宝钢高炉炼铁节能减排技术进步和思考

宝钢高炉炼铁节能减排技术进步和思考

朱仁良 李有庆

(宝钢股份本部炼铁厂，上海，200941)

摘要：宝钢股份本部炼铁厂经过24年的创新发展，高炉炼铁技术取得长足进步，综合技术经济指标处于行业领先水平。其中，高炉炼铁节能减排、资源综合利用和清洁冶炼技术等方面成效显著。新时期，宝钢将以科学发展观为指导，强力推进科学管理和技术创新，大力发展高效、低耗、节能、环保技术，持续优化工艺流程，追求清洁生产和绿色制造，实现高炉冶炼持续、和谐发展。

关键词：工序能耗，节能减排，综合利用，清洁生产

1、前言

钢铁业既是社会能耗重点行业，也是温室气体排放大户；钢铁业中炼铁是能耗大户，其能源消耗比例达70％左右^[1]，炼铁能耗中高炉耗能高达50％^[2]。因此，从源头上提高能源利用效率，节约能源，减少污染物排放，保护环境意义十分重大。1985年9月20日，宝钢股份本部炼铁厂1号高炉点火投产，标志着宝钢高炉炼铁踏上了大型化、高效化、现代化征程。宝钢高炉炼铁建设之初，就注重高起点、严要求的节能环保理念：一期高炉引进了80年代初先进的工艺装备，包括大批诸如炉顶余压发电，煤气余热同收，工业水循环和串级利用，炉前、原料除尘等节能环保技术利用。经过一期全套引进、二期模仿改进，三期和三期后自主集成创新，宝钢高炉炼铁无论是生产规模、管理效率、包括节能和清洁生产技术在内的各方面都有了巨大进步。

新时期，节能减排、低碳经济、可持续发展既是时代发展的潮流，又是世界各国日益迫近的社会使命。面对竞争日益激烈的市场环境和节能环保等诸多新要求，宝钢高炉炼铁将在科学发展观的指导下，一如既往地承担起社会责任，跟踪世界炼铁新工艺、新技术，直面不足，依靠技术创新、管理进步，大力发展清洁冶炼、资源节约和可持续发展冶炼技术，追求高效生产和低成本冶炼，促进炼铁综合冶炼技术持续进步，实现高炉炼铁和经济社会协调发展。

2、高炉炼铁节能减排和综合利用技术进步

经过一期、一期、二期和三期后的建设发展，宝钢高炉炼铁综合节能和清洁生产技术取得了重大发展：高炉适度大型化，炉型设计更为合理；一系列新型节能环保工艺装备和技术在设计之初开发利用；大型高炉的操作技术日臻完善，一系列高效冶炼技术得到广泛运用；高炉精料和炉料、燃料结构优化持续开展；系统节能和精细管理深入人心，高炉炼铁工序上下、内外能源节约和资源综合利用追求最优。上述技术创新、管理提升，使宝钢高炉保持长期稳定高效、低耗、清洁生产获得突破，高炉能耗指标不断创造佳绩，2002年，高炉工序能耗历史性“破4见3”，并在原燃料条件不断劣化的情况下T序能耗基本保持在400kg(标煤)／t以下(见图1)，吨铁碳耗持续下降至410．5kg／t(见图2)。同时，高炉炼铁在资源综合利用和污染物排放方面也取得成效。下文将节能减排环境保护进步详细阐述：

3、高炉炼铁节能减排和综合利用措施

3．1高炉大型化自主集成

自1985年l号高炉全套引进以来，宝钢始终把握建以一流高炉工艺装备来促进和保证一流炼铁能耗消耗指标和环保水平。在消化吸收1号高炉生产建设成功经验后，自主设计建成了2号高炉。在l、2号高炉运行实践的基础上，自主设计建成了“矮胖型”的3号高炉。

此后，又充分吸收了国内外大型高炉工艺装备技术发展潮流，自主集成了多项新工艺、新技术，宝钢又先后建成了4号高炉，实施了2号高炉、l号高炉原地大修：炉型更加“矮胖化”，有效容积进一步扩大，炉容从。4000m³级逐步扩大到接近5000m³级，生产规模从1000万吨提升到1500万吨。高炉规模节能优势增强；同时，适应性增强，易于强化冶炼和适应大喷煤。一系列节能、环保、高效、低耗生产技术得到开发应用，为高炉综合节能环保奠定了坚实基础，详见表1。

3．2创新高炉炼铁节能环保管理技术

宝钢股份本部炼铁厂在投产之初，就确立了从原料入场到高炉炼铁全流程全区域管理制度，树立了以“高炉为中心”的生产组织管理模式。通过原料、烧结、炼焦、高炉和设备系统联动，共同提升的运作模式，促进高炉炼铁能源、环保实绩持续提升。宝钢高炉节能环保体现的是系统性、全员性和过程性，炼铁厂建立了各级能源和环境管理机构并配备相应的责任者，通过对各工序的能源因子和环境因素进行识别和管控，使高炉节能和环保各环节处于监控之下，从而使其能效不断优化提升。

