侯洪宇，馬光宇，徐鵬飛，劉常鵬，胡紹偉，于淑娟

（鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）

據(jù)預(yù)測，十三五期間，中國鋼鐵消費量為5～7億t/a，產(chǎn)需平臺將在一定水平維持較長時間。2016～2020年，國內(nèi)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)預(yù)計壓縮至350家。雖然產(chǎn)能過剩嚴(yán)重，但實際產(chǎn)量和鋼鐵消費趨于穩(wěn)定狀態(tài)，鋼企處于微利時代。新的環(huán)保法實施后，危險廢棄物排放納入環(huán)保法，非法排放、傾倒、處置3 t及以上危險廢棄物將構(gòu)成嚴(yán)重的污染環(huán)境罪。因此，鋼企對環(huán)保技術(shù)和環(huán)保設(shè)施的投資必須加大，環(huán)保設(shè)施全部投用預(yù)計噸鋼成本增加100～130元，鋼企降低鋼鐵產(chǎn)品能源消耗勢在必行。

1 鞍鋼節(jié)能減排現(xiàn)狀

鞍山鋼鐵集團有限公司（以下簡稱鞍山鋼鐵）是鞍鋼集團最大的區(qū)域子公司。鞍山鋼鐵生產(chǎn)鐵、鋼、鋼材能力均達到2 600萬t/a，擁有鞍山、鲅魚圈、朝陽等生產(chǎn)基地。

鞍山鋼鐵始終以發(fā)展綠色、低碳經(jīng)濟為己任，不斷拓展鋼鐵行業(yè)“清潔、綠色、低碳”的發(fā)展內(nèi)涵。2010～2017年鞍鋼股份本部（以下簡稱鞍鋼本部）能耗指標(biāo)見表1。表1中可以看出，2010～2017年間，鞍鋼本部噸鋼綜合能耗及噸鋼耗新水水平呈逐年下降趨勢，其中噸鋼綜合能耗由2010年的634.46 kg標(biāo)煤降低至2017年的579.6 kg標(biāo)煤，降低了約55 kg標(biāo)煤，噸鋼耗新水由4.57 t降低至2.74 t，降低約1.8 t。噸鋼外購能源成本和噸鋼耗電逐年降低。

2 鞍鋼節(jié)能減排技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

2.1 冶金節(jié)能技術(shù)

2.1.1 煉鐵—煉鋼區(qū)段系統(tǒng)能效優(yōu)化集成技術(shù)

鞍鋼是我國老工業(yè)基地的典型代表，受原生產(chǎn)場地、工藝布局、裝備結(jié)構(gòu)、物料運輸?shù)认拗?，盡管裝備實現(xiàn)了大型化、自動化，但由于生產(chǎn)流程長、場地狹窄、煉鐵—煉鋼工序銜接不緊湊，造成鐵水在傳擱過程中能量耗散大，能源消耗高。由于轉(zhuǎn)爐兌鐵溫度低，不得不保留落后的混鐵爐工藝，很難在轉(zhuǎn)爐工序?qū)崿F(xiàn)全天候負能煉鋼的目標(biāo)。通過煉鐵—煉鋼區(qū)段界面技術(shù)及全天候負能煉鋼技術(shù)的開發(fā)與實施，實現(xiàn)了大幅降低煉鐵、煉鋼工序能耗的目的［1］。

系統(tǒng)開發(fā)、集成了“一罐到底”、“分次調(diào)鐵”、“定向調(diào)鐵”三項技術(shù)，首次提出并開發(fā)實施了雙目標(biāo)鐵水調(diào)度模型及罐車時刻表，有效地減少了鐵水溫降損失，提高轉(zhuǎn)爐兌鐵溫度30℃以上?！耙还薜降住奔夹g(shù)實施前后工藝流程的對比見圖1。

表1 2010～2017年鞍鋼本部能耗指標(biāo)

圖1 “一罐到底”技術(shù)實施前后工藝流程的對比

“一罐到底”技術(shù)實施后，改變鋼廠120 t鐵水罐的砌筑方式，裝入量達到100 t，并劃撥到鐵廠統(tǒng)一管理，使其適用于鐵水在線運輸，到達鋼廠后直接在罐內(nèi)進行脫硫扒渣，然后直接兌轉(zhuǎn)爐，減少了鐵水裝運過程中的兩次倒罐。

