中国钢铁行业重点工序烟气超低排放技术进展

 钢铁行业已成为中国大气污染防治重点行业，目前中国已提出钢铁行业烧结、球团等工序超低排放限值。总结了烧结(球团)、焦炉、高炉、转炉等多个工序高效净化技术路线，集成了源头减排、过程控制和末端治理的多污染物超低排放技术体系，包括“烟气循环技术”、“半干法脱硫耦合中低温SCR脱硝技术”、“活性炭法一体化技术”、“臭氧氧化硫硝协同吸收技术”、“高炉炉料结构优化的硫硝源头减排技术”、“转炉二次烟气预荷电袋滤器除尘技术”等关键技术，上述技术在中国部分钢铁企业均有应用实践。最后提出了生产技术绿色化、污染计量合理化、加强非常规污染物管控、重视钢铁行业碳排放的发展建议。     

循环经济社会中的中国钢厂

 自1990年以来,中国钢铁工业在节能和环保方面取得显著进展。发展循环经济是钢铁工业实现可持续发展的必然途径。国家“十一五”发展规划纲要（2006-2010年）将济南钢铁公司、曹妃甸京唐钢铁公司和一些企业列入循环经济试点企业。截至2009年,中国已有9家钢铁企业成为循环经济试点企业。拓展钢铁企业功能,特别是能源转换功能和废弃物处理、消纳功能是实现循环经济的有效途径。未来循环经济社会中有2种类型钢厂,都市周边型钢厂和港口工业生态带型钢厂。在都市周边型钢厂中,废钢、废塑料、废水和其他城市废弃物将得到有效的回收利用。位于港口附近的大型钢铁联合企业的发展将引领港口城市的基础设施建设,逐步成为工业生态带。基于新一代钢厂的工业生态链已开始在工业生态港口建立,这类钢铁企业的社会经济功能将得到体现。在“十二五”期间（2011-2015年）,应建立和完善钢铁工业与其他工业行业之间的工业生态链,进一步提升其功能和效果。     

中国钢铁工业节能减排潜力及能效提升途径

 钢铁工业是典型的资源能源密集型行业，是节能减排重点行业之一。总结了中国钢铁工业“十二五”以来所取得的节能减排进展及存在的问题，采用动态物质流分析方法，构建了钢需求量和废钢回收量预测模型，基于35项重点节能减排技术评估，结合能源消耗与CO2排放模型，分析了中国钢铁工业到2050年的节能减排潜力并分析了各因素的影响。在此基础上提出了提升中国钢铁工业能效的若干途径，为钢铁工业的绿色低碳转型、可持续发展提供理论指导。     

“风光互补”清洁能源非碳冶金探索试验

钢铁工业在全球范围内造成了大量的二氧化碳排放。为了减少碳排放和解决冶金用能,提出了“风光互补非碳冶金”的概念,希望依靠风能和太阳能清洁能源技术为钢铁生产提供能量,实现一条不涉及碳排放的冶金工艺流程。该冶金系统设计由四项技术单元组成,通过理论计算、数值模拟和试验结果反馈,最终确立的系统单元之间基本满足了能量的协调匹配,能够获得1 600 ℃以上的冶炼高温,达到了试验的预期,是清洁能源利用技术与钢铁冶金技术相融合解决能源及环境问题的初步性尝试。     

低碳绿色炼铁技术发展动态及展望

 当前,为积极应对气候变化等一系列问题,世界各国纷纷提出了绿色减排计划。与此同时,中国相应提出了“碳达峰、碳中和”节能减排目标,并以“1+N”等政策体系作为实现可持续发展战略、积极应对气候变化、履行大国义务的核心支持。钢铁工业作为31个制造业门类中碳排放量最大的行业,自然而然成为节能减排战役中的“排头兵”。目前,复杂的高炉生产工艺仍然以煤、焦等化石资源作为主要燃料,使得其成为钢铁流程中的碳耗大户、碳排放大户、污染排放大户,因此高炉炼铁工艺的绿色低碳转型升级已迫在眉睫。从背景介绍、发展动态以及未来发展展望这3大部分对低碳绿色炼铁技术进行论述,其中对绿色低碳炼铁技术发展动态部分进行了详细阐述。首先就优化节能低碳操作和构建循环经济环保圈两个层面,从精细炉料操作、提升生产技术等多个角度讨论了如何实现高炉工艺低碳绿色炼铁;其次从非高炉领域入手,对直接还原工艺和熔融还原工艺的国内外发展现状进行阐述,并进行了相应的比较与分类汇总;之后从创新型炼铁工艺(氢冶金、智能化炼铁)角度探讨了此类技术的发展态势。最后,综合当前绿色低碳炼铁技术发展最新动态进行了5个方面的展望,明确了“绿色低碳为方向,节能减排是目标”的任务方向。     