3．3高炉精料和炉料结构优化节能

多年来，宝钢始终贯彻“精料”方针，原料、烧结、焦炉与高炉同步发展。宝钢拥有占地130．5万m²，最大堆存能力495万吨的现代化原料场，为炼铁精料和质量稳定奠定了坚实的基础。24年来，宝钢混匀矿智能堆积技术不断提高，匀矿质量不断提升；烧结运用偏析布料等技术，提高料层厚度，实现低硅烧结，烧结矿质量不断优化；炼焦适应资源变化，不断开发新煤种，在控制生产成本的基础上，焦炭质量保持一流水平；高炉强化配煤、配矿和炉料结构优化，入炉品位提升，矿耗下降(见图3)。据宝钢生产数据分析，入炉品位提高1％，高炉能耗下降约17kg(标)／t。

3．4高炉操业技术进步

3．4．1高炉长期稳定顺行操业技术

高炉稳定顺行是基础，“稳定顺行”压倒一起。经过24年的积累、学习、创新，宝钢大型高炉长期稳定操业技术得到全面发展：宝钢在1985年投产至今，先后解决了“双钟四阀”与可调炉喉导料板布料问题，攻克了所谓“腰疼病”的高炉炉腰结厚难关，使高炉产能稳步提高。1992年至1997年，宝钢高炉在摸索喷煤的基础上，重点是研究了并罐式无料钟炉项布料操作，提出了合理“焦炭平台”、鼓风动能、热负荷等操业管理项目，使高炉上下部协调调控。通过技术攻关，解决了风口破损严重、冷却板大面积烧损、高炉炉凉、炉温居高不下等技术难关，高炉逐步进入稳定生产状态，并使煤比稳步提升，铁水质量持续改善。1998年～2002年，高炉重点推进大喷煤攻关，实现了高煤比、高产能稳定生产。2003年至今，钢铁业快速发展，原燃料质量持续下降。高炉的主要任务是，适应变化，保持一定产能的基础上进行低能耗、低成本冶炼。随着高炉生产难题的攻克和技术的日益成熟，宝钢实现炉况长期稳定顺行，为高炉节能创造了良好基本前提。

3．4．2优化煤气流分布，追求最优的煤气利用

宝钢高炉冶炼结合自身原燃料特点和其他生产组织条件，经过长期探索创新，找到了综合送风制度、布料制度、操作炉型管理制度在内的煤气流分布制度，形成了一套富有宝钢特色的煤气流分布模式。该模式在维持炉况稳定顺行的前提下，充分利用煤气的热能和化学能，实现高炉节能减排的目标，表2显示了宝钢高炉煤气利用率和炉顶温度情况。

3．4．3高炉大喷煤节能技术

宝钢高炉喷煤起步较晚，1992年5月才开始在二高炉投入喷煤，但进步非常快。宝钢喷煤发展大约经历了三个阶段^[3]：起步爬坡阶段、提高发展阶段、巩同稳定阶段，在不同的阶段，高炉先后解决了限制提高煤比的安全问题、设备问题、操作问题和炉况问题。高炉煤比在1998年5月首次突破200kg／t，在1999年实现煤比260．64kg／t。当前，高炉煤比已连续多年保持在高产能下200kg／t左右，且燃料比保持在500kg／t以下的水平。截至2009年7月，宝钢累积喷煤2913．69万吨，宝钢历年喷煤情况(见图4)。高炉大喷煤不仅减少了炼焦过程中污染，而极大降低了高炉能耗，减少了CO₂的排放量，是高炉节能减排的关键技术。

3．4．4高炉综合送风技术

宝钢高炉实行大喷煤生产，要充分发挥喷煤作用，必须相对高的煤粉置换比。为此，宝钢实行高风温、低湿份和适度富氧的送风制度，见表3。此外，高风温、低湿份送风不仅能够有效增加高炉热量输入，还能减少高炉鼓风含湿分解耗热，埘高炉提高煤粉置换比和降低能耗的双重作用。

3．4．5实施高炉低硅冶炼技术

大型高炉实行低硅冶炼，不仅可以实现高炉降低燃料比提高产能的目标，还可以促进炼钢少渣冶炼和缩短冶炼周期。宝钢通过高煤比、高碱度、高产等措施使铁水含硅由0．45％稳步下降至0．30～0．35％水平，可降低工序能耗4～5kg(标)／t。

3．5综合回收利用技术应用

3．5．1余热余能同收利用技术

(1)余热回收。宝钢高炉都设计装备了热风炉烟气余热回收设备，目前都运用了热管式余热回收，可加热空气90～120℃，煤气90～120℃，从而减少热风炉煤气消耗，并能有效降低高温废气排放。此外，宝钢还将经过余热回收的废气引入到煤粉干燥，进一步降低了煤气消耗。