采用“分次調(diào)鐵”技術(shù)。原來的單罐鐵水出鐵時間為12～15 min，單次出鐵在8～10罐，最后一罐鐵水出滿時，第一罐等待了約120 min，溫降損失嚴(yán)重。采用“分次調(diào)鐵”技術(shù)后，將單次鐵水調(diào)運改為兩次或三次調(diào)運至鋼廠轉(zhuǎn)爐，減少鐵水在高爐爐下的等待時間。

開發(fā)并實施“定向調(diào)鐵”技術(shù)。通過核算各高爐及轉(zhuǎn)爐的產(chǎn)量、生產(chǎn)時間、運送時間，確定出高爐至轉(zhuǎn)爐運送時間最短、溫降最小的運輸路線。

2.1.2 蓄熱換熱聯(lián)用軋鋼加熱爐技術(shù)

我國連續(xù)加熱爐應(yīng)用蓄熱燃燒技術(shù)已有十多年的歷史。利用蓄熱燃燒技術(shù)將低熱值煤氣和助燃空氣雙預(yù)熱至1 000℃左右，能夠節(jié)約燃料消耗。但該項技術(shù)存在如下問題：蓄熱式加熱爐的爐壓不易控制；設(shè)備檢修點多、故障點多，影響連續(xù)生產(chǎn)；關(guān)鍵備件的使用壽命低；不適用加熱冷坯及合金鋼，嚴(yán)重制約了蓄熱技術(shù)在大型鋼鐵企業(yè)的全面推廣應(yīng)用［2］。換熱式加熱爐的基本爐是由均熱段、加熱段、預(yù)熱段煙道、煙囪、管式換熱器、常規(guī)燃燒器及檢測儀表與控制系統(tǒng)組成，其主要優(yōu)點是爐型結(jié)構(gòu)合理、爐長較長、煙氣與鋼坯呈逆流運動、有利于煙氣與鋼坯的熱交換，操作簡單、維護量小、運行成本低，空氣與煤氣預(yù)熱溫度穩(wěn)定、連續(xù)供熱、煙道截面積大、煙氣流速小、爐壓容易控制，適合加熱各類鋼坯；其主要缺點是煙氣余熱回收效率低，一般在60%以下；不能直接使用低熱值高爐煤氣；爐內(nèi)存在局部高溫火焰區(qū)域，容易造成加熱物料的局部過熱；鋼坯氧化燒損及NOx排放量相對較高。

結(jié)合蓄熱式加熱爐及換熱式加熱爐的優(yōu)點，提出了蓄熱—換熱聯(lián)用式加熱爐技術(shù)，該項目分別采用分腔式新型蓄熱燒嘴、雙密封三通換向閥、長壽型蓄熱體、分側(cè)分段控制及多段爐型結(jié)構(gòu)、科學(xué)設(shè)置輔助煙道等實用技術(shù)，有效地解決了爐壓波動大、加熱特種鋼及冷熱坯混裝不易控制的問題。使加熱爐的單耗、氧化燒損、加熱質(zhì)量均達到國際先進水平。

2.2 冶金固廢資源化技術(shù)

2.2.1 熱軋油泥汽浮除油技術(shù)

鋼材熱軋過程中脫落的氧化鐵皮與冷卻水和潤滑油等最終會在平流池形成熱軋油泥。鞍鋼本部每年產(chǎn)生熱軋油泥約2.8萬t，含有2 900 t的廢油，全鐵含量達70%以上。因油泥粘度大、有異味，傳統(tǒng)技術(shù)處理成本高、處理過程不環(huán)保［3］。

針對現(xiàn)有熱軋油泥處理難題，經(jīng)過實驗室、中試和大生產(chǎn)三個階段，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的氣浮除油專利技術(shù)，對熱軋1780線平流池進行技術(shù)改造,熱軋平流池在線氣浮除油工藝流程見圖2。用氣浮方法成功將油和氧化鐵皮分離，除油后鐵泥作為燒結(jié)原料利用，浮出的廢油銷售給有資質(zhì)的廠家，年直接經(jīng)濟效益808.3萬元。同時，每年還減排二氧化碳約1萬t，平流池出水水質(zhì)得到改善，降低了過濾系統(tǒng)的維護成本，處理過程環(huán)保，現(xiàn)場環(huán)境大大改善，從根本上解決了熱軋油泥難以利用這一困擾冶金行業(yè)多年的難題。

