王新東， 田京雷， 宋程遠(yuǎn)
（河鋼集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050023）
摘 要：綠色鋼鐵是世界鋼鐵工業(yè)發(fā)展的共同選擇與發(fā)展方向，節(jié)能環(huán)保、降耗減排等方面的法規(guī)和要求日益嚴(yán)格，鋼鐵行業(yè)需加快綠色制造工藝、技術(shù)、裝備的改革和創(chuàng)新。結(jié)合國內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)近些年來在節(jié)能減排、資源利用、技術(shù)創(chuàng)新等方面取得的階段性成果，總結(jié)了鋼鐵行業(yè)焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼、輔助流程等工序在綠色制造方面的創(chuàng)新技術(shù)。圍繞未來綠色發(fā)展思路，該大型鋼鐵企業(yè)按照“六位一體”總體布局，通過主持和參與國家
重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題，提出了十項(xiàng)綠色引領(lǐng)技術(shù)，旨在持續(xù)引領(lǐng)行業(yè)綠色化、智能化發(fā)展。
關(guān)鍵詞：綠色制造；創(chuàng)新技術(shù)；綠色發(fā)展；引領(lǐng)技術(shù)
中國是一個(gè)鋼鐵大國，鋼鐵冶金工業(yè)更是中國基礎(chǔ)工業(yè)中最為重要的工業(yè)之一。但同時(shí)鋼鐵行業(yè)也是一個(gè)能耗大戶，據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼鐵行業(yè)的能耗占中國總能耗的14.16%，在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中能源有效率僅為30%左右，行業(yè)固體廢棄物回收利用率為50%左右。鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)過程中向環(huán)境中排放大量污染物，其排放的工業(yè)廢水、粉塵和二氧化硫總量分別占全國工業(yè)污染排放總量的10%、15%和10% [1-4]。
節(jié)能環(huán)保、降耗減排等方面的法規(guī)和要求日益嚴(yán)格，鋼鐵行業(yè)要把綠色、低碳、環(huán)保的觀念融入到生產(chǎn)全過程，加快綠色制造工藝、技術(shù)、裝備的改革和創(chuàng)新，依托技術(shù)進(jìn)步實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和綠色制造[5-9]。
1 鋼鐵行業(yè)綠色制造現(xiàn)狀
鋼鐵綠色制造是指鋼鐵在生產(chǎn)制造過程中既要考慮能源介質(zhì)的減少程度、末端污染物排放程度、二次資源綜合利用的水平等顯性的綠色指標(biāo)，還要考慮流程結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、原料結(jié)構(gòu)等有更大影響的隱性綠色指標(biāo)，使鋼鐵產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、使用、報(bào)廢處理、循環(huán)利用等的整個(gè)生命周期對環(huán)境的影響最小、資源利用率最高、能源消耗最小，能與其他行業(yè)和社會(huì)實(shí)現(xiàn)生態(tài)鏈接，從而實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益的制造模式[10-16]。
圍繞鋼鐵綠色制造，到2020年中國鋼鐵工業(yè)擬實(shí)現(xiàn)噸鋼綜合能耗不大于580kgce、余熱資源回收利用率大于50%、噸鋼CO 2排放量比2010年下降10%～15%等能源指標(biāo)，噸鋼SO2、NO X、 煙粉塵排放量分別為0.6、0.8、0.5 kg 的環(huán)保指標(biāo)[17]。為此，河鋼、寶鋼和太鋼等一批先進(jìn)鋼鐵企業(yè)以綠色發(fā)展為理念，持續(xù)開展節(jié)能減排以及鋼鐵流程廢棄物的循環(huán)利用研究，取得了顯著的研究成果和應(yīng)用效果。
河鋼集團(tuán)積極推進(jìn)“綠色”引領(lǐng)戰(zhàn)略，先后投資165億元實(shí)施重點(diǎn)節(jié)能減排項(xiàng)目430余項(xiàng)，主要能源環(huán)保指標(biāo)居國內(nèi)一流甚至領(lǐng)先水平。截止目前，噸鋼綜合能耗、噸鋼SO2排放量、噸鋼粉塵排放量較2011年分別降低4.9%、50.6%和61.9%；噸鋼耗新水逐年降低，目前達(dá)到了2.39 m3 /t （鋼），居行業(yè)先進(jìn)水平，其中唐鋼主廠區(qū)實(shí)現(xiàn)了城市中水作為生產(chǎn)用水的唯一補(bǔ)充水源，水重復(fù)利用率達(dá)到98%以上，河鋼集團(tuán)因此獲得2016年世界鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展卓越獎(jiǎng)；采用一系列節(jié)能措施最大程度地減少工藝過程中能源的浪費(fèi)（圖1），2016年僅余熱余能余壓自發(fā)電總量超過100億kW·h，核心企業(yè)自發(fā)電比例超過65%；形成了高爐除塵灰、轉(zhuǎn)爐除塵灰、軋鋼氧化鐵皮、鋼渣水渣等100%回收和再利用的固體廢棄物循環(huán)圈。
