劉晨

【摘  要】：本文探討鋼鐵企業實現標桿能耗的實用技術，重點探討現有長流程鋼鐵企業如何在利用現有設備降低成本、增加盈利的節能技術途徑。

【關鍵詞】：鋼鐵 節能  標桿能耗

概述

我國鋼鐵產量多年高居世界第一 ,占世界鋼產量的50%以上，為了實現碳中和，要求對冶金、建材行業重點約束（2021-2025），到2025年通過實施節能降碳行動，鋼鐵、電解鋁、水泥、平板玻璃等行業能效到達標桿水平的產能比例超過30%。面對碳中和、淘汰落后及生產成本壓力，鋼鐵企業需要盡快采用高效實用的節能減排技術改，需要順序開發應用以下幾方面的實用技術：

1） 高效率：通過收熱收水翻倍能效、資源利用效率

2） 減排總量：提高資源循環率減排總量

3） 純氧燃燒：實現低成本捕碳和煙氣資源化利用零排放

4） 煉焦制氣：利用煉焦制氣實現煤炭等資源的高效無廢利用

5） 三產融合：傳統產業節能減碳與新能源、農林牧漁業、旅游服務業融合發展

1  煙廢氣收熱收水

參考圖1，粗略估算，我國每年水蒸汽排放量160億噸，煤電排放超過50%，其它依次為鋼鐵、建材、煤化工等雙高行業；鋼鐵聯合企業平均噸鋼排放2噸水蒸汽和余熱。

圖1 煙廢氣為什么必須收熱收水

余熱回收存在兩大難題，一是成本高，二是用途少，推薦采用冷凝/制冷制冰技術收熱收水，用于農林牧漁業，該技術的主要優點：

1) 煙廢氣水蒸汽和余熱極限回收，低成本實現超低排放、省水

2) 補丁或旁路布置，施工和故障不影響生產

3) 在引風機前收熱收水具有顯著的節電效果，特別是與新鈣法脫硫改造結合，減少脫硫電耗80%，不產生脫硫廢水和廢石膏，利用煙氣處理污水。

4) 采用制冷制冰+蒸汽壓縮，實現0—130°C 大溫差循環，停用、淘汰各種循環水冷卻塔、空冷器，夏季利用采暖管網和終端供冷，冰塊可以汽運用于蓄冷空調省網電。

5）我國煙廢氣低溫余熱總量巨大，用于城鎮采暖效益好，但非采暖季還沒有出路，就是采暖季，余熱資源量遠大于采暖需求量。做為可能的解決途徑，應關注研究用于農林牧漁業，并與跨季儲能、新能源、旅游服務業三產融合發展，參見圖2。

圖2 工業余熱與農林牧漁、旅游服務、新能源融合發展

以下進一步介紹幾個鋼鐵企業不同工序，煙廢氣收熱收水的改造方案。

燒結大煙道煙氣收熱收水改造

     燒結煙氣脫硫石灰石膏法和活性焦問題多、成本高，采用如圖3所示的純溶液新鈣法脫硫收熱收水一體化改造收熱收水，徹底解決排放不穩定、脫硫廢水、脫硫石膏難題，脫硫節電80%、風機節電~30%，效益顯著，改造量少風險小。

圖3 燒結煙氣收熱收水改造

豎爐/回轉窯煙氣、焦化煙道氣、煤氣發電、熱風爐煙氣等脫硫可以參考采用，收熱收水、實現超低排放，同步降低脫硫成本。

高爐渣收熱收水改造方案

高爐水沖渣生產線長、分散，蒸汽收盡難，選擇圖4所示全密閉干法粒化方案改造，底部出干渣，或回水渣池，高溫蒸汽余熱回收，也可以簡單地冷凝凈化回收，收熱收水的同時實現清潔生產，同步處理焦化廢水、濃鹽水等難處理廢水增加效益。轉爐渣、電爐渣等其它高溫熔渣都可以參考選用。

圖4 高溫熔渣干法粒化收熱收水方案

轉爐煤氣收熱收水改造方案

轉爐汽化出口700-1000°C的余熱，用圖5所示的旁路噴淋冷凝方案更容易實施，將煤氣溫度降低到20°C極限收熱收水，利用熱泵提供高溫熱水，用于鍋爐補水、煤氣加熱，轉爐工序就可以達到標桿能耗，干法節電50%、濕法和半干法節電70%以上，排煙四季無白。冷凝阻斷了污染物的轉移排放，蒸汽冷卻器可以噴焦化廢水、濃鹽水等難處理廢水，取得經濟效益。

