摘 要 鋼鐵工業(yè)是高能耗、高物耗、高污染的行業(yè)，煉鐵工序能耗在鋼鐵企業(yè)總能耗中占50%左右，可見煉鐵工序節(jié)能降耗的重要性。煉鐵工序發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，降低能耗的途徑，一是要降低燃料比；二是提高能源利用效率；三是提高二次能源回收利用效率。
關鍵詞 煉鐵 循環(huán)經(jīng)濟 節(jié)能降耗
1 前言
鋼鐵工業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，也是高能耗、高物耗、高污染的行業(yè)。近十年來，我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)對鐵礦資源的需求日益增加，由于國外鐵礦資源價格不斷上漲，使得鋼鐵企業(yè)的經(jīng)營成本提高。鋼鐵產(chǎn)業(yè)資源與能源的高消耗，加重了對環(huán)境的污染。從循環(huán)經(jīng)濟的視角出發(fā)，在材料應用上可以實現(xiàn)循環(huán)利用，鋼鐵是符合建立循環(huán)經(jīng)濟社會要求的完美材料。作為普遍認為的高能耗、高物耗、高污染的鋼鐵工業(yè)是最具有條件、最有潛力、最迫切需要發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)。
發(fā)展鋼鐵工業(yè)，需要以循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展理念為指導原則，挖掘鋼鐵業(yè)在水資源、能源以及物料利用的潛力，以提高資源利用效率為核心，推進清潔生產(chǎn)，加強資源的綜合利用，減少廢棄物的排放。資源與環(huán)境問題成為制約我國鋼鐵企業(yè)進一步發(fā)展的瓶頸，而循環(huán)經(jīng)濟可以在實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化的同時對環(huán)境影響最小化，解決了經(jīng)濟發(fā)展與資源環(huán)境問題“魚與熊掌不可兼得”的問題，給鋼鐵工業(yè)的發(fā)展開辟新的道路。
2 鋼鐵工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟特征
循環(huán)經(jīng)濟是把清潔生產(chǎn)和廢棄物綜合利用融為一體的經(jīng)濟，本質(zhì)上循環(huán)經(jīng)濟是一種生態(tài)經(jīng)濟。循環(huán)經(jīng)濟是在物質(zhì)的循環(huán)、再生、利用的基礎上發(fā)展經(jīng)濟，是一種建立在資源回收和循環(huán)再利用基礎上的經(jīng)濟發(fā)展模式。
循環(huán)經(jīng)濟遵循“3R原則”，即減量化(Reduce)原則、再使用(Reuse)原則和再循環(huán)(Recycle)原則。
循環(huán)經(jīng)濟作為一種全新的經(jīng)濟發(fā)展模式，具有自身的獨立特征，其特征主要體現(xiàn)在以下幾個方面：在資源開采環(huán)節(jié)，要大力提高資源綜合開發(fā)和回收利用率；在資源消耗環(huán)節(jié)，要大力提高資源利用效率；在廢棄物產(chǎn)生環(huán)節(jié)，要大力開展資源綜合利用；在再生資源產(chǎn)生環(huán)節(jié)，要大力回收和循環(huán)利用各種廢舊資源；在社會消費環(huán)節(jié)，要大力提倡綠色消費。
鋼鐵工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟也是基于循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展原則：鋼鐵企業(yè)內(nèi)部形成的“小循環(huán)”，鋼鐵企業(yè)所在的工業(yè)區(qū)、經(jīng)濟開發(fā)區(qū)形成的“中循環(huán)”，城市的“大循環(huán)” 。
