中国高炉工序能耗现状及节能技术的回顾与展望

资源和能源短缺成为中国钢铁工业发展的主要制约因素之一,而高炉炼铁作为当代主要的炼铁工艺,其能耗在钢铁生产中占有较大比例,因此必须以降低高炉工序能耗作为中国钢铁工业系统节能的重点。着重介绍了高炉工序的主要节能技术,并对高炉工序的新技术进行了展望。     

以降低能耗为目标的高炉炼铁工序的优化

为降低高炉炼铁工序的能耗,建立了包含高炉、炉顶煤气余压回收透平发电装置(TRT)、鼓风机和热风炉在内的高炉炼铁工序优化模型,该优化模型包含了原燃料参数和工艺参数在内的9个优化变量,设定了变量上下限约束、工艺约束、物质和能量平衡约束等31个线性和非线性的约束条件,并利用序列二次规划法(SQP)求解该优化问题。优化结果表明:要使高炉炼铁工序能耗最小,应增大煤比、降低焦比、提高鼓风温度和采用高压炉顶操作。同时利用该优化模型和算法,分析了煤比、鼓风湿度、鼓风温度和鼓风富氧率对工序能耗及相应的TRT发电量的影响规律。     

高炉煤气余压回收设备探讨

高炉安装TRT是一项经济效益十分可观的能源回收技术。介绍了TRT的发展、透平装置的各种结构、透平装置工况点以及炉顶压力控制,并对不同工况下透平回收效率进行分析,实现节能增效、改善炼铁区域环境,确保高炉安全生产。     

炼铁系统节能减排技术的现状和发展

随着科技手段的进步,现代的高炉炼铁技术已经得到充分的发展。然而从资源、能源及环境的角度看,高炉炼铁系统仍然面临着严峻的压力,烧结、焦化、高炉的能耗及污染不容乐观。从不同方面分别介绍了国内外炼铁系统的节能减排的重要方法,围绕含铁原料、燃料、高炉系统分别介绍了烟气脱硫、干熄焦技术、TRT发电技术、全氧高炉- 煤气自循环技术及炉渣的综合利用等几种典型工艺,以及其对炼铁系统节能减排的主要作用,并通过研究提出了中国高炉节能减排的发展方向。     

TRT在马钢2 500 m3高炉的成功应用

叙述TRT装置在马钢2500m~3高炉如何进行控制与调节，系统的启动、升速、并网，从而保证既能稳定高炉炉顶压力、不影响高炉正常炼铁，又能进行能量回收，发挥巨大的节能效果。同时论述“TRT”系统的组成及工艺状况。     

钢铁企业节能技术

目前钢铁企业节能降耗最有效的措施是进行大规模的节能技术改造和余热余能的综合利用,主要体现在高炉炉顶煤气余压回收发电技术,干法熄焦技术、煤调湿技术、焦炉煤气制H2综合利用等等。1．高炉炉顶煤气余压回收发电技术。高炉炉顶煤气余压回收发电技术是利用高炉炉顶煤气中的余压能及热能经透平膨胀做功来驱动发电机发电的一项技术。所用的透平装置TRT是利用炉顶煤气压力回收炼铁生产过程中的二次能源,是不消耗燃料,无污染的经济的发电设备。现代高炉炉顶压力达0．15到0．25兆帕,炉顶煤气中存在大量势能。TRT就是利用炉顶煤气剩余压力使气体在透平内膨胀做功,推动透平转动,带动发电机发电。     

我国炼铁工业能耗的现状与前景

炼铁工序能耗(包括焦化、烧结、炼铁三个系统)占吨钢能耗50%左右,其中炼铁系统能耗占吨钢能耗38.4%.因此,降低炼铁的能耗对钢铁工业和整个国民经济的节能具有重要意义.现就重点厂高炉能耗的现状与节能前景进行分析研究.一、重点厂高炉能耗的现状鞍钢等15个重点厂高炉1980年炼铁平均的能耗情况见表1.它们的生铁产量分别占     

