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技術(shù)
中國(guó)節(jié)能網(wǎng)

國(guó)外煉鐵節(jié)能減排工藝和技術(shù)

   2014-08-15 中國(guó)節(jié)能網(wǎng)6130
核心提示:在鋼鐵生產(chǎn)中,煉鐵作為能耗和成本的主要工序,一直是國(guó)內(nèi)外各企業(yè)節(jié)能降本的工作重點(diǎn)。隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的日益嚴(yán)格,污染物排放的控制
在鋼鐵生產(chǎn)中,煉鐵作為能耗和成本的主要工序,一直是國(guó)內(nèi)外各企業(yè)節(jié)能降本的工作重點(diǎn)。隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的日益嚴(yán)格,污染物排放的控制成為煉鐵生產(chǎn)新的任務(wù)。本文將介紹國(guó)外煉鐵當(dāng)前生產(chǎn)的基本狀況和在煉鐵節(jié)能減排方法上所開(kāi)展的工作以及煉鐵新工藝開(kāi)發(fā)的情況,以期對(duì)我國(guó)煉鐵工業(yè)的健康發(fā)展有所參考。
國(guó)外煉鐵生產(chǎn)狀況
2011年,全球生鐵產(chǎn)量為10.827億噸,國(guó)外產(chǎn)量為4.5304億噸,占世界總量的41.84%。其中,歐洲的生鐵產(chǎn)量已經(jīng)從2009年最低的6000萬(wàn)噸恢復(fù)到2011年的9413萬(wàn)噸,達(dá)到危機(jī)前的水平。日本則恢復(fù)到8103萬(wàn)噸,北美從最低的2998萬(wàn)噸恢復(fù)到2011年的4248萬(wàn)噸。
降低煉鐵燃料比一直是各國(guó)工作的重點(diǎn)。但受煉鐵原料品質(zhì)下降和燃料組成結(jié)構(gòu)變化的影響,國(guó)外的高爐燃料比一直處于相對(duì)較平穩(wěn)的狀態(tài)。如歐洲的燃料比保持在500kg/t以下,比最好時(shí)期的水平甚至有所增加。日本的燃料比則維持在500kg/t左右,北美則在520kg/t的水平。需要指出的是,與我國(guó)單一燃料比(高爐焦比加上煤比)的構(gòu)成不同,國(guó)外許多高爐的燃料比是由包括天然氣、油等多種燃料構(gòu)成的。加之入爐原料的種類和品質(zhì)差異,所以不能簡(jiǎn)單地用數(shù)字對(duì)比燃料比的高低來(lái)反映國(guó)內(nèi)外的差距。
此外,國(guó)外對(duì)煉鐵生產(chǎn)過(guò)程的污染物排放的控制不斷加強(qiáng)。針對(duì)主要的排放工序燒結(jié)工藝,歐洲地區(qū)制定了嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn),主要體現(xiàn)在粉塵含量(20mg/Nm3)、SO2含量(500mg/Nm3,特殊地區(qū)350mg/Nm3)、NOx(400mg/Nm3)以及二口惡英含量(0.4ng/Nm3)等。需要注意的是,國(guó)外更關(guān)注NOx和二口惡英的排放濃度,對(duì)SO2排放濃度限制并不是太嚴(yán)格。在CO2排放方面,澳大利亞已批準(zhǔn)實(shí)施碳排放稅(23澳元/噸CO2)。歐盟則對(duì)各工序制定了高于其現(xiàn)有最好水平的排放標(biāo)準(zhǔn),如:焦炭為286kgCO2/t焦,燒結(jié)為171kgCO2/t礦,煉鐵為1328kgCO2/t鐵水。但由于現(xiàn)有的任何一家企業(yè)都無(wú)法達(dá)到上述指標(biāo),歐洲鋼鐵業(yè)對(duì)執(zhí)行此標(biāo)準(zhǔn)普遍持悲觀態(tài)度。
高爐煉鐵節(jié)能減排工藝技術(shù)
由于高爐工藝仍是世界上最主要的煉鐵工藝流程,國(guó)外圍繞高爐煉鐵工藝開(kāi)展了大量富有成效的節(jié)能減排工藝和技術(shù)的開(kāi)發(fā),重點(diǎn)舉例如下。
燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝
