冶金行业节能减排的技术方案

1.加快开发自有知识产权节能减排技术

如前所述，“十二五”期间我国钢铁业节能减排取得进展，单位耗能和排放量继续下降。

钢铁工业一些先进的节能工艺装备技术，如CDQ（干熄焦）技术、TRT（高炉煤气导压透平发电装置）等得到进一步的推广应用。如我国先后有攀钢、马钢、包钢、唐钢、济钢等14套干熄焦装置投入使用。我国已投产干熄焦装置91套，年处理能力达8581万t，居世界第一位，成为干熄焦装置最多、处理能力最大的国家，如图5-4所示。

干熄焦技术对炼焦工序可实现吨焦节能40kg（标煤），按目前我国重点大中型企业高炉入炉焦比平均390kg/t铁计算，干熄焦可使吨钢能耗降低15kg标煤。

2.冶金行业节能减排发展应大力应用“三干”与“三利用”技术

“三干”指干熄焦、高炉煤气干式除尘、转炉煤气干式除尘；“三利用”指水的综合利用、以副产煤气（煤炉、高炉、转炉）为代表的二次能源利用，以高炉渣、转炉渣为代表的固体废弃物综合利用。

推广“三干”技术，能够提高能源的一次使用效率和能源的二次回收利用率，减排二氧化碳，减少粉尘、污水对环境的污染。同时可以尽量多地回收电能，减少发电用煤量，提高企业用电自给率，推动节能减排增效作用，实际上也就是建立不断循环利用的循环经济发展模式，组成一个“资源—产品—二次能源利用”的物质反复循环过程。

图5-4 马钢5、6号干熄焦系统西侧远眺图

3.通过技术引进实现冶金工业技术进步

提高我国冶金工业节能环保技术的国际竞争力是一个亟待解决的重要课题，而技术进步是其中的关键。寻求技术进步的途径通常有两种：一种是自主创新，另一种是利用国际技术引进。目前我国钢铁工业研发资金和能力尚显不足，技术基础比较薄弱，自主创新能力十分有限。鉴于这一实际情况，我国应当重视加强在节能环保技术方面的国际协作，积极通过技术引进实现钢铁工业的技术进步。

（1）冶金工业节能环保技术发展的主要表现

1）对各生产工序功能及流程的分析及重组优化，这方面是节能环保最重要的推动力，主要是对现有工艺技术的改造，包括铁前、炼钢连铸及轧钢工序技改技术，以及促使钢铁生产流程朝着高效优质、连续紧凑、可控与智能化的方向不断完善与发展的新技术，这是节能降耗、清洁生产的根本动力所在。

2）新的生产方法及工艺流程的研究，促使能源系统结构化的改变。这方面是确保钢铁生产节能环保的功能得到进一步完善，主要针对工艺创新，如熔融还原炼铁技术COREX、流化床工艺和COREX的熔融气化炉工艺FINEX、HISMELT流程等非焦、少焦炼铁技术，气基燃料在尽可能大的范围内替代煤、油技术等。

3）污染治理与二次能源的回收利用相结合。这方面将成为节能环保的重要方向，主要包括各类煤气、废气等二次能源的综合回收利用（炉顶煤气余压发电、燃气蒸汽联合循环发电、低温余热发电等），烟尘。还有炉渣固体废料的回收利用，大幅度节水，水循环复用实现“零排放”等技术。

（2）节能环保项目技术引进特点 技术引进要基于提高生产技术水平，降低创新成本，节约产品进入市场的时间，同时还应能够加快经济追赶速度，从而达到快速缩小与发达国家差距的目的。节能环保项目的技术引进具有以下特点：

1）利益出发点不同。常规的技术引进都是引进在技术输入国国内可以得到足够商业回报的技术，其单纯是为了追求经济利益，而节能环保项目的技术引进首先是在于对整体社会的贡献，其引进的是在技术输出国尚未商业化的技术。