圖5 轉爐煤氣收熱收水改造方案

2  煙廢氣循環利用、總量減量技術

幾十年來我國大氣污染治理一直都主要控制濃度，沒充分重視總量減排。停限搬淘汰等實際上就是控制總量，有效但代價太大。實踐證明，只控制常規污染物排放濃度不能解決大氣污染；CO等非常規污染物對鋼鐵城市空氣質量的影響比重較大，碳減排還沒有成熟可靠的解決方法。

研究表明，鋼鐵企業的煙廢氣，正常氧含量煙廢氣占比80%以上，表1所示的工序都可以簡單無限次循環利用不排放。循環利用是指將煙廢氣不處理或簡化處理后循環用于源頭冷卻、密封、燃燒等，替代潔凈空氣，再超低近零的煙廢氣，也比環境空氣質量差，控制排放總量是最高效低成本的解決方法。

我國長流程鋼企噸鋼排放煙廢氣量43.5t/t，與以前的噸鋼耗水量接近，通過循環利用噸鋼新水消耗降低到3t/t以下。鋼鐵企業煙廢氣治理可以且應該借鑒成功的節水經驗，循環利用減排總量，全行業減排煙廢氣總量每年超過300億噸，鋼鐵企業不再需要因環保停限搬淘汰，超低排放、創A、新污染物控制成本降低，甚至有效益，表1是適合循環減排總量的部分工序。

表1 鋼鐵企業煙廢氣循環利用減排總量的部分工序

3  純氧燃燒

長久以來，人類各種燃燒過程一直采用空氣，空氣是發電、鋼鐵生產過程中消耗量最大的自然資源。感覺空氣是免費的，所以用量巨大，比如燃煤，噸煤耗空氣量~13噸，僅發電熱力行業燃煤就年排近240億噸煙氣（其中氮氣200億噸）。鋼鐵高爐熱風爐、煤氣發電、燒結等各種燃燒和工業過程也都是大量使用空氣，噸鋼消耗40噸空氣、行業年排400億噸煙氣（320億噸氮氣）。

空氣耗量、產生煙廢氣都巨大是煙廢氣冷卻、收水、除塵、脫硫、脫硝成本居高不下的最主要原因。計算了煙氣治理的費用，使用空氣費用就是驚人的數字。按照國家要求，企業得進一步進行新污染物控制、減少碳排放，減污、碳中和成本企業將難以承受，選擇純氧是我國碳中和最重要的技術途徑，很早就有專家提出要低碳須先低氮。

現在提出采用純氧的重要支撐條件是，我國空分制氧技術越來越先進成熟、大型化、低能耗，玻璃窯、廢鋼/鋼包烘烤已經有用戶采用純氧燃燒，寶武也在試驗純氧富氫煉鐵高爐。純氧方案有以下特點：

1) 煙廢氣全部或大部分自循環，需要凈化處理的煙氣量最高可減少80%

2) 煙廢氣冷卻、除濕、脫酸、除塵、脫硫、脫硝、控制新污染物等運行成本大幅降低，最終不再需要

3) CO₂會在爐內被還原為CO，CO抑制NO生成，實現低氮燃燒并節煤

4) 排煙量少、CO₂濃度高，捕碳成本大幅降低

4  煤炭煉焦制氣技術

我國能源結構一直主要是靠煤炭，煤炭清潔高效利用一直是公認的實現碳中和的首選技術途徑，但如何實現一直沒有成熟可行的技術。研究表明，焦爐是煤炭最清潔高效的利用技術途徑，而且我國焦爐技術也十分成熟，首先焦爐煤氣制氫成本最低、付產LNG效益好，用焦炭還原二氧化碳制CO氣，就徹底解決了回收CO²的利用難題，CO煤氣循環燃燒減煤節焦，或外供做化工原料、變換制氫，煤炭中的硫資源回收制硫磺、硫酸，不再需要煙氣脫硫，高純CO煤氣+純氧燃燒也不再需要煙氣除塵和脫硝，捕碳成本大幅減少。

碳循環是我國碳中和最可行的技術途徑,可以與采用新能源、農林牧漁業融合發展。

5  結論與建議

1) 鋼鐵企業通過節能改造，噸鋼成本可降低100元以上，

2) 開發利用純氧燃燒技術，禁止空氣浪費，降低捕碳成本

3) 采用煉焦逐步淘汰固體燃料直接燃燒，解決二氧化碳利用

4) 重點關注綜合節能服務租賃模式，解決用戶和供方雙方的后顧之憂