致力钢铁企业减排 助力装备产业升级

2015-07-08

　　张春雷 鲁 庆

　　中晋太行矿业有限公司

　　中晋太行矿业有限公司利用和中国石油大学(北京)合作开发的焦炉煤气制重整气生产直接还原铁的国家专利技术，引进目前世界最先进的气基竖炉技术——德国MME公司波斯还原工艺(以下简称PERED)，在著名的革命老区山西省左权县，建设的30万吨/年直接还原铁项目，是我国第一套气基竖炉直接还原铁生产装置，也是世界上第一套以焦炉煤气为气源的直接还原铁装置，该项目的实施是我国钢铁工艺流程的一次革命，具有划时代的意义。该技术将为我国钢铁行业节能减排，为我国高端装备业的发展发挥重要的作用。

　　一、该技术破解了我国炼铁高污染、高耗能的技术难题

　　据统计钢铁工业能耗约占全国工业总能耗的23%，钢铁企业所排放的二氧化硫、氮氧化物、CO2、烟尘和粉尘的量分别占同期工业排放量的9.5%、6.3%、9.2%、9.3%和20.7%。其中炼铁系统能耗和污染物排放占钢铁工业的70%。我国炼铁采用高炉工艺，以烧结矿和球团矿为原料，以焦炭和煤粉为燃料，以空气为助燃风，在高温条件下(高炉内最高温度超过2000度)将铁氧化物还原成热态铁水。由于焦炭和煤粉是碳质燃料，燃烧过程不可避免的要排放大量的CO2;焦炭含硫量在0.5-1.2%之间，高炉排放烟气中的硫化物主要来源是焦炭燃烧过程中产生的SO2 ;高炉工艺采用空气助燃，空气中氮含量79%，燃烧过程同样要排放大量的NOx。这些污染严重增加环境负荷。由此可见炼铁高炉系统是节能减排的关键。而气基竖炉直接还原铁技术具有节能减排的明显优势。这可以从两者工艺的对比看出：

　　气基竖炉与高炉工艺的区别

　　(1)还原剂和燃料不同：PERED气基竖炉以焦炉煤气为还原剂和燃料代替了高炉使用的焦炭，由于焦炉煤气氢气(以下简称H2 )含量高达60%，H2无论是做燃料还是还原剂都不产生污染物排放，而焦炭产生一氧化碳(以下简称CO)和二氧化碳(以下简称CO2 )污染排放物;

　　(2)原料不同：PERED气基竖炉原料为球团矿，高炉原料为烧结矿和球团矿的混合料，根据生产实践，球团矿的能耗低于烧结矿，因此PERED气基竖炉的原料加工能耗低于高炉原料制备能耗;

　　(3)鼓入的气体不同：高炉将1200度风温的空气吹进高炉，炉内最高温度高达2000度以上，能耗高且产生氮氧化物(以下简称NOx)，而PERED气基竖炉鼓入的是900度的H2/CO=2.0的混合气体，几乎无NOx产生且气体风温低、能耗低;

　　(4)炉顶煤气利用不同：高炉煤气作为燃料燃烧，产生二氧化硫(以下简称CO2 )、CO2 、NOx等污染排放物，而气基竖炉炉顶煤气的70%与焦炉煤气重整后重新进入竖炉循环使用，不外排，只有30%作为燃料使用。因此烟气污染物排放远低于高炉。

　　(5)产品不同：PERED气基竖炉产品是固态海绵铁，硫(S)、磷(P)、铜(Cu)、钛(Ti)、锌(Zn)等杂质含量低。而高炉产品为铁水，S、P、Cu、Ti、Zn等杂质含量高。

　　PERED气基竖炉还原铁系统与高炉炼铁系统相比，减少焦炭和烧结工序，气基竖炉本体又比高炉本体能耗低，预计吨钢总能耗减少10%。

　　PERED气基竖炉工艺以氢冶金为主，是清洁冶炼。由于氢气是清洁能源，在氢冶金过程中不产生污染物排放，减轻了炼铁系统的环境负荷，氢冶金是绿色冶金。此外，气基竖炉不采用空气助燃、原料中进行脱硫处理、大部分煤气作为工序的循环气，不外排，即使是煤气中的CO2也得到了充分的利用，参与了气体重整。因此竖炉NOx、CO2、CO2等污染物的排放量大幅度降低30%以上。

　　二、直接还原铁产品对钢铁工业产品升级和我国高端装备业的发展有重要价值

　　直接还原铁产品是电炉炼钢的重要原料，是我国高端装备业的主要原料。

　　我国的电炉炼钢大多采用废钢炼钢的方式，为了稀释废钢中所含杂质，我国需要3000万吨直接还原铁做稀释剂和冷却剂。然而目前每年国内只有60万吨产品，而且大部分是产品质量不稳定淘汰工艺生产的海绵铁。因此竖炉工艺生产直接还原铁是钢铁工业调整产品结构、发展高附加值高端产品的迫切需要。

　　在铁水炼钢工艺中，由于铁水中含有的磷、硫等无法去除，严重影响了铁水纯度、使钢材脆性增加、降低钢材质量。通常来讲，洁净度、均匀度、组织细化度和尺寸精度等是特钢的本质特征。因此采用高炉铁水很难生产出高端特钢产品。目前飞机起落架、高速列车车轴、轴承等抗疲劳高强钢，核电站用耐高温、抗辐射不锈耐热钢管，燃气轮机、涡扇发动机的高温合金叶片等材料，都不能实现国产化。从世界范围来看，我国是钢铁大国，但远远不是钢铁强国。我国钢铁工业要实现高端产品的国产化，首先要提高原料的纯度。

　　要改变我国炼铁业的以上现状，最好的办法是进行产业升级。而气基竖炉直接还原工艺是世界最先进的炼铁技术，与高炉工艺相比，其在节能、环保、产品质量等诸多方面显现巨大的优势，被称为优于高炉工艺的第二代炼铁技术。是产业升级的最好选择。

　　气基竖炉工艺的特点确保了其产品S、P、Cu、Zn等有害元素含量低、铁的纯度高，是生产高品质钢材以及高端制造业的不可缺少的原料。是冶炼优质钢、特殊钢的纯净铁料，也是高端铸造、铁合金、粉末冶金等工业主要的原料。

　　所以，国家发改委发布的《产品结构调整指导目录(2011年本2013年修正)》、国家工信部发布的《钢铁工业“十二五”发展规划》及由中国金属学会、中国钢铁工业协会编写的《中国钢铁工业科学与技术发布指南(2011-2020)》将其列为重点鼓励发展的项目和技术攻关项目。

　　三、该技术具有极好的推广价值

　　该技术以焦炉煤气为气源，既解决了我国缺乏天然气的工业瓶颈，又使我国丰富的焦炉煤气获得了价值较大的深化利用。在山西、河北、内蒙、山东等地具有极大的推广前景。

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