寶鋼圍繞節(jié)能、節(jié)水、氣體污染物治理及固廢利用等環(huán)節(jié)，加快節(jié)能環(huán)保技術(shù)創(chuàng)新。重點(diǎn)突破焦?fàn)t荒煤氣顯熱回收工藝、煙氣脫硝等技術(shù)，成為國內(nèi)首套燒結(jié)煙氣脫硝脫二噁英示范項(xiàng)目的實(shí)施者[18]。2015年寶鋼噸鋼綜合能耗為598kgce，SO2、NO x、和COD排放量分別為18 982、42 262和1057 t，與2010年相比分別下降6.9%、70%、45%和66%。
太鋼在全流程內(nèi)推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)施了從礦粉運(yùn)輸、揚(yáng)塵抑制到高爐噴煤、連鑄、連軋、轉(zhuǎn)爐煤氣回收、高爐煤氣余壓發(fā)電和鍋爐燃用高爐煤氣等一批重大的節(jié)能減排技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)全過程各種資源的循環(huán)和再利用，取得了顯著效果 [19] 。截止目前，噸鋼綜合能耗由703下降到559kgce，降幅達(dá)20.5%，噸鋼新水消耗由7.18下降到1.91 m3，降幅為73.3%。
2 鋼鐵全流程綠色制造創(chuàng)新技術(shù)與實(shí)踐
綠色制造創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用遍及焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼及輔助流程等鋼鐵生產(chǎn)全過程。結(jié)合國內(nèi)先進(jìn)鋼鐵企業(yè)，以河鋼集團(tuán)為例，從6個(gè)方面來介紹鋼鐵全流程綠色制造創(chuàng)新技術(shù)與實(shí)踐。
2. 1 焦化工序綠色制造創(chuàng)新技術(shù)與實(shí)踐
河鋼集團(tuán)現(xiàn)運(yùn)行焦?fàn)t20座，主要爐型為6 m焦?fàn)t和7 m焦?fàn)t，焦炭產(chǎn)能為900萬t/a。
2. 1. 1 焦化全流程環(huán)境友好技術(shù)集成
在焦化全流程配有除塵系統(tǒng)，采用大型筒倉儲(chǔ)煤技術(shù)以減少煤堆揚(yáng)塵；利用袋式除塵凈化裝置收集備煤車間煤轉(zhuǎn)運(yùn)、破碎、裝煤、推焦等過程產(chǎn)生的粉塵，使粉塵排放指標(biāo)達(dá)到或超過清潔生產(chǎn)的要求。在焦化廢水處理方面，其獨(dú)有的“生物處理+膜處理+芬頓處理”三級處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)焦化廢水回用率達(dá)80%以上[20]。在煉焦固廢方面大型儲(chǔ)配一體儲(chǔ)倉及焦油渣回配系統(tǒng)避免了煉焦固廢的二次污染。
2. 1. 2 大容積焦?fàn)t工藝技術(shù)
寬炭化室、多段加熱的大容積焦?fàn)t工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了以下功能：（1）燃燒室采用3段式加熱方法，實(shí)現(xiàn)高向均勻加熱。炭化室高向溫度差在50 ℃以內(nèi)，長向均勻系數(shù)大于0.9，氮氧化物排放量降低至450 mg/m 3（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)）以下，解決了爐頂空間溫度高、化產(chǎn)收率低的技術(shù)難題；（2）采用節(jié)能型焦?fàn)t蓄熱室封墻，有效提高了爐體密封性；采用新型格子磚，提高了預(yù)熱煤氣和空氣的溫度；（3）通過建立煤氣流量、標(biāo)準(zhǔn)溫度、空氣過剩系數(shù)、煤氣熱值與焦?fàn)t溫度的關(guān)系模型，確定了不同結(jié)焦時(shí)間的最低標(biāo)準(zhǔn)溫度，實(shí)現(xiàn)噸焦煤氣耗量降低至195 m 3（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)）以下；（4）通過煤種配煤優(yōu)化試驗(yàn)和低價(jià)煤極限配加試驗(yàn)，確定了典型的氣煤、1/3焦煤和瘦煤的極限配加比例（圖2、圖3），進(jìn)而得到適合寬炭化室7 m焦?fàn)t的合理配煤結(jié)構(gòu)。弱黏煤配比達(dá)到44.1%，焦炭的M 40 、M 10 和CSR分別達(dá)到90.24%、5.97%和68.14%，滿足了大高爐煉鐵的要求。
2. 1. 3 余熱回收利用技術(shù)
煉焦生產(chǎn)中有大量的余熱余能資源，在大型焦化廠的焦化工序能耗中，備煤約占5%～10%，煉焦占70%～80%，化產(chǎn)回收占15%～20%。就煉焦產(chǎn)物帶出的熱量而言，1 050 ℃左右的紅焦攜帶顯熱約占37%，700 ℃左右的荒煤氣顯熱約占36%，排往煙道的180～250 ℃左右的廢氣帶走熱量約占17%，3項(xiàng)余熱合計(jì)占90%左右。河鋼集團(tuán)在焦化工藝應(yīng)用的余熱回收技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面。
