李小剛   姚鴻波

(寶武集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司)

摘  要  發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是鋼鐵企業(yè)走可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展的一種生產(chǎn)模式。韶鋼煉鐵工序通過(guò)應(yīng)用煤氣干法除塵、余壓發(fā)電、煤氣鍋爐、汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組、生產(chǎn)高爐礦渣微粉等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了資源的回收和循環(huán)利用。

關(guān)鍵詞  煉鐵工序  資源回收  循環(huán)經(jīng)濟(jì)

發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是我國(guó)走可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展的重要手段。傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)是一種由“資源-產(chǎn)品-污染排放”單項(xiàng)流動(dòng)的線性經(jīng)濟(jì)，其特征是高開(kāi)采、低排放。而循環(huán)經(jīng)濟(jì)與傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)相比,不同之處在于:循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求把經(jīng)濟(jì)活動(dòng)組織成一個(gè)“資源-產(chǎn)品再生資源”的反饋式流程，其特征是低開(kāi)采、高利用、低排放。循環(huán)經(jīng)濟(jì)的三大原則是減量化、再利用、資源化，即3R原則。減量化原則是針對(duì)輸入端，旨在減少進(jìn)入生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程中物質(zhì)和能源流量；再利用原則屬于過(guò)程性方法，目的是延長(zhǎng)產(chǎn)品和服務(wù)的時(shí)間強(qiáng)度，盡可能多次或多種方式地使用物品，避免物品過(guò)早地成為垃圾；資源化原則是輸端方法，能把廢棄物再次變成資源，以減少最終處理量。

鋼鐵聯(lián)合企業(yè)是資源密集型與能源密集型的企業(yè)，因此鋼鐵聯(lián)合企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)不僅是貫徹落實(shí)國(guó)家科學(xué)發(fā)展觀，走可持續(xù)發(fā)展道路的要求，也是企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段之一。寶武集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司(以下簡(jiǎn)稱“韶鋼”)是典型的長(zhǎng)流程鋼鐵聯(lián)合企業(yè)(有:焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼和軋鋼等工序)，多年來(lái)不斷發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，在生產(chǎn)鋼鐵產(chǎn)品的同時(shí)，回收了大量的能源和實(shí)現(xiàn)過(guò)程廢棄物資源化，取得了較好的效果。

下面將以煉鐵工序?yàn)槔榻B實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的做法。

1  煉鐵工序的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式

韶鋼目前有3座高爐，總爐容達(dá)6850m3。高爐煉鐵是用還原劑(焦炭、煤等)在高溫下將鐵礦石或含鐵原料還原成液態(tài)生鐵的過(guò)程。進(jìn)入高爐的物質(zhì)有:原料(鐵礦石、燒結(jié)礦和球團(tuán))、燃料(焦炭和煤)和空氣等，生產(chǎn)過(guò)程中還需要消耗電力；從高爐出來(lái)的物質(zhì)有:生鐵、爐渣和煤氣等，其中生鐵是高爐的主要產(chǎn)品，爐渣和煤氣則是副產(chǎn)品。如何回收和利用好爐渣和煤氣是煉鐵工序?qū)崿F(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵。韶鋼通過(guò)應(yīng)用煤氣干法除塵、余壓發(fā)電、煤氣鍋爐汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組、生產(chǎn)高爐礦渣粉等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了資源的回收和循環(huán)利用，具體循環(huán)流程見(jiàn)圖1。

1.1  采用干法除塵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用水和用電減量化 

高爐冶煉過(guò)程中，從爐頂排出大量煤氣，這些煤氣含有大量的粉塵，如果直接使用，會(huì)堵塞管道。因此高爐煤氣必須除塵后才能作為燃料使用高爐煤氣除塵設(shè)備分為濕法除塵和干粉除塵兩種，過(guò)去由于濕法除塵比干法除塵技術(shù)成熟，因此在大型高爐均應(yīng)用濕法除塵技術(shù)。而干法除塵與濕法除塵相比，具有阻力損失小、凈煤氣溫度高且不消耗水等優(yōu)點(diǎn)，在中、小型高爐上獲普遍應(yīng)用。韶鋼考慮到干法除塵的諸多優(yōu)勢(shì)并結(jié)合多年來(lái)在中、小型高爐上應(yīng)用干法除塵的經(jīng)驗(yàn)，決定在新建設(shè)的2000m3級(jí)大型高爐上應(yīng)用干法除塵技術(shù)。當(dāng)時(shí)，韶鋼是國(guó)內(nèi)同體積大型高爐上首次采用全干法布袋除塵工藝(沒(méi)有濕法備用)的企業(yè)，對(duì)國(guó)內(nèi)大型高爐建設(shè)全干法布袋除塵凈化高爐煤氣產(chǎn)生了積極的推動(dòng)作用，隨后韶鋼在另一座大型高爐上也應(yīng)用了干法除塵設(shè)備。

