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发布时间:2020-01-27 17:37    浏览次数 :

【机械网】讯  近日,鞍钢承担的“十二五”国家科技支撑计划课题“高炉富氧喷吹焦炉煤气技术”通过工信部组织的课题验收。该课题在提高焦炉煤气利用率的同时,通过降低高炉碳素燃料消耗减少二氧化碳排放,对推动钢铁行业低碳发展具有重要意义。  为推动钢铁行业低碳技术开发、促进钢铁行业低碳发展,2011年“十二五”国家科技支撑计划项目“高炉炼铁二氧化碳减排与利用关键技术开发”正式立项。该项目分为“高炉富氧喷吹焦炉煤气技术”、“炉顶煤气循环氧气鼓风高炉炼铁技术”和“高炉煤气的资源化利用关键技术”等三个课题,鞍钢承担了“高炉富氧喷吹焦炉煤气技术”课题。高炉富氧喷吹焦炉煤气技术是将焦炉煤气作为还原剂喷入高炉,可使高炉降低入炉焦比、燃料比和二氧化碳排放,实现能量利用最佳化和效益最大化。  作为课题牵头单位,鞍钢与中国钢研、河北钢铁和五矿营口中板等参与单位密切配合,经过4年多的努力,按期完成了课题的基础理论研究,进行了相关模拟计算和实验室试验,研制了多项喷吹焦炉煤气工艺监测装置和设备,先后在450m3高炉和4038m3高炉进行了工业试验,并取得了良好的效果,实现了课题计划目标。【打印】 【关闭】

会上,科技部社会发展科技司有关负责同志介绍了应对全球气候变化的重要性以及本项目立项的重要意义。工业和信息化部节能司有关负责同志介绍了“十一五”时期我国工业领域节能减排和应对气候变化取得的成就以及“十二五”工作思路,对项目组织实施提出了要求,强调要切实加强项目管理,确保项目研究开发目标和任务按期完成。与会专家对“高炉富氧喷吹焦炉煤气技术”、“炉顶煤气循环氧气鼓风高炉炼铁技术”和“高炉煤气的资源化利用关键技术”等三个课题的实施方案进行了审查,对课题的技术路线、研究重点及可能遇到的问题等提出了意见和建议。

日本新能源产业综合技术开发机构牵头,神户、新日铁、JFE、住友金属和日新制钢参加,开发一种利用富氢煤气作为铁矿石还原剂,最终可使高炉CO2排放量减少约30%,计划2030年完成技术确立,2050年达到实用化并普及。实现途径有两种方式。一种是改质焦炉煤气中的焦油来提高焦炉煤气中的氢含量(目前焦炉煤气中含有约50%的氢),然后将这种气体从高炉下部或中部喷吹到高炉中,通过此项技术开发比传统高炉炼铁法更高速、高效,而且可以实现减少CO2排放。第二种是开发廉价氢生产技术并用于还原铁矿石实用技术。