（1）高溫高壓干熄焦的高效發(fā)電技術(shù)。該技術(shù)集成高溫高壓鍋爐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的低壓鍋爐，采用自然循環(huán)方式，建立良好的汽水循環(huán)運(yùn)行機(jī)制，有效解決了較低負(fù)荷條件下鍋爐安全運(yùn)行的難題，蒸汽品質(zhì)和干熄焦余熱利用效率明顯提高，實(shí)現(xiàn)噸焦發(fā)電量125 kW·h以上；預(yù)存室與冷卻室高徑比的合理設(shè)置，降低了焦炭床層阻力，減少了焦炭爐內(nèi)活躍區(qū)域停留時(shí)間，焦炭燒損和風(fēng)機(jī)運(yùn)行阻力顯著降低；通過建立可燃?xì)怏w體積分?jǐn)?shù)、空氣導(dǎo)入量與燒損率
以及燒損率與生產(chǎn)熱力負(fù)荷的關(guān)系模型（圖4、圖5），優(yōu)化過程控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)干熄爐燒損率降低到1.1%以下。
（2）上升管余熱回收技術(shù)。通過除氧泵把干熄焦除鹽水經(jīng)除氧器、給水泵送入汽包，汽包內(nèi)的水由強(qiáng)制循環(huán)泵壓入上升管換熱器吸收高溫荒煤氣（約750 ℃）的顯熱，產(chǎn)生的氣液混合物再返回汽包，汽包內(nèi)產(chǎn)生的飽和蒸汽通過汽水分離器分離后并入焦化廠蒸汽管網(wǎng)。河鋼邯鋼5號、6號焦?fàn)t上升管余熱回收利用技術(shù)于2015年一次性投運(yùn)成功，蒸汽并入蒸汽管網(wǎng)供用戶使用，是中國6 m焦?fàn)t荒煤氣余熱成功回收的第一套裝置。使用1年后，上升管結(jié)焦現(xiàn)象明顯降低，飽和蒸汽每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益724.2萬元，實(shí)現(xiàn)CO 2年減排2.5萬t。目前該技術(shù)正在焦化行業(yè)進(jìn)行推廣應(yīng)用。
（3）焦?fàn)t煙氣余熱利用回收技術(shù)。在焦?fàn)t生產(chǎn)過程中，煤氣燃燒產(chǎn)生的熱量，一部分用于焦?fàn)t加熱，一部分被廢氣帶走，在蓄熱室與空氣或煤氣換熱后通過煙囪直接排放，造成浪費(fèi)。2015年河鋼宣鋼建設(shè)焦?fàn)t煙氣余熱回收裝置1座，對焦?fàn)t煙氣余熱進(jìn)行回收。該工藝減少了干熄焦系統(tǒng)抽汽量，實(shí)現(xiàn)蒸汽資源的梯級利用；徹底解決了設(shè)備泄漏問題；增大了換熱面積，使換熱系數(shù)得到很大的提高。
2. 1. 4 產(chǎn)業(yè)鏈延伸技術(shù)
結(jié)合絕熱型和換熱型反應(yīng)器，發(fā)明了“甲烷合成反應(yīng)器”和“焦?fàn)t煤氣制LNG并聯(lián)產(chǎn)氫氣的工藝裝置”，利用系統(tǒng)生成冷凝液作為循環(huán)補(bǔ)液，控制反應(yīng)溫度，提高了甲烷轉(zhuǎn)化率，有效降低了循環(huán)壓縮機(jī)功率，噸LNG電耗降至1 350 kW·h；利用LNG生產(chǎn)過程能量梯級利用技術(shù)，并在合成反應(yīng)器前增加保護(hù)床和MDEA同分子篩聯(lián)動(dòng)工藝，提高工藝過程能源利用效率；采用研發(fā)變壓吸附法富氫尾氣制取高純氫技術(shù)、SNG/LNG互換技術(shù)、過程氣回收工藝實(shí)現(xiàn)閃蒸汽、氫氣、放散氣的近零排放，年減少CO 2排放2.7萬t。
通過以上4個(gè)技術(shù)的實(shí)施，拓寬了焦化行業(yè)擺脫高污染、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和環(huán)境友好的新思路，為焦化行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展起到引領(lǐng)和示范作用。
2. 2 燒結(jié)工序綠色制造創(chuàng)新技術(shù)與實(shí)踐
燒結(jié)煙氣治理是鋼鐵行業(yè)污染物控制的重要內(nèi)容。目前河鋼集團(tuán)運(yùn)行28臺燒結(jié)機(jī)，燒結(jié)機(jī)面積主要為240、360、400、435 m2，均配套脫硫除塵設(shè)施，全部實(shí)現(xiàn)污染物特別排放限值。
2. 2. 1 源頭及過程控制技術(shù)
（1）厚料層燒結(jié)技術(shù)。厚料層燒結(jié)以燒結(jié)料層自動(dòng)蓄熱理論為基礎(chǔ)，能夠起到降低固體燃料消耗、改善燒結(jié)礦強(qiáng)度、提高成品率等作用。其特點(diǎn)為：1）點(diǎn)火時(shí)間和高溫保持時(shí)間延長，表層供熱充足，冷卻強(qiáng)度降低，成品燒結(jié)礦產(chǎn)量提高；2）燒結(jié)高溫帶增寬，礦物結(jié)晶充分，主要液相體系以鐵酸鈣為主，燒結(jié)礦強(qiáng)度和成礦率提高；3）料層自動(dòng)蓄熱能力隨料層增加而增強(qiáng)，同時(shí)料層內(nèi)最高溫度下降，降低燒結(jié)固體燃耗用量，還降低燒結(jié)礦中的FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)，提高燒結(jié)礦的還原性。河鋼集團(tuán)結(jié)合影響厚料層燒結(jié)的因素進(jìn)行分析，并對燒結(jié)機(jī)進(jìn)行改造，普遍實(shí)現(xiàn)了厚料層燒結(jié)技術(shù)。
