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回首2015 梳理每道工序的环保技术清单

发布时间:2020-10-23 22:29

  2015年1月1日,史上最严的新《环境保护法》正式开始实施,烧结、球团、炼铁等环节的大气污染物排放,以及钢铁工业水污染排放等领域的新标准同步实施。

  业内人士普遍认为,新法倒逼钢铁业力度空前,推动了钢铁企业环保工作的进一步开展。钢铁行业各生产工序相应的排放标准收紧,在一定程度上刺激着我国环保技术、装备的进一步改造升级,可供企业选择的技术更加多样。

  回顾2015年《节能环保》版所报道的有关工艺技术的研发与应用的文章,我们梳理出一些评价标准和节能减排技术,以助力钢铁企业解决环保难题。

  能源成本约占钢铁企业总成本的20%~35%。如何有效地降低能源消耗,提高余热余能的回收率,成为微利甚至亏损经营状态下的钢铁企业一个重要的利润增长点。

  工序单位产品能耗和吨钢综合能耗是分析钢铁企业能源消耗水平时常用的能耗指标。但在目前的实践中,存在着对相关标准把握不到位、能源计量体系不完善、能源平衡表内容不完整、能耗指标计算不准确等问题。建立能源管理体系有助于提升钢铁企业能耗指标的参考价值。钢铁企业可借助能源管理体系的建立,改善能耗指标的管理,以更好地适应技术的进步,满足实际需要。在这过程中,有以下几个方面需要注意:

  一是在能源和耗能工质方面,有的钢铁企业将电动鼓风、压缩空气等直接摊入各工序电耗。这样做虽然使统计工作得到简化,但却不便于从中分析用能的合理程度。

  二是在能源折标准煤系数方面,在目前的实践中,二次能源都采用当量值折标准煤系数,其中蒸汽是按其焓值折算。虽然有相关研究建议燃料能源的低位热值取统计报告期内的实测值,但是,在实际的管理过程中,直接采用相关标准给出参考值的现象比较普遍,并且对于不同压力、温度的蒸汽,通常都采用同一折标准煤系数,而忽略了其焓值的差异,这都会使计算出的能耗指标偏离实际值。

  三是在能源平衡与能源计量方面,钢铁企业能源平衡表的编制应尽可能覆盖所有能源,对于每一种能源,应如实反映能源的输入、输出、使用、库存变动以及损耗等情况;对于研究对象,还应尽量细分,不但要将用能单元划分到工序或分厂级别,还要尽可能划分到某一工序的具体产线甚至某一用能设备,如炼焦工序的不同焦炉、烧结工序的不同烧结机、炼铁工序的不同高炉等。如此才能通过能源平衡表深入分析企业内部能耗情况,查找节能潜力,明确改进方向。

  能源平衡表的质量,取决于能源计量数据的准确度和能源计量体系的完善度,能源计量的基础作用体现在为能源管理提供充分、全面、准确、可靠的能源数据方面。当前,国家明确要求钢铁行业必须建立能源管理体系并取得相关认证,钢铁企业可以在建立能源管理体系过程中完善能源计量体系,规范能耗指标的管理。

  四是在工序单位产品能耗计算方面,采用能源输入量和能源输出量计算工序单位产品能耗可以使计算得到简化,避免重复计算或漏记,但其不能进一步反映工序内部能源加工、转换和回收利用的情况,不利于分析工序能耗状况。而采用能源消耗量和回收量计算工序单位产品能耗则可以更为细致地反映工序能源消耗的状况,但其对能源计量体系的完善程度要求更高。

  五是在吨钢综合能耗计算方面,其反映了企业自身能耗水平变化,但却不能反映企业在全社会范围内的合理用能程度。

  目前,钢铁工业余热资源的回收方式可以分为三大类:热利用,如热风烧结技术、高温炉渣水淬法、煤调湿技术、蓄热燃烧技术、热管换热技术、相变换热技术、余热锅炉生产蒸汽供暖、低温热泵技术、吸收式制冷技术等;动力利用,如余热锅炉蒸汽发电、炉顶余压发电技术、蒸燃联合发电装置,干熄焦发电技术等;综合利用,如热电冷联产技术等。

  余热利用技术的评价要结合合理性、可行性、经济性3方面进行。这3个评价指标分别从理论层面、技术层面、经济层面对余热回收技术进行了较为完备的评价,分别代表了理论研究者、技术实施者、企业决策者不同的思维视角。由于这3个方面相互独立,评价结果有时是相互矛盾的。