圖2 熱軋平流池在線氣浮除油工藝流程

2.2.2 含鐵塵泥高效再資源化技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用

含鐵塵泥高效再資源化技術(shù)以冶金廢料為原料，經(jīng)配料、混合、壓球，制成2種不同粒度、強度、成分的自還原性團塊，分別回用于鐵水罐與轉(zhuǎn)爐，利用鋼鐵企業(yè)已有工藝設(shè)備及生產(chǎn)余熱，實現(xiàn)快速自還原而回收鐵和粗鋅粉，含鐵塵泥綜合利用率100%。自2009年12月起實施，運行穩(wěn)定［4］。

該技術(shù)首創(chuàng)了“廢料—制球—鐵水罐—煉鋼”和“廢料—制球—煉鋼”兩種短流程、低能耗、小循環(huán)處理冶金廢料新工藝，如圖3所示。

圖3 采用鐵水罐及鐵水余熱處理塵泥工藝

將含鐵含碳塵泥壓制成自還原冷固團塊，利用鐵水罐余熱預(yù)熱團塊，在鐵水中還原、分離、回收鐵，或利用轉(zhuǎn)爐熱環(huán)境處理該團塊，開發(fā)了含鋅塵泥處理的新技術(shù)。將含鋅塵泥等冷固制成易渣鐵分離的自還原團塊，以塵泥中游離碳為還原劑，利用兌鐵后的鐵水罐余熱及接鐵時高溫鐵水滿足反應(yīng)的熱力學(xué)和動力學(xué)條件，實現(xiàn)團塊中鐵、鋅氧化物的還原、鋅氣化分離。經(jīng)出鐵場已有的除塵器收集含鋅煙塵。

2.3 冶金水資源節(jié)約及污染防控技術(shù)

2.3.1 工業(yè)新水的多水源優(yōu)質(zhì)低價配比技術(shù)

針對大伙房水、深度處理出水、凈化河水和地下水的水質(zhì)特征進行優(yōu)化配比，實現(xiàn)了地下水使用最小化、深度處理回用水使用最大化，同時水源的沿線損失大幅降低。通過用能評價，將工業(yè)新水水質(zhì)與凈環(huán)水水質(zhì)進行對比，將煉鐵和煉鋼部分凈環(huán)系統(tǒng)的補水采用凈環(huán)水替代原有的新水；通過工藝改進及節(jié)水項目的實施，大幅降低新水用量，實現(xiàn)降低水資源費和地下水加壓站設(shè)備節(jié)電的雙重效益。

2.3.2 鞍鋼凈環(huán)系統(tǒng)的減量降壓運行技術(shù)

鞍鋼常壓凈環(huán)系統(tǒng)運行方式見圖4。

圖4 鞍鋼常壓凈環(huán)系統(tǒng)運行方式

關(guān)閉南山儲水槽進水門，5#、6#水站常壓凈環(huán)泵由運行三臺機組減至兩臺（一大一?。?，系統(tǒng)壓力降至0.3 MPa左右，系統(tǒng)降壓后，通過西大溝污水處理廠北線與常壓凈環(huán)管網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線打通，實現(xiàn)北線直接送凈環(huán)管網(wǎng)，減少二次加壓環(huán)節(jié)。優(yōu)化后，常壓凈環(huán)水循環(huán)量從7 000 m3/h減到4 000 m3/h,降低了約43%，管網(wǎng)壓力從0.6 MPa降到0.3 MPa,降低了50%，為西大溝預(yù)處理系統(tǒng)提供富余能力、南大溝污水全回收奠定基礎(chǔ)。

2.3.3 外排廢水強化處理技術(shù)

采用現(xiàn)場實地測量和取樣后實驗室檢測分析等多種手段，形成了鞍鋼本部廠區(qū)內(nèi)的工業(yè)新水使用平衡圖和凈環(huán)水使用平衡圖。以降低工業(yè)新水消耗和凈環(huán)系統(tǒng)減量降壓為基礎(chǔ)，充分挖掘西大溝污水處理廠現(xiàn)有的污水設(shè)施處理能力，實現(xiàn)了生產(chǎn)廢水在西大溝全部處理，外排廢水南大溝二次強化處理，外排廢水水質(zhì)改善效果明顯，COD小于40 mg/L，氨氮小于5 mg/L。

3 鞍鋼節(jié)能減排新技術(shù)、新工藝研究

3.1 節(jié)能新技術(shù)

3.1.1 高爐渣干式余熱回收與利用技術(shù)

