环境和谐型炼铁工艺技术开发培训课程模板.docx
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1、环境友好型炼铁工艺技术开发日本COURSE501COURSE50概要日本钢铁工业能源效率达成世界最高水平,为预防地球变暖,减排CO2做出了很大贡献。以后,要在全球范围深入减排CO2,关键是技术开发。从长远看,革新性技术开发是根本对策。5月,日本前首相安倍晋三发表了“漂亮星球50(Cool Earth50)”计划,在该计划中提出了开发节能技术,使环境保护和经济发展并举。“创新炼铁工艺技术开发(COURSE50)”就是为实现这一目标革新性技术之一。COURSE50(CO2Ultimate Reduction in Steelmaking process by innovative technolo
2、gy for cool Earch 50)是经过抑制CO2排放和分离、回收CO2,将CO2排放量降低约30技术。2030年将确立此项技术,2050年实现应用及普及。该项技术开发第一步(财年)关键是应征新能源产业技术开发机构(NEDO)研究开发计划。该机构“环境友好型炼铁工艺技术开发”已正式经过。COURSE50开拓新未来,新一代炼铁法开发最终开启了。COURSE50步骤示意图见图1。2减排CO2技术用氢作还原剂还原铁矿石,产生H2O,降低CO2排放量。氢作还原剂炼铁工艺示意图见图2。21氢还原机理通常情况下,假如用CO气体还原铁矿石,就会产生CO2。而用氢作还原剂炼铁法只产生H2O,所以,能够
3、说是很有利于环境保护炼铁法。两种还原方法对比见图3。22氢还原特点传统高炉炼铁法是利用CO气体作还原剂,去除铁矿石中氧(还原)。CO气体分子大,所以,难以渗透到铁矿石内部。H2气体分子极小,能够很轻易渗透到铁矿石内部,其渗透速度约是CO气体5倍。所以,高炉使用H2作还原剂能够实现快速还原。氢还原特点见图4。现在,世界上有使用天然气直接还原炼铁法(由铁矿石直接还原成固体铁方法)。不过,缺乏天然气日本不能采取这种直接还原炼铁法,而且,也极难制取廉价H2,所以,现在高炉炼铁法中还没有采取H2还原技术。3分离、回收CO2技术31化学吸收法开发化学吸收法是在吸收塔让氨等碱性水溶液(吸收液)和含CO2气体
4、接触,选择性地将CO2吸收在吸收液里后,用再生塔加热吸收液,分离、回收高纯度CO2技术。化学吸收法步骤图见图5。化学吸收法适适用于从常压气体中分离、回收大量CO2。不过,应用于炼铁工艺还是开发初始阶段,必需处理多个问题。所以,在COURSE50计划中将30t CO2d规模工艺评价设备纳入实际炼铁工艺,致力于以下技术开发。:30 t CO2d评价设备和1t CO2d试验装置见图6和图7。(1)降低能耗(开发新吸收液,有效利用由炼铁工艺中取得能量);(2)定量化分离、回收CO2技术对炼铁工艺影响。32利用试验方法和计算方法开发新吸收液充足利用量子化学、统计数据处理等计算方法和试验方法,致力于新吸收