  如何使这3个层面更好地结合,是从业者需要思考的问题。有业内专家曾指出,评价热工设备完善性和用能系统合理性的统一判据是余热回收利用环节所在工序产品能耗的改变量,这一判据从用能的合理性角度给出了形式繁多的余热回收技术的统一评价方法。在钢厂的实际应用中,大量余热资源尚未得到回收利用,并非不能降低能耗,而是该技术的可行性太差或经济性不高。

  对于余热利用技术研究的基本路线,短期看,以经济性为指标,把投资回收期短、还没有利用的余热充分利用起来,可以有效提高余热资源的回收率。中期看,以热效率为指标,把已经采用的技术用好,不断改造现有余热利用技术,提高利用效率。长期看,以合理性和可行性为目标,积极开展基础研究,攻克技术难关,解决用能不合理、能级不匹配的根本问题,把现阶段用不了的余热在不远的将来用起来。

  由于钢铁企业原料场占地面积大、原料品种多,且多采用露天堆放方式,原料在风力作用下极易干燥,而在装卸、输送、露天堆存过程中造成的粉尘,已成为原料场无组织排放的主要污染源。扬尘污染不仅造成物料流失,给企业带来经济损失,而且对在岗职工的身心健康造成一定程度的影响,同时使厂内及周边环境恶化。

  目前,在各种料场抑尘的方法中,进行料场封闭的目的是将实际风速减小,湿法抑尘的目的是增大起尘风速,从而减少起尘量。

  钢铁企业原料场抑尘工作,目前采取的技术和措施主要有防风抑尘网、料场封闭、喷洒水降尘、喷洒易沉剂降尘等,但每种方法均不能完全解决原料场内的环境治理。因此,需要根据企业所在地域自然环境特点、原料场工艺布置需求进行合理组合。只有这样,才能最大限度地减少扬尘的发生,取得良好的环境治理效果。

  烧结废气温度偏低、废气量大、污染物含量高且成分复杂,是钢铁行业低温余热利用和废气治理的难点和重点。目前,我国钢铁企业运行实施的脱硫设施多少都存在技术不成熟、投资大、运行成本高、故障率高、副产物难利用、产生二次污染等问题。因此,烧结烟气综合治理方案和技术的选择,十分必要。

  当前,烧结烟气治理技术首推脱硫。按照脱硫产物的干湿形态,烟气脱硫可分为湿法(石灰石/石灰—石膏法、氨法、镁法、离子液法、海水法、双碱法)、半干法(LJS循环流化床法、ENS法、NID法、SDA旋转喷雾干燥法、MEROS烧结污染物最大化降减法、密相干塔法、GSCA双循环流化床法、电子束照射法、LEC石灰石烟气净化法、CSDI荷电干式喷射脱硫法、PPCP脉冲电晕法等)和干法(活性炭法)。从调研数据分析,湿法、半干法、干法工艺在180平方米以下烧结机中分别占65%、30%、5%,在180平方米以上烧结机中分别约占55%、40%、5%。近年来,污染物协同治理的活性炭工艺在大型烧结机上的应用呈加速趋势。对于不同的烧结烟气一体化净化工艺,钢铁企业应结合各自企业的烟气温度、烟气量、污染物浓度等参数,以及烧结机工况、场地条件、治理要求、投资,还有运维成本、地区因素等,合理选择烧结烟气综合治理方案和技术。

  随着人们对大气污染物排放的要求越来越高,选择适合的烟气净化工艺,实现脱硫、脱硝、脱二口恶英、除尘的一体化综合治理,已势在必行。在这方面,日本钢企主要采取活性炭吸附工艺(太钢已应用),欧洲西门子奥钢联开发了MEROS工艺(马钢已应用),以色列Lextran公司开发了催化氧化烟气综合清洁工艺,我国龙净环保在循环流化床工艺基础上喷入脱硝剂强化脱硝效果,宝钢股份拟在4号烧结机技术改造上采用循环流化床+SCR工艺。

  其中,活性炭工艺最为成熟,具有五合一(脱硫、脱硝、脱二口恶英、脱重金属、脱酸性气体)协同净化功能,但存在脱硝效率低、运行成本高、设备庞大且造价高、腐蚀问题突出、外围系统复杂、活性炭反复使用后吸附率降低消耗大、活性炭再生能耗较高等问题。MEROS工艺简单,入口温度要求低,温度变化适应性好,但年运行费相对较高,不能控制烧结烟气中的NOx,在控制二口恶英的同时,会产生混有二口恶英的固体废弃物。LJS—FGD工艺对烟气量和烟气成分具有良好的适应性,塔内结构简单,烟气无需再加热,但脱硝效率低,副产物的应用范围有待进一步拓宽。S-SCR工艺灵活性强、安全性高、可利用已建脱硫装置实现脱硫、脱硝、脱二口恶英一体化,装置占地小、阻力低、系统简单、操作便利,脱硝效率可达80%以上,二口恶英完全分解,无二次衍生污染物产生,缺点是催化剂因中毒活性会逐渐降低,更换催化剂成本较高。催化氧化烟气综合清洁技术单位烧结矿运行成本低,还可同时实现脱汞,其脱硫、脱硝效果好,运行稳定,可利用焦化厂废氨副产硫酸铵或硝酸铵化肥,但过程中有废水产生,且有机催化剂需进口,尚未国产化,价格较高。