高爐煉鐵發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟表現(xiàn)在高爐煤氣的回收利用，高爐TRT余壓發(fā)電，熱風爐余熱回收利用，工業(yè)用水循環(huán)、梯級利用，高爐水渣的綜合利用。
3 煉鐵工序發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的途徑
高能耗是鋼鐵工業(yè)的主要特點，煉鐵工序是鋼鐵企業(yè)能耗的最大的工序，2013年煉鐵工序能耗為399.96kgce/t，占鋼鐵聯(lián)合企業(yè)總能耗的49.4%。高爐煉鐵所需能量有78%是來自燃料燃燒。因此，降低煉鐵燃料比是降低煉鐵工序能耗的重要手段。因此，在煉鐵高爐生產(chǎn)中要努力提高能源有效利用。煉鐵工序降低能耗，首先是降低燃料比；其次是提高能源利用效率，如提高風溫和高爐煤氣利用率；再其次是提高二次能源回收利用效率，如采用TRT和水渣余熱回收等技術。
3.1 采用高爐煤氣干法布袋除塵技術，提高煤氣顯熱的回收利用
煉鐵高爐生產(chǎn)的副產(chǎn)品高爐煤氣是一種熱值僅為2800-3500kJ/m3的有毒氣體，主要成分為：CO、CO2、N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量約占25%，H2、CH4的含量很少，CO2、N2的含量分別占15%、55 %。高爐爐頂煤氣含塵量較大，約20g/m3，主要成份為鐵、氧化硅、氧化鋁、氧化鎂及焦炭粉末。干法除塵溫度比濕法除塵煤氣溫度高約100℃，水分少，無機械水，具有較高的顯熱，用于熱風爐燃燒用，可以提高風溫約40℃。安徽首礦大昌金屬材料有限公司有兩座1780m3高爐，兩座高爐煤氣的發(fā)生量為61.1668×104m3/h，對高爐煤氣采用干法布袋除塵技術，煤氣凈化后含塵濃度小于5mg/m3，煤氣凈化效率達99.5%。安徽首礦大昌金屬材料有限公司高爐煤氣干法除塵取消了污水處理設施，既節(jié)省了投資，也從根本上解決了由于污水排放造成的環(huán)境污染問題；同時純干法除塵的高爐煤氣含塵量低，為以高爐煤氣為燃料的加熱設備提供了清潔能源，如熱風爐、加熱爐等，因煤氣含塵量低而減少堵塞和粉塵的排放，提高了燃料的理論燃燒溫度和加熱設備的使用壽命。
3.2 利用高爐爐頂煤氣壓力進行TRT發(fā)電
高爐爐頂煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置（TRT）是利用高爐冶煉的副產(chǎn)品-高爐爐頂煤氣具有的壓力能及熱能，使煤氣通過透平膨脹機做功，將其轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電的一種二次能源回收裝置。安徽首礦大昌金屬材料有限公司2座1780m3高爐煤氣發(fā)生量均為30.5834×104m3/h，爐頂煤氣壓力為200-250kPa。由于采用干法除塵裝置，煤氣溫度較濕法除塵的煤氣溫度高，大約在150℃，煤氣壓力損失較小，同時減少煤氣中水含量。2座1780m3高爐采用的TRT裝置最大發(fā)電能力為12000kW，在滿足高爐正常生產(chǎn)的情況下，平均負荷可達7600kW以上，每年可以自發(fā)電14763.84×104kWh。高爐煤氣TRT余壓發(fā)電滿足了高爐穩(wěn)定生產(chǎn)的需要，穩(wěn)定了高爐的頂壓，減少了高爐爐況的波動；采用TRT能最大限度地利用煤氣的能量，同時也緩解了利用減壓閥組產(chǎn)生的巨大噪聲；TRT的連續(xù)發(fā)電，一方面對鋼鐵廠的電力提供有效補充；另外一方面高爐煤氣TRT余壓發(fā)電使得煉鐵工序的能源消耗顯著降低。
3.3 煉鐵高爐系統(tǒng)循環(huán)用水、串級供水，節(jié)約水資源
我國是水資源匱乏的國家，人均水資源不足世界平均水平的1/4。鋼鐵工業(yè)是耗水大戶，水資源的短缺決定了鋼鐵工業(yè)必須走循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展道路。