5、液开发。同传统吸收液相比,该吸收液可大幅度降低分离、回收CO2所需能量,是高性能化学吸收液。新吸收液开发步骤见图8。33物理吸附技术开发物理吸附法是经过在流体分子和吸附剂表面之间工作范德瓦尔斯力选择性地将CO2吸附在吸附剂里,采取减压操作,高纯度、高回收率分离、回收吸附CO2技术。物理吸附法系统简易,低能耗就可分离、回收CO2。该项技术应用于从高炉煤气中分离、回收CO2及大规模煤气处理,这在目本也是首次尝试。在COURSE50计划中将3t CO2d规模评价设备纳入实际炼铁工艺,进行工艺开发。同时进行比该项技术能耗更低,规模化技术开发。物理吸附法示意图见图9。4支持COURSE50技术41焦炭改
6、良使用氢还原,降低高炉焦炭使用量,有望降低CO2排放量。其次,在焦炭用量降低情况下,仍能维持铁矿石还原反应所需炉内透气性,就需要高强度焦炭。因为氢还原时吸热反应,高炉内温度降低,需要能够和之对应高反应性焦炭。新开发高性能粘结剂含有高软化熔融性和膨胀性,将焦炭用配煤颗粒间空隙填满压实,有提升焦炭强度效果。利用这种效果,能够提升以前不能使用高反应性煤配煤量,能够制造含有高强度和高反应性两种特征焦炭,见图10。42提升焦炉煤气氢含量开发必需性从外部采购高炉还原铁矿石使用氢时,在制造氢场所会产生CO2;现实状况钢铁厂生产焦炭时产生焦炉煤气中含有50以上氢,现在是作为钢铁厂内燃料煤气有效利用;未利用能开
7、发利用开发利用钢铁厂未利用能,经过改质焦炉煤气中焦油来提升氢含量,并和焦炉煤气中CO同时喷入高炉,就能够降低高炉焦比;新技术开发在COURSE50计划中,将开发促进焦炉煤气中焦油改质催化剂;高炉喷吹改质焦炉煤气(H260)。高炉是从炉顶装入铁矿石,从炉子下部吹入还原气体。在铁矿石从炉顶下降过程中,经过还原反应生产出铁水。在这次技术中,将改质焦炭干馏过程中发生富氢煤气(焦炉煤气),深入提升心含量。然后,将这种气体从高炉下部或中部喷吹到高炉中。经过此项技术,实现比传统高炉炼铁法高速、高效率降低CO2排放量炼铁法。焦炉煤气改质示意图见图11。43开发利用未利用余热日本钢铁厂已将炼铁工艺中产生大部分余
8、热作为蒸汽和电力回收利用。在这些世界最尖端能源利用技术和节能技术基础上,致力于新技术开发,将传统技术中不能对应未利用余热有效用于分离、回收CO2。钢铁厂余热回收现实状况见图12。将钢铁厂余热有效用于分离、回收CO2为了分离、回收处理高炉煤气中CO2,需要新蒸汽和电力等。假如从外部采购这些能源,生产这些能源又会产生CO2。所以,本开发中将研究现在技术上或经济上仍极难利用钢铁厂未被利用余热,主动开发利用这部分能源。具体目标是在下列技术开发中有所突破:(1)炉渣显热回收技术开发在化学吸收法中,作为从吸收液中分离出CO2热能,回收、供给钢铁厂内未利用高温余热是有效。所以,在由12001600高温熔融:
9、状态钢渣制造渣制品过程中,进行回收钢渣显热技术开发。开发关键点是提升余热回收效率炉渣冷却方法和形状控制等。炉渣显热回收示意图见图13。(2)低温余热发电技术开发进行从余热中回收、供给分离、回收CO2所用电能技术开发。世界上已经有回收100:左右余热低温余热发电实施例,见图14。不过,在设备成本、余热回收效率方面还存在问题,仍没有达成普及程度。经过技术开发处理以下问题:经过探索低热发电系统低沸点媒介物,来提升余热回收效率;降低发电设备成本及体积技术开发。(3)PCM(潜热蓄热材)利用在化学吸收法中,未利用中低温余热作为从吸收液中分离出CO2热能有效利用。将这些中低温余热高效回收(蓄热)、运输、释