（2）燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)治理技術(shù)。基于量熱法的在線測試燒結(jié)過程漏風(fēng)率的技術(shù)方法，可為分析各風(fēng)箱相對漏風(fēng)率變化情況做出及時(shí)判斷，為有效針對漏風(fēng)區(qū)域采取減漏措施提供方便，根據(jù)測試的數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)燒結(jié)過程穩(wěn)定性判斷的功能。此外，針對風(fēng)箱支管漏風(fēng)特點(diǎn)，應(yīng)用燒結(jié)機(jī)柔性傳動(dòng)密封，增加滑道密封的可控性，將燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率控制在45%以內(nèi)。
（3）環(huán)冷機(jī)密封治理技術(shù)?，F(xiàn)有環(huán)冷機(jī)改造為包容式密封形式，節(jié)省電能的同時(shí)，發(fā)電量可以增加2～5 kW·h/t （礦）；新建環(huán)冷機(jī)采用水密封形式，漏風(fēng)率控制在10%以內(nèi)，發(fā)電量可以提高5～10 kW·h/t （礦），大幅減少粉塵排放。
2. 2. 2 煙氣末端治理技術(shù)
（1）密相干塔脫硫除塵一體化技術(shù)。密相干塔脫硫除塵一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了脫硫除塵系統(tǒng)高效低耗運(yùn)行，脫硫效率達(dá)到95%以上，出口粉塵濃度為10 mg/m 3（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)）以下，系統(tǒng)壓降控制在2 000 Pa以下，副產(chǎn)物中 CaO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 8%；在行業(yè)內(nèi)率先徹底取消旁路，合并風(fēng)機(jī)大幅降低運(yùn)行電耗，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)施與環(huán)保設(shè)施 100%完全同步運(yùn)行。該技術(shù)已在河鋼唐鋼9套燒結(jié)機(jī)上投入運(yùn)行，主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)外同類技術(shù)的先進(jìn)水平，在設(shè)備一體化技術(shù)、能耗和穩(wěn)定運(yùn)行等方面達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
（2）低溫氧化脫硝技術(shù)。低溫氧化脫硝主要是利用臭氧的氧化性，將不可溶的低價(jià)態(tài)氮氧化物氧化為可溶的高價(jià)態(tài)氮氧化物，然后在洗滌塔內(nèi)將氮氧化物吸收，達(dá)到脫除的目的。整套脫硝裝置不改變原有煙道和后處理措施，僅需新增臭氧發(fā)生器、控制器、分布器等關(guān)鍵設(shè)備和組件，共用脫硫吸收塔。其優(yōu)點(diǎn)為：1）設(shè)備投資低、占地面積小、系統(tǒng)簡單等，臭氧氧化后的產(chǎn)物不產(chǎn)生二次污染；2）工藝可操作性強(qiáng)，脫硝效率可調(diào)控，運(yùn)行成本較低；3）粉塵、SO2等對脫硝效率無影響，適用于鋼鐵燒結(jié)的低溫?zé)煔?。目前該技術(shù)已在河鋼唐鋼不銹鋼265 m 2 、中厚板240 m 2 燒結(jié)機(jī)上成功應(yīng)用，將為大流量燒結(jié)煙氣提供低溫硫硝協(xié)同減排新技術(shù)。
（3）活性焦脫硫脫硝一體化技術(shù)?；钚越姑摿蛎撓跻惑w化技術(shù)是一種利用活性焦的吸附催化功能，同時(shí)脫除煙氣中的硫氧化物、氮氧化物，并回收硫資源的干法煙氣處理技術(shù)[21]?；钚越姑摿蚴腔赟O 2在活性焦表面的吸附和催化氧化，活性焦脫硝是基于活性焦表面的催化作用?；钚越篃煔饷摿蛎撓跻惑w化技術(shù)工藝過程簡單，脫硫脫硝過程不消耗水，活性焦可循環(huán)使用，副產(chǎn)品易加工處理，不存在廢水、廢渣等二次污染問題。目前該技術(shù)已在河鋼邯鋼435 m 2 燒結(jié)機(jī)上應(yīng)用，為大型燒結(jié)機(jī)采用活性焦脫硫脫硝一體化技術(shù)起到了示范引領(lǐng)作用。
2. 3 煉鐵工序綠色制造創(chuàng)新技術(shù)與實(shí)踐
河鋼集團(tuán)現(xiàn)運(yùn)行高爐 29 座，主要爐型包括2000、2500、3200 m 3，全部應(yīng)用了煤氣干法凈化、TRT發(fā)電裝置等。出鐵場通過耦合“高效頂吸+側(cè)吸”除塵、水冷溝蓋、擺動(dòng)溝煙塵捕集等技術(shù)，從根本上杜絕了粉塵的無組織排放。
2.3. 1 高爐煤氣干法布袋除塵技術(shù)
布袋除塵是利用各種高孔隙率的織布或?yàn)V氈，捕捉含塵氣體中塵粒的高效除塵器。干法布袋除塵不需要用水清洗冷卻，特別適合缺水的地區(qū)。該除塵器阻力小，除塵效率高，除塵后含塵量一般小于5 mg/m3。對于高壓高爐，干法除塵可配干式余壓發(fā)電裝置，進(jìn)入余壓發(fā)電裝置的煤氣具有較高的溫度和壓力，可增加發(fā)電量35%～45%。目前，河鋼集團(tuán)所有高爐全部采用高爐煤氣干法除塵，干法除塵后煤氣的含塵量小于5 mg/m 3。該技術(shù)已成功應(yīng)用在國內(nèi)首鋼京唐5 500 m3高爐及世界最大高爐韓國浦項(xiàng)6 000 m 3高爐上。
