全球钢铁行业探路绿色化

2020-12-31 13:20:31 作者:huangj 来源: 浏览次数:0 网友评论 0

全球钢铁行业探路绿色化

      刘国伟  

来源:《环境与生活》杂志 

    

        钢铁生产过程涉及大量物质、产品流以及大量能量转换,伴随着多种形式的污染物排放,大批废弃物对环境会造成不同层次和不同程度的影响。浓烟滚滚的近代钢铁行业既造福人类,也背上了污染大气的骂名。为了摆脱这种窘境,全球先进的钢铁企业不断探索绿色化转型的道路并取得不少进展。在“十三五”规划收官之年,对标国际先进水平,实现钢铁行业排放的大幅削减显得尤为重要。

 

 

图1 英国普瑞特冶金技术有限公司的一座电弧炼钢炉

先进产钢国的电弧炼钢比例普遍比中国高

1 冶炼流程决定污染物排放多寡

为深化工业污染治理、坚决打赢蓝天保卫战,近年来国家多部门坚持不懈地推进钢铁行业升级转型,促进经济向高质量发展转变。

读者们印象中的钢铁冶炼少不了高炉林立,但从细分上,目前的钢铁生产工艺大体可以分为一长一短两大流程。其一是从矿石到钢铁的“长流程”,即以铁矿石、焦炭等为原料,采用烧结炉、高炉和转炉等设备生产钢铁的过程;其二是利用废钢为主要原料,采用电弧炉和中频炉等设备,进行废钢重熔精炼的工艺过程,其中电弧炉的应用最广泛,因此“短流程”通常指电弧炉炼钢。

 

图2捷克共和国俄斯特拉法的一家钢铁厂的除尘设备

欧盟国家的钢铁厂普遍注重除尘和净化


发达国家钢铁产业污染程度更轻的一个重要原因就与上述不同流程有关,因为“短流程”的电弧炉炼钢污染物排放要更少。一方面,电能具有清洁、高效、方便等优点,是工业化发展的优选能源,尤其是可持续的“绿色”电能更具有重要的环保意义;另一方面,电炉炼钢是一种铁资源回收再利用过程,也是一种处理污染的环保技术。有数据显示,由于欧美废钢铁回收率很高,欧盟近年来电弧炉出产的粗钢占自身总产量四成以上,相比之下多年来我国钢铁企业采用电弧炉不到一成,远低于世界平均水平。不过随着国内废钢产量的增加以及电力成本的降低,我国电弧炉炼钢产量比例提升很快,未来成长空间很大。这一事实也有力地说明了循环经济对钢铁行业治污的重大意义。

 

 

图3先进产钢国近些年来一直在努力将可持续的“绿色”电力投入钢铁生产 


与燃煤发电行业相比,钢铁行业的烟气成分更加复杂,在技术和经济性上存在诸多挑战。接下来,我们具体从技术和设备等角度对发达国家的钢铁行业治污做一下了解。

2 欧盟从除尘和净化入手

2019年,欧盟28国的粗钢产量为1.594亿吨,远远少于中国的9.963亿吨。欧盟加强钢铁工业的污染物排放控制既得益于法律法规的约束,同时也与其解决环保技术难题相结合,这主要体现在烧结程序和高炉有害气体净化方面。

 
 

图4 日本名古屋制铁所在煤炭堆场周围立起了高高的防尘网罩,

控制原材料颗粒的无组织排放


欧盟的钢铁烧结厂普遍极其重视提升除尘技术。所谓烧结,简单讲就是把细粉状原材料通过反应变成块状物料,并在物理性能和化学组成上能满足下一步加工要求的过程,这个过程中产生的有害废气量很大。对烧结厂废气排放的严格限制,使欧盟的钢铁企业采用多种技术解决废气排放的问题,如活性炭吸附工艺、移动电除尘、废气干法净化和烟气循环等。

烧结废气中的粉尘有一定的电阻,不能采用传统的静电除尘方法使之沉积,脉冲极板不能完全地将黏性很强的粉尘清扫掉。而使用移动式极板,粉尘可以被旋转钢丝刷清扫干净,这样就能避免受到反吹的不良影响,实现对烧结废气更好地除尘。这项移动电极静电除尘技术设备安装在德国艾森许腾斯塔特工厂的烧结机上,取得了很好的除尘效果。

 
 

图5 在18世纪的人们的眼中,高炉是一个喷云吐雾的庞然大物


为了消除烧结烟气中二恶英的排放,欧盟有些钢铁企业向废气管道内喷吹褐煤半焦粉末、环形炉焦粉或活性煤作为吸附剂。环形炉焦粉或活性煤是有效的二恶英吸附剂,它可以与电磁滤袋和布袋结合起来使用。德国迪林根的罗吉萨烧结厂、萨尔茨吉特钢铁公司和蒂森克虏伯欧洲分公司的烧结厂,都在末端净化处理的布袋设备使用了拖拽流吸收工艺,废气经5600个布袋过滤,大大降低了二恶英排放浓度,能够达到所有的排放指标。

欧盟在高炉炼铁上对污染源的净化与减排抓得很紧。高炉区域有害气体排放的主要污染源是高炉炉顶煤气、出铁场和热风炉。高炉炉顶煤气经净化后,通常用作钢厂不同加热设备的燃料。炉顶煤气净化系统包括粉尘捕集、旋风除尘和煤气清洗设备,出铁场使用了多联除尘系统,还有许多高炉将高炉渣直接粒化,这都有效降低了有害气体与粉尘的排放。

3 先进产钢国重视VOCs减排
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