唐钢1260m^3高炉炼铁工序节能实践

1 概述 唐钢二炼铁厂现有1260m~3高炉2座,分别于1989年9月和1993年12月建成投产。每座高炉设有4座内燃式改进型热风炉,其中2号高炉热风炉采用了废气余热预热高炉煤气和助燃空气技术。2座高炉均采用皮带上料、软水密闭循环冷却、无钟炉顶等先进工艺,高炉炉顶设计压力0.20MPa。每座高炉各建一套TRT发电装置和煤粉喷吹设施。“八五”期间,该厂依靠科技进步,强化企业管理,通过深入开展节能降耗和工序晋等活动,工序能耗逐年降低,1994年已达特等,节能工作取得了显著的成效,炼铁工序主要节能指标如表1。     

中国高炉工序能耗现状及节能技术回顾与展望

 资源和能源短缺成为我国钢铁工业发展的主要制约因素之一,而高炉炼铁作为当代主要的炼铁工艺,其能耗在钢铁生产中占有较大比例,必须以降低高炉工序能耗作为我国钢铁工业系统节能的重点。因此,本文着重介绍了高炉工序的主要节能技术,并对高炉工序的新技术进行了展望。     

天铁炼铁工序节能实践

天铁炼铁工序围绕高炉炉况稳定顺行,通过推进提高煤气合理利用、低硅冶炼、改善炉渣性能等高炉操作技术进步,加快热风炉双预热系统推广、干法除尘TRT、风机改造等节能项目的建设,提高设备能力水平,使炼铁工序能耗逐年降低,缓解了整体工序节能降耗的压力。     

Mathematical Modeling of the Energy Consumption and Carbon Emission for the Oxygen Blast Furnace with Top Gas Recycling

The ironmaking process is the most significant source of CO₂ emission in the iron and steel industry, which generates large quantities of greenhouse gases. Recently, oxygen blast and top gas recycling have been applied to the blast furnace to improve the energy efficiency and reduce the pollution from the ironmaking process. However, as a new ironmaking technology, the oxygen blast furnace with top gas recycling (TGR‐OBF) is still under development. This paper focuses on the investigation of the energy consumption and carbon emission for the TGR‐OBF process by modeling the stack, the bosh, the combustion zone, and the gas recycling system. Effects of the key parameters in the TGR‐OBF process on the carbon consumption of reactions and the energy consumption of the system are investigated by orthogonal experiments. Our results indicate that the TGR‐OBF process has the advantages of reducing energy consumption and CO₂ emission. The low temperature and high reducing environment in the new furnace is favorable to lower the coke gasification and increase the reaction rate of iron oxide. The recycling of the top gas can significantly reduce CO₂ emission, and the main advantage comes when the stripped CO₂ is stored.     

现有主要炼铁工艺的优缺点和研发方向

 对现有主要炼铁工艺的优缺点和研发的方向做了简要评述。讨论了中国炼铁工艺的差距和努力方向。在今后相当长时期内大型高炉流程仍将是主要产铁设备,高炉流程优化的目标是用足设计炉顶压力,进一步降低能耗,应通过开发以煤代焦的新技术,将大型高炉的入炉焦比降低到200 kg/t以下,节省焦炭等优质资源、改善环保。降低铁水成本,减少污染物排放量,实现炼焦厂、烧结厂的清洁生产,建设生态型钢铁企业。直接还原炼铁工艺的研发方向是加强研究粉煤加压气化生产合成煤气及利用炼钢炼焦剩余煤气,用于大中型直接还原竖炉或流化床生产优质直接还原铁。完善改进引进的COREX 3000工艺,开发使用粉矿、粉煤的技术设备,开展创新非高炉炼铁技术,形成有中国特色的熔融还原工艺。     

1260m3高炉配套TRT装置的控制

TRT装置是利用高炉炉顶煤气具有的压力和部分热能,通过透平发电,进行能量回收的装置。主要介绍了承钢1260m3高炉配套TRT装置如何通过各系统的控制来实现高炉炉顶压力的平稳控制,以及在机组出现故障紧急停机时,实现由TRT装置到高炉减压阀控制顶压的平稳过渡。并对承钢TRT存在的问题提出了改进措施,实施后,机组运行状态良好。     