10、放(放热)方法,估计开发利用潜热蓄热材技术。PCM蓄热介质利用熔化、凝固潜热,是能够高密度蓄热物质。在用车辆等运输收纳在绝热容器中PCM过程中,热损失少。将陆续发生余热和其它场所一点一点发生余热积蓄搜集在PcM蓄热介质中,有望作为分离、回收CO2能源利用,见图15。在COURSE50计划中,估计进行扩大利用温度范围(高温)高输出功率直接热交换潜热蓄热、输送技术开发。(4)热泵利用为了将中低温余热作为化学吸收法所需热源有效利用,估计进行热泵利用技术开发。热泵是由能量(动力、热)作甩,产生出温度差装置。升温幅度小情况也可期待高效率,所以,关键用于由高温排水制取低压蒸汽等。热驱动热泵将余热本身温度和
11、环境温度差作为驱动力工作,不用从外部投入能量,就可制取高温热源。即使现在有很多采取例,但对现在没有利用方法低温余热,假如使用热驱动热泵,可期待将其一部分能量用于分离、回收CO2,见图16。(3)PCM(潜热蓄热材)利用在化学吸收法中,未利用中低温余热作为从吸收液中分离出CO2热能有效利用。将这些中低温余热高效回收(蓄热)、运输、释放(放热)方法,估计开发利用潜热蓄热材技术。PCM蓄热介质利用熔化、凝固潜热,是能够高密度蓄热物质。在用车辆等运输收纳在绝热容器中PCM过程中,热损失少。将陆续发生余热和其它场所一点一点发生余热积蓄搜集在PcM蓄热介质中,有望作为分离、回收CO2能源利用,见图15。在
12、COURSE50计划中,估计进行扩大利用温度范围(高温)高输出功率直接热交换潜热蓄热、输送技术开发。(4)热泵利用为了将中低温余热作为化学吸收法所需热源有效利用,估计进行热泵利用技术开发。热泵是由能量(动力、热)作甩,产生出温度差装置。升温幅度小情况也可期待高效率,所以,关键用于由高温排水制取低压蒸汽等。热驱动热泵将余热本身温度和环境温度差作为驱动力工作,不用从外部投入能量,就可制取高温热源。即使现在有很多采取例,但对现在没有利用方法低温余热,假如使用热驱动热泵,可期待将其一部分能量用于分离、回收CO2,见图16。(3)PCM(潜热蓄热材)利用在化学吸收法中,未利用中低温余热作为从吸收液中分离
13、出CO2热能有效利用。将这些中低温余热高效回收(蓄热)、运输、释放(放热)方法,估计开发利用潜热蓄热材技术。PCM蓄热介质利用熔化、凝固潜热,是能够高密度蓄热物质。在用车辆等运输收纳在绝热容器中PCM过程中,热损失少。将陆续发生余热和其它场所一点一点发生余热积蓄搜集在PcM蓄热介质中,有望作为分离、回收CO2能源利用,见图15。在COURSE50计划中,估计进行扩大利用温度范围(高温)高输出功率直接热交换潜热蓄热、输送技术开发。(4)热泵利用为了将中低温余热作为化学吸收法所需热源有效利用,估计进行热泵利用技术开发。热泵是由能量(动力、热)作甩,产生出温度差装置。升温幅度小情况也可期待高效率,所
14、以,关键用于由高温排水制取低压蒸汽等。热驱动热泵将余热本身温度和环境温度差作为驱动力工作,不用从外部投入能量,就可制取高温热源。即使现在有很多采取例,但对现在没有利用方法低温余热,假如使用热驱动热泵,可期待将其一部分能量用于分离、回收CO2,见图16。5研究开发体制研究开发体制和开发时间表分别见图17和图18。51研究开发目标(1)降低高炉CO2排旗量技术开发开发为减排CO2,用氢等作还原剂还原铁矿石反应控制技术,目标是降低高炉焦比;开发利用焦炉未利用余热(800),提升氢含量焦炉煤气改质技术;开发高炉用氢作还原剂时使用高强度、高反应性焦炭制造技术。(2)从高炉煤气中分离、回收CO2技术开发开