莱钢炼铁厂“600”创新管理实践

近几年来,莱钢炼铁厂的工艺技术和设备管理水平不断提高,设备运行状态长期稳定受控,为生产的连续、稳定、高效提供了坚实可靠的设备支撑;在推行 “121” 设备管理体系过程中,提出“600”的设备管控目标;抓好设备点检定修等基础管理工作,大力开展设备管理创新和技术创新,维修模式也实现了由“计划检修”向 “预知维修”的转变;高炉的休风率指标实现了持续优化提升,高炉的定修周期达到6个月,并且定修间隔内设备故障为零,为炼铁设备管理提出了新思路。     

高炉煤气循环耦合富氢对中国炼铁低碳发展的意义

中国钢铁工业规模巨大，主要由高炉 转炉长流程生产，其能源结构中90%为煤炭，是国家兑现2030年降低碳排放强度承诺的主战场之一。基于当前低碳炼铁技术的研发进展、中国面临的碳减排任务、中国钢铁工业的生产模式、中国钢铁工业碳排放现状等基本事实，提出了以高炉为主体、以炉顶煤气循环耦合富氢还原为技术特征的钢铁工业低碳发展的可行路径，分析了该工艺研发所面临的关键问题，以期引起钢铁行业的重视，为中国钢铁工业进一步深度降低碳排放提供参考。     

高炉优化操作与低碳生产

宝钢炼铁以“最优化炼铁企业”为目标,在外部条件劣化的背景下,始终围绕高炉的稳定顺行为基本方针,通过加强高炉的原燃料管理,不断优化操作制度,实现了高炉合理的煤气流分布和较高的煤气利用率。通过采用干法除尘装备、纯水密闭循环冷却工艺以及改善TRT、热风炉余热回收等节能设备的节能效果,高炉的燃料比和能耗不断下降,实现高炉的低碳生产。     

过程工程与制造流程

 过程工程是指在开放的工程系统条件下,描述多因子、多尺度、多层次、多单元的过程及其系统行为并集成为动态运行系统的学问。在过程工程中,鲜明地体现为不同层次、不同尺度的过程之间的“纵向集成”,同时也呈现出“异质”的但又相关单元过程之间的“横向集成”。过程工程问题广泛地存在于冶金、化工、建材等流程制造业的生产运行和规划、设计之中。包括钢铁工业在内的流程制造业有着形式各异的企业,但这些企业有着共同的特征,即这些制造流程动态运行的物理本质是：“‘物质流’在‘能量流’的驱动和作用下,沿着设定的‘流程网络’,按照设定的‘程序’作动态-有序运行”。制造流程动态运行的要素是“流”、“流程网络”和“运行程序”。制造流程不仅涉及产品制造,还涉及能源转换和耗散、过程排放与环境-生态等。在理论阐述的基础上,讨论了钢铁制造流程动态运行的6条规则,这将对工程规划、设计,企业生产运行及其信息化、绿色化具有引导性。强调指出：制造流程是复杂的、动态的、整体性的工程系统,是多因子、多尺度、多单元、多层次整合-集成而成的整体,具有涌现性而非简单加和性。对制造流程而言,一切都是过程及其集成,一切都是开放-动态的过程并可形成结构不同的流程系统,其动态运行过程的实质是不同耗散结构中的耗散过程。     

对发达国家钢铁工业环保情况分析

钢铁工业是国民经济重要的基础原材料工业,属于能源、水资源、矿石资源消耗大的资源密集型产业,其发展必然面临资源不足、环境污染的严重制约。中国钢铁工业未来的发展方向是“高效、清洁、省能”,实现可持续发展。本文旨在分析发达国家钢铁工业环保的基本情况,以期对中国钢铁工业的环保及环保统计工作提供必要的参考。     

中国高炉炼铁技术装备发展成就与展望

 近40年来，我国钢铁工业取得了巨大进步，钢铁产量连续多年居世界第一。我国高炉炼铁技术装备在大型化、现代化、高效化、长寿化等方面发展成就显著。2000年以来，一批5000m3以上特大型高炉、500m2以上大型烧结机、7.63m超大容积焦炉和年产400万t/a以上大型球团生产线相继建成投产，一系列自主研发、集成创新的炼铁关键技术在生产实践中取得重大应用成效。在技术装备大型化的同时，高炉富氧喷煤、无料钟炉顶、煤气干法除尘、顶燃式热风炉及高风温、高效低耗烧结技术、大型清洁炼焦技术等先进技术及其装备研发与应用成效显著，有力推动了炼铁技术装备进步。到本世纪中叶，我国钢铁工业格局和流程结构将发生重大变革，减量化、绿色化、智能化、高效化将是未来一个时期炼铁技术装备的主要发展趋势。     

炼铁新技术及基础理论研究进展

从炼铁新技术及基础理论研究方面介绍了烧结球团提质降耗新技术、焦炭在高炉内行为解析研究、高炉喷吹清洁燃料技术、高炉长寿技术、高炉炼铁数据建模技术以及冶金尘泥再处理技术。从基础研究出发,提出了目前最具有潜力的炼铁新技术;然后在国家碳中和战略的大背景下,综述了目前国际上的非高炉炼铁技术研究进展,为我国低碳炼铁发展提供依据;最后从最新微观研究手段出发,介绍了目前炼铁研究领域在微观尺度的研究进展,多尺度综合调控研究高炉炼铁过程机理,为未来低碳炼铁发展方向提供思路。      