  未来烧结烟气污染物协同治理较有竞争力的发展方向可能是采用烟气循环技术(内循环/外循环)减少烟气量和污染物排放,经高效电除尘后,再结合脱硫脱硝一体化净化技术(如活性炭工艺、石灰石/石灰—石膏法/循环流化床/旋转喷雾法脱硫+SCR工艺)对烧结烟气进行深度治理。

  焦化废水主要来自蒸氨废水、酚氰煤气冷却水、蒸汽冷凝水和化产废水,如粗苯加工废水等,其特征表现为废水有机物多,COD(化学需氧量)浓度高,可生化性差,属于难降解废水。焦化废水生化处理工艺在运行过程中很容易受到进水水质(如酚、氰化物等)、水量波动、温度高等因素影响,导致后续生化处理出现污泥中毒、污泥老化等现象,影响出水水质,造成出水不达标。

  国内对焦化废水深度处理与回用进行了大量研究和探索工作,其技术路线条:一是侧重水质稳定,对外排污水进行适度处理,通过高效水处理剂(如絮凝剂、混凝剂等)稳定废水水质,回用于工业冷却水;二是侧重水质提高,外排废水经深度处理使水质达到或接近同类新水,该技术路线投资和运行费用较高,一般企业难以接受。

  钢铁联合企业的焦化废水可采用的回用方法有:高炉冲渣、烧结配料用水、转炉除尘水、焦化废水场内“零排放”技术等。

  面对钢铁行业空前严峻的环保形势,各企业应立足技术进步,采用清洁生产技术和合适的焦化酚氰废水处理工艺,使焦化酚氰废水从源头减少产生量。如采用煤调湿工艺降低入炉水分;在煤气净化流程中采用煤气横管初冷工艺,减少排污水量;粗苯蒸馏工段各分离器和油槽分离水均送入机械化氨水澄清槽,不外排;脱硫废液预处理后再送入焦化废水处理等。建议实施分质供水,利用钢铁企业用水特点,在钢铁企业内部寻找消纳焦化废水回用与消纳途径,提高水资源的重复利用率,减少污水外排。

  传统的转炉除尘技术以湿法除尘为主,能耗高,水耗高,排放难以达标。而转炉干法除尘工艺净化效率高,烟气的含尘量通常可以稳定控制在30毫克/标准立方米以下,在工艺特殊要求下可将含尘量降低至5毫克/标准立方米;系统阻力小,风机运行费低,寿命长;耗水量小,含铁干粉尘仅需热压块后即可替代转炉炼钢所需的铁矿石或废钢,无需设置沉淀池和污泥处理设施。

  但其投资高、技术要求高、泄爆频繁,国内部分专家对其一直存在争议,认为干法除尘采用静电除尘器单一除尘只能处理一部分烟尘,不能处理另一部分有害气体,如SO2、HF等,而且干法除尘对于操作环境要求过于苛刻,生产连续性差。鉴于这种情况,国内部分设计单位将干法除尘系统与湿法除尘系统相结合,研发了半干法除尘工艺,虽然经济效益略低于干法除尘系统,但却远高于传统的湿法除尘,且能达到排放标准。

  目前,钢铁整体大形势仍不好,利润率低,部分钢铁企业用于环保技改的资金相对紧张,很多企业考虑到占地、投资、工期的问题,选择了半干法改造。

  考虑到转炉除尘工艺既要除尘又要节水,综合比较,干法除尘可使水处理系统大大简化,在水耗、电耗、占地、尘泥利用等方面都有优势。

  钢渣是炼钢生产过程中的副产品,是一种很好的二次资源。通常每生产1吨粗钢约产生120千克的钢渣,钢渣中一般含有10%的金属铁。目前,国内外钢渣处理通常采用热焖法、热泼法、水淬法、风淬法、滚筒法等。

