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王天义:钢铁人必读的节能减排技术指南
目前,民营钢铁企业的产量已占钢铁产量的近60%,实现绿色发展的意义重大,不少民营钢铁企业对节能减排新技术需求也极为迫切。
由于环境容量的关系,国家一再提高环保排放标准。钢铁企业在选择相关技术时,应综合考虑,超前谋划,避免一改再改,重复投资,同时主动融入周边社区,和周边社区形成生存共同体。
在此,中联钢信对中国金属协会副秘书长王天义在2017年全联冶金商会企业交流大会上讲评的多项节能减排技术及应用案例进行了整理总结,供大家借鉴学习。
中国金属协会副秘书长 王天义
(一)烧结烟气治理
1、源头减量、过程控制技术
烧结烟气循环技术
本技术就是将外排烟气中的一部分(根据烟气的含氧量来确定,一般循环烟气量为20~50%)返回烧结使用,从而达到节能(利用100~200 ℃温度,可降低3~5kg燃料比)和减少烟气处理量的双重目的。本技术已在国外应用多年,对国内来讲,比较适宜新建烧结机或改造的烧结机。
目前,宝钢工程公司和中冶北方在宁波钢厂首先应用了此项技术,并通过了成果鉴定;2014年1月,三明钢厂采用了此技术,并取得不错的效果;中冶北方已在沙钢烧结机扩产改造和永钢新建烧结机工程中应用。
我国的烧结机大约有上千台,2015年烧结机产量8.57亿吨,假定本技术在全国50%烧结机上应用,每年可节标煤100万吨左右,同时CO2减排为700万吨。烧结后续除尘、脱S脱N系统投资及运行成本降低20%~40%。
烧结烟气分段治理技术
本技术是殷瑞钰院士的博士研究生王海风通过大量实验后提出。根据烧结烟气不同阶段的特性(前半段烟气温度低,SO2低,NOx高,后半段烟气温度高,SO2高,NOx低),提出了分段换热和污染物处理的技术观点。目前,本技术已在实验室得到验证,尚无工程实际应用。
从理论上讲,该技术打破了目前在烧结烟气治理中全部烟气集中处理造成的烟气量大、装置投资大、运行成本高的弊病,为烧结烟气治理提出了新的思路,希望予以关注和支持。
2、末端治理技术
活性焦(炭)烧结烟气综合治理技术
本技术是利用活性焦的吸附作用处理烧结烟气。前几年太钢引进了活性炭技术,结果表明能达到脱SO2、脱NOx、脱二恶英的综合治理效果。但因投资大,运行成本高,一直得不到推广应用。近几年,国内积极攻关,在借鉴国外技术的基础上推出了具有自主知识产权的活性焦烟气治理技术,与引进活性炭技术以及传统的脱硫加脱NOx双装置比较,具有一定的性价比优势。
中冶长天在宝钢湛江2×550m2烧结机和宝钢三烧600m2烧结机烟气净化工程成功应用,污染物排放指标如下:
SO2,mg/Nm3
NOx,mg/Nm3
二噁英,ngTEQ/m3
粉尘,mg/Nm3
单塔工艺
<>
<>
≤0.35
<>
双塔工艺
<>
<>
≤0.05
<>
已投运行业绩证明,该技术具有综合治理效果好的优势,应作为新上或改建的首选技术。
此外,烧结烟气综合治理还可参考奥地利荣特佳环境工程公司——邯钢450m3烧结机活性焦综合治理技术,脱硫加催化脱销技术,中晶环保脱硫脱硝综合治理技术,中冶节能环保脱硫脱硝一体化技术,长信乐纯科技脱硫脱硝一体化技术等。
(二)焦炉烟气治理技术
焦炉DN-SGT脱硝技术(源头控硝)
安徽工业大学化工自动化研发中心所提出的从源头上控制焦炉氮氧化物产生量的技术已在国内多家企业应用。该技术一般可将NOx排放控制在500mg/m3之内,同时可以节约2%~5%的加热煤气,相当于不花钱脱NOx,还可获得一定经济效益。该技术配合末端治理技术既可达到排放标准,又减少了末端处理的烟气量,减少了投资,降低了运行成本。
焦炉烟气活性焦综合治理技术