干法除塵與濕法除塵相比，最明顯的優(yōu)點(diǎn)是大大減少了用水量和用電量。以1座2600m3高爐為例，對(duì)干法除塵和濕法除塵的用水用電量進(jìn)行比較:干法除塵用新水量<1萬(wàn)m3/a，濕法除塵用新水量約122萬(wàn)m3/a;干法除塵用電量約為50萬(wàn)kWh/a，濕法除塵用電量約為1463萬(wàn)kWh/a。

1.2  采用高爐煤氣余壓發(fā)電(TRT)，充分回收利用高爐煤氣余壓

在高爐生產(chǎn)過(guò)程中，提高高爐爐內(nèi)壓力，可以促進(jìn)高爐順行，降低單位產(chǎn)品的燃料消耗，因此大型高爐均采用此技術(shù)。高壓狀態(tài)下的高爐煤氣除具有化學(xué)能外，還因其溫度、壓力而具有一定的物理能。按照相關(guān)資料介紹，我國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)的噸鐵壓力能約為0.195-0.2GJ(0.15MPa)，因此利用高爐煤氣的壓力推動(dòng)膨脹透平發(fā)電是一項(xiàng)重要的節(jié)能技術(shù)，這一技術(shù)的英文名稱為T(mén)op-pressur recoery tur- bine，簡(jiǎn)稱TRT。

TRT裝置可利用高爐爐頂煤氣的余壓余熱，把煤氣導(dǎo)入透平膨脹機(jī)，使壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電將煤氣中的壓力能回收。韶鋼在3座高爐上均采用了TRT裝置，由于3座高爐均采用的是干法除塵，故可以充分利用煤氣溫度較高(達(dá)到100-250℃)和煤氣壓力損失較小的優(yōu)勢(shì)多發(fā)電。3臺(tái)TRT機(jī)組每年可發(fā)電約2.5億kWh,減少外購(gòu)電成本約1.2億元。

1.3  應(yīng)用純?nèi)济簹忮仩t，回收利用高爐煤氣

高爐在生產(chǎn)生鐵的同時(shí)，伴隨著副產(chǎn)大量的高爐煤氣，高爐煤氣是一種低熱值的可燃?xì)怏w，通常條件下除高爐熱風(fēng)爐自身使用外，還有大量富余。若沒(méi)有合適的用戶，富余的高爐煤氣將直接排放到大氣中，既污染了周?chē)髿猸h(huán)境，又使大量可利用的煤氣白白浪費(fèi)。為了充分利用好富余的高爐煤氣，韶鋼在建設(shè)大型高爐的同時(shí)，同步建設(shè)了純?nèi)济簹?主要是高爐煤氣，可摻燒焦?fàn)t煤氣)鍋爐，將高爐煤氣通過(guò)煤氣燃燒器送入鍋爐爐膛，與空氣混合后在爐膛燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔馀c布置在爐內(nèi)的換熱器換熱，換熱器內(nèi)的水最終被加熱至過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽再用于汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組進(jìn)行鼓風(fēng)，供高爐使用；另外多余的過(guò)熱蒸汽還可供汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，供高爐和內(nèi)部電網(wǎng)使用。

韶鋼目前共有6座純?nèi)济簹忮仩t，其中4座220 t/h、1座140 t/h和1座120 t/h，每年可回收利用高爐煤氣約47億m3，價(jià)值約4.5億元。

