認清鋼鐵污染來源

　　鋼鐵工業(yè)的空氣污染物主要來自于生產(chǎn)過程，包括氣態(tài)物質(zhì)(如硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳和一氧化碳等)、煙灰和煙塵顆粒、重金屬、有機污染物等。

　　鋼鐵工業(yè)的廢水污染物主要包括固體懸浮物、重金屬、油脂。廢水中的固體懸浮物包括鐵氧化物、煤、生物渣、金屬碳氧化物和其他固體廢棄物。

　　煉鋼時排放的固體廢料是煤的衍生物，主要來自焦炭生產(chǎn)的副產(chǎn)品，如焦炭粉塵、渣、石灰石等。

　　現(xiàn)有技術(shù)的升級利用

　　1、余壓余熱回收利用技術(shù)

　　鋼鐵生產(chǎn)過程中過剩的可燃燒氣體可以用來發(fā)電，常見的有以下幾種。

　?。?）高爐煤氣余壓透平發(fā)電技術(shù)(TRT)。TRT技術(shù)利用高爐的余熱和余壓來發(fā)電，采用TRT技術(shù)每噸鐵可發(fā)電40千瓦時～60千瓦時。

　?。?）有機朗肯循環(huán)(ORC)和卡林那循環(huán)。產(chǎn)生于煉鋼和二次冶煉的低品質(zhì)余熱可以用ORC和卡林那循環(huán)發(fā)電。ORC和卡林那循環(huán)的發(fā)電效率分別為8.1%和12.8%，兩種技術(shù)都被認為是商業(yè)技術(shù)，可用于全球地熱和余熱發(fā)電。

　?。?）熱光伏回收方法(ThermophotovoltaicHeatRecovery，TPV)。煉鋼過程產(chǎn)生的熱輻射可以通過熱光伏方法(TPV)回收，由光電二極管電池吸收熱輻射來發(fā)電。高爐渣和板坯適用于TPV方法，可以回收約4%的總能量。

　?。?）干熄焦工藝。熄焦氣體中的熱能可通過回收蒸汽用于發(fā)電來實現(xiàn)再利用。采用干式熄焦裝置每噸焦炭可以回收400千克～500千克高壓、高溫蒸汽，相當于每噸焦炭發(fā)電220千瓦時～330千瓦時。采用干熄焦技術(shù)，約35%的焦爐總投入能量可以再次利用，不僅節(jié)省能源，還減少了二氧化碳的排放量。

　　2、能源技術(shù)有效利用

　　鋼鐵生產(chǎn)過程中常見的能源技術(shù)的有效利用，主要有以下幾種。

　　（1）焦爐煤氣生產(chǎn)甲醇。焦爐煤氣約含25vol%的甲烷和60vol%的氫氣，采用該技術(shù)可減少鋼廠甲烷和二氧化碳的排放量。據(jù)報道，采用焦爐煤氣甲烷生產(chǎn)甲醇的生產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率為56.2%~67.2%。

　?。?）燃料轉(zhuǎn)換。由于焦炭在使用中向環(huán)境排放大量的二氧化碳，科技人員努力尋找各種替代材料，其中一個就是生物材料，如木炭、甲烷、氫氣、乙醇和甲醇等。通過將生物材料轉(zhuǎn)換成合成天然氣(SNG)或生物氣體，改進生物材料的熱值后入爐，能明顯減少二氧化碳的排放量。

　?。?）直接還原鐵生產(chǎn)工藝。直接還原鐵廠可以作為高爐生產(chǎn)工藝的補充。與高爐—堿性氧氣爐工藝相比，以天然氣為基礎的直接還原鐵—堿性電弧爐煉鋼工藝可以減少約40%的二氧化碳排放量。

　?。?）冷床余熱生產(chǎn)熱水?？梢曰厥绽浯驳膶α鳠岷洼椛錈嵘a(chǎn)熱水，熱水可以用作熱自來水、鋼廠取暖，或者銷往生活區(qū)和熱力公司。對流熱可以通過熱交換器來回收，輻射熱通過收集器回收。

　?。?）熱能儲存。通過熱能儲存，熱能可以通過火車、汽車和船來運輸，正在開發(fā)的熱能儲存技術(shù)有：一是吸收技術(shù)，熱能儲存在對熱能敏感的液體或固體介質(zhì)中，儲存能力為180千瓦時/噸～400千瓦時/噸。二是潛熱儲存，該方法是通過相變材料的相變(例如從固體到液體)將熱能儲存在材料中，儲存潛力為80千瓦時/噸～160千瓦時/噸。三是作為化學能儲存或采用可逆化學反應，儲能為30千瓦時/噸~1000千瓦時/噸。

　?。?）堿性氧氣爐余熱和氣體回收。堿性氧氣爐煉鋼工藝要求鋼中的碳、一氧化碳和二氧化碳相互發(fā)生反應并生成轉(zhuǎn)換氣體。通過將堿性氧氣爐氣體燃燒于管道中，在利用熱鍋爐回收熱量，或?qū)A性氧氣爐的氣體經(jīng)過凈化、冷卻并儲存于氣缸中以備將來使用。

　?。?）廢料預熱。盡管采用電弧爐生產(chǎn)鋼提供了比高爐工藝更大的靈活性，但在電弧爐中，所用能源的20%用來熔化廢料，預熱廢料技術(shù)幫助減少電弧爐工藝的能源消耗，其原理是利用余熱加熱入爐廢料。

