鋼鐵全流程節(jié)能新技術(shù)從何發(fā)力？

鋼鐵是人類不可或缺的主要材料之一，由于能夠循環(huán)使用，其本身是綠色材料。和其他材料一樣，鋼鐵產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過程中需要消耗大量能量，因此，鋼鐵產(chǎn)品又是高耗能產(chǎn)品。到目前為止，還未發(fā)現(xiàn)哪一種材料在制備過程中不消耗能量，不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生壞的影響。就金屬材料而言，鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)過程中單位能耗較小，對(duì)環(huán)境的影響也相對(duì)較小。一種材料是否為高能耗產(chǎn)品，取決于其生產(chǎn)過程中的能耗是否遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于理論需要能耗?？紤]到生產(chǎn)過程中各個(gè)工序的極限能耗(最低工序能耗)，高能耗產(chǎn)品可定義為：實(shí)際生產(chǎn)能耗/理論計(jì)算能耗≥1.5。節(jié)能新技術(shù)的目標(biāo)就是將鋼鐵生產(chǎn)的實(shí)際能耗降到2倍左右的理論計(jì)算能耗值。

節(jié)能技術(shù)是一個(gè)寬泛的概念，貫穿于鋼鐵生產(chǎn)流程，不是一個(gè)具體領(lǐng)域。根據(jù)節(jié)能方式內(nèi)涵，節(jié)能技術(shù)可分為4個(gè)大類：提高用能效率、系統(tǒng)熱過程精度控制、末端余熱回收和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在鋼鐵生產(chǎn)中，提高用能效率包括3個(gè)方面：電能效率(風(fēng)機(jī)、軋機(jī)、管道輸送)、機(jī)械能效率(物件消耗)和熱效率(鐵水、鋼水溫降、工業(yè)爐)，直接涉及到工序(工藝)過程;系統(tǒng)熱過程精確控制在于滿足產(chǎn)品工藝要求，提高產(chǎn)品性能，生產(chǎn)出100%合格產(chǎn)品;末端余熱回收是對(duì)不得不排放的熱量進(jìn)行回收，例如熱焦炭、熱的燒結(jié)礦、熱煙氣等攜帶的熱量;而能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化側(cè)重于用能成本最低化。在一個(gè)工序內(nèi)，這四大類又相互聯(lián)系著。本文就鋼鐵生產(chǎn)全流程中余熱回收、工序變革及工業(yè)爐節(jié)能等方面提出了需要開發(fā)的新技術(shù)。

末端余熱回收與利用技術(shù)

鋼鐵生產(chǎn)全流程尚未得到有效回收的高品位余熱有焦?fàn)t荒煤氣余熱、電爐煙氣余熱、轉(zhuǎn)爐煤氣余熱、熱態(tài)鐵渣余熱、熱態(tài)鋼渣余熱。

焦?fàn)t荒煤氣溫度500℃～800℃，噸煤產(chǎn)氣量300m3～350m3，每個(gè)上升管產(chǎn)氣500m3/h左右，每座焦?fàn)t有50多個(gè)上升管。雖然每個(gè)上升管中荒煤氣的量和溫度發(fā)生周期性變化，但所有上升管組合起來就形成連續(xù)的高溫?zé)嵩?，這在全流程未回收的高品位余熱中是最好的。國內(nèi)許多鋼廠相繼開展了這方面的技術(shù)開發(fā)。其難點(diǎn)在于焦油的腐蝕與黏結(jié)，以及余熱回收后的荒煤氣必須回到現(xiàn)有的集氣管。寶鋼正在進(jìn)行這方面的技術(shù)開發(fā)，研究了耐焦油腐蝕的材料特性和高溫下不與焦油潤濕的涂層材料，其效果有待中試結(jié)果。

