(yè)經(jīng)營生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，新興的鋼鐵產(chǎn)業(yè)也如同雨后春筍般應(yīng)運而生。因此，高爐冶煉過程中二氧化碳的排放量也不斷增加，“溫室效應(yīng)”的環(huán)境污染問題也日漸突顯，給人們賴以生存的生活空間造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響。面對這種嚴(yán)峻形勢，國家針對鋼鐵行業(yè)相繼出臺了節(jié)能減排的相關(guān)法律、法規(guī)及政策條文，進(jìn)一步加大了環(huán)境保護(hù)的管理力度，諸多鋼鐵企業(yè)為了響應(yīng)國家號召，不斷創(chuàng)新高爐煉鐵的節(jié)能減排新技術(shù)，旨在通過高產(chǎn)值、低能耗、少排放使企業(yè)在激烈的市場競爭當(dāng)中占據(jù)一席之地。

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計表明，在鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，高爐煉鐵系統(tǒng)的能量消耗占據(jù)總能耗的60%以上，如果從生產(chǎn)成本方面考慮，占據(jù)生產(chǎn)總成本的50%以上。由此可見，節(jié)能減排技術(shù)在高爐煉鐵中的實際應(yīng)用勢在必行，它不僅能夠降低對環(huán)境的污染和破壞程度，減少二氧化碳、二氧化硫等有害氣體的排放量，同時，能夠節(jié)約大量的投入成本，為企業(yè)創(chuàng)造更大的利潤空間[1]。

2 高爐煉鐵節(jié)能減排措施

2.1 擴(kuò)大高爐爐型

對于鋼鐵企業(yè)來說，采用新型的、規(guī)模較大的高爐，節(jié)能減排效果較好，國內(nèi)的大型鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中排放的污染物比中小型鋼鐵企業(yè)少的多。因此，為了順應(yīng)發(fā)展趨勢，鋼鐵企業(yè)應(yīng)當(dāng)擴(kuò)容煉鐵高爐的容積，雖然這一舉措的前期投入資金較高，但是經(jīng)過一段時間的運行，成本節(jié)約效益能夠快速挽回?fù)p失，屬于一項長遠(yuǎn)戰(zhàn)略規(guī)劃。

2.2 余熱回收

高爐煉鐵過程中產(chǎn)生的余熱通常來自于燃燒后煙氣中的回收熱量，它的溫度大約是350℃，而另一方面則來自于金屬塊體的余熱回收，余熱溫度達(dá)到800℃，是能源消耗的關(guān)鍵部分。為了減少能源浪費，鋼鐵企業(yè)可以采取余熱回收的措施，將產(chǎn)生出的余熱用于鐵礦石的預(yù)熱，這樣能夠保證能源的科學(xué)合理利用，為鋼鐵企業(yè)節(jié)約大量成本。

2.3 固廢物回收

高爐煉鐵將產(chǎn)生大量的爐渣等固體廢棄物，爐渣的主要化學(xué)成分包括：Al2O3、SiO2、CaO、MgO、FeO、S等，其中Al2O3、SiO2、CaO的重量占據(jù)總重量的90%以上。目前，高爐煉鐵過程中產(chǎn)出的爐渣大部分被用做生產(chǎn)礦渣硅酸鹽水泥，主要將硅酸鹽水泥熟料與粒化的高爐爐渣混合，加入3%～5%的石膏，然后進(jìn)行均勻研磨。利用高爐爐渣生產(chǎn)的硅酸鹽水泥具有較大的抗壓強(qiáng)度、抗腐蝕性能，水化熱相對較低，適合于澆筑大體積混凝土。

2.4 替代爐內(nèi)燃料

高爐煉鐵所采用燃料的主要成分是碳，眾所周知，利用這種燃料極易產(chǎn)出二氧化碳等有害物質(zhì)，因此，為了避免給環(huán)境造成嚴(yán)重污染，鋼鐵企業(yè)應(yīng)使用新能源、新燃料，比如一些西方發(fā)達(dá)國家，將天然氣以及塑料作為主要冶煉燃料，但是這些燃料的回收率低，不但增加了成本投入，而且冶煉效果也不盡人意。

3 節(jié)能減排技術(shù)在高爐煉鐵中的實際應(yīng)用

3.1 高爐精料技術(shù)

高爐精料的技術(shù)水平直接影響鋼鐵產(chǎn)品的產(chǎn)出質(zhì)量，同時也與節(jié)能減排效果息息相關(guān)，因此，高爐煉鐵的爐料應(yīng)遵循“高、熟、穩(wěn)、均、小、凈、少、好”的八字方針。即爐內(nèi)的含鐵品位要高，燒結(jié)、球團(tuán)與焦炭的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)要高，燒結(jié)礦的堿度值要高，在生產(chǎn)過程中采用熟料，切不可用“以生代熟”，爐內(nèi)燃料的物理性能與化學(xué)性能必須相對穩(wěn)定，波動區(qū)間不宜過大。高爐內(nèi)爐料的粒徑要保持均勻，誤差范圍一定滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，爐料的粒度要偏小，但是對于粒度小于5mm的粉末爐料來說，必須予以剔除，并保證爐料內(nèi)的有害雜質(zhì)含量少，鐵礦石的冶金性能要好[2]。高爐精料技術(shù)是節(jié)能減排的一條有效路徑，該技術(shù)不但能夠降低燃料消耗，同時提升了爐料的燃料比率，單位時間內(nèi)，產(chǎn)生的二氧化碳等有害氣體量也大幅減少。

