钢铁行业绿色生产技术(2015.11)

钢铁行业绿色生产技术

（译自：《Iron & Steel Review》）

本质上钢铁制造行业是依赖国家经济增长的基础产业。钢铁行业，除了规模巨大外，它的多重转换过程也是相当复杂的，从矿石准备到连铸、轧制和精轧，直至产品发给消费者。这些转化过程必不可少地使用大量的原材料，如铁矿石、煤炭、焦炭、石灰石等，造成相当大的能量消耗和温室气体排放。事实上，钢铁行业是全球的能源密集行业和最大的二氧化碳排放者。

在过去的几十年里，一些全球性的威胁使对这一行业的关注不断上升--能源价格上涨的威胁、原材料上涨的竞争，最后是有史以来最大的威胁，即全球变暖、环境污染和自然资源枯竭。

因此今天，全球钢铁业正面临着绿色发展的巨大挑战--减少温室气体排放、减少能源消耗、提高资源利用效率，不过，这样降低了在全球市场的竞争力。这些都使得这个行业把目光集中到了现有的技术上，完善和提升并提出创新技术，最后成功地实现。此外，从成本效益的观点必须考虑各个步骤的能源效率性能。

钢铁行业基本上遵循两条炼钢路径--铁矿石工艺（综合/初级炼钢）和废钢工艺（二次炼钢）。在初级炼钢工艺中，钢是通过焦化、炼铁（高炉内）和碱性氧气炉（BOF）技术来生产，而以废钢为基础的二次生产过程使用电弧炉（EAF）技术，不需要运行焦化或炼铁。因此，前者比后者要排放更多的温室气体并消耗更多的能量。

在说到绿色技术之前，我们快速地看一下钢铁业产生的污染物，这样会更容易对它们进行分析。

钢铁行业的废气排放

钢厂煤灰浆

空气污染物：炼铁和炼钢操作中排放的空气污染物包括气态和有机废气，还有颗粒物如烟灰和粉尘、重金属、放射性材料等。更精确

）和氮氧化物（NOx）；地说，它们是燃烧过程中形成的二氧化硫（SO

2

），碳作为还原剂产生铁矿石还原成铁过程中排放的二氧化碳（CO

2

足够多的“温室气体”；臭氧，空气中由于氮氧化物的光化学反应形

成的空气二次污染物；颗粒物—各种有机和无机材料复合混合物--铁矿石、煤、焦炭和石灰石堆场或装载和运输时吹出的粉尘；重金属如镉、铅、汞、锌、锰、镍和铬以粉尘、烟雾或蒸汽的方式排放；有机排放如苯、甲苯、二甲苯、溶剂、多环芳烃、二恶英和酚；以及废钢中的放射性材料。

废水污染物：钢铁行业产生的废水污染物主要包括悬浮固体，如处理过程中形成的氧化铁皮、煤、生物污泥、金属氢氧化物和其他固体；重金属如炼钢过程或冷轧和涂层区域排放废水中存在的高含量锌、镉、铝、铜、锰、铬；废水中以可溶性和不溶性形式存在的润滑油和润滑脂；炼钢排放的固体废弃物--焦炭的煤衍生物；副产品如焦炭粉尘；煤和铁矿杂质熔化时形成的炉渣及用作冶炼助熔剂的石灰。

应对温室气体排放和能源消耗的绿色生产技术

温室气体碳减排工艺（G-CAP）

此方法的优点在于，具有能详细实施钢铁行业具体操作的完整及健全的技术要素。G-CAP方法的核心在于检测钢铁行业涉及的各个运行单位--焦炉、烧结厂、高炉等。对目前的经营状况、一流的实践和理论极限之间的差距仔细地进行评估，然后在确定差距的基础上设定可以减小差距的减排活动（AA）。该活动的范围可以从行为上的改变到改善运营，甚至战略上的变化和投资方案。

下一阶段将运用风险过滤法，以去除那些从立法、职业健康和安全（OH＆S）以及技术等方面不可接受的活动。然后制作AA列表，以研发规模经营和资本成本以及预期的二氧化碳减排等规则。最后，确

定每一个AA的NPV（净现值），并用美元公布每吨的二氧化碳减少量。然后制定边际减排成本曲线（MACC）。MACC是任何特定的节能活动（或二氧化碳价格）在经济上可以实现多少减排的概要图形，帮助确定“转换点”—此点购买减排比实现减排活动要便宜。此外，每个AA也被编入“项目”时间表，决定需要多长时间来执行此活动。然后过一段时间，根据真实的项目排放用该时间表创建一个“目标路径”。政策制定者通常会以可持续的方式，在不破坏同行业的竞争优势下，确保行业继续支持国家的经济，同时减少排放。实际上，G-CAP呈现出强大的暴露行业排放贸易或EITEI，帮助展示强大的技术经济平台。

氢还原法

传统高炉炼钢，为去除铁矿石中的氧，用一氧化碳（CO）气体还

原铁矿石，导致CO

2气体排放。然而，用氢气还原铁矿石，产生H

2

O气

体，而不是CO

2

，从而导致二氧化碳排放量的减少。此外，CO气体具

有较大的分子尺寸，因此，很难渗入铁矿石。而氢气（H

2

）以更小的分子，可以很容易地渗入铁矿石--渗透率比一氧化碳大五倍，因此在高炉内可以迅速还原铁矿石。

能源效率和燃料转换选项

电能生产：综合钢铁厂产生的剩余可燃气体可作为热电联产（CHP）电厂的潜在燃料进行发电和集中供热。然而，由于热值较低，高炉煤气要与焦炉煤气混合，这样电力生产才能获得足够的能量。

顶压透平发电（TRT）技术：

TRT技术是一种利用高炉煤气的热和压力，使燃气涡轮机产生电

能的另一个发电应用。用TRT大约可以生成40-60度电/吨铁。

高炉顶压透平发电（TRT）

有机Rankine循环（ORG）和Kalina循环：

从综合炼钢和二次精炼产生的低等级的多余热量可用于发电。有机Rankine循环（ORG）和Kalina循环是热力循环，可将热能转换为电能。ORC和Kalina循环的用电效率分别为8.1％和12.8％。在全球各地两者都被认为是用地热和废热发电的商业技术。

TPV热回收:在炼钢过程中产生的热辐射，可以通过热光生电（TPV）的方法回收--通过光电二极管吸收的热辐射被转换成电。高炉矿渣是TPV转换的合适产品，约总能量的4％可以通过应用TPV热回收系统转换为电能。

干熄焦（CDQ）工艺：在焦化厂，煤炭加热至1000℃转换为焦炭，

。但然后焦炭在骤冷塔内喷水冷却，随着热能的损失产生大量的CO

2