晋南钢铁高炉喷吹富氢气体工业化实践

 钢铁工业是中国制造业中碳排放量最高的行业,碳排放占全国碳排放总量的15%左右。高炉是钢铁工业碳消耗量最大的工序,碳消耗占钢铁流程总碳消耗的70%以上,减少高炉冶炼碳消耗是降低钢铁工业碳排放的最有效措施。高炉喷吹富氢气体不但可以提高冶炼效率,减少污染物排放,而且可以减少焦炭或煤粉消耗,从源头上降低高炉冶炼碳消耗,从而减少碳排放。以山西晋南钢铁两座1 860 m3高炉风口喷吹富氢气体工业化生产数据为例,详细研究了高炉喷吹富氢气体对燃料比、风口理论燃烧温度、炉腹煤气量、H₂利用率以及CO₂排放量的影响。结果表明,喷吹富氢气体可以显著降低高炉固体燃料消耗,在吨铁富氢气体喷吹量为65 m3条件下,富氢气体与固体燃料的置换比为0.49 kg/m3;风口喷吹富氢气体降低了风口理论燃烧温度,吨铁每喷吹1 m3富氢气体,风口理论燃烧温度降低约1.5 ℃,高炉鼓风量和炉腹煤气量都少量降低;喷吹富氢气体以后,炉内H₂的利用率平均为37.3%,CO的利用率约为43.2%;吨铁CO₂排放量可以降低80 kg左右,高炉CO₂排放降低了5.6%,取得了较好的经济、环境和减污降碳效果。     

德国和欧洲钢铁业减少CO2及其他污染物排放的措施

欧盟27国的钢铁联合企业拥有现代化的工艺装备,生产多品种的优质钢材。高炉-转炉流程仍将保持统治地位。钢铁厂环境排放的控制主要涉及粉尘、SO2、NOx、二恶英和其他污染物,其焦点之一是CO2排放和碳排放交易。对减排CO2的炼铁新工艺作了概述。德国钢铁工业向政府作出承诺:同1990年相比,2012年吨钢CO2排放削减22%。     

钢铁流程结构及对CO_2排放的影响

温室气体排放引起的气候变暖已经成为全球性的重要命题。介绍了国内钢铁工业温室气体(主要是CO2)的排放情况,指出能源消耗是造成钢铁工业CO2排放的主要原因。在对比两类典型钢铁生产流程的CO2排放情况的基础上,深入分析了钢铁工业的能源结构及不同流程中原燃料来源结构对CO2排放的影响;最后对新一代钢铁制造流程的CO2排放进行了估算。     

钢铁生产CO2过程排放分析

钢铁生产成为大气中温室气体CO2的一大来源,准确测算钢铁生产CO2过程排放量是评估企业或行业减排的保障。建立基于CO2排放模块的CO2排放模型,选定国内典型钢铁生产企业进行分析,发现炼铁工序的CO2排放占总流程的60%左右,同时进一步分析了整体CO2排放强度与吨钢能耗的关系及工序CO2排放强度的分布。     

典型钢铁制造流程碳排放及碳中和实施路径

高炉-转炉钢铁生产流程是典型的钢铁制造流程，也是典型的铁-煤化工过程，能耗高、碳排放量大，是中国钢铁行业实现碳中和目标的重点领域。2020年，由该流程生产的钢产量占全国粗钢产量的90%以上，是钢铁行业重要的CO₂排放源，因此，以典型高炉-转炉钢铁流程为主的企业碳排放计算和碳中和路径研究引起重视。目前国内外有多种针对钢铁企业碳排放的计算方法，但不同CO₂计算边界和方法对企业CO₂排放结果差异较大，影响因素也不同。剖析了钢铁生产流程的碳排放特征，以典型高炉-转炉制造流程为例，从系统边界、碳排放核算方法以及影响因素等角度全方位分析了钢铁制造流程碳排放，核算了不同方法下390万t和550万t钢铁企业的碳排放量，并对比了不同核算方法的差异性。结果表明，A企业和B企业铁前工序的CO₂排放占总碳排放的比例分别为60.99%和54.12%,减少钢铁制造流程CO₂排放应优先考虑焦化、烧结和炼铁工序；影响钢铁制造流程减排的因素主要包括化石燃料的消耗、能源的回收率、自发电的比例和碳排放因子的选取，其...     