2. 3. 2 高爐爐頂均壓煤氣回收技術(shù)
均壓煤氣回收技術(shù)是在爐頂均壓煤氣管道安裝回收管，并在管道上依次安裝調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)煤氣回收與裝料程序自動(dòng)控制，回收煤氣接入干法除塵備用箱體。該技術(shù)已成功應(yīng)用在河鋼承鋼，并在集團(tuán)全面推廣，不但減少高爐煤氣的放散，還減少了粉塵排放和噪聲，噸鐵可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益0.5元。
2. 3. 3 高爐沖渣水余熱高效回收技術(shù)
高爐沖渣水余熱高效回收技術(shù)開發(fā)了在線自清潔高效過濾技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了過濾器濾網(wǎng)的連續(xù)在線清洗，徹底解決了換熱系統(tǒng)濁水側(cè)設(shè)備的堵塞問題；研發(fā)了多元阻垢防結(jié)晶一體化聯(lián)合技術(shù)體系，解決了高鹽水在換熱降溫過程產(chǎn)生的設(shè)備結(jié)晶、結(jié)垢和堵塞問題；采用雙循環(huán)模式的高爐沖渣水余熱高效回收技術(shù)工藝，實(shí)現(xiàn)了沖渣水的純熱量輸出，實(shí)現(xiàn)了鋼鐵企業(yè)余熱資源向城市集中供熱系統(tǒng)的應(yīng)用。集團(tuán)目前高爐沖渣水實(shí)現(xiàn)城市供熱面積達(dá)到1400萬m 2，不僅實(shí)現(xiàn)了二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物的減排，更達(dá)到了鋼鐵企業(yè)與城市的和諧共融循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
2. 3. 4 高爐水渣超細(xì)粉技術(shù)
大力拓展固體廢棄物循環(huán)利用圈，在集團(tuán)內(nèi)廣泛應(yīng)用水渣超細(xì)粉制備技術(shù)，將高爐水渣生產(chǎn)為比表面積450 m2 /kg的水渣超細(xì)粉做水泥添加劑，向國內(nèi)及國際市場銷售，現(xiàn)已成暢銷產(chǎn)品。
2. 4 煉鋼工序綠色制造創(chuàng)新技術(shù)與實(shí)踐
河鋼集團(tuán)現(xiàn)運(yùn)行轉(zhuǎn)爐36座，主要爐型包括120、150、260 t。
2. 4. 1 轉(zhuǎn)爐煤氣除塵技術(shù)
轉(zhuǎn)爐煤氣除塵技術(shù)包括轉(zhuǎn)爐一次、二次和三次除塵，轉(zhuǎn)爐一次除塵是對轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中產(chǎn)生的大量含一氧化碳的一次煙氣進(jìn)行凈化，并有效回收能源的過程。河鋼集團(tuán)現(xiàn)運(yùn)行所有轉(zhuǎn)爐一次除塵全部采用新OG法和LT干法除塵。轉(zhuǎn)爐二次除塵是指轉(zhuǎn)爐爐口溢出的煤氣遇空氣后燃燒產(chǎn)生的煙氣除塵；轉(zhuǎn)爐三次除塵是煉鋼車間的無組織排放除塵。河鋼集團(tuán)所有運(yùn)行轉(zhuǎn)爐均配備了二次除塵，粉塵排放濃度均小于15 mg/m3；核心企業(yè)配置了三次除塵。
2. 4. 2 鋼包在線全程加蓋技術(shù)
該技術(shù)的主要目的是減少鋼水倒運(yùn)和澆注過程的溫降、提高空包內(nèi)壁溫度、降低轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)溫度、減少轉(zhuǎn)爐爐襯浸蝕、提高爐齡；加蓋后鋼包平均壽命可提高5爐左右；此外還可提高中間包鋼水溫度穩(wěn)定性、減少烘烤煤氣用量等。該技術(shù)可以大大減少空包的輻射散熱和對流散熱，降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度約20 ℃，噸鋼能耗降低8元。該技術(shù)正在集團(tuán)全面推廣應(yīng)用。
2. 5 軋鋼工序綠色制造創(chuàng)新技術(shù)與實(shí)踐
河鋼集團(tuán)現(xiàn)擁有熱軋板卷、寬厚板、冷軋、棒材、線材和型材等先進(jìn)生產(chǎn)線，包括2 250 mm熱軋卷板軋機(jī)、4 200 mm寬厚板軋機(jī)等。
2. 5. 1 鋼坯熱裝熱送技術(shù)
鋼坯熱裝熱送技術(shù)是把連鑄機(jī)生產(chǎn)出來的熱鑄坯切割成一定尺寸后，在高溫狀態(tài)下直接保溫送至軋鋼廠，或直接送加熱爐加熱后軋制的一種生產(chǎn)工藝。其中連鑄坯的入爐溫度是熱裝熱送工藝的重要指標(biāo)之一，一般要求入爐溫度不低于400 ℃[22]。通過鋼坯熱裝熱送可以減少加熱爐的能源消耗，降低污染物排放。目前集團(tuán)已廣泛應(yīng)用鋼坯熱裝熱送技術(shù)，其中唐鋼二棒的最高熱裝溫度達(dá)到了850 ℃。
2. 5. 2 蓄熱式加熱技術(shù)