　?。?）燒結(jié)廠廢氣熱回收。有兩個途徑可以從燒結(jié)工藝中回收能源：一是燒結(jié)床排放的氣體可以作為燃燒氣體返回以減少能耗，二是采用燒結(jié)礦冷卻系統(tǒng)。在燒結(jié)床端可以回收熱燒結(jié)礦中的熱量，熱空氣可以用于生產(chǎn)蒸汽。

　?。?）最佳燒結(jié)—球團比例。高爐的鐵礦石主要是燒結(jié)礦和球團礦兩種，球團礦生產(chǎn)產(chǎn)生的二氧化碳比燒結(jié)礦生產(chǎn)多，因此，可以調(diào)整每座高爐燒結(jié)礦和球團礦的比例為1：1，以減少二氧化碳排放，節(jié)約能源。

　　（10）氧燃料燃燒器。電弧爐煉鋼工藝造成電極之間的高強電能通道，產(chǎn)生電弧熔化廢鋼，氧燃料燃燒器通過采用燃料取代電能來降低電耗并提高熱傳導。

　　（11）粉煤噴吹。焦炭成本比煤成本高得多，粉煤噴吹是向高爐噴吹粉煤降低焦比來節(jié)省成本。

　　（12）熱風爐熱氣回收。廢棄熱回收系統(tǒng)幫助提高熱風爐的效率，來自熱風爐的熱量部分由外部熱交換器回收，回收的熱量用于預熱高爐煤氣和燃燒空氣，因而可以減少，甚至避免煤氣消耗。

　　立足于碳減排的新技術(shù)

　　目前國際鋼鐵行業(yè)的創(chuàng)新技術(shù)通常應用于超大型項目，需要較高的投資成本，這些技術(shù)主要是基于能源節(jié)約和減少二氧化碳排放的目的而上馬的。

　　1、氫還原工藝。若用氫還原鐵礦石，則生產(chǎn)水和煤氣，二氧化碳排放量減少，且氫分子更容易進入鐵礦石，實現(xiàn)鐵礦石的快速還原。

　　2、Corex。該工藝有利于從鋼水中脫碳，凈化和冷卻頂部空氣，回收部分煤氣，在鐵礦石還原成海綿鐵后，出售剩余煤氣。

　　3、Finex。該工藝中的鐵礦石粉裝入流化床反應裝置加熱并還原，下游獲得直接還原鐵，還原氣體來自熔融氣化爐。

　　4、直接板材廠。直接板材廠使鑄造和軋制工藝實現(xiàn)一體化生產(chǎn)，不需要中間檢查或鋼坯處理，避免了板坯運輸時的熱能損失。

　　5、碳捕捉和儲存。該工藝通過3個主要技術(shù)來分離二氧化碳氣體：燃燒后捕捉，預燃燒捕捉和氧燃料燃燒。燃燒后捕捉是在燃燒后分離二氧化碳，主要來自排放氣體，借助吸收液體來捕捉二氧化碳，燃氣氣體被運送到儲存地。預燃燒捕捉分離二氧化碳是在燃燒之前，燃料氣體形成共生氣體，進一步轉(zhuǎn)換成氫氣和二氧化碳，利用水煤氣反應，然后二氧化碳通過吸收液體從氣流中分離出來，運輸并儲存起來。氧燃料燃燒采用純氧替代空氣燃燒，確保煙道氣體中主要是二氧化碳，可以直接運輸和儲存。

　　6、ULCOREO、Midrex和HYL。這3種技術(shù)都是從球團礦中生產(chǎn)直接還原鐵，在豎爐中采用煤氣直接還原，其還原煤氣可以是天然氣或焦爐煤氣，也可以采用煤氣化或生物燃料的方式。

　　7、高爐爐頂煤氣循環(huán)。該技術(shù)幫助去除高爐爐頂氣體中的二氧化碳并利用、回收有效氣體(如一氧化碳和氫氣)，進而向高爐噴吹一氧化碳和氫氣以降低焦比。該系統(tǒng)用純氧取代熱風以除去二氧化碳。

　　8、HIsarana(新的熔融還原工藝)。該工藝基于熔池冶煉，該技術(shù)結(jié)合了煤預熱和反應裝置里的部分熱解，利用相當少的煤來減少二氧化碳排放。而且，允許采用部分生物燃料代替煤，也可采用天然氣甚至氫氣，靈活性強。

　　9、電解鐵礦石(ULCOWIN)。該技術(shù)采用堿電解從鐵礦石中生產(chǎn)直接還原鐵，在陰極還原鐵，陽極提供電子，但該工藝仍需進一步研究。

　　環(huán)保技術(shù)與管理相結(jié)合

　　為減少溫室氣體排放和能耗，鋼鐵行業(yè)可采取工業(yè)協(xié)作模式，并引入環(huán)境管理系統(tǒng)，使整個環(huán)境管理系統(tǒng)與所有工序、項目相接。

　　另外，還需要進行風險過濾，解決那些在立法、職業(yè)健康、安全和技術(shù)等方面不合理的問題。各項治理工作經(jīng)過處理和排序，其處理需考慮技術(shù)開發(fā)、投資成本和預計二氧化碳減排量。最終，要確定每一項治理工作的凈現(xiàn)值，并將治理每噸二氧化碳所需的資金數(shù)額計算出來。要將治理成本邊際曲線形成公式，治理成本邊際曲線可以確定當特定能源節(jié)省多少時，治理工作才具有經(jīng)濟性，同時還可以幫助確認資源、能源用量的“轉(zhuǎn)換點”。每一個治理工作還可以編制為程序進入項目計劃，確定執(zhí)行這一工作需要的時間，并創(chuàng)造一個減排目標路線。以上方法可使鋼鐵行業(yè)的環(huán)保治理具備可購買性，治理活動變得更加便捷。