該工藝通過(guò)選擇部分風(fēng)箱的煙氣收集,循環(huán)返回到燒結(jié)料層,使廢氣中的有害成分在再進(jìn)入燒結(jié)層中被熱分解或轉(zhuǎn)化,而二口惡英和NOx會(huì)部分消除,粉塵和SOx會(huì)被燒結(jié)層捕獲。同時(shí),該工藝還最終減少了煙囪處排放的煙氣量,降低了終端處理的負(fù)荷。目前,該方法有LEEP(Low Emission Energy Process)流程、EOS (Energy Optimized Sintering), Eposint(Environmentally Process Optimized Sintering)等不同流程,并且在多臺(tái)燒結(jié)機(jī)上得到工業(yè)應(yīng)用,均取得顯著的效果,污染物減少45%~80%,固體燃耗降低6%~15%。歐洲的多臺(tái)燒結(jié)機(jī)采用此方法而未使用末端處理工藝,該工藝和國(guó)外的做法值得我國(guó)參考借鑒。
高爐復(fù)合噴吹工藝
為了提高噴吹效果,北美地區(qū)開(kāi)展了混噴工業(yè)實(shí)踐。在以噴天然氣為主的高爐上,混噴焦油、重油、焦?fàn)t煤氣等;而在以噴煤為主的高爐,則混噴天然氣。2010年,在總計(jì)20座噴煤高爐中,有17座混噴天然氣。混噴天然氣的效果是實(shí)現(xiàn)了高置換比(天然氣與焦炭置換比為1:1.3),同時(shí)天然氣所帶的氫改善了高爐的透氣性。焦?fàn)t煤氣作為焦化的最主要副產(chǎn)品,將其用于高爐噴吹具有節(jié)焦降成本和減排的突出效果。除了早期的前蘇聯(lián)等一些高爐開(kāi)展了噴吹焦?fàn)t煤氣的實(shí)踐外,目前美國(guó)和歐洲的數(shù)座高爐仍在繼續(xù)噴吹焦?fàn)t煤氣。
從1994年起,美國(guó)鋼鐵公司的Mon Valley兩座高爐(工作容積1598m3和1381m3)開(kāi)始噴吹焦?fàn)t煤氣替代天然氣,最大噴吹量達(dá)到65kg/t,約合160 Nm3/t。該廠所采取的主要技術(shù)措施是:對(duì)焦?fàn)t煤氣進(jìn)行必要的凈化,主要是控制焦?fàn)t煤氣的硫化氫含量,對(duì)焦?fàn)t煤氣進(jìn)行加壓,對(duì)高爐風(fēng)口進(jìn)行必要的改造。生產(chǎn)初期,遇到了風(fēng)口燒損等問(wèn)題,后經(jīng)過(guò)噴槍材質(zhì)和插入方式改造,實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期穩(wěn)定噴吹。自2002年起,歐洲Linz廠的5號(hào)和6號(hào)高爐(工作容積:1175m3,內(nèi)容積:1298m3)噴吹焦?fàn)t煤氣以替代重油。噴吹量125Nm3/t時(shí),降低重油55kg/t。
高爐混噴鈦礦護(hù)爐
高爐加鈦礦是保護(hù)爐缸的有效手段。但從爐頂加鈦礦給高爐運(yùn)行帶來(lái)很多負(fù)面影響,鈦礦從爐頂下降到爐缸,而且分布在爐內(nèi)各個(gè)部分,使得作用時(shí)間滯后,作用效果大大削弱。由此造成鈦礦需要量增加,渣鐵質(zhì)量下降,而且時(shí)常在爐身黏結(jié),影響高爐順行和造成高爐燃料比明顯升高。
針對(duì)這些問(wèn)題,德國(guó)某公司開(kāi)發(fā)了高爐噴煤中混噴鈦精粉護(hù)爐的技術(shù),并在生產(chǎn)中得到成功應(yīng)用。其主要優(yōu)點(diǎn)是:風(fēng)口噴吹距離爐缸侵蝕部位很近,使得可以用最少的TiO2量取得最好的護(hù)爐效果;侵蝕修復(fù)起效時(shí)間大大縮短;在爐身沒(méi)有含TiO2物料堆積黏結(jié);含鈦物料的所有反應(yīng)發(fā)生在風(fēng)口帶和爐缸,而不是在爐身和軟熔帶,由此對(duì)高爐順行的影響大大減??;少量和高效的Ti(C,N)化合物的生成機(jī)理使得對(duì)高爐燃料比的影響大大降低,改進(jìn)了渣的質(zhì)量,不影響爐渣的銷售。應(yīng)用結(jié)果表明:整個(gè)混噴吹期間,高爐壓差未變化,和爐頂加鈦礦相比,與煤混合噴吹人造鈦精礦是高爐爐缸保護(hù)的更經(jīng)濟(jì)和更有效的方式。
粉塵循環(huán)利用工藝
將含有害元素的粉塵單獨(dú)處理,是防止高爐內(nèi)有害元素富集造成危害的有效手段。粉塵的處理新工藝主要有:
轉(zhuǎn)底爐工藝
目前,國(guó)外已經(jīng)建成多條轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線來(lái)專門(mén)處理鋼鐵粉塵。新日鐵已經(jīng)建了8條轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線(包括在我國(guó)馬鋼),處理高爐、轉(zhuǎn)爐甚至電爐及不銹鋼粉塵。PaulWurth則開(kāi)發(fā)了RedIron轉(zhuǎn)底爐廢物處理技術(shù),已經(jīng)在意大利的Lucchini-Piombino鋼鐵廠建成并投產(chǎn)一個(gè)年產(chǎn)量6萬(wàn)噸的生產(chǎn)廠。