蓄熱式加熱爐是采用蓄熱室余熱回收裝置，交替切換煙氣和空氣，使之流經(jīng)蓄熱體，達(dá)到在最大程度上回收高溫?zé)煔獾娘@熱，提高助燃空氣溫度的效果。河鋼宣鋼二高線步進(jìn)梁蓄熱式加熱爐是將助燃空氣和高爐煤氣經(jīng)換向系統(tǒng)后由各自的管道送至爐子左側(cè)的蓄熱式燃燒器，自下而上流經(jīng)其中的蓄熱體，分別被預(yù)熱到950 ℃以上，然后通過各自的噴口噴入爐膛，燃燒后產(chǎn)生高溫火焰加熱爐內(nèi)鋼坯，火焰溫度較同種煤氣做燃料的常規(guī)加熱爐高400～500 ℃，90%以上的熱量被蓄熱體回收，最后以150 ℃以下的溫度排放到大氣中，比常規(guī)加熱爐節(jié)能30%～50%。
2. 5. 3 在線熱處理技術(shù)
該技術(shù)是通過控制軋制溫度和軋后冷卻速度、冷卻開始溫度和終止溫度，來控制鋼材高溫奧氏體組織形態(tài)以及控制相變過程，最終控制鋼材的組織類型、形態(tài)和分布，提高鋼材的力學(xué)性能，同時(shí)該技術(shù)也能夠降低合金元素的使用量，提高生產(chǎn)效率，節(jié)省離線淬火工序，節(jié)約能耗。通過TMCP在線熱處理技術(shù)，節(jié)省離線淬火工序，噸鋼降低成本約300元。
2. 6 輔助流程綠色制造創(chuàng)新技術(shù)與實(shí)踐
鋼鐵行業(yè)除了不可或缺的焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等主流程外，還有大量不可或缺的輔助流程，河鋼集團(tuán)在輔助流程工藝也應(yīng)用了大量綠色制造創(chuàng)新技術(shù)。
2. 6. 1 大型封閉料場技術(shù)
河鋼集團(tuán)在京津冀區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了料場全封閉，有效地從源頭控制了原料場無組織排放，將顆粒物的濃度從120降至8 mg/m3以下；灑水量減少80%以上，也大大減少了物料的損失。
2. 6. 2 鋼鐵企業(yè)低壓余熱蒸汽發(fā)電和鋼渣改性氣淬處理技術(shù)
該技術(shù)集成優(yōu)化后應(yīng)用于工程實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)噸焦煙氣余熱回收發(fā)電量7～8 kW·h，噸燒結(jié)礦余熱回收發(fā)電量達(dá)20～24 kW·h，噸鋼余熱蒸汽回收量達(dá)到90 kg以上，發(fā)電量為10～13 kW·h，構(gòu)建了二次能源利用關(guān)鍵技術(shù)平臺，使河鋼集團(tuán)二次能源利用達(dá)到國際先進(jìn)水平。該項(xiàng)目獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，已在行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。
2. 6. 3 世界首個(gè)“亞熔鹽高效清潔提釩技術(shù)”
河鋼集團(tuán)和中科院過程所共同承擔(dān)的世界首個(gè)“亞熔鹽高效清潔提釩技術(shù)”項(xiàng)目入選了國家工信部2017年綠色制造系統(tǒng)集成項(xiàng)目名單，實(shí)現(xiàn)釩、鉻資源利用率分別提高了10%、80%以上，無廢氣、廢水、含鉻固廢的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了高效清潔生產(chǎn)，該項(xiàng)目的投產(chǎn)引領(lǐng)了世界釩鈦磁鐵礦資源高效綜合利用的綠色化升級。
2. 6. 4 富余煤氣發(fā)電技術(shù)
在傳統(tǒng)富余煤氣發(fā)電基礎(chǔ)上，廣泛應(yīng)用CCPP和高溫超高壓發(fā)電技術(shù)，作為富余高爐煤氣的“能源轉(zhuǎn)換”加工廠，結(jié)束了大量富余高爐煤氣直接放散的歷史，實(shí)現(xiàn)了高爐煤氣“零”放散，并大大提高了能源綜合利用效率。其中CCPP機(jī)組煤氣消耗較中溫中壓煤氣發(fā)電機(jī)組降低25%，高溫超高壓機(jī)組蒸汽消耗較中溫中壓煤氣發(fā)電機(jī)組降低13%，大大提高了機(jī)組的發(fā)電效率。
3 鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展思路與引領(lǐng)技術(shù)
3. 1 鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展思路
中國鋼鐵工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了新常態(tài)，面臨著新形勢，提出了新要求，因此中國鋼鐵工業(yè)需要在總結(jié)近年綠色發(fā)展的基礎(chǔ)上，用新的方法、新的思路去開發(fā)新的綠色流程、裝備和技術(shù)來面對更高層次的綠色發(fā)展，建設(shè)有中國特色的綠色鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)模式[23-25]。