3.2 提高噴煤比技術(shù)

據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，采用噴吹煤粉技術(shù)單位時間內(nèi)的能量消耗為20kg/t，如果采用焦炭生產(chǎn)工序，單位時間內(nèi)的能量消耗值為148kg/t，二者相比較而言，后者的能量消耗率是前者的7倍多，如果將采用噴吹煤粉技術(shù)節(jié)省下來的煤粉用于生產(chǎn)焦炭，可以為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)收益40元～50元。提高煤粉燃燒率與噴煤比的技術(shù)措施包括以下幾點：第一點是將煤粉噴吹量提高至150kg/t～200kg/t，將渣量降低至300kg/t～250kg/t。第二點是采取高風(fēng)溫的措施，溫度最佳值是1200℃以上，每提高100℃，可以節(jié)約15kg/t能源。第三點是采取高爐富氧技術(shù)，提升噴吹的氧氣純度。第四點是采取脫濕技術(shù)，降低鼓風(fēng)濕度。第五點是將無煙煤與煙煤結(jié)合到一起，采取混合噴吹的方法，保證煤粉揮發(fā)值介于20%～25%之間。通過采取以上技術(shù)措施，能夠有效提高煤粉燃燒率，降低單位時間內(nèi)二氧化碳、二氧化硫等有害氣體的產(chǎn)出量，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

3.3 高風(fēng)溫技術(shù)

目前，國內(nèi)許多鋼鐵企業(yè)紛紛采取提升高爐煉鐵風(fēng)溫的技術(shù)措施，以實現(xiàn)節(jié)能減排的目的，但是，風(fēng)溫提高對耐火材料的材質(zhì)以及高爐爐體的結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。當(dāng)風(fēng)溫低于900℃時，一般采用半硅磚或者粘土磚，風(fēng)溫達(dá)到1000℃時，高爐爐體一般使用高鋁磚，當(dāng)超過1000℃，溫度介于1100℃～1200℃時，高爐頂端極易出現(xiàn)頂磚脫落或者格子磚下沉、粉化等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響高爐的使用壽命。因此，此時的高爐爐體材料應(yīng)選擇Al2O3含量在60%～75%的高鋁磚，這種材質(zhì)的高鋁磚能夠抵御1200℃的高溫。國外一些發(fā)達(dá)國家，也用硅磚代替高鋁磚，用這種材質(zhì)為原料制成的高爐，能夠抵御1300℃的高溫，而且高爐的使用壽命能夠達(dá)到20年以上。通過實踐驗證，高爐風(fēng)溫越高，爐料的燃燒效果越好，二氧化碳與二氧化硫等有害物質(zhì)的產(chǎn)出量越少，因此，高風(fēng)溫技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣。

3.4 高爐仿真技術(shù)

高爐仿真模擬技術(shù)屬于智能技術(shù)范疇，該項技術(shù)主要應(yīng)用計算機(jī)的建模技術(shù)，構(gòu)建CFD-DEM兩種高爐模型，在CFD-DEM測量中，流體部分采用CFD的方法進(jìn)行評估，而顆粒部分則采用DEM方法求解。然后將二者耦合，能夠求解出固液兩相流的數(shù)值模擬，進(jìn)而能夠及時了解高爐爐內(nèi)的燃料燃燒情況以及高爐的運行狀態(tài)[3]。此外，技術(shù)人員可以通過三維venus系統(tǒng)清晰直觀的觀測到高爐爐身的壓力波動值，以及爐體結(jié)構(gòu)在受熱后產(chǎn)生的各種變化，這樣，便于技術(shù)人員采取針對性措施，保證高爐的正常運行，進(jìn)而達(dá)到降低燃料比，節(jié)約能源、降低排放的節(jié)能環(huán)保目的。

3.5 高爐節(jié)水技術(shù)

水資源消耗是高爐能耗的重要組成部分，同時也是高爐污染的來源之一。節(jié)水技術(shù)主要通過定期對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行平衡測試，及時發(fā)現(xiàn)和查找出不合理用水的情況。此外，也可以采取循環(huán)用水、串接用水的方式，結(jié)合不同的冶煉工藝，選擇不同品種的水資源，使用時遵循清循環(huán)、污循環(huán)、除塵、水渣循環(huán)的順序。在高爐設(shè)備的設(shè)計上，也可以應(yīng)用軟水密閉循環(huán)等工藝，來實現(xiàn)節(jié)水的目的。

4 結(jié)束語

高爐煉鐵是我國乃至全世界普遍應(yīng)用的煉鐵工藝，因此，廣大業(yè)內(nèi)技術(shù)專家也紛紛將關(guān)注焦點轉(zhuǎn)移到高爐煉鐵的節(jié)能減排技術(shù)上面，尤其在近十年來，不斷涌現(xiàn)出各種新型的節(jié)能減排技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于高爐煉鐵當(dāng)中，并收到了理想的應(yīng)用效果。隨著高爐煉鐵工藝的日漸純熟，鋼鐵企業(yè)在追求產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量的同時，積極應(yīng)用新技術(shù)、新能源、新工藝、新材料，從降低能耗、減少排放的視角出發(fā)，將環(huán)保效益指標(biāo)納入企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃當(dāng)中，促進(jìn)企業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。