目前，鞍鋼正在開展高爐渣顯熱回收技術(shù)的研究工作。高爐渣是高爐冶煉的副產(chǎn)物，其主要成分為氧化鈣、氧化鎂、三氧化二鋁、二氧化硅等，可代替天然巖石生產(chǎn)水泥或礦渣微粉等用于建材產(chǎn)品。高爐渣的出爐溫度大于1 500℃，1 t高爐渣所含有的熱量相當(dāng)于64 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，目前采用的是水淬工藝，除了少部分北方企業(yè)在冬天利用沖渣水的余熱進行采暖外，基本沒有其它有效的余熱回收方式。因此，不僅高爐渣的顯熱及潛熱無法回收利用，造成重大的能源浪費，而且INBA法水沖渣工藝還造成水資源的大量浪費，對大氣、水和土壤也造成了嚴(yán)重的污染。經(jīng)調(diào)研，國內(nèi)外開發(fā)高爐渣干式余熱回收技術(shù)雖然已有近40年的歷史，但一直未有工業(yè)化應(yīng)用的報道［5］。

3.1.2 高效換熱技術(shù)

軋鋼加熱爐作為軋鋼工序的主要能耗設(shè)備，其能耗占軋鋼生產(chǎn)工序的40%以上，直接影響著軋鋼企業(yè)生產(chǎn)率和產(chǎn)品競爭力。而加熱爐爐內(nèi)燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量，有很大一部分被排出爐膛外的煙氣帶走，一般軋鋼連續(xù)式加熱爐的爐膛溫度在1 250℃左右，平均排煙溫度在800～900℃。它所帶走的熱量約占爐子熱負荷的20%～45%，極大地降低了加熱爐的熱利用率。軋鋼加熱爐的發(fā)展經(jīng)歷了無換熱器、金屬間壁式換熱器（傳統(tǒng)加熱爐）、蓄熱式換熱器（蓄熱式加熱爐）三個階段。其中帶有金屬間壁式換熱器的傳統(tǒng)加熱爐燃料消耗量較無換熱器的加熱爐降低30%，而蓄熱式加熱爐的燃料消耗量較傳統(tǒng)加熱爐降低20%。但蓄熱式技術(shù)存在的諸如爐壓控制困難，爐頭、爐尾冒火嚴(yán)重，爐子維護成本高，檢修周期短，節(jié)能不節(jié)錢等的實際問題使其在大型鋼鐵企業(yè)的使用受到限制。鞍鋼已經(jīng)與國內(nèi)某高校聯(lián)合開發(fā)低成本高效率的換熱器，將煙氣余熱直接帶回爐內(nèi)，提高爐膛效率，這是最可行的余熱利用方式。

3.1.3 富氧燃燒技術(shù)在鋼鐵工業(yè)爐上的研究與應(yīng)用

隨著全球變暖的加劇以及氣候的變化，作為溫室氣體主要因素的CO2排放問題逐漸引起了全球的關(guān)注。因此，富氧燃燒技術(shù)作為最具潛力的有效減排CO2的新型燃燒技術(shù)之一，成為全球研究者關(guān)注的熱點。根據(jù)富氧燃燒的目的不同,大體可以分為以下3類：捕獲CO2、降低有害氣體排放和提高鍋爐效率。

富氧燃燒技術(shù)是消納多余氧氣的最佳途徑，隨著企業(yè)對提高產(chǎn)能需求的不斷增加，而節(jié)能降耗、減少排放是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，因此實現(xiàn)富氧燃燒技術(shù)在加熱爐、鋼包烘烤和燒結(jié)機等鋼鐵工業(yè)爐的研發(fā)與應(yīng)用是冶金企業(yè)的發(fā)展方向。富氧燃燒技術(shù)對于節(jié)能減排意義重大，具有行業(yè)引領(lǐng)的積極作用，市場前景、環(huán)保效應(yīng)巨大。鞍鋼正在與國內(nèi)某高校合作進行富氧燃燒技術(shù)在鋼鐵工業(yè)爐上的研究與應(yīng)用。