1.4  采用汽動(dòng)鼓風(fēng)方式，提高能源利用效率

高爐鼓風(fēng)機(jī)是保證高爐生產(chǎn)、順行的核心動(dòng)力設(shè)備，目前驅(qū)動(dòng)高爐鼓風(fēng)機(jī)的方式有電動(dòng)機(jī)和汽輪機(jī)兩種。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式是由熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式是先由熱能轉(zhuǎn)化為電能然后再由電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，由于汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)方式少了一個(gè)能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，因此要比電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式能源利用效率有所提高。韶鋼汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)是以純?nèi)細(xì)忮仩t產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽為原動(dòng)力，帶動(dòng)汽輪機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，汽輪機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)形成鼓風(fēng)能量，將空氣以一定的壓力和流量輸送到高爐用于煉鐵生產(chǎn)。汽輪機(jī)排出做功后的蒸汽在凝汽器內(nèi)被循環(huán)冷卻水冷卻為冷凝水，再由冷凝泵返回鍋爐。驅(qū)動(dòng)汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)的蒸汽是用高爐煤氣生產(chǎn)的，因此這一環(huán)節(jié)也實(shí)現(xiàn)了“再利用"。目前韶鋼7號(hào)和8號(hào)兩座大高爐均采用汽動(dòng)鼓風(fēng)的方式，共有三套汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組，兩套運(yùn)行，一套備用。

1.5  高爐爐渣加工為礦渣微粉，實(shí)現(xiàn)廢棄物資源化

高爐冶煉時(shí),當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到1 400 ~1 500 ℃時(shí),物料熔化變成液相,在液相中浮在鐵水上的熔渣，通過(guò)鐵口經(jīng)主鐵溝撇渣器分離或渣口排出，然后用水淬將高溫液態(tài)爐渣擊碎，變成為松散的水渣。高爐爐渣是由脈石、灰分、熔劑和其他不能進(jìn)入生鐵中的雜質(zhì)組成。過(guò)去高爐爐渣主要賣(mài)給立窯水泥廠，作水泥混合材生產(chǎn)礦渣水泥，由于采用傳統(tǒng)的加工工藝生產(chǎn)時(shí)，高爐爐渣與硅酸鹽水泥熟料在一起粉磨，物料易磨性相差很大，難以達(dá)到高質(zhì)量水泥生產(chǎn)的要求，造成韶鋼高爐爐渣銷售困難，嚴(yán)重時(shí)還影響高爐的正常生產(chǎn)。

為了充分利用好高爐爐渣，提高爐渣的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的資源化，韶鋼通過(guò)合資的方式，建設(shè)了礦渣微粉生產(chǎn)線。在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)立磨工藝技術(shù)基礎(chǔ)上，針對(duì)引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和國(guó)內(nèi)配套熱風(fēng)爐系統(tǒng)等存在的問(wèn)題，開(kāi)展了一系列攻關(guān)研究，解決了生產(chǎn)運(yùn)行和設(shè)備控制比較困難、系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大等問(wèn)題，收到了顯著的效果。

目前高爐礦渣微粉已廣泛推廣應(yīng)用，成為新型建筑材料，應(yīng)用于大壩工程、水下工程、道路工程、海岸防腐蝕工程、大型建筑工程等。高爐礦渣微粉具有廣闊的市場(chǎng)前景。

目前韶鋼與合資公司共同建設(shè)了3條年產(chǎn)60萬(wàn)t的礦渣微粉生產(chǎn)線，每年可處理約180萬(wàn)t高爐渣。該生產(chǎn)線裝備國(guó)產(chǎn)化率高，單機(jī)產(chǎn)量、綜合能耗、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率、質(zhì)量等技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)內(nèi)外較高水平。

2  結(jié)語(yǔ)

發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)要遵循減量化、再利用、資源化三原則，這既適合鋼鐵聯(lián)合企業(yè)節(jié)約資源、減少環(huán)境污染的需要，也是把企業(yè)“三廢”資源化的需要。韶鋼煉鐵工序僅是韶鋼在循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一個(gè)小循環(huán)，在企業(yè)層面還有更大的循環(huán)。韶鋼不斷推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，能源消耗逐年下降，環(huán)境得到極大改善，正步入環(huán)境友好、良性循環(huán)的綠色發(fā)展道路。