15、发和从高炉煤气中分离、回收CO2相关化学吸收法和物理吸附法;推进扩大利用钢铁厂未利用余热,降低分离、回收CO2用能量技术开发。现相关键炼铁工艺优缺点和研发方向现相关键炼铁工艺优缺点和研发方向周渝生,钱晖,张友平,李肇毅,范建峰(宝山钢铁股份企业宝钢研究院,上海00)摘要:对现相关键炼铁工艺优缺点和研发方向做了简明评述。讨论了中国炼铁工艺差距和努力方向。在以后相当长时期内大型高炉步骤仍将是关键产铁设备,高炉步骤优化目标是用足设计炉顶压力,深入降低能耗,应经过开发以煤代焦新技术,将大型高炉入炉焦比降低到200 kgt以下,节省焦炭等优质资源、改善环境保护。降低铁水成本,降低污染物排放量,实现炼焦厂
16、、烧结厂清洁生产,建设生态型钢铁企业。直接还原炼铁工艺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下煤气,用于大中型直接还原竖炉或流化床生产优质直接还原铁。完善改善引进COREX一3000工艺,开发使用粉矿、粉煤技术设备,开展创新非高炉炼铁技术,形成有中国特色熔融还原工艺。关键词:炼铁;高炉炼铁工艺;直接还原;熔融还原中图分类号:TF557文件标识码:A文章编号:0449749X()020001一10作为国民经济支柱型产业,钢铁工业为中国经济发展作出了巨大贡献。同时,作为资源、能源密集型产业,炼铁工艺能源消耗占钢铁产品70以上,是钢铁生产中资源、能源关键载体,也给企业节能、减排工
17、作带来了很大压力。尤其是在强劲市场需求拉动下,中国粗钢产量达成了489亿t,占世界总产量13以上,所以怎样优化现有炼铁工艺,研发创新炼铁新工艺技术,实现钢铁工业节能、减排目标,是钢铁企业面临重大课题,本文试图经过对关键炼铁工艺评述,讨论以后炼铁工艺节能、减排努力方向。1现相关键炼铁工艺优缺点11高炉炼铁工艺全世界生产生铁106亿t,95以上是高炉步骤生产。中国产铁42亿t,469亿t铁,489亿t钢,3亿t焦炭。高炉步骤是现代钢铁生产步骤龙头。高炉反应器优点是热效率高、技术完善,设备已大型化、长寿化,单座高炉年产铁最高可达400万t左右,一代炉役产铁量可达5 000万t以上,能够说,没有现代化
18、大型高炉就没有现代化钢铁工业大生产。在以后相当长时期内,高炉步骤在中国将继续是关键产铁设备,继续占统治地位。中国已完全掌握现代优异高炉技术,单位建设投资和生产成本相对较低。但现在大家对高炉工艺步骤有种种不满:一是高炉必需要用较多焦炭,而炼焦煤越来越少,焦炭越来越贵;二是环境污染严重,尤其是焦炉水污染物粉尘排放、烧结SO2粉尘排放,高炉CO2排放很高(图1);三是传统炼铁步骤长,投资大;四是从铁、烧、焦全系统看反复加热、降温,增碳、脱碳,资源、能源循环使用率低,热能利用不合理。在炼铁工序结构优化中关键应抓好高炉步骤优化,高炉步骤优化关键目标是降低能耗,节省资源、改善环境保护。相关高炉炼铁工艺步骤