(2)余压发电。余压发电是利用高炉炉顶余压做功发电的装置，既TRT。宝钢4座高炉都设置了TRT，其发电龟可达吨铁耗电量的60～70％，对高炉节能显著。

3．5．2再生资源回收利用技术

高炉冶炼在生产生铁、煤气、炉渣等主副产品的同时，还产生粉尘、烟气。因此，通过除尘设备将粉尘加以回收利用。此外，钢铁联合企业的其他生产环节也很多废弃物，如钢渣、OG泥、化工活性泥等。这些物质如果不加以利用会污染环境，相反如果加以利用则可以转化为二次资源，对降本增效意义重大。宝钢高炉炼铁注重资源系统配置和综合利用，在实现环保的同时，还将资源利用最大化。2008年废弃物综合利用量达到154．2万吨，吨铁二次资源综合利用达112kg／t，详见图5。

(1)高炉除尘灰利用。宝钢高炉除尘系统包括煤气清洗、炉前：炉顶、原料系统，其中煤气重力除尘灰直接用于混匀矿，_二次除尘灰视含锌情况处理使用。其他除尘在作为烧结配料外，还作为高炉脱硅剂使用。

(2)干熄焦除尘粉(CDQ粉)使用。宝钢焦炉使用干法熄焦，其问产生的除尘粉(CDQ粉)原本用于烧结，但由于其粒度细，影响烧结生产，利用效率不高，后改为高炉制粉喷吹，取得节焦降低燃料比的良好效果。目前，宝钢所有高炉使刚CDQ粉，历年使用见表4。

(3)小块焦回收利用。所谓小块焦是指粒度小于25mm的小粒度焦炭，通过一定孔径筛网过筛后与矿石混装使用。宝钢高炉1995年开始使用小块焦，一般使用10kg／t，最高曾使用到60kg／t。实践表明，高炉使用小块焦能改善块状带透气性，改善铁矿石还原，是一项有效节能措施。表5显示了宝钢近年来小块焦使用情况。

3．6高炉节水技术

水资源消耗是高炉能耗的重要组成，也是高炉污染的来源之一。多年来，宝钢为节约水资源，保护环境，开发应用一系列科学用水、节水技术，工业废水实现零排放，使高炉水耗显著降低(见图6)。其主要措施为：强化管理，定期对冷却系统进行平衡测试，通过测试发现并消除不合理用水；推进循环用水，在保持水质的前提下，提高浓缩倍数，提高水的循环利用率；推进串接用水，根据不同工艺要求使用不同品种水，依次按照请循环、污循环、除尘、水渣循环使用，使高炉区域废水零排放。高炉还开发新的水渣用水，使用河道串接水来冲渣，以减少水耗。此外，高炉设计上运用软水密闭循环等新工艺、新技术来促进节水。

4、宝钢高炉炼铁节能环保技术思考与展望

宝钢将建成全球最具竞争力、备受社会尊敬的钢铁企业；同时，宝钢地处市区，将面临更为严格的环保压力。为此，宝钢高炉炼铁将积极响应国家产业政策号召，加大节能环保技术开发应用，走资源节约，环境友好的新型工业化道路。以下各方面是宝钢高炉炼铁重点推进工作：

(1)继续贯彻“精料”方针，以高炉为“中心”，适应市场波动所带来的原燃料质量变化，立足现状，通过管理、技术创新，稳定原燃料品质，保持高炉长期安全、稳定、顺行，促进炼铁工序节能降耗。

(2)以大喷煤为重点，系统分析限制环节、全面优化，实现高炉低燃料比前提下，煤比200kg／t，持续降低吨铁碳耗，实现低工序能耗冶炼。

(3)推进系统节能，关注细节，抓大不放小：进行工艺流程、装备水平优化，开发应用节能降耗新技术、新工艺，如完善干法除尘和软水密闭循环冷却等，提高余热、余能的利用效率，进一步完善节水、节电措施。

(4)推进清洁生产，走可持续发展道路。提高除尘设备使用效果，改善废气、废水的处理效果，对炉顶均压煤气和喷煤加压氮气回收利用，降低废气、废水和粉尘的排放量；加快高炉含锌粉尘处理及利用的研究，实现再资源化，将环境负荷降至最低限度。

5、结论

(1)回顾24年来的发展历程，宝钢炼铁始终以装备一流，管理科学，技术创新为基础，使宝钢高炉炼铁节能环保技术不断迈上新台阶，并取得一流的业绩。

(2)在新时期，面对挑战和机遇，宝钢炼铁以发展眼光，瞄准国内外一流水平，加快技术创新，推进系统节能和清洁生产，走可持续发展之路，大力推进降本增效，将宝钢建成全球最具竞争力的钢铁企业做出积极贡献。

参考文献：

[1]胡传斌．宝钢炼铁节能降耗的生产实践与展望[J]．冶金能源，2002．(5)：15～19

[2]刘绍良，张群．宝钢炼铁节能与环保技术的成效与展望[J]．炼铁，2005，(增刊)：22～26

[3]朱仁良，朱锦明．宝钢炼铁的技术进步及展望[J]．宝钢技术，2008．(1)：1～12．