炼铁系统低碳技术发展前景与途径

 现代高炉炼铁是以人造矿石和焦炭为物质基础的。现代高炉实现绿色低碳炼铁,需要从炼铁工序的层次优化工艺流程和关键技术,实现烧结、球团、高炉等多工序的协同优化。面向未来,在提高资源和能源利用效率的同时,基于现有技术推进采用低碳节能技术和先进工艺。对于烧结、高炉等传统工艺技术,要进一步研究并应用先进技术,提高生产效能、降低能源消耗和碳排放。持续研究推广绿色低碳烧结技术,如低碳厚料层烧结技术、烧结料面富氢气体喷吹技术、烧结返矿高效回收利用技术、低温烧结技术和热风循环烧结技术等,有效降低烧结过程的能源消耗和CO₂排放。充分利用中国精矿粉资源生产球团矿,提高球团矿产能和产量,进而提高球团矿入炉比率和炉料综合品位,有效降低碳素燃料消耗。提高高炉富氧率和喷煤量,持续提高风温、降低燃料消耗,提高高炉顶压和煤气利用率。有条件的高炉喷吹富氢气体以减少焦炭消耗,开发应用高炉炉顶煤气循环及CO₂脱除再利用(CCUS)等技术。研究解析了高炉炼铁工艺碳-氢耦合还原的热力学机理,讨论了在高炉内不同温度区域固体碳、CO和H₂的还原能力,提出了直接还原与间接还原的耦合匹配是实现最低燃料比的技术核心,探讨了高炉炼铁喷吹全氢/富氢气体的技术可行性和经济性。这些综合技术措施对于进一步降低高炉工艺流程的碳素消耗、减少CO₂排放具有显著效应。与此同时,设计先进合理的流程系统和耗散结构,优化工序界面技术,构建信息物理系统(CPS)实现炼铁工序协同高效、动态有序运行,这也是高炉炼铁工艺实现绿色低碳的关键共性技术之一,具有广泛的适用性和显著的应用效果。     

氧气高炉工艺对炼铁系统的影响

为分析氧气高炉对炼铁系统的影响,利用氧气高炉综合数学模型,获得了2种典型氧气高炉流程的基本工艺参数,并主要分析了氧气高炉对炼铁系统燃料结构与煤气流平衡的影响。结果表明:氧气高炉降低了吨铁燃耗,同时提高了煤粉在燃料消耗中的比率;随着炉缸循环煤气预热温度升高,氧气高炉煤气供给量与炼铁系统需求量都呈下降趋势,其中单排风口工艺输出煤气量能满足炼铁系统内部需求并有较大剩余,双排风口工艺炉顶煤气供应由盈余转为短缺,但此短缺量较小,可以用少量焦炉煤气补足。在此分析基础上,提出了一种氧气高炉条件下炼铁系统工艺流程,有望为氧气高炉工业化应用提供一定参考。     

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。     

高炉富氧喷吹还原性气体工艺分析

为降低高炉炼铁中固体碳耗、高效利用冶金高温副产煤气,提出高炉富氧喷吹还原性气体工艺流程,建立基于物料平衡与热平衡的高炉数学模型,并修正了理论燃烧温度计算公式.应用该模型分别对传统高炉、炉缸富氧喷吹还原性气体以及炉身喷吹循环煤气的炼铁流程进行技术参数分析.结果表明,炉缸富氧喷吹还原性气体以及炉身喷吹循环煤气的炼铁流程中,...     

优化净化工艺确保高炉顶压稳定及TRT发电达产

介绍了湘钢新1#高炉煤气净化及TRT工艺,对造成高炉炉顶压力波动及TRT发电量低的原因进行分析,通过采取对净化控制系统的调整等系列措施达到稳定顶压、提高TRT发电量的作用。