基于系统动力学的我国钢铁工业碳足迹研究

我国钢铁工业正在快速发展,目前已经成为世界钢铁大国,但还不是钢铁强国,在当前建设资源节约型、环境友好型社会的要求下,钢铁工业需要加强CO2减排工作。笔者在对中国钢铁工业节能减排现状研究的基础上,利用系统动力学,建立了中国钢铁工业钢铁需求量、能耗水平和CO2排放模型,并进行了相应计算,根据计算结果提出了中国钢铁工业CO2减排的对策。结论表明从内部需求和外部驱动两方面看,中国钢铁工业需要走低碳发展道路,钢铁工业可以在2020-2025年后将CO2排放量基本稳定下来。     

高炉炼铁降低CO2排放的潜力

在多方努力减少温室气体排放以及欧盟加紧实施CO2排放贸易的大背景下,高炉工艺也开始重新考虑减少CO2排放的可能性。由蒂森克虏伯钢公司开发的高炉平衡模型可提供减少还原剂加入量,即减少CO2排放量的方法。与实际生产高炉作对比,对"理想"高炉进行了计算。"理想"高炉中浮氏体还原动力学的"理想操作点",直接取决于贝-波反应平衡曲线,可在远离平衡位置的低温下实现。统计分析发现,"理想高炉"的燃料比只比德国高炉目前的平均燃料比低5%。高炉中加入预还原炉料,如热压铁块(HBI),对降低还原剂消耗和高炉过程的CO2排放都起有利作用。为了评估减少还原剂消耗和CO2排放的潜力,应用平衡模型对与传统高炉不同的两种新的高炉工艺进行了评价。这两种新流程是无氮高炉和等离子加热高炉,其共同特点是都配有从炉顶煤气中脱除CO2的装置,这两种新工艺虽然降低了还原剂消耗量,但都需要消耗更多的电能,特别是等离子加热高炉工艺。     

中国钢铁工业空气污染物排放现状及趋势

 目前中国粗钢产量已经占世界总产量的一半以上,中国钢铁工业的发展对世界意义重大。中国钢铁工业主要采用以煤炭为主要燃料的“高炉-转炉”长流程冶炼工艺,因此在钢铁生产过程中排放出大量的空气污染物,主要包括二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NO_x)和颗粒物(PM_2.5)等。从钢铁工业污染物的来源、污染物的排放总量变化情况、不同冶炼工序污染物排放特点、中国钢铁工业污染物排放量地域分布特点以及不同规模的钢铁企业污染物排放特点等多角度综述了近年来中国钢铁工业的空气污染物排放现状。同时简要综述了中国钢铁工业为治理空气污染物而进行的超低排放改造进展情况,据此提出了中国钢铁工业空气污染物治理存在的问题,并分析了未来中国钢铁工业空气污染物排放及减排趋势。     

低碳炼铁 节能减排 实现清洁生产

高炉炼铁工序是钢铁生产中CO2的主要排放工序,因此降低炼铁工序CO2排放量,即低碳炼铁是钢铁工业减少CO2排放量的重中之重。以＂低碳炼铁、节能减排、实现清洁生产＂为主题的2010年全国炼铁生产技术会议暨炼铁学术年会,为如何实现炼铁系统的低碳生产、     

低碳高炉炼铁新技术及在安钢应用的可行性

为贯彻国家节能减排精神,实现“低碳炼铁、节能减排、实现清洁生产”的目标,在不断完善传统节能减排方法(如大喷煤和高风温等)的基础上,还需要进一步开发应用各种新技术和新措施。本文简要介绍了钢铁生产过程CO2的排放情况,重点阐述了高炉系统的CO2的产生及排放现状。同时介绍了为降低CO2排放,高炉炼铁新的研究应用热点,包括高炉...     