钢铁企业在严峻的市场形势和愈加沉重的节能环保压力下,一方面,需要重视对现有技术进行升级和改造,以达到节能环保、提高效率的目的;另一方面,钢铁企业也注重开发新的装备技术,研发新的管理控制系统,以迎接资源和环境的挑战。  1认清钢铁污染来源  钢铁工业的空气污染物主要来自于生产过程,包括气态物质(如硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳和一氧化碳等)、烟灰和烟尘颗粒、重金属、有机污染物等。  钢铁工业的废水污染物主要包括固体悬浮物、重金属、油脂。废水中的固体悬浮物包括铁氧化物、煤、生物渣、金属碳氧化物和其他固体废弃物。  炼钢时排放的固体废料是煤的衍生物,主要来自焦炭生产的副产品,如焦炭粉尘、渣、石灰石等。  2现有技术的升级利用  2.1余压余热回收利用技术  钢铁生产过程中过剩的可燃烧气体可以用来发电,常见的有以下几种。  1)高炉煤气余压透平发电技术(TRT)。TRT技术利用高炉的余热和余压来发电,采用TRT技术每吨铁可发电40千瓦时~60千瓦时。  2)有机朗肯循环(ORC)和卡林那循环。产生于炼钢和二次冶炼的低品质余热可以用ORC和卡林那循环发电。ORC和卡林那循环的发电效率分别为8.1%和12.8%,两种技术都被认为是商业技术,可用于全球地热和余热发电。  3)热光伏回收方法(ThermophotovoltaicHeatRecovery,TPV)。炼钢过程产生的热辐射可以通过热光伏方法(TPV)回收,由光电二极管电池吸收热辐射来发电。高炉渣和板坯适用于TPV方法,可以回收约4%的总能量。  4)干熄焦工艺。熄焦气体中的热能可通过回收蒸汽用于发电来实现再利用。采用干式熄焦装置每吨焦炭可以回收400千克~500千克高压、高温蒸汽,相当于每吨焦炭发电220千瓦时~330千瓦时。采用干熄焦技术,约35%的焦炉总投入能量可以再次利用,不仅节省能源,还减少了二氧化碳的排放量。  2.2能源技术有效利用  钢铁生产过程中常见的能源技术的有效利用,主要有以下几种。  1)焦炉煤气生产甲醇。焦炉煤气约含25vol%的甲烷和60vol%的氢气,采用该技术可减少钢厂甲烷和二氧化碳的排放量。据报道,采用焦炉煤气甲烷生产甲醇的生产转换效率为56.2%~67.2%。  2)燃料转换。由于焦炭在使用中向环境排放大量的二氧化碳,科技人员努力寻找各种替代材料,其中一个就是生物材料,如木炭、甲烷、氢气、乙醇和甲醇等。通过将生物材料转换成合成天然气(SNG)或生物气体,改进生物材料的热值后入炉,能明显减少二氧化碳的排放量。  3)直接还原铁生产工艺。直接还原铁厂可以作为高炉生产工艺的补充。与高炉—碱性氧气炉工艺相比,以天然气为基础的直接还原铁—碱性电弧炉炼钢工艺可以减少约40%的二氧化碳排放量。  4)冷床余热生产热水。可以回收冷床的对流热和辐射热生产热水,热水可以用作热自来水、钢厂取暖,或者销往生活区和热力公司。对流热可以通过热交换器来回收,辐射热通过收集器回收。  5)热能储存。通过热能储存,热能可以通过火车、汽车和船来运输,正在开发的热能储存技术有:一是吸收技术,热能储存在对热能敏感的液体或固体介质中,储存能力为180千瓦时/吨~400千瓦时/吨。二是潜热储存,该方法是通过相变材料的相变(例如从固体到液体)将热能储存在材料中,储存潜力为80千瓦时/吨~160千瓦时/吨。三是作为化学能储存或采用可逆化学反应,储能为30千瓦时/吨~1000千瓦时/吨。  6)碱性氧气炉余热和气体回收。碱性氧气炉炼钢工艺要求钢中的碳、一氧化碳和二氧化碳相互发生反应并生成转换气体。通过将碱性氧气炉气体燃烧于管道中,在利用热锅炉回收热量,或将碱性氧气炉的气体经过净化、冷却并储存于气缸中以备将来使用。  7)废料预热。尽管采用电弧炉生产钢提供了比高炉工艺更大的灵活性,但在电弧炉中,所用能源的20%用来熔化废料,预热废料技术帮助减少电弧炉工艺的能源消耗,其原理是利用余热加热入炉废料。  8)烧结厂废气热回收。有两个途径可以从烧结工艺中回收能源:一是烧结床排放的气体可以作为燃烧气体返回以减少能耗,二是采用烧结矿冷却系统。在烧结床端可以回收热烧结矿中的热量,热空气可以用于生产蒸汽。  10)最佳烧结—球团比例。高炉的铁矿石主要是烧结矿和球团矿两种,球团矿生产产生的二氧化碳比烧结矿生产多,因此,可以调整每座高炉烧结矿和球团矿的比例为1:1,以减少二氧化碳排放,节约能源。  11)氧燃料燃烧器。电弧炉炼钢工艺造成电极之间的高强电能通道,产生电弧熔化废钢,氧燃料燃烧器通过采用燃料取代电能来降低电耗并提高热传导。  12)粉煤喷吹。焦炭成本比煤成本高得多,粉煤喷吹是向高炉喷吹粉煤降低焦比来节省成本。  13)热风炉热气回收。废弃热回收系统帮助提高热风炉的效率,来自热风炉的热量部分由外部热交换器回收,回收的热量用于预热高炉煤气和燃烧空气,因而可以减少,甚至避免煤气消耗。  3立足于碳减排的新技术  目前国际钢铁行业的创新技术通常应用于超大型项目,需要较高的投资成本,这些技术主要是基于能源节约和减少二氧化碳排放的目的而上马的。  1)氢还原工艺。若用氢还原铁矿石,则生产水和煤气,二氧化碳排放量减少,且氢分子更容易进入铁矿石,实现铁矿石的快速还原。  2)Corex。该工艺有利于从钢水中脱碳,净化和冷却顶部空气,回收部分煤气,在铁矿石还原成海绵铁后,出售剩余煤气。  3)Finex。该工艺中的铁矿石粉装入流化床反应装置加热并还原,下游获得直接还原铁,还原气体来自熔融气化炉。  4)直接板材厂。直接板材厂使铸造和轧制工艺实现一体化生产,不需要中间检查或钢坯处理,避免了板坯运输时的热能损失。  5)碳捕捉和储存。该工艺通过3个主要技术来分离二氧化碳气体:燃烧后捕捉,预燃烧捕捉和氧燃料燃烧。燃烧后捕捉是在燃烧后分离二氧化碳,主要来自排放气体,借助吸收液体来捕捉二氧化碳,燃气气体被运送到储存地。预燃烧捕捉分离二氧化碳是在燃烧之前,燃料气体形成共生气体,进一步转换成氢气和二氧化碳,利用水煤气反应,然后二氧化碳通过吸收液体从气流中分离出来,运输并储存起来。氧燃料燃烧采用纯氧替代空气燃烧,确保烟道气体中主要是二氧化碳,可以直接运输和储存。  6)ULCOREO、Midrex和HYL。这3种技术都是从球团矿中生产直接还原铁,在竖炉中采用煤气直接还原,其还原煤气可以是天然气或焦炉煤气,也可以采用煤气化或生物燃料的方式。  7)高炉炉顶煤气循环。该技术帮助去除高炉炉顶气体中的二氧化碳并利用、回收有效气体(如一氧化碳和氢气),进而向高炉喷吹一氧化碳和氢气以降低焦比。该系统用纯氧取代热风以除去二氧化碳。  8)HIsarana(新的熔融还原工艺)。该工艺基于熔池冶炼,该技术结合了煤预热和反应装置里的部分热解,利用相当少的煤来减少二氧化碳排放。而且,允许采用部分生物燃料代替煤,也可采用天然气甚至氢气,灵活性强。  9)电解铁矿石(ULCOWIN)。该技术采用碱电解从铁矿石中生产直接还原铁,在阴极还原铁,阳极提供电子,但该工艺仍需进一步研究。  4环保技术与管理相结合  为减少温室气体排放和能耗,钢铁行业可采取工业协作模式,并引入环境管理系统,使整个环境管理系统与所有工序、项目相接。  另外,还需要进行风险过滤,解决那些在立法、职业健康、安全和技术等方面不合理的问题。各项治理工作经过处理和排序,其处理需考虑技术开发、投资成本和预计二氧化碳减排量。最终,要确定每一项治理工作的净现值,并将治理每吨二氧化碳所需的资金数额计算出来。要将治理成本边际曲线形成公式,治理成本边际曲线可以确定当特定能源节省多少时,治理工作才具有经济性,同时还可以帮助确认资源、能源用量的“转换点”。每一个治理工作还可以编制为程序进入项目计划,确定执行这一工作需要的时间,并创造一个减排目标路线。以上方法可使钢铁行业的环保治理具备可购买性,治理活动变得更加便捷。