3.1.4 中低溫余熱資源高效利用技術(shù)的研究與應(yīng)用

鋼鐵企業(yè)余熱資源豐富，是可利用的重要資源之一。隨著我國節(jié)能環(huán)保相關(guān)技術(shù)快速發(fā)展和相關(guān)政策的出臺，余熱資源的回收利用越來越受到重視。國內(nèi)主要鋼鐵企業(yè)在中高溫余熱資源回收利用上已經(jīng)完成了多項節(jié)能項目，實現(xiàn)了節(jié)能減排，也為企業(yè)帶來了效益。近幾年，鋼鐵企業(yè)的余熱回收工作逐步向中低溫余熱回收利用方向發(fā)展。鞍鋼針對中低溫余熱資源利用開展了高效換熱技術(shù)研究；針對發(fā)電機組的凝結(jié)水余熱采用了低真空換熱技術(shù)研究；針對循環(huán)水余熱開展了熱泵技術(shù)研究。

3.2 固廢資源化新技術(shù)

3.2.1 含鐵塵泥高效再資源化新工藝

針對大部分返回?zé)Y(jié)利用的含鐵廢棄物開展研究工作，解決含鐵塵泥在燒結(jié)中回用，流程長、成本高等問題，逐步實現(xiàn)含鐵塵泥高附加值、短流程、低成本的綜合利用，為高爐順行打下基礎(chǔ)。

3.2.2 難處理固體廢棄物、危險廢物鑒別與處理技術(shù)

從源頭治理入手，解決難處理廢棄物和危險廢棄物的產(chǎn)生問題，少產(chǎn)生即可少處理、降低處置成本，通過技術(shù)創(chuàng)新將難處理廢棄物和危險廢物無害化處理，同時消除存量，最終實現(xiàn)固體廢棄物“零出廠”。

3.3 水污染控制及資源化新技術(shù)

3.3.1 海綿城市建設(shè)

以鞍鋼西區(qū)為載體，在海綿城市理念［6］下構(gòu)建多目標(biāo)、多尺度的鞍鋼廠區(qū)雨洪生態(tài)管理、雨水資源利用的方法與體系，在鞍鋼西區(qū)生態(tài)雨水基礎(chǔ)設(shè)施總體規(guī)劃、鞍鋼水資源利用體系分析與優(yōu)化、雨水集蓄利用工藝技術(shù)和雨水集蓄利用可行性等方面開展研究，實現(xiàn)雨水的回收、集蓄、利用，降低鞍鋼用水成本。以上項目2022年底完成，噸鋼耗新水達到2.4 m3/t以下。

3.3.2 鞍鋼本部新水管網(wǎng)漏損控制研究與實踐

通過積極同國內(nèi)在大孔徑管網(wǎng)查漏技術(shù)［7］和管道在線封堵、在線換管方面具有優(yōu)勢的先進企業(yè)開展交流，考察查漏及在線堵漏企業(yè)的研究成果、技術(shù)實力及相關(guān)資質(zhì)，通過實地走訪，綜合考察查漏及在線堵漏先進企業(yè)在實際工程應(yīng)用方面的業(yè)績，從技術(shù)和經(jīng)濟兩方面因素綜合考慮，研究適合鞍鋼實際工況的管網(wǎng)查漏和在線封堵技術(shù)，并實施改造，最終實現(xiàn)減少新水管網(wǎng)跑冒滴漏現(xiàn)象和地下水取水量，降低管網(wǎng)漏損率。

4 結(jié)語與展望

近十年來，通過冶金節(jié)能、固廢資源化、水資源節(jié)約及污染防控等一些節(jié)能減排技術(shù)的研發(fā)成功與實施應(yīng)用，鞍鋼的節(jié)能環(huán)保指標(biāo)不斷改善。但是隨著國家環(huán)保要求的不斷提高，鞍鋼將繼續(xù)開展高爐渣干式余熱回收與利用、高效換熱、富氧燃燒、中低溫余熱資源高效利用、含鐵塵泥高效再資源化新工藝、難處理固體廢棄物、危險廢物鑒別與處理技術(shù)、海綿城市建設(shè)、鞍鋼本部新水管網(wǎng)漏損控制等節(jié)能減排技術(shù)的研究與應(yīng)用工作。

隨著國家對能耗、環(huán)保的嚴(yán)管，開發(fā)或采用更先進的節(jié)能、減排技術(shù)迫在眉睫。未來三年，鞍鋼將不斷加大環(huán)保投入，開發(fā)出“三廢”治理最前沿的解決方案、最高精尖的技術(shù)，著力在優(yōu)化能源智能集控管理、開發(fā)先進節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)降低綜合能耗，達到行業(yè)前列；廠區(qū)煙（粉）塵、廢棄物、污水排放滿足最新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；實現(xiàn)噸鋼耗新水達到同條件下的最好水平。