OxyCup 豎爐工藝
德國(guó)Kuttner公司開(kāi)發(fā)了OxyCup豎爐工藝處理含鐵粉塵和大塊廢料(坑溝廢鋼鐵)。該工藝將各種粉塵通過(guò)配碳及加入水泥,以壓磚的方式生產(chǎn)出六棱形自還原碳磚。該碳磚連同大塊廢料一起加入到OxyCup豎爐中,生產(chǎn)鐵水。該工藝已在墨西哥、德國(guó)、日本、中國(guó)的5個(gè)工業(yè)生產(chǎn)廠使用,裝置規(guī)模在20t/h~80t/h。
DK工藝
DK工藝是利用小燒結(jié)機(jī)和小高爐處理鋼鐵粉塵的生產(chǎn)工藝。該工藝在德國(guó)杜伊斯堡建有生產(chǎn)廠,現(xiàn)已有30年的生產(chǎn)歷史。目前,年處理歐洲中部各鋼鐵廠的粉塵約45萬(wàn)噸,生產(chǎn)28萬(wàn)噸生鐵,同時(shí)回收1.8萬(wàn)噸鋅精粉。處理的粉塵種類包括:高爐塵、高爐塵泥、轉(zhuǎn)爐塵、轉(zhuǎn)爐塵泥、軋鋼鐵鱗等。此外,2011年還處理了3000噸廢電池。其高爐鋅負(fù)荷高達(dá)38kg/t,堿負(fù)荷也達(dá)到8.5kg/t。該工藝的突出特點(diǎn)是:生產(chǎn)工藝和設(shè)備成熟穩(wěn)定,是一種無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的節(jié)能高效鋼鐵廠含鐵廢料處理技術(shù);能夠利用閑置的小燒結(jié)機(jī)和小高爐,無(wú)須進(jìn)行新的設(shè)備投資。
燒結(jié)制粒工藝改進(jìn)
針對(duì)鐵礦資源的劣化,粒度組成下降,精礦比例增加等情況,浦項(xiàng)制鐵開(kāi)發(fā)應(yīng)用了新的制粒工藝。該工藝首次將各種鐵礦配料后進(jìn)行篩分。篩上物走一次混合和二次混合常規(guī)流程。篩下物在添加粘結(jié)劑后,進(jìn)行強(qiáng)力混合,然后用圓盤(pán)造球制粒,最后與主料流一起進(jìn)入二混。其效果是,在使用較多細(xì)粒鐵礦的情況下,利用系數(shù)提高了1.1t/dm2。
各種非高爐煉鐵工藝的發(fā)展
直接還原工藝
根據(jù)Midrex公司的統(tǒng)計(jì),2010年,全球直接還原鐵的產(chǎn)量達(dá)到7332萬(wàn)噸,較上年增長(zhǎng)4.2%。其中,氣基直接還原占76.4%,
煤基直接還原占23.6%。一批新的氣基直接還原裝置投產(chǎn),另有一些新的氣基直接還原裝置在天然氣豐富的國(guó)家和地區(qū)建設(shè)或擬建。煤基直接還原放緩了其發(fā)展速度,比例在不斷下降。
熔融還原工藝
近年來(lái),各熔融還原工藝進(jìn)展仍在發(fā)展,但相對(duì)緩慢。2011年3月,我國(guó)寶鋼的第二套Corex-3000投產(chǎn),經(jīng)過(guò)增加豎爐布?xì)馄鞯纫恍┕に嚫倪M(jìn)后,取得了較好的生產(chǎn)指標(biāo)。但Corex工藝已連續(xù)多年未在我國(guó)以外建新廠,而且目前也未見(jiàn)新廠建設(shè)計(jì)劃的正式報(bào)道。Hismelt工藝的80萬(wàn)噸示范廠自2008年停產(chǎn)后,一直未恢復(fù)生產(chǎn)。據(jù)報(bào)道,該套裝置將被拆遷到印度JSPL廠。2011年6月,F(xiàn)inex工藝200萬(wàn)噸/年裝置開(kāi)始在韓國(guó)建設(shè),預(yù)計(jì)2013年投產(chǎn)。新的熔融還原工藝Hisarna正在開(kāi)發(fā)過(guò)程中,已于2011年年中在荷蘭建設(shè)了6萬(wàn)噸/年的試驗(yàn)廠,并開(kāi)始進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。
結(jié)語(yǔ)
當(dāng)前,我國(guó)煉鐵工業(yè)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期,面臨著嚴(yán)峻的節(jié)能減排挑戰(zhàn)。我們應(yīng)重視和學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)和理念,同時(shí)關(guān)注前沿?zé)掕F技術(shù)的開(kāi)發(fā),從而不斷改進(jìn)提高我國(guó)煉鐵工業(yè)的整體水平,保持長(zhǎng)期健康的發(fā)展。
 
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