高炉长寿技术展望

提出了高炉长寿应达到的目标。高炉长寿技术的核心是构建一个合理操作炉型的永久性炉衬,以实现长寿的目标。高炉实现长寿,可以减少高炉的座数,使能源消耗最低,运行效率更高,实现钢铁工业的可持续发展。分析了国内外高炉寿命的现状,展望了我国高炉炼铁的前景。     

节能降碳的蓄热式加热炉烟气反吹关键技术

摘要：蓄热式加热工艺是大型钢铁企业轧钢工序普遍采用的加热技术,但该工艺高频率换向蓄热燃烧导致公共管道内的燃气交替排入大气造成环境污染和能源浪费,使其成为钢铁生产流程中少有未进行污染物治理的生产工序。基于消除蓄热式加热炉热工制度缺陷,系统介绍了蓄热式加热炉烟气反吹扫技术及与之匹配的加热炉烟气反吹安全联锁与防爆技术、烟气反吹工艺设计与时序调控技术。该成果应用于某钢铁企业蓄热式加热炉（160t/h）建设国内首套换向残留燃气反吹技术示范线,该加热炉燃气放散体积分数由9.0%降低至0.208%,CO放散减排率达92%以上,轧钢燃气耗量节约4.38%。其后承建多家钢铁企业19条蓄热式轧钢加热炉烟气反吹改造工程,均取得较好效果,节能、环保及社会效益显著,同时减少碳氧化物的排放量,助力国家实现双碳目标。     

钢铁制造流程能源转换功能的开发与利用

针对钢铁制造流程能源结构和能源转换特点,提出钢铁制造流程能量流优化的核心是煤的转换与煤气、余热等二次能源的回收利用问题。在《冶金流程工程学》等理论的指引下,提出钢铁制造流程煤基能量系统是一个复杂的大系统,具有功能涌现性,通过充分开发与利用其能源转换功能,并与其他行业及社会大系统进行耦合,可构建“钢铁、化工、燃气、氢气、电力、供热、供冷多联产系统”,将更有利于提高系统能源效率和价值,更好实现钢铁企业绿色、低碳转型发展。     

典型钢铁企业全流程的氮素流及其含氮污染物减排潜力分析

针对钢铁生产全流程产生的NO_x造成的环境污染问题,依据NO_x生成机理及元素流分析方法,建立钢铁生产全流程氮素流分析模型。应用该模型,以某典型钢铁企业实际生产数据为样本,分析钢铁联合企业的氮元素流动特征,讨论钢铁生产全流程中排放的含氮污染物及废气NO_x的产生、脱硝及排放情况。研究结果表明,钢铁企业输入的氮素主要来源于高炉鼓风和各工序燃烧所需的空气(99.655%),输出的氮素主要以N₂形式(82.917%)排放至大气,全流程内的氮素主要以煤气和工序产品形式循环;钢铁企业排放的含氮污染物以废气NO_x(97.982%)为主,高炉炼铁工序废气NO_x排放量最高;钢铁企业产生的废气NO_x主要来源于焦炭(56.84%)和煤炭(28.91%),其中24.23%的NO_x经脱硝后转化为N₂排放至大气。对钢铁生产全流程氮素流及含氮污染物的排放、控制及相关政策开展研究,提出合理建议,对中国环境保护和钢铁行业的绿色发展具有重要意义。     

熔融热解工艺在钢铁行业固废处理上的应用

介绍了钢铁企业固废的发生及处理情况，针对钢铁企业固废处理存在的问题，提出采用熔融热解工艺进行固废处理。熔融热解炉采用竖式结构，将钢铁企业的渣钢、劣质金属化球团、部分社会劣质废钢、机加工废料及钢铁企业废油桶、废石棉、废布袋等危废及部分危废，在熔融热解炉中进行高温熔融处理及渣铁分离，实现固废的资源化回收，熔融热解炉铁水成本低于高炉，具有很好的经济效益;熔融热解炉同时可协同处理社会固废，实现钢厂及城市协同发展，具有良好的社会效益。     

高炉大型化与我国高炉的发展状况

论述了世界高炉大型化发展情况，指出世界高炉大型化的发展过程是以建造大型，巨型高炉逐步淘汰小，中型高炉，而我国在建造大，中型高炉的同时小型高炉也蜂拥而上，星罗密布，这些地小高炉设备水平落后，生产效率低，造成矿产资源和能源严重浪费和对环境的严重污染。     

钢铁冶金清洁生产中的新技术和新工艺

面对钢铁企业的可持续发展，国内外钢铁企业不断开发应用新技术新工艺，推行钢铁冶金行业的清洁生产，在能源结构调整、冶金工艺优化以及废弃物综合利用方面收到了良好的效果，实现了经济效益、社会效益和环境效益协调统一，本文重点介绍了富氧高煤量喷吹、高炉废塑料喷吹、干熄焦、高炉煤气余压透平发电等一些新技术新工艺的应用。