该技术与烧结烟气综合治理的原理类似。南京泽众环保科技2016年在唐山江丰焦化应用的脱硫率为84.5%,脱硝效率为89%。今年5月,安阳钢铁已运行该公司5套装置,效果良好。
新的环保排放标准提出后,脱硝装置是必须要上的。该技术的优势在于无任何需二次处理的副产物产生;投资为40~45元/吨焦,运行成本7~9元/吨焦,占地400m2左右,工期5个月。
湛江焦炉烟气脱硫脱硝一体化技术
工艺路线为首先干法/半干法脱硫,除尘再低温SCR催化脱硝,设计指标为粉尘<13mg, SO2<30mg,NOx <150mg,实现达标排放。焦耐院在宝钢湛江7米焦炉上采用了自主开发的脱硫脱硝除尘一体化综合治理技术。
对年产210万吨焦炭的企业,采用该技术的投资3500~4500万,运行成本4~6元/吨焦。湛江项目(4×65孔7米焦炉)投产后各项指标均优于设计指标。SO2达到10~20mg,NOx为50~60mg,脱硫灰需另加处理。
其他处理技术可参考济南冶金化工设备公司——泰安正太焦化氨法脱硫脱硝技术、北京华泰公司——山钢日照焦化烟气蓄热室脱硝技术、长信乐纯科技脱硫脱硝一体化技术、中冶京诚焦炉烟气脱硫脱硝综合治理技术等。
(三)固废处理应用技术
1、钢渣应用技术
哈斯科(中国)钢渣应用技术
该技术将热闷处理后的钢渣先将含铁料选出返回钢厂利用,然后将尾渣破碎筛选分级,分别用作不同用途。
今年1-9月共处理唐钢钢渣43.13万吨。含铁料返回唐钢3.5万t;路基料11.5万吨;沥青骨料0.5万吨;加工微粉3.5万吨。自利用率39%,其余供合作厂再加工利用,合计利用率达95%。
中晶环保利用脱硫副产物配加钢渣制作墙体材料
中晶环保利用镁法脱硫的副产物——硫酸镁作为结合剂,配加钢渣制作墙体材料,实现二废的综合利用。在天津已建成中晶新型建材厂,每年处理包括钢渣在内的固废60万吨。
2、含有害成分的含铁尘泥利用技术
转底炉处理含锌除尘灰技术
该技术将含锌的除尘灰造球(配加碳)进入转底炉加热还原,高温下锌随烟气排出,经冷却收集,铁元素还原为海绵铁。该技术可解决含锌除尘灰的利用,回收锌有一定的经济效益,产生的海绵铁品质差异较大,好的可直接用于炼钢,差的供高炉。但该技术的投资成本较高。
(四)长流程钢厂多吃废钢
长流程钢厂应从流程优化做起,多吃废钢,要尽量少采取“外科手段”,努力提高铁水的温度;铁包采取加盖,采用新型保温材料修砌等手段降低温度损失;取消混铁炉,减少中间环节,加快铁包周转,提高兑铁温度;加快转炉节奏,合理控制出钢温度;钢包耐材优化,全程加盖;优化转炉,连铸匹配,降低等待浇钢时间;努力提升废钢质量;废钢加热等。同时,废钢加入量应科学加入,特别要注意废钢成分对钢材质量的影响。
(五)努力提高企业自发电率的综合技术
河北钢铁能源环保公司根据行业先进指标(不是最先进指标)测算:有配套焦炉的,根据是否自产石灰,水渣细粉加工等条件,自发电率应达到88%~110%(不含冷轧);无配套焦炉的,企业自发电率应达到70%左右。
钢铁企业应从三个方面做工作,努力提高自发电率:
第一,努力回收热源,提高热效率,增加发电量。特别是用高压、超高压机组代替落后小机组。据介绍,每发1kWh电,超高压机组耗高炉煤气3m3,中压机组为4m3,一般机组超过5m3。
第二,在节约用电方面采用先进设备技术工艺,如节能泵、风机变压器、变频技术、供电网优化技术等。
第三,加强节能用能管理,发挥能源中心的指挥协调功能,实现动态平衡。
此外,单位领导要做好全面的能源规划,根据自身条件,瞄准行业先进指标,加强管理和采用先进工艺技术装备,制定切实可行的目标。
烧结矿竖炉式冷却余热回收技术
我国目前有上千台烧结机,从烧结冷却的方式上基本采用环冷机、带冷机二种方式,无论哪种方式都存在漏风率高、能耗高;余热回收低、能源损失大的问题。
2009年东北大学蔡九菊、董辉教授研究团队提出将干熄焦技术移植到烧结矿冷却上的设想,并申报了发明专利。