2）技术引进限制较少。常规的技术引进往往会受到来自技术输出国的技术出口限制，一些发达国家的技术出口企业也常凭借其各种优势，把大量的限制性条款强加给国内企业。相比较而言，节能环保项目受此方面的限制相对较少，原因在于该项目所产生的效果往往不仅有益于技术输入国，同时能够为周边国家乃至全球带来收益。

3）政策支持力度逐渐加大。近年来，我国相继出台了多项关于鼓励节能环保项目技术引进的文件，同时发改委等机构也积极开展与日本、德国等国家的交流与合作，大力呼吁发达国家向发展中国家引进节能环保技术。应该说随着我国对节能减排工作的日益重视，节能环保项目的技术引进将获得更多的政策支持。

（3）低热值煤气CCPP技术引进案例 低热值燃气蒸汽联合循环发电技术（简称低热值煤气CCPP技术）是充分利用钢铁企业富余煤气，由燃气轮机循环及蒸汽轮机循环所组成，煤气的热能既参与了燃气轮机的布雷顿循环又参与了蒸汽轮机和锅炉组成的朗肯循环，从而显著提高了煤气的利用效率，其同时具有耗水量少、低污染物排放、占地面积小等优势，对于提高资源利用率、降低环境污染具有积极的带动作用。该项技术至20世纪中叶发展以来，已在多个国家钢铁企业得到了成功的应用，对于副产低热值煤气的高效利用发挥了重要的作用。

进入21世纪，随着我国钢铁行业的迅速发展，该项技术的节能环保优势日益彰显。从低热值煤气CCPP技术的技术引进案例分析来看，通过跨国公司的技术引进对国内钢铁企业技术进步有着显著的促进作用，该项技术的引进是成功的。也证明了通过国际技术引进国内需要且总体水平高于我国平均水平的技术和设备，对我国的整体技术水平将产生明显的推进作用。

同时，通过低热值煤气CCPP项目的技术引进也积累了一些经验教训，值得引起注意与借鉴。

1）注重引进关键技术，大力发展国内配套设备技术。我国节能环保技术与国外先进技术相比，还有着较大的差距。所以在引进技术时，必须充分考虑国内的配套技术能力及吸收、消化和创新的能力。低热值煤气CCPP技术引进近10年来，燃气轮机的核心部件仍需进口，主要原因在于国内相关机械制造水平无法满足技术要求，同时煤气净化设备、煤气压缩机等相关配套设备，尽管国内已可完全国产化，但性能指标、稳定运行等方面尚存在一些问题。

2）以市场为前提，不盲目追求技术先进性。在进行技术引进评价时，首先要充分分析和研究引进技术的国内市场潜力，不要盲目追求引进发达国家最先进的技术。在低热值煤气CCPP技术引进方面，目前只针对50MW系列装机容量，并未涉足100MW以上装机容量系列，主要原因是结合国内钢铁企业的市场前景，因地制宜的引进技术。

3）加强在技术引进中吸收、消化和创新的能力建设。对于技术引进，特别是跨国技术引进，必须高度重视吸收、消化和创新的能力建设。我国引进技术的经验教训主要集中在发展配套技术能力和专业技术培训上，因为技术能否尽快国产化、尽快适应我国的社会经济环境，取决于国内的配套技术能力和技术人员储备。在这一方面，低热值煤气CCPP的技术引进同样经历过类似的教训，早期几套机组运行效果不够理想，很大程度是由于国产及进口设备之间没有形成良好配套以及操作人员技术水平不高等因素造成的。此外，国内节能环保技术自主创新方面的能力应该进一步加强，缩短我国与国外先进技术水平的差距最终要依靠技术创新。同时，在加强技术能力建设的同时要做好技术引进和技术创新的相互协调，对于我国已掌握的核心技术及有能力商业化的技术不再引进。