  钢渣热焖法是近些年兴起的一种先进的钢渣预处理工艺,其原理是利用钢渣余热,在容器内加入喷淋冷水后使其成为蒸汽,使钢渣自解粉化。与传统处理工艺相比,焖渣后钢渣粉化率高,渣铁分离彻底,而且处理后的钢渣中的有害成分得到消解,可消除钢渣遇水体积膨胀的问题,避免造成钢渣应用时出现稳定性不良的现象。

  传统的焖渣法是对炼钢厂产生的钢渣首先进行自然冷却6小时~12小时,或是热泼后降温,然后进行焖渣。鞍钢鲅鱼圈分公司转炉焖渣生产线℃熔融态转炉渣直接入池的焖渣方法。该工艺相比传统方法省去了钢渣在渣罐中的停留时间,明显提高了处理效率,而且节约渣罐数量,减少了中间流程,大大降低了生产成本。同时,该工艺还解决了焖渣过程中的爆炸问题———在高温时(急冷阶段)尽可能保证气体排出,当温度降低以后,产生可燃气体的反应速度减缓,可以在焖渣的中后期使渣池中保持一定的饱和蒸汽浓度,利用水蒸气本身对可燃气体的惰化作用,抑制其产生爆炸燃烧。

  相比传统的凝固后的焖渣工艺,熔融渣焖渣处理周期大幅缩短,渣罐占用率低,而且炉前处理降低了渣罐运输的成本,将是今后钢渣热焖处理的发展方向。

  为应对金融市场多元化发展的需要,各国都把发展绿色节能减排经济作为一项重要的主题,建立和完善以持续低碳发展为主题的碳交易体系,如欧盟排放交易体系、日本自愿排放交易体系等。同时,真正的AG网址是哪个。日本、欧盟和韩国均设置了以减少碳排放为核心的前沿项目研发,以应对未来碳排放权交易的经济压力和气候变暖危机。

  日本新能源和工业技术部于2008年7月份委托日本6家钢铁公司共同合作开展“环境友好型炼铁技术开发”项目COURSE50,以减少钢铁生产中CO2的排放量。该项目以铁矿石高炉冶炼大幅度减排CO2技术作为长期课题而持续开展。该项目研发目标是2050年日本钢铁工序吨钢CO2排放量减少30%。按照该目标,2050年以后,日本吨钢CO2排放量将从1.64吨减少到1.15吨。整个项目的核心内容是减少CO2产生技术和分离回收CO2排放技术。根据该项目的预计进度,日本钢铁业将推进试验高炉的建设与操作实验,主要确立氢还原铁矿石效果最大化的反应控制技术。2014年9月份,该项目在新日铁住金君津厂开工建设了高度约6米、炉内容积为12立方米的试验高炉。该试验高炉在2015年10月份进行热试运转,2016年将对试验高炉进行解体调查,并完成炉内还原状态试验评价。该试验可以通过优化气体喷吹条件,进一步提高效率。该项目计划在2030年前后进行实际运行,2050年前后推广普及。

  2004年,欧洲钢铁技术平台专门设立了欧洲超低CO2排放项目ULCOS,进行低碳技术研发,目标是使欧盟吨钢CO2的排放比该项目实施前最先进生产工艺的吨钢排放量还要降低至少50%。ULCOS研发的低碳技术主要包括减碳技术、无碳技术和去碳技术。该项目经过多轮选择后将高炉炉顶煤气循环技术、HISARNA熔融还原、新型气基直接还原技术ULCORED和熔融氧化铁电解ULCOWIN技术作为具有发展前景的突破性技术。

  浦项制铁将创新炼铁技术作为低碳发展的突破口,一方面持续改进FINEX工业化生产技术,另一方面大力开发以减排CO2为特征的全氢高炉炼铁技术。

  近年来,浦项大力发展FINEX创新性的炼铁技术,使用廉价的粉状铁矿石和烟煤作为原料,节省了大量的投资和生产成本,同时还减少了污染物排放量。截至2015年3月份,浦项有2座FINEX厂正在商业运转,产能分别为150万吨/年和200万吨/年。其中,年产能为200万吨/年的FINEX厂实现了5800吨/天的设计目标,而且流程更加优化。相比早期的FINEX工艺,200万吨/年的FINEX装置将原来的四级流化床改为三级流化床,设计更紧凑,且投资约减少15%。

  在全氢高炉炼铁技术方面,浦项采用在高炉内使用一部分氢气替代焦煤对烧结矿进行还原,从而能够大幅度减少钢铁生产过程中CO2的排放。该技术的中长期目标是开发出能够低成本大量制造高纯度氢气的技术。

  中国冶金报/中国钢铁新闻网法律顾问:大成律师事务所 杨贵生律师 电话 Email:guisheng.

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