中冶东方秦皇岛院——天丰钢铁竖冷窑冷却烧结矿及回收余热技术
天丰钢铁一台150m2烧结原采用120m2带冷,为了扩大烧结能力,淘汰另一台小烧结,将120m2冷却段也改为烧结段,另上了一套由中冶东方秦皇岛院设计的竖冷窑来冷却烧结矿并回收余热。将烧结回收蒸汽加煤气补热,新建一台10MW的发电机组。投产运行后烧结能力大幅度提高,平均发电达到28kWh/吨矿(扣除补热增加的发电量)。
将干熄焦技术成功移植应用于烧结矿的冷却是烧结工艺的一个重大创新,解决了原烧结冷却技术的许多缺陷和不足,并大幅提高了余热回收效率,理论计算吨矿发电可达40kWh以上。该技术有可能会像干熄焦技术一样得到大规模的推广应用。
焦炉荒煤气余热回收技术
荒煤气带走的热量大约占焦化能耗的36%,但因为回收难度大,多年来始终未能形成工业化的规模。可喜的是,近两年该技术有了突破性进展。
三明采用江苏龙冶公司的技术,在两座65孔4.3m焦炉上应用上升管荒煤气换热器,设计平均吨焦回收100 kg蒸汽,工序能耗降低10.16kg,投资3000万元,预计两年可收回投资,现实际吨焦蒸汽回收量65kg。武钢采用此技术焦炉已于2016年10月投产,吨焦回收蒸汽120kg。
同时,邯钢2015年11月在6米45孔焦炉上采用江南冶金的技术,吨焦回收蒸汽115kg;宝钢在7米焦炉的5支上升管完成了工业试验,平均吨焦回收60~70kg蒸汽;济钢和焦耐院采用将一组上升管烟气集中换热回收的装置进行了工业试验;焦耐院和铁雄焦化采用集中换热的工程正在进行。
小方坯免加热生产螺纹钢技术
该技术采用免加热工艺时,钢坯不经加热炉,也无须补热,完全省去了加热炉的燃料消耗,可以大幅度节省能源,降低二氧化碳排放。其技术要点是提高铸坯温度、改善温度分布;缩短送坯时间,采取保温措施,减少温降;较低的开轧温度。
本技术可具体参考东北大学——鞍山兴华钢厂项目、中天钢铁集团公司项目、钢研院——粤北钢铁项目、陕西钢铁集团有限公司——湖北立晋钢铁集团项目、南京净环热公司——广西盛隆钢铁项目。
本技术也存在一定的局限性。实现多流小方坯免加热轧钢,一是需要铸机和轧钢的产量匹配,同时生产线布置的距离要尽可能短,轧机的刚度和电机能满足低温轧制的要求。而且,该技术很难做到100%直接轧制,甩下的坯子要有去处,头尾温差还带来了性能不稳定、不均匀问题等。
因此在现阶段,企业即使不能实现全免加热,也可借鉴其技术或将多种技术融合达到节能减排的目的;应用小方坯提速减流和小方坯快速输送技术,提高方坯热送温度,降低燃耗;可考虑将加热炉改为均热炉,少烧或不烧燃料,达到减少燃耗和调节铸机和轧机节奏的双重目的。
中高压锅炉发电改造技术
陕鼓推出了将锅炉改造为超高压一次再热锅炉,增加一套高效汽轮机,背压排汽经锅炉再热后的蒸汽进原汽轮发电机组的方案(见方案一)。
陕鼓发电升级改造方案一
对于使用中高压锅炉汽拖的机组,陕鼓也推出了改造方案(见方案二)。
陕鼓发电升级改造方案二
照明节电改造项目
近年来,照明灯具技术进步很快,许多企业已广泛应用,但由于照明用电在钢铁企业用电总量中占比很小,许多企业对此并不重视。现将安钢照明改造的相关数据列出,从中可以看出节电率是很高的。如果一个大企业,照明灯按1万KW,每天10小时计,每天用电10万KWh,一年3650万KWh,按节电率50%,电价0.50元/KWh计,每年可节电1825万KWh,降低费用913万元。
空压机自动调节节电技术
由芬兰一家公司开发的空压机自动调节系统,可以将全厂的压缩空气经过控制系统,根据当时使用情况,自动调节压力和流量,从而在保证使用的条件下降低运行成本。该技术投资不大,但效益显著,已在德龙邢台厂使用近两年,效果良好,现有多家准备采用。
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