分层供热富氢烧结关键技术探索与研究

 中国提出2030年碳达峰、2060年碳中和的“双碳”战略以缓解温室效应带来的环境问题。钢铁是仅次于火电的国内第二碳排放大户,作为钢铁行业中的核心环节,烧结工序的碳减排已是必然趋势。常规烧结工艺中,料层中固体颗粒燃料难准确满足“自蓄热效应”要求的“上多下少”的分布要求,导致料层内部供热不均、成矿质量差、能效低下,且易出现微观局部还原性气氛,对烧结成矿和烟气中CO增多造成负面影响,制约了烧结节能减碳水平的提升。对此,作者研究了燃料形态、燃料分布对烧结的影响规律,提出了“分层供热富氢烧结”理念,阐述了厚料层烧结条件下料层上、中、下各层不同的气固组合供热方法,即顶层依靠富氧点火耦合固体燃料供热、上中层依靠富氢燃气喷加耦合固体燃料供热,下层依靠水蒸气喷加耦合固体燃料供热,同时探明了对应该方法的分层供热低碳烧结机理,详细阐述了富氧点火耦合固体燃料顶层供热、富氢燃气喷加耦合固体燃料中上层供热、水蒸气喷加耦合固体燃料下层供热等关键技术及其技术效果,并对应用上述技术可能出现的烧结过湿层恶化问题提出了解决办法。通过这些技术的集成应用,可以大幅降低烧结工序能耗,减少烧结工序碳消耗、碳排放及其他污染物排放,并改善烧结矿质量。     

Population, development, and the environment: trends and key issues in the developed countries

The quantitative relationship between environmental degradation (pollution) and the factors that influence it can be expressed by the identity: Pollution = population x (good/population) x (pollution/good), where "affluence" is expressed as good/population and the technology of production as pollution/good. Annual data for the emission of carbon monoxide and nitrogen oxides from mobile sources and for the use of pesticides and inorganic nitrogen fertilizer from agriculture, for the member countries of the Organization for Economic Cooperation and Development and the United States, were analyzed to determine the relative change in the three factors over the period 1970-1987. In each case the considerable variation in pollutant emissions among the different countries is most closely related to the concomitant change in the technology factor (pollution/good). In contrast, there is much less variation among the countries in the population and "affluence" factors, which are consequently uncorrelated with the variation in pollutant emissions. The data show that the change in production technology is by far the most important of the several factors responsible for changes in pollution emission.     

钢铁炉窑协同处置冶金及市政难处理固废技术路线

 无害化和资源化仍然是当前固废处置的重要方向,尤其在当前全力实现“碳达峰、碳中和”目标的大背景下,“以废代碳”还是降低碳排放的重要途径。针对当前固废处置出现的处置成本高、资源化利用不充分、邻避效应严重的现状,提出了利用钢铁炉窑,特别是烧结球团工序协同处置冶金及市政难处理多源固废的思路,提出了建立多源固废物质属性、能源属性、毒害属性多维识别指标体系与最佳处置路径的生态化适配原则;基于钢铁工业窑炉特性及固废属性,构建了火法/湿法预处理耦合热工制度优化的冶炼主工艺协同处置固废的技术路线,及基于北斗-物联网的区域性固废协同处置智慧平台,为冶金及市政固废生态化协同处置提供方向指导和技术参考。     

基于LMDI?STIRPAT模型的中国钢铁行业碳达峰路径研究

基于排放因子法核算中国钢铁行业2000—2019年碳排放，运用两阶段对数平均迪式分解法（LMDI）和STIRPAT模型分析碳排放增长的影响因素和2030年碳排放。结果表明，碳排放持续增长，2014年达到阶段峰值18.48亿吨。规模因素是碳排放增加的主要原因，能源强度是最大的抑制因素。情景分析表明，基准情景下将在2025年达峰，碳排放量为19.04亿吨；低碳情景下碳达峰时间为2021年，碳排放量为18.67亿吨；强低碳情景已于2020年达到碳排放峰值，碳排放量为18.52亿吨；快速发展情景则无法在2030年前实现碳达峰。      

