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德国钢铁工业能源利用与环境管理

发布日期:2018-07-26  浏览次数:467

  钢铁工业的飞速发展不仅带动了各项技术的不断进步,也促使钢铁厂的资源利用更加有效、能源管理技术提高以及更好的环境。本文着重回顾德国钢铁工业能源和环境技术的进步,回顾过去50年间在这两方面取得的突破性进展。

  1钢铁工业能源有效利用

  德国钢铁工业主要采用标准的高炉炼铁工艺。因此,铁水是生产大约2500种不同钢的最重要产品,但炼铁需要的能耗高。而炼铁前的高温工艺以及下游工序热加工、转炉冶炼和钢材精轧工艺,需要的能耗少。

  设备技术的结构变化、工艺过程的创新、能源市场的价格和供应波动对钢铁生产过程的能耗和能量载体构成的影响很大。这与能源效率的改善和综合能源管理的进步密切相关,这些进步旨在实现将过程副产物作为能量载体(高炉、焦炉和转炉煤气)或生产工艺蒸汽以及更加有效的回收利用废热。

  2一次能耗、还原剂和能量载体组成的变化

  1960年一2008年德国钢铁工业已成功将一次能源单位消耗量降低40%,达到约18GJ/t铁水,.从技术一经济角度看这是个平衡值。在这一时期,钢铁产量显著增加,这一结果的获得并不简单。在现有设备的情况下,除非以不成比例的高投入为代价;否则不可能实现能耗的进一步降低与能效的进一步提高,只有工艺新才能带来钢铁能源需求的进一步减少。工艺改进如薄板坯连铸连轧的开发与应用减少从钢水到精轧热带钢过程中的工序。采用这一技术,从连铸机出来的凝固热

  铸坯,在输送到多机架精轧机组直接热轧成钢带前,仅需在连续加热炉中稍稍加热,即可使铸坯温度均匀。对特定钢种采用这类新技术,可降低能耗1 2GJ/t钢带。

  3工艺和设备技术创新

  车间和设备改造及创新是保证能效稳定提升不可缺少的条件。钢厂集中在少数几个地点,每个厂家都在提高产能。因此,在过去50年,德国高炉数量减少到15座,约为以前的1/10。这与应用如高炉负压操作、增大炉缸直径、采用精料冶炼、氧气喷吹以及提高热风温度等新工艺和设备技术不无关系。

  4气体副产物能量回收利用的重要性

  利用气体副产物作为能源,有可能满足联合钢铁厂单个工序的所有气体燃料需求。图1显示了一个综合能源管理系统内的相关关系,该系统涵盖了一个生产扁平材的联合钢铁厂内所用原料及能量的转换过程。在炼铁、炼焦及炼钢过程中产生的气体副产物用于热风炉、焦炉、轧钢加热炉以及用于发电等。此外,从工艺设备中回收利用的废热也用于生产蒸汽和烧热水,因此,在一个能源高效的联合钢铁厂,理论上,车间可以在发电及燃气使用上达到近乎完全自给自足的水平。

  5主要节能点

  烧结厂节能。着眼于降低一次能源消耗,在20世纪70年代中期到21世纪头10年,已经在烧结工艺上实现了能源的显著节约。工艺优化的目的是保证进入烧结机内的原材料均匀一致,采用联合布料技术和称重料斗的自动控制,不仅实现了提高烧结矿质量等主要目标,也降低了能源需求。

  通过提高料层高度、优化烧结过程、采用改进的点火条件等措施,实现了能耗的进一步降低,而这些优化措施是通过设计优化、加大点火炉、改进烧嘴布置及增加热处理罩等手段达到的。

  高炉节能。对高炉工艺持续优化,不仅提升了高炉利用系数,也导致单位还原剂消耗量显著减少。在过去50年,德国高炉用还原剂需求量从800kg/t生铁降低到489kg/t生铁,最好的水平约472kg/t生铁,还原剂消耗量几乎接近理论极限值420kg/t铁水的水平。还原剂消耗量的显著降低主要是通过使用进口富矿及提高金属铁块、烧结矿和球团矿的密度和质量而实现。像喷吹氧气和提高热风温度以及在高炉炉顶采用高负压等工艺技术的改进,同样有利于降低还原剂消耗量。高炉高压操作,不仅提高了高炉生产率,也使得利用高炉煤气的余压发电成为可能。

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