河鋼集團(tuán)圍繞“建設(shè)最具競爭力鋼鐵企業(yè)”的目標(biāo)，在國內(nèi)率先提出“六位一體”總布局的綠色發(fā)展戰(zhàn)略（圖6），深入推進(jìn)綠色制造、加快發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)、研發(fā)應(yīng)用綠色產(chǎn)品、穩(wěn)步推進(jìn)綠色采購、系統(tǒng)優(yōu)化綠色物流、培育打造綠色礦山，確保使集團(tuán)所有子公司率先成為效益佳、效率高、消耗低、排放少、環(huán)境美的綠色鋼鐵示范企業(yè)，繼續(xù)引領(lǐng)中國鋼鐵行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型[26]。
寶鋼以“技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展，資源共享助推城市生態(tài)文明”為經(jīng)營理念，實(shí)行最嚴(yán)格的內(nèi)部控制標(biāo)準(zhǔn)、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、減少能源消耗、降低能源成本、持續(xù)減少企業(yè)和產(chǎn)品使用過程的能源消耗與環(huán)境影響；努力推進(jìn)工業(yè)廢棄物的減量化、再使用和資源化，并助力城市廢物的循環(huán)利用；努力建設(shè)成為一個(gè)具有國際先進(jìn)水平的國際鋼廠。
太鋼堅(jiān)持以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，實(shí)施綠色發(fā)展戰(zhàn)略，樹立鋼廠與城市是和諧發(fā)展的“共同體”的理念；依靠技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，大力推進(jìn)綠色制造，率先推廣世界最先進(jìn)的節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)工藝技術(shù)。特別是在不銹鋼系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)中，堅(jiān)持技術(shù)進(jìn)步與優(yōu)化工藝流程相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程資源循環(huán)利用。
3. 2 鋼鐵行業(yè)綠色引領(lǐng)技術(shù)
“十三五”期間，圍繞焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等5大重點(diǎn)工序及智能制造，鋼鐵企業(yè)需關(guān)注10項(xiàng)引領(lǐng)技術(shù)，開展多污染物協(xié)同控制成套化技術(shù)與裝備、非高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼新技術(shù)、直接軋制、智能制造示范線建設(shè)等研究，為鋼鐵行業(yè)綠色化、智能化發(fā)展做出顯著貢獻(xiàn)。
3. 2. 1 焦?fàn)t煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)
采用焦?fàn)t煤氣加熱的焦?fàn)t產(chǎn)能超過全國總產(chǎn)能的70%，其煙氣污染物排放遠(yuǎn)高于以貧煤氣加熱的焦?fàn)t，基本全行業(yè)不達(dá)標(biāo)。針對焦?fàn)t煙氣組分復(fù)雜、低硫高氮的特點(diǎn)，研發(fā)焦?fàn)t低氮燃燒技術(shù)、活性炭法多污染物（SO2、NO x 、SO2、HCN等）協(xié)同控制技術(shù)；集成活性炭法煙氣凈化、硫/炭粉無害化資源化回收成套裝備，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煙氣污染物排放濃度優(yōu)于國家特別排放地區(qū)限值。
3. 2. 2 焦?fàn)t煙氣多污染物中低溫協(xié)同催化凈化技術(shù)
對于已上焦?fàn)t煤氣脫硫設(shè)施的焦化企業(yè)，擬開發(fā)余熱梯級利用耦合的多污染物中低溫協(xié)同催化凈化工藝，研發(fā)多污染物協(xié)同凈化多效催化劑、可開關(guān)式極限換熱補(bǔ)熱設(shè)備，結(jié)合半干法脫硫除塵設(shè)施，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煙氣 NO x 、Hg、CO、SO2、SO2、粉塵等多污染物的短流程高效協(xié)同治理與低品位余熱高效利用的有效耦合。
3. 2. 3 鋼鐵行業(yè)煙氣多污染物超低排放技術(shù)
國內(nèi)大部分燒結(jié)/球團(tuán)煙氣已上脫硫設(shè)施，針對其大流量、低氮氧化物的排放特點(diǎn)，通過耦合臭氧氧化脫硝、半干法脫硫提效改造、預(yù)荷電袋式除塵等3項(xiàng)技術(shù)，協(xié)同脫除顆粒物、二氧化硫以及氮氧化物，實(shí)現(xiàn)顆粒物、二氧化硫、氮氧化物分別達(dá)到10、35、50 mg/m3，最終達(dá)到污染物超低排放，引領(lǐng)行業(yè)綠色發(fā)展。
3. 2. 4 高溫?zé)煔庋h(huán)分級凈化技術(shù)
針對燒結(jié)工序煙氣量大、顯熱利用率低等問題，開發(fā)高溫?zé)煔庋h(huán)分級凈化和余熱利用技術(shù)，回收低品位熱能，減少主煙道煙氣排放量30%以上，實(shí)現(xiàn)余熱利用和污染物減排的耦合。
3. 2. 5 基于鎂法的污染物協(xié)同去除與副產(chǎn)物資源化技術(shù)
