中国钢铁企业烧结工序节能减排技术发展.doc
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1、中国钢铁企业烧结工序节能减排技术发展钢铁是全球经济的基础产品。作为国民经济的支柱,钢铁工业为中国的快速增长做出了积极的贡献。自2000年以来,中国的铁产量增长了408,2016年已达7亿吨。全球钢铁产量自二十一世纪以来也有所增加,但国外钢铁总产量仍维持在4.5亿吨左右。中国钢铁产量的增长速率在2005年达到最高,2008年以后钢铁产量占全球产量的一半以上。在钢铁行业淘汰落后产能以及价格因素的背景下,2014年中国的钢铁产量开始下降,2015年钢铁产量年增长率为负。钢产量增长的同时,含铁炉料的产量和质量得到了快速发展。2015年烧结矿产量达到10.08亿吨。铁矿石烧结是一种典型的高耗能、高耗材且
2、高污染的工业过程。据报道,铁矿石烧结的能耗约占钢铁企业总能耗的610。烧结矿是高炉主要的含铁炉料之一,占高炉炉料结构的75左右。烧结工序总能耗的7580是矿物燃料,如焦粉和无烟煤。矿物燃料的使用会产生大量温室气体,如CO2,SOx,NOx和二噁英,它们是钢铁工业主要的空气污染源。因此,降低烧结能耗、减少环境污染、缓解能源短缺的问题变得突出。图1二十一世纪全球和中国的铁和烧结矿产量:(a)全球和中国铁产量的变化;(b)中国在世界铁产量中的份额演变和中国铁产量的增长率;(c)中国烧结矿产量;(d)中国烧结工艺能耗。图2中国烧结工艺能源结构长期以来,专家们一直致力于烧结工艺节能减排技术的研发并积累了
3、大量的研究成果。在过去的十年里,中国在烧结工序节能减排方面取得了实质性进展。烧结过程的能耗从70 kgce/吨降至50 kgce/吨。根据以往的研究成果,烧结工艺的节能技术主要集中在以下几个方面。首先,使用更清洁和更高效的能源(例如半焦,生物质和天然气)来代替焦粉和煤,以此优化烧结燃料结构。第二,在烧结过程中回收利用余热。据统计,烧结过程的余热总量达50,理论二次发电量为1.62 GJ/吨。可以看出,烧结烟气余热和烧结矿显热的二次能源利用是烧结过程节能减排的重要方向。第三,烧结过程中燃料的高效燃烧。例如,厚料层烧结可以充分利用自蓄热功能并降低能耗,或采用支架支撑烧结技术以提高烧结层的透气性,促
4、使燃料充分燃烧并提高效率。第四,在设备改造中采用大型烧结机和烧结机系统漏风综合治理技术。我们将详细介绍几项先进节能技术,包括复合造块工艺、高比例烟气再循环烧结、烧结矿冷却显热回收、均质厚料层烧结技术、烧结机系统漏风综合治理技术的开发和应用。1复合造块技术复合造块技术的开发是为了平衡中国高炉的酸性和碱性炉料。细粒铁精矿经造球机被制成酸性球团。较粗的粉矿、熔剂、燃料和返矿混合料等高碱性粗粒原料与造好的球团经过充分混合后被送入烧结机中。在点火、焙烧和烧结之后,制成了嵌有超高碱度烧结矿中的酸性球团。就成矿机理而言,复合炉料中的酸性球团通过固相反应被固化,而碱性基质与液相粘结。复合造块技术具有以下优点:
5、(1)可解决高炉酸碱炉料偏析的问题;(2)可用于回收超细铁精粉、灰分和其他难加工和利用的矿石资源;(3)可将生产率提高20以上,并节省10以上的固体燃耗。复合造块技术已于2008年在包钢投入使用,并达到了烧结层透气性更好以及能耗更低的预期效果。具有燃耗更低的优点,且在相同超细铁精矿配比条件下,产量更高。2高比例烟气再循环烧结烟气的热量占烧结工艺总热量的20,烧结烟气中含有30以上的SO2、NOx、二噁英、重金属和其他有害物质。烟气再循环可充分利用物理热和化学能,并减少烧结过程中的燃耗。针对高比例烟气再循环烧结技术,日本、德国、荷兰、奥地利等国家已开发出多种技术。高比例烟气再循环烧结技术在中国钢
6、铁企业得到了快速发展。根据循环烟气分为两类:内循环技术和外循环技术。内循环中的烟气来自烧结机主烟道,经过简单的除尘后将气体送入烧结机,重新参与烧结过程。反之,外循环中的烟气来自烧结环冷机,无需除尘便可使用。气体温度、氧气体积分数和烟气压力是整个工艺技术的关键参数。针对这些参数,研究人员通过实验室研究、数值模拟和工业测试,开展了大量的研究工作。在实验室条件下,研究了氧含量和气体温度对烧结矿冶金性能的影响。结果显示,外循环延长了高温维持时间。此外,当循环烟气的氧含量控制在18或更高时,便可获得优质烧结矿。通过模拟氧含量和气体温度对烧结矿燃烧区的影响。结果表明,烟气外循环可显著提高燃料效率,优化热量
7、分布,并改善烧结矿质量。烧结机前段和后段的烟气具有低硫、高氧和高温的特点,可用作循环烟气。目前,已有超过17家钢铁企业采用了该项技术,并取得了良好的节能效果。3烧结矿显热回收烧结工艺能耗有效利用率仅为2829。低效余热资源主要包括烧结矿和废气显热。烧结机尾部的烧结矿温度约为800950。废气显热是指烧结机下风箱烟气所携带的物理热。它们分别占烧结工艺总热量的40和20左右。烧结显热的有效利用是烧结热回收的核心。目前,余热回收主要是通过传统的鼓风式环冷机完成。该方法的缺点是漏风率高(2560),余热利用率低。干熄焦技术的竖罐式冷却系统能克服环冷系统的一些缺点。该工艺流程如图3所示。图3烧结矿余热回
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