高炉炼铁工艺节能减排技术分析

高炉炼铁工艺节能减排技术分析

艾中路,沈志宏,陈利军,罗钟铭

广东韶关钢铁股份有限公司

摘要：现今钢铁工业面临着巨大的减排压力。有研究显示，高炉炼铁产量在全球产量中占94%。而高炉炼铁过程中的二氧化碳排放与能耗占整个钢铁生产制造流程中的80%及以上，根据本国国情，制定相应的改善措施，开发出了一些新型的高炉炼铁节能减排技术。文章简单阐述分析了高炉炼铁工艺的节能减排技术。

关键词：高炉；炼铁工艺；节能减排技术

一、节能减排技术在高炉炼铁中的应用价值

从上世纪九十年代中后期开始，我国的基础建设进入了高速发展期，对钢铁产品的需求量也呈现出快速增长态势，这就给我国的钢铁行业带来黄金发展机遇，现有的钢铁企业经营生产规模不断扩大，新兴的钢铁产业也如同雨后春笋般应运而生。因此，高炉冶炼过程中二氧化碳的排放量也不断增加，“温室效应”的环境污染问题也日渐突显，给人们赖以生存的生活空间造成了严重的负面影响。面对这种严峻形势，国家针对钢铁行业相继出台了节能减排的相关法律、法规及政策条文，进一步加大了环境保护的管理力度，诸多钢铁企业为了响应国家号召，不断创新高炉炼铁的节能减排新技术，旨在通过高产值、低能耗、少排放使企业在激烈的市场竞争当中占据一席之地。据调查统计表明，在钢铁产品的生产过程中，高炉炼铁系统的能量消耗占据总能耗的60%以上，如果从生产成本方面考虑，占据生产总成本的50%以上。由此可见，节能减排技术在高炉炼铁中的实际应用势在必行，它不仅能够降低对环境的污染和破坏程度，减少二氧化碳、二氧化硫等有害气体的排放量，同时，能够节约大量的投入成本，为企业创造更大的利润空间。

二、高炉炼铁工艺节能减排新技术

1.新型旋风除尘器

在处理高炉粗煤气与半净煤气时，倘若选用重力除尘+干法净化除尘或重力除尘+湿法除尘时，这些设备的实际应用过程中，往往需要大量的运行成本，并且有着较高的维护费用，难于调节，耐磨块掉落堵塞卸灰系统。根据相关调查研究表明，部分钢铁企业在进行高炉改造时，选用湿法除尘方式，引进了肖夫塔设备，在实际的应用过程中尝尽了苦头，之所以出现这一现象，主要在于重力除尘效率低，比肖夫旋流塔磨损严重。在后续改造时选用旋风除尘+干法除尘（或者重力除尘+旋风除尘+干法除尘），此时可运用旋风除尘器，在湿法上选用代维钟水净化设备。运用新型旋流除尘器工艺设备，取得了显著性的成效。与传统重力除尘器相比较而言，其除尘率得到了极大的提升，致使其有着较强的优势。

2.高炉干法除尘防腐技术

加压热风高炉烟道废气回收技术高炉烟道废弃的回收，可以作为高炉喷吹煤粉的惰性气体应用，形成一个能源的循环。这项技术随着炼铁的发展，已经在我国的高炉炼铁节能中期的了重要的技术进步，并逐渐的趋于成熟。加压热风高炉烟道废气回收技术的具体过程是，在热风高炉产生废气进入烟道后，进行烟道内的气体回收，回收的气体经过一定的烟气净化输送入压缩机。压缩机的作为为向烟气中进行加压，完成气体的压缩。压缩后的气体进入集中储气罐，通过集中输出，就可以完成煤粉喷吹的功能，从而完成废气的回收以及煤粉喷吹应用。