19、长短问题。5前最初高炉步骤也很短,把铁矿石和煤或木炭加入高炉内就能炼铁。但那时炉子很小,生产效率很低,生铁质量很差,燃料消耗极高。自从发明了冶金焦炭、烧结矿和氧化球团,才有今天优质、低耗、高产、长寿现代高炉大工业生产。高炉使用焦炭和烧结矿、氧化球团炼铁不是落后,而是近百年来炼铁工艺技术不停进步结果。这和今天转炉前面增加了铁水预处理和后面增加了钢水炉外精炼工序来提升关键设备效率及产品质量是一个道理,只是高炉先走一步而已。问题是必需尽可能降低现有步骤工序能耗和污染物排放量。相关炼铁工艺使用焦炭问题。从世界范围看,炼焦煤资源确实较少,但中国总还是有部分储量,中国产煤24亿t,用煤生产出煤化工产品同时
20、年产3亿t焦炭,其中一部分炼冶金焦供炼铁工艺使用,比起当成通常化石燃料烧掉更合理。所以炼铁工艺不是不应该用焦炭,而是应该更珍爱使用,应该尽可能降低吨铁冶金焦耗用量。多年来炼铁工艺技术取得了重大技术进步,它关键表现在以下多个方面1。(1)高炉长寿技术。最近,炼铁工作者为延长高炉寿命,从重视高炉整体寿命优化设计、精心施工、操作和维护等方面开发了很多新技术和新工艺,取得了显著效果,优异高炉一代炉役(无中修)寿命可达以上。川崎企业千叶6号高炉(4500 m3)和水岛2、4号高炉全部取得了20年以上长寿实绩。日本矢作制铁企业361 m3高炉、岩手制铁企业150 m3高炉一代炉役寿命在20世纪90年代就达
21、成了20年以上水平。最近大修部分高炉已将长寿目标定为30年。高炉长寿技术关键表现在全炉体装冷却器(壁),从炉底至炉喉全部采取冷却器,无冷却盲区;在风口以上,炉腹、炉腰和炉身下部,软熔带根部上下移动区域使用自我造衬、自我保护无过热铜冷却壁,在此区域淡化耐材炉衬作用,依靠在表面形成稳定可再生渣皮来保护铜冷却壁;高效冷却设备和优质耐材炉衬有效匹配,如在高炉炉缸侧壁区域使用热压小块碳砖、优质微孔碳砖配合铸铁冷却壁结构等。(2)高炉炉型设计理论新发展。增加炉缸死铁层设计深度(达成炉缸直径2030),降低炉缸内铁水环流对炉缸侧壁侵蚀。逐步减小高利用系数(炉役平全部有效容积利用系数大于22)、高煤比(炉役平
22、均喷煤量达150 kgt以上)、高炉炉腹角。对富氧大量喷煤强化冶炼高炉,高炉炉型设计中将炉腹冷却壁放置到风口前中心点向上122m122 m及366 m152 m炉腹上两点连线以外(见图2),即可避免因高煤比富氧喷吹、高利用系数强化冶炼使冷却壁过早损坏。(3)高炉以煤代焦、降低入炉焦比达成新水平。宝钢特大型高炉早巳实现了连续6年以上年均喷煤220 kgt,人炉焦比低于280 kgt。实现高煤比关键技术是1250高风温和稳定优质炉料性能2。(4)对高炉强化冶炼炉内煤气经过能力程度有了明确认识3。限制高炉强化气体力学原因,是高炉内煤气经过能力,项仲庸等统计了宝钢、鞍钢、武钢、本钢、包钢、首秦、迁安、
23、上钢一厂、重钢等厂至上六个月利用系数最高月高炉操作数据,得到炉缸断面积和炉腹煤气量指数关系图(见图3),据此定义了高炉炉腹煤气量指数,即单位炉缸面积上经过炉腹煤气量。用提升鼓风量来提升高炉产量顺行是有上限,不能认为只要增加鼓风量就能高产。当原料条件改善,许可炉腹煤气量指数提升时,才有可能增产,不然会使高炉难以顺行。提升高炉产量正确手段是,应在靠近高炉所能够经过最大炉腹煤气量条件以下(71 m3m2),采取强化高炉冶炼方法。宝钢高炉强化是在降低渣量,低炉腹煤气量条件下进行。大型高炉空塔煤气流速范围约为3032 ms。(5)提升炉顶压力是降低燃料比、焦比及增产关键手段3。提升炉顶压力对降低燃料比、
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