某铅冶炼企业碳排放量年度变化分析及减排建议

某铅冶炼企业碳排放量占比最大的是能源的原材料用途排放,其次是燃料燃烧排放。通过对该企业2011-2013和2018-2020年间二氧化碳排放量和二氧化碳排放强度进行对比分析,采用改变能源种类和使用清洁能源的方式,使吨二氧化碳排放强度显著降低近60%和1.27%。实现了该冶炼企业绿色低碳、节能、降碳和减污的目的。     

金属冶炼业发展“低碳经济”管理路径研究

金属冶炼业"低碳经济"的路任重道远;要通过确定"低碳经济"的战略、依靠科技进步和资本运作等管理路径,实现"节能减排",为减少温室气体排放和改善环境做贡献。     

Numerical Evaluation of Blast Furnace Performance under Top Gas Recycling and Lower Temperature Operation

The new process of top gas recycling by hot reducing gas (HRG) injection has been developed in this study in order to overcome the disadvantageous problems under the lower temperature operation, to enhance the utilization of top gas carbon and to reduce carbon dioxide emission of blast furnaces. Numerical evaluation of blast furnace top gas recirculation together with lower‐temperature operation was performed by means of a multi‐fluid blast furnace model. The simulation results show that, (1) under the lower temperature operation, the shaft injection, or simultaneous shaft and tuyere injection of hot reducing gas is effective to increase the heat supply and to enrich the reduction atmosphere in the shaft zone, to improve the reduction of iron burdens, and enhance the efficiency of the shaft zone. (2) If top gas is recirculated by HRG on the basis of lower temperature operation, a highly efficient low‐carbon blast furnace is obtained. The productivity of the furnace shows a remarkable increase and the total reducing agent rate shows a considerable decrease. Furthermore, the top gas carbon utilization is enhanced and the carbon dioxide emission rate is lowered. (3) Generally, shaft efficiency, carbon emission and heat efficiency under simultaneous tuyere and shaft injection are comparatively better than in the other two methods of single injection.     

推进中国钢铁行业低碳发展的碳排放标准思考

为进一步推动中国钢铁行业绿色低碳可持续发展,制定适合中国钢铁行业现状并引领行业发展的碳排放标准势在必行。在简要总结国内外碳排放标准工作研究进展的基础上,基于中国钢铁行业低碳领域标准体系现状,分析了钢铁行业碳排放标准制定的必要性,结合冶金工业规划研究院提出的“C+4E”目标体系框架,给出对未来中国钢铁行业相关碳排放标准制定工作的思考和建议,以期促进中国由冶金大国到强国的快速跨越。     

双碳背景下碳排放核算法及策略分析——以铜、铝行业为例

有色金属行业作为行业碳排放大户,其降碳减排任务意义重大,在阐述碳排放核算的方法、步骤的基础上,结合铜、铝行业,以铜冶炼企业A和电解铝厂B为例,分别对铜、铝企业的碳排放量进行核算。结果表明,铜冶炼企业A每年碳排放量规模为16.2万t,电解铝企业B年碳排放量为414.07万t,在双碳战略目标下,提出了针对铜、铝领域新能源产业升级和产能结构转移等降碳减排策略。     

超低二氧化碳排放炼钢项目的进展与未来

钢铁工业的CO_2排放量占人类总CO_2排放量的6%,在全球碳排放控制日益严格的大环境下,高碳排放的钢铁工业的生存面临着前所未有的危机,而目前世界最先进的减排方法已达到瓶颈,世界各国都大力开发能够显著降低CO_2排放量的突破性新工艺。阐述了欧洲的超二氧化碳炼钢项目的最新进展和未来研究,其中炉顶煤气循环工艺(TGR-BF)、新的熔融还原工艺(HIsarna)、新型直接还原工艺(ULCORED)和碱性电解还原铁工艺(ULCOWIN,ULCOLYSIS)被认为最有前景,结合碳捕集存储技术,最高可降低80%的CO_2排放量,投资成本和运营成本都比传统高炉工艺的要低。