4）充分发挥中介机构的职能作用。日本及欧美国家非常重视中介机构在技术引进过程中的作用，其对提升企业的创新能力和国际竞争力均能起到关键作用，我国的技术引进中介到目前为止发展缓慢，还没有形成规模效应，导致在很多情况下，技术引进中介是缺位的。例如，低热值煤气CCPP技术转让过程无中介机构参与，属技术输入及输出方企业单独行为，这种模式存在两个问题：一是合作初期由于双方文化、经营理念等差异导致沟通合作较为困难；二是由于缺乏相关指导，导致该技术整体创新能力不足。因此，未来节能环保项目的技术引进应借鉴国外先进经验，注重加强中介的职能作用。

5）进一步扩大国际协助范围。改革开放以来，我国各项事业发展迅速，接受了国外多种国际协助，从资金方面到技术服务，钢铁企业在节能环保领域也受益颇多。例如太钢低热值CCPP建设项目即为日元贷款项目，其利用日本协力银行贷款（年利率仅为0.75%，偿还期达40年），对于弥补企业建设资金不足、促进技术进步、提高管理水平均起到了积极作用。建议今后节能环保项目的技术引进应进一步扩大国际协助的利用范围，并应更着重在技术服务层面。

【案例5-3】 电弧炉余热利用的节能改造。

1.主要问题(www.xing528.com)

随着山东某特殊钢厂50t超高功率电弧炉装备水平的提升和操作工艺优化，钢产量不断提高，冶炼产生的烟气也大量增加，已远远超出除尘系统的处理能力。为此新上了余热利用及除尘系统，利用电炉第四孔回收余热并完善电炉除尘。

系统投入运行后，满足了除尘需求，但也存在着一些问题，如连接水冷滑套与燃烧沉降室的高温烟道，由于工作条件恶劣及设计上的缺陷，故障率居高不下，其主要表现为耐火材料脱落、烟道烧穿等，使系统被迫停止运行。系统工艺流程如图5-5所示，电炉产生的烟气通过第四孔进入水冷滑套，然后通过高温烟道进入燃烧沉降室，再经过热管式余热锅炉后进入除尘器净化，最后排入大气。

图5-5 余热利用及除尘系统工艺流程框图

2.原因分析

通过调研，影响高温烟道使用寿命的原因主要有如下两点。

（1）耐火材料寿命低 抗热震性是耐火材料对温度迅速变化所产生损伤的抵抗性能，一般认为，制品的热膨胀率越大，抗热震性越差；热导率越高，热震稳定性越好。耐火混凝土的抗热震性指标经实测，在电炉冶炼阶段，高温烟道内的温度高达1200℃，至停炉出钢时，则迅速降到200℃左右，且随冶炼周期（约40mm），烟道内的耐火材料反复经受200～1200℃的温度变化。因此对耐火材料热震稳定性要求较高。原先使用的耐火材料由于Al₂O₃含量低，线膨胀率较大，热震稳定性能较低，从而影响了烟道使用寿命。另外，电炉烟气含尘量大，特别是含氧化铁尘较多，烟气流速也较高，烟尘的冲刷作用使耐火材料表面不断受到侵蚀，耐火层逐渐变薄；余热锅炉定期进行声波吹灰，吹灰器所产生的振动对耐火材料也造成一定的影响，从而影响耐火材料使用寿命。

（2）高温烟道结构设计存在缺陷 原高温烟道结构为圆形截面，其最外层为12mm厚的钢板，中间是50mm厚的莫来石喷涂料，内层是120mm厚的莫来石轻质高强喷涂料，烟气流通截面积约为2.55m²。从实际使用情况看，烟道设计截面积偏小，加上烟气流经烟道时，一部分粉尘不断沉降在烟道的底部，使烟道有效截面积逐渐减小。流速不断提高，增加了烟气对耐火材料的冲刷。

烟道的耐火层是一个整体，当某一部位的耐火材料局部损坏，很难再修补。

3.改造措施

针对上述问题，对高温烟道进行了改造，改造后的烟道结构如图5-6所示。将烟道结构改成由顶部预制件和两侧耐火砖组成，如果顶部损坏，只需将顶部的预制件拆除更新，如果两侧墙损坏，也可以在不动炉顶的情况下修补墙体。