電爐煙氣攜帶了電爐能耗約30%的熱量。電爐煙氣溫度和流量呈間歇性周期變化，這給余熱回收帶來很大難度。在20世紀(jì)90年代，以電爐煙氣預(yù)熱廢鋼技術(shù)為主，熱量就近利用，效率高。但預(yù)熱廢鋼后煙氣溫度在200℃～500℃區(qū)間停留時(shí)間長，導(dǎo)致二?f英和呋喃重新合成;另外對(duì)已有的電爐，預(yù)熱廢鋼系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)改造工作量大，實(shí)施難度大，使得預(yù)熱廢鋼技術(shù)受阻。以蒸汽的形式回收電爐煙氣余熱技術(shù)受到重視。

將煙氣熱源的間歇性轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)連續(xù)性，是解決電爐煙氣余熱回收難題的一個(gè)有效方法。附圖為產(chǎn)生干蒸汽的電爐煙氣蓄熱室緩沖熱源系統(tǒng)示意圖。從第四孔排放的煙氣經(jīng)汽化冷卻煙道后進(jìn)入沉降室。在沉降室入口配置阻塵格柵，對(duì)大顆粒粉塵及可燃顆粒進(jìn)行粗濾。在沉降室內(nèi)布置蓄熱格子磚，一方面阻擋大顆粒粉塵，另一方面存放煙氣顯熱。當(dāng)煙氣溫度高時(shí)，格子磚吸收熱量;煙氣溫度低時(shí)，格子磚放出熱量。這樣可將煙氣溫度維持在500℃～700℃，使得余熱鍋爐能夠連續(xù)產(chǎn)生干蒸汽。

轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)入除塵系統(tǒng)時(shí)的溫度約800℃～900℃。無論是干法除塵(LT)還是濕法除塵(OG)，均采用冷卻水將煙氣溫度降到170℃左右，煤氣顯熱沒有回收。制約轉(zhuǎn)爐煤氣顯熱回收的關(guān)鍵是粉塵量大、CO泄漏，目前尚未有可行的余熱回收技術(shù)。

熔融高爐渣顯然回收受制于高爐出渣間歇性和冷卻速度對(duì)渣子性能的影響，這方面技術(shù)開發(fā)正處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

工序(工藝)過程節(jié)能技術(shù)

要大幅度降低全流程工序能耗，必須對(duì)現(xiàn)有工序進(jìn)行大的變革。

豎式清潔燒結(jié)技術(shù)。燒結(jié)過程的能量消耗主要為風(fēng)機(jī)電耗，占燒結(jié)工序電耗的70%～80%?，F(xiàn)有燒結(jié)機(jī)巨大風(fēng)量的需求以及大的漏風(fēng)量，使得主風(fēng)機(jī)能耗居高不下。巨大的風(fēng)量又使得后續(xù)脫硫脫硝能耗大幅上升，同時(shí)大大增加了環(huán)境負(fù)荷。采用立式連續(xù)燒結(jié)工藝有可能大幅度降低燒結(jié)過程能耗，同時(shí)，可大幅度降低脫硫脫硝能耗成本和降低環(huán)境負(fù)荷。

混合料經(jīng)上部排料系統(tǒng)用燒嘴點(diǎn)燃后進(jìn)入循環(huán)移動(dòng)的豎式排料系統(tǒng)，在豎式排料區(qū)上部的燒結(jié)區(qū)進(jìn)行穩(wěn)定的燒結(jié)過程，礦料點(diǎn)燃后點(diǎn)火燒嘴關(guān)閉。燒結(jié)過程需要的風(fēng)量由兩側(cè)鼓風(fēng)機(jī)鼓入，經(jīng)上部排風(fēng)機(jī)排出后去余熱回收鍋爐和脫硫脫硝系統(tǒng)。燒結(jié)后的燒結(jié)料經(jīng)循環(huán)移動(dòng)的豎式排料系統(tǒng)送到循環(huán)水平排料系統(tǒng)，進(jìn)一步被冷卻到出料溫度排出燒結(jié)系統(tǒng)。

連鑄與熱軋低能耗連接技術(shù)。全流程節(jié)能潛力最大的環(huán)節(jié)在于連鑄坯熱送熱裝，而制約熱裝率的關(guān)鍵是無缺陷坯生產(chǎn)技術(shù)。