由工业和信息化部组织实施的“十二五”国家科技支撑计划项目“高炉炼铁CO2减排与利用关键技术开发”已正式立项。根据国家科技支撑计划管理的规定,工业和信息化部节能司于2011年10月15日在北京组织召开了“高炉炼铁CO2减排与利用关键技术开发项目”启动暨课题实施方案审查会。工业和信息化部节能司、科学技术部社会发展科技司、中国金属学会有关领导,项目专家委员会成员及项目承担单位主管领导、主要技术负责人等参加了会议。

4、中国研究进展情况

“高炉炼铁CO2减排与利用关键技术开发”项目立足于国家战略需求和行业发展需求,重点解决富氧焦炉高炉煤气喷吹、高炉炉顶煤气循环利用和高炉煤气资源化制取甲醇等一系列关键技术与装备,建设具有自主知识产权的特大型高炉低碳炼铁生产示范工艺流程,开发若干项具有自主知识产权的重大共性关键技术,实现高炉生产效率提高10%—30%、燃料比降低10%-20%、CO2排放降低10%-25%的目标。我国钢铁行业是能源消耗大户,同时也是CO2排放大户,本项目的实施对于推动钢铁行业低碳技术开发、促进钢铁行业低碳发展具有重要意义。

中国科技部下达的高炉炼铁CO2减排与利用关键技术内容之一是重点解决富氢焦炉煤气喷吹高炉,从根源上减少含碳还原剂以减少CO2的产生。鞍钢作为此项目的主要承担单位,目前鞍钢鲅鱼圈高炉喷吹焦炉煤气工程建设已经完毕,正着手在保证系统安全的条件下向高炉喷吹焦炉煤气,通过试验逐步达到设计指标要求。

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