循環(huán)用水、串級供水，提高用水效率。循環(huán)用水 (circulaling wateruse) 是由一個工廠、車間或工段的給水、排水系統(tǒng)組成一個閉路循環(huán)的用水系統(tǒng)，將系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的廢水，經(jīng)適當處理后重復使用，不補充或少量補充新 鮮水，而不排放或少排放廢水的用水方式。該系統(tǒng)把廢水轉(zhuǎn)化為資源實現(xiàn)再利用，串級供水是廢水不回到原來的生產(chǎn)過程使用，而是轉(zhuǎn)送到可以接受的生產(chǎn)過程或系統(tǒng)中使用。安徽首礦大昌金屬材料有限公司煉鐵工序根據(jù)高爐各系統(tǒng)對水質(zhì)要求的不同，在用水系統(tǒng)設計上統(tǒng)籌安排，合理組織，設置高爐軟環(huán)水系統(tǒng)、高爐凈環(huán)水系統(tǒng)、水沖渣系統(tǒng)三個供水系統(tǒng)。高爐凈環(huán)水系統(tǒng)為爐頂液壓站、風口小套、十字測溫裝置、出鐵場設備、液壓潤滑裝置、熱風爐、TRT裝置、傳動裝置、除塵風機和通風空調(diào)等設備間接冷卻。凈環(huán)水使用后水溫升高，經(jīng)冷卻塔降溫，過濾器過濾處理后循環(huán)使用。過濾器定時反洗，反沖洗水排入濁環(huán)水系統(tǒng)。高爐爐體等設備采用軟環(huán)水冷卻，使用后水溫升高，回水經(jīng)蒸發(fā)空冷器與冷媒水進行熱交換后循環(huán)使用。高爐水沖渣系統(tǒng)為濁環(huán)水，高爐沖渣水經(jīng)渣處理設備后進入沉淀池，沉淀后的水由泵供冷卻塔冷卻，冷卻后再循環(huán)使用，不外排。沉渣池水渣定時清理，外運作綜合利用。
3.4 提高高爐水渣利用率
水渣是高爐煉鐵時產(chǎn)生的另外一種副產(chǎn)品。安徽首礦大昌金屬材料有限公司2座1780m3高爐每年將產(chǎn)生2×104t的高爐水渣。由于高爐水渣本身屬于活性物質(zhì)，如果不能及時處理，它將變質(zhì)結(jié)塊，嚴重污染周邊環(huán)境，并占有大量堆放場地。安徽首礦大昌金屬材料有限公司將建設2條60萬t/a水渣細磨生產(chǎn)線,對煉鐵生產(chǎn)過程產(chǎn)生的水渣進行回收加工利用，變廢為寶，減少工業(yè)園區(qū)固體廢棄物外排120萬t/a,還可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益，年產(chǎn)細度大于420㎡/kg，水份≤0.5％的高爐礦渣粉120萬t，實現(xiàn)環(huán)保和經(jīng)濟的雙重效益。通過將高爐水渣深加工成高爐礦渣微粉，可以使用在建筑材料行業(yè)，不僅能大大提高高爐水渣的附加值，而且對穩(wěn)定高爐水渣的銷售，減少高爐水渣的占地，對降低環(huán)境污染起到積極作用。
3.5 熱風爐余熱回收利用
安徽首礦大昌金屬材料有限公司每個高爐系統(tǒng)設置3座新型頂燃式熱風爐，熱風爐其送風制度主要是 “二燒一送”。熱風爐每年煙氣量為353800萬m3。1#高爐熱風爐產(chǎn)生的煙氣，經(jīng)過整體式熱管換熱器預熱煤氣及助燃空氣，使助燃空氣和煤氣的溫度均達到≥190℃。經(jīng)過換熱后的低溫煙氣，部分送至中速磨系統(tǒng)和煙氣發(fā)生爐產(chǎn)生的高溫煙氣混合后作煤粉干燥劑，部分通過1#高爐熱風爐煙囪排放。
2#高爐熱風爐產(chǎn)生的煙氣，經(jīng)過整體式熱管換熱器預熱煤氣及助燃空氣后的低溫煙氣，部分送至水渣細磨煙氣爐和煙氣發(fā)生爐產(chǎn)生的高溫煙氣混合后作水渣干燥劑，部分通過2#高爐熱風爐煙囪排放。
對換熱器后的低溫煙氣再利用，使得熱風爐燃燒煙氣的余熱利用率達到60%，相當于節(jié)約1.97萬t標準煤
4 結(jié)語
發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟是鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。新建煉鐵工序在設計中采用成熟的技術，降低能耗，降低燃料比，提高能源利用效率，提高二次能源回收利用效率，才能有效節(jié)約資源和能源，一方面提高企業(yè)競爭力，一方面推進鋼鐵工業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展。