3.均压放散煤气回收技术

高炉炼铁过程中，矿石与焦炭需要从炉顶装入，炉顶装料工序所采用的冶炼容器，始终处于高温高压状态，而矿石、焦炭等混合料在装入炉顶前，始终保持常温常压状态，当混合料提升炉顶位置时，称量罐首先需要对混合料进行泄压放散，然后在炉内均匀布料。这期间产生的高炉煤气就会在消音除尘作用下排入空气当中，此时的作业空间CO毒性气体的含量就会升高，同时，也会产生大量的粉尘，而产生的煤气所释放的热量值能够达到3000kJ/m3，这就消耗了大量的二次能源，给钢铁生产企业带来经济损失。针对以上情况，需要对炉顶装料过程中放散的高炉煤气进行回收处理，回收装置如图1示所示。从图1中可以看出，这种煤气回收装置包括燃烧排放方式与回收入管网方式，进入回收管网的煤气可以作为新能源进行二次利用。在炉顶装料时，由于燃起管网中的煤气压力值只有10kpa，因此，积存在高炉称料罐中的煤气仍有存量，在这种情况下，如果开启均压放散阀，煤气的回收率能够达到95%以上，但是，如果采用图1中的抽负压装置，煤气的回收率可以达到100%，经过实际验证可以得出结论，这种回收装置可行性较高。

4.加压热风炉烟道废气的处理技术

热风炉烟道产生的废气常常被用作干燥剂，同时，这种废气也具有惰化作用，能够保障高炉喷煤的安全性。但是，这种废气在处理过程中存在两方面问题，其一是随着高炉中氮气含量的增加，高炉实际应用的氮气量均大于2000m3/h，如果煤气净化效果差，单位时间内所消耗的氮气量将达到5000m3/h以上。其二是喷吹烟煤与无烟煤过程中，为了确保喷吹过程的安全性，在加压、喷吹以及二次补气等工序中，常常采用氮气，这就增加了氮气的消耗量。因此，为了降低氮气消耗量，使热风炉烟道废气得到充分利用，可以对烟道产生出的废气进行加压处理，以替代氮气，专门用于喷煤工序。具体工艺流程如图2所示。热风炉烟道废气主要由氧气、一氧化碳、氢气、二氧化碳、氮气以及水组成，其中氮气的含量最高，占据废气总量的60%以上。如果采取图2中的节能减排工艺，其应用效果主要包括以下方面：（1）将空气改加压或者直接利用氮气作为喷煤载气，不仅适用于一般的除尘装置，而且惰化效果要远远好于纯氮气。（2）热风炉烟道废气中的二氧化碳含量约等于氮气含量的二分之一，因此，当二氧化碳与高炉内的碳元素接触后，将扮演还原剂的角色，这就使二氧化碳的含量大幅减少，而焦炭发生气化反应的频率也将大幅降低，焦炭的强度值变化将变得极其微弱。（3）二氧化碳在处于风口前的位置时，将发生气化反应，反应过程中将吸收大量的热量，这就加快了间接还原反应速度，进而维持炉内高风温，达到节能降耗的目的。

图1高炉炉顶装料过程中放散的高炉煤气回收装置       图2热风炉烟道废气作为高炉煤粉喷吹惰性气体的工艺流程

结语

综上所述，随着环保压力逐年增加，高炉炼铁节能减排技术得到了推广，符合了可持续发展的战略要求，同时也成为全球关注的焦点问题。各个国家和地区正在不断对新技术进行开发，试图开发和研制出节能减排新技术，这对于提高高炉炼铁效率具有重要的作用。基于此情况下，我国要给予节能减排技术足够的重视，并在具体实施过程中，要对当前技术不断进行完善和创新，实现高炉炼铁的智能化，注重新工艺的应用，以此提高高炉炼铁的效率，进而促进我国钢铁行业的可持续发展。

参考文献：

[1]吴凡,谢文秀.低碳约束下的中国钢铁行业能耗情景分析[J].现代化工,2019,39(01):12-17.

[2]王宏涛,储满生,赵伟,柳政根,唐珏.高炉炼铁低碳化和智能化技术发展现状[J].河北冶金,2018(09):1-7.