将烟道两侧墙和顶部使用的耐火材料都换成高铝低蠕变耐火材料，该种耐火材料Al₂O₃含量高，线膨胀率低，因此抗热震性稳定。

改造后的烟道流通截面积增大到4m²左右，既可有效降低烟气流速，减少烟气对耐火材料的冲刷，又可以在烟道下部沉积粉尘的情况下，还保证烟气有足够的流通面积。

图5-6 改造后高温烟道结构图

改造后的烟道底部直接砌筑在地面基础上，抗振动能力得到加强。

4.效果

改造后的高温烟道投入运行后，满足了生产需要，使用寿命由原来的3个月提高到1年以上，耐火材料消耗量大大降低，满足了电炉除尘要求，烟尘排放量达到环保要求，取得了良好的生产环保效益。

【案例5-4】 莱钢节能减排取得成效。

1.莱钢改造余热锅炉沉降室炉墙

莱钢通过对炼钢区域余热锅炉沉降室炉墙结构中的保温砖材质进行了技术攻关改造，有效延长了炉墙被烧穿的时间，提高了炉墙寿命，减少了烟尘排放，取得了经济效益和社会效益的双丰收。

余热锅炉沉降室炉墙由于受到高温烟气的冲刷与侵蚀，导致耐火砖烧损严重，炉墙一些部位经常被烧穿，迫使余热锅炉停止工作以维修炉墙，导致部分烟尘排到大气中，造成环境污染。通过分析原因后，对炉墙结构中的轻质保温砖更换为高铝砖，炉墙高铝砖厚度进行加高，延长炉墙被烧穿的时间，提高了炉墙寿命。同时为了不降低炉墙的保温效果，将最外层的硅钙板厚度由60mm增加到80mm，保证炉墙外壁温度在合理的范围内。由此，炉墙寿命提高三分之一以上，每年减少维修费用12000元，减少了烟尘异常排放，净化了大气环境，取得了明显的经济效益和社会效益。

2.莱钢转炉煤气回收利用创新高

2012年1～11月，莱钢特钢事业部转炉煤气回收完成109.02m³/t钢，热值6300kJ/m³左右。同比提高21m³/t钢，创出历史最好水平。

特钢事业部把余能回收利用作为节能降耗的核心内容，优化煤气回收工艺参数，加强煤气设施的管理，降低了设备停机率，提高了煤气回收量。组织专业人员对转炉煤气回收条件和参数进行研讨，确定最佳开始回收浓度参数，优化煤气回收工艺和入炉料结构，根据转炉入炉料结构变化，结合炉口烟气活动状态，采取调整风机转速、活动烟罩升降时机等措施，提升了煤气成分浓度和煤气回收量，增加了煤气热值，单炉平均回收时间达到10.5min以上。与能源动力厂转炉煤气工序进行信息互通，调整回收并网模式，使合格煤气全部回收、并网，降低了转炉炼钢工序能耗，同比煤气回收增加效益500多万元。

3.莱钢精炼炉合金实现自动化加料

莱钢特钢50t电炉精炼炉主控室，炼钢工轻点电脑画面上的“自动下料”按钮，就将精炼炉所用的高锰等5种合金料准确无误地称量出来，并送入精炼炉内。这样，合金料从配料到下料的整个过程便自动完成。在电炉炼钢中合金料主要用来调节钢水的成分和温度，合金料的加多或加少都会造成整炉废钢的巨大损失，所以合金料准确称量和加入对电炉炼钢成分和成本控制至关重要。对此开展技术创新，在精炼炉开发了一套“一键式”下料控制系统。该系统由自动化加料平台、合金料仓、称量斗、高位合金料仓等组成。这套系统的成功开发使用不仅减少了生产过程中的人工操作环节，减轻了操作人员的劳动强度，改善了大家的作业环境，还有效提高了产品质量和合金收得率，降低了合金消耗。