通過研發(fā)鎂法脫硫與旋轉(zhuǎn)脫霧除塵技術(shù)協(xié)同去除多污染物，并利用脫硫副產(chǎn)物結(jié)合含鈦高爐水渣制備輕質(zhì)高強(qiáng)建筑材料，實(shí)現(xiàn)污染物減排和副產(chǎn)物資源化利用的耦合。
3. 2. 6 基于爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的硫硝源頭減排技術(shù)
球團(tuán)礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物大幅低于燒結(jié)礦，中國鋼鐵工業(yè)未來的綠色發(fā)展趨勢為減少或取消燒結(jié)礦，增加球團(tuán)礦比例，通過增加高爐原料中球團(tuán)礦比例至80%，甚至100%比例實(shí)現(xiàn)全球團(tuán)冶煉，從源頭實(shí)現(xiàn)二氧化硫和氮氧化物的減排。
3. 2. 7 新型非高爐煉鐵技術(shù)
浦項(xiàng)FINEX工藝不需要配套焦化、燒結(jié)、球團(tuán)工序，直接使用非焦煤和礦粉成型入爐。FINEX工藝的粉塵、二氧化硫、氮氧化物等污染物排放分別是高爐長流程的 23%、24%、15%，做到了源頭減排。目前，河鋼正在與韓國浦項(xiàng)鋼鐵進(jìn)行技術(shù)交流，擬在產(chǎn)業(yè)升級項(xiàng)目中引進(jìn)應(yīng)用，F(xiàn)INEX煉鐵技術(shù)一旦在河鋼成功應(yīng)用，將會(huì)對中國煉鐵行業(yè)產(chǎn)生革命性的影響。
3. 2. 8 底吹氧、底噴石灰粉轉(zhuǎn)爐煉鋼新技術(shù)
底吹氧底噴石灰粉煉鋼工藝是在底吹煉鋼工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的前沿?zé)掍摷夹g(shù)。該技術(shù)的特點(diǎn)是石灰粉全部底吹加入，并且30%的氧氣由爐底底槍吹入；底噴石灰粉，化渣速度快、脫磷效果好、石灰利用率高，噸鋼石灰消耗能降低到25 kg以下；底吹氧氣，熔池?cái)嚢鑿?qiáng)烈，低碳、超低碳鋼轉(zhuǎn)爐碳氧積在0.001 6左右，鋼水全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低0.02%。該技術(shù)是加拿大多法斯克公司的獨(dú)有技術(shù)，河鋼集團(tuán)擬在國內(nèi)首次引進(jìn)該技術(shù)，為中國轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的提升做開拓性工作。
3. 2. 9 小方坯免加熱直接軋制技術(shù)
小方坯免加熱直接軋制技術(shù)充分利用了留在連鑄坯中的大量余熱，采用切割后保溫和快速輸送等手段，使鑄坯到達(dá)軋機(jī)時(shí)的溫度達(dá)到開軋溫度的要求，從而取消加熱爐，降低能源消耗，減少廢氣排放，大幅度降低生產(chǎn)成本。目前，河鋼承鋼正在年產(chǎn)百萬噸以上的產(chǎn)線上進(jìn)行直軋應(yīng)用研發(fā)，涉及鋼軋工序界面優(yōu)化、連鑄提速等一系列技術(shù)革新，預(yù)計(jì)2017年底正式投入應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)噸鋼節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤40 kg，年減排二氧化碳超過10萬t。
3. 2. 10 鋼鐵企業(yè)智能制造示范線建設(shè)
按照《中國制造2025》及《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》的重要指導(dǎo)，鋼鐵企業(yè)應(yīng)積極謀劃智能制造示范線建設(shè)，逐步完善面向智能制造的信息系統(tǒng)架構(gòu)，形成以產(chǎn)品全生命周期為核心的信息自動(dòng)化支撐體系，促進(jìn)生產(chǎn)一貫制、質(zhì)量一貫制管理的有效落地，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營全過程和企業(yè)發(fā)展全局的智能化、綠色化、產(chǎn)品質(zhì)量品牌化[27] 。
4 結(jié)語
圍繞焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼及軋鋼等重點(diǎn)工序，以河鋼集團(tuán)為代表的國內(nèi)鋼鐵企業(yè)實(shí)施了大量綠色發(fā)展推進(jìn)企業(yè)環(huán)保升級、工藝技術(shù)升級的創(chuàng)新技術(shù)與實(shí)踐，為鋼廠與城市和諧共存進(jìn)行了十分有利的探索。但同時(shí)需要看到，中國鋼鐵工業(yè)還需要大量的中國原創(chuàng)的鋼鐵新工藝、新裝備和新技術(shù)，如基于物質(zhì)流、能量流和信息流的鋼鐵工藝新流程工程，對全流程和產(chǎn)品實(shí)施全生命周期評價(jià)，大數(shù)據(jù)和智能制造技術(shù)在鋼鐵工業(yè)應(yīng)用，綠色化鋼鐵大系統(tǒng)，制定綠色鋼鐵評價(jià)體系等，通過主動(dòng)創(chuàng)新，努力打造“綠色化、智能化、品牌化”的新一代流程鋼廠，持續(xù)引領(lǐng)中國乃至世界鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。