低碳绿色钢铁炉料制备技术现状与前景

2022-11-11 13:31:11 作者:{} 来源: 浏览次数:0 网友评论 0

低碳绿色钢铁炉料制备技术现状与前景
 

朱德庆

中南大学资源加工与生物工程学院,低碳与氢冶金研究中心,低碳有色冶金国家工程研究中心


      1当前钢铁工业碳减排形势及挑战

1.1推动钢铁工业低碳减排是我国重大战略需求

2020922日,习近平主席在第75届联合国大会作出我国“2030年前碳达峰、2060年前碳中和的郑重承诺。

2021716日,全国统一碳交易市场正式上线开启,首笔交易价格为52.78/CO2,最新为59.25/CO2

钢铁行业将成为继火电、建材行业后,第三个被纳入全国碳市场的重点行业。

钢铁工业低碳减排已迫在眉睫!

我国关于推动钢铁工业低碳减排的相关政策文件(部分):

2022/06/13,生态环境部《减污降碳协同增效实施方案》

2022/01/20,工信部、发改委和生态环境部《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》

2021/12/21,工信部、科技部、自然资源部《十四五原材料工业发展规划》

2021/12/05,工信部《十四五工业绿色发展规划》

2021/10/24,国务院《2030年前碳达峰行动方案》

2021/03/12,国务院《十四五规划和2035年远景目标纲要》

2021/02/22,国务院《加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》······

1.1.1 20221月,工信部等三部委《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》

主要目标:到2025年,钢铁工业基本形成“布局结构合理、资源供应稳定、技术装备先进、···、绿色低碳可持续的高质量发展格局。

氢冶金、低碳冶金···等先进工艺技术取得突破进展

工艺结构明显优化,电炉钢产量占粗钢总产量比例提升至15%以上

“80%以上钢铁产能完成超低排放改造,吨钢综合能耗降低2%以上···确保2030年前碳达峰.”

资源多元化保障能力显著增强···利用废钢资源量达3亿吨以上

1.1.2 202110月,国务院《2030年前碳达峰行动方案》

促进钢铁行业结构优化和清洁能源替代,大力推进非高炉炼铁技术示范,提升废钢资源回收利用水平,推行全废钢电炉工艺

鼓励钢化联产,探索开展氢冶金···等试点示范”

1.2 我国钢铁工业碳排放现状

据国际能源署(IEA)统计,2021年全球CO2排放量达363亿吨,中国占比将近1/3.

我国作为钢铁生产大国,钢铁行业碳排放量占全球钢铁工业碳排放超过50%,占全国碳排放总量约15%,占工业制造业的47%左右。 

 

 

 

 

1.3 传统高炉-转炉长流程的铁前碳减排

1.3.1形势及意义 

传统碳还原冶金中,高炉炼铁工序是钢铁工业CO2和气体污染物排放的主要源头。

我国钢铁企业的能源结构以煤为主,其消耗产生的CO2排放占到94%。

铁前CO2排放占88.75%,完善高炉长流程、促进铁前降碳是推动钢铁工业碳减排的重点环节。

1.3.2内涵及技术途径

内涵:

1)铁前降碳的本质:减少化石燃料消耗 (工序能耗¯,非化石能源替代)

2)铁前降碳的内在要求:贯彻高炉精料方针(粗粮细作)

3)铁前降碳的重要抓手:开发强化造块和高炉冶炼关键技术。

铁前的重要性日益凸显,已成为长流程钢铁企业降本、减碳减排的重要领域!

技术途径:

 

 

 

      2 铁前低碳绿色炉料制备技术现状

2.1 低碳绿色烧结技术现状

①烟气循环富氧烧结技术

国内外应用案例:国外有日本新日铁住金 、荷兰艾默伊登钢厂 、德国HKM公司 、奥地利奥钢联 ,国内有宝钢、沙钢、河钢等。

应用效果:烟气循环率2550%,节焦212 kg/t-烧结矿,粉尘及气体污染物减排2090%

② 料面喷吹富氢燃料烧结技术

国内外应用案例:日本JFE钢厂 (喷吹LNG)、中天钢铁 (喷吹LNG)、韶钢 (喷吹COG) 、梅钢 (喷吹COG)、首钢 (喷吹水蒸汽)

应用效果:节焦25 kg/t-烧结矿,气体污染物减排515%,烧结工序碳减排35%

③ 厚料层烧结技术

国内应用案例:天钢联合特钢(1000mm)、陕钢(1000mm)、马钢(700mm®900mm

京唐 (800mm®950mm )。

应用效果: 产量提高1035%,节焦311 kg/t-烧结矿,气体污染物与CO2减排明显。

2.1.1 超厚料层烧结技术

1)基本原理:料层蓄热作用,减少表层矿比例,延长高温保持时间。

采用厚料层烧结技术是实现烧结低碳减排的重要方向之一。

国内大中型钢厂的烧结料层高度普遍低于850mm<800mm的占60%,高于900mm的仅10%

2)超厚料层烧结面临的难点问题:

1)烧结机设备限制和系统匹配性,增加额外投资。

2)料层透气性差:料层底部氧位低、烧结速率慢。生石灰配比较高,无形中增加碳排放。风机容量需提高。增加烧结机漏风率和边缘效应。

强化制粒、改善混合料透气性是关键!

3)强化制粒技术 


2.1.2 球团烧结技术

所在团队前期研究结果,烧结矿产质量指标大大改善:转鼓强度­,成品率­,利用系数­,固体燃料减少14 kg/t,碳减排2050%;“双碳”背景下,超厚料层+球团烧结技术将是烧结工序实现低碳减排的重要举措之一。


2.2低碳绿色球团制备技术现状

2.2.1发展球团矿生产的重要性

球团工序污染物排放负荷仅为烧结工序的20%左右,碳排放仅为烧结工序的2045%。“烧结转球团”将是高炉长流程低碳转型的主要技术路径。


球团粒度均一、强度高,便于长途运输和贮存。 铁品位高、冶金性能优良,有利于提高高炉铁水产量、降低焦比和减少碳排放。

双碳背景下,氧化球团矿已成为钢铁工业原料产业链的重要战略资源,是高炉炼铁、直接还原工艺的“硬通货


球团入炉比:欧洲/北美 8090%,甚至达100%;我国不足20%。球团入炉比­,入炉品位­,渣铁比¯,燃料比¯,炼铁效益­

一定范围内,球团入炉比每提高1%,吨钢CO2排放量减少0.27 0.30%。若我国高炉球团入炉比例由15%提高到55%,吨钢碳减排185kg/t

国家发改委发布的《产业结构调整指导目录(2019)》:高炉高比例球团冶炼工艺技术”为鼓励类。


2.2.2 氧化球团矿的质量要求


……

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