摘要:鋼鐵工業是我國國民經濟的重要基礎產業和實現新興工業化的支柱產業，同時也是能源消耗和大氣污染物排放大戶，是我國節能減排工作的重點。調查了我國目前鋼鐵行業能源消耗及污染物排放的實際情況，分析與國際先進水平在技術應用方面的差距，并計算節能潛力，從技術的可行性和節能減排效果的角度，有針對性地提出當前我國鋼鐵行業應優先采取的節能減排具體措施。

關鍵詞:鋼鐵工業,節能減排,技術,應用

1 鋼鐵工業能源結構

據統計，目前我國鋼鐵工業能源結構是: 煤炭 70%、電力26%、石油類3. 5%、天然氣0. 5%。鋼鐵工業所用煤炭的能量中40% 轉化為煤氣( 高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣) ，其能值占鋼鐵工業總能耗的 34% 左右。這說明利用好鋼鐵生產中的副產煤氣，對于冶金企業具有重大意義。

此外，煉鐵系統( 包括燒結、球團、焦化、煉鐵) 的能耗占鋼鐵工業總能耗的78. 87% 左右，生產1 t 鐵約產生CO2 1. 5 t，因此煉鐵工序承擔了鋼鐵工業節能降耗的重任。

2 我國鋼鐵工業能耗問題

2004 年，中國鋼鐵行業的噸鋼綜合能耗為756 kg 標準煤，比國際先進水平多了100 kg。而日本鋼鐵工業噸鋼綜合能耗為648 kg 標準煤，成為世界上噸鋼能耗最低的國家。

2007 年中國主要鋼鐵企業(79 家) 中有部分企業的重要技術經濟指標已達到或超過世界先進水平，但行業間能耗水平相差很大，整體水平仍與國際先進水平有較大差距。

2. 1 鋼鐵企業裝備大型化同發達國家有明顯差距

據中國鋼鐵工業協會統計，2004 年底我國高爐多達1 131座，1 000 m3 及以上高爐只有18 座，產能占總產能的31. 96% ;其余均為1 000 m3 以下的小高爐，產能占總產能的68. 04%。2004 年底我國煉鋼轉爐有 553 座，300 t以上轉爐只有3 座，120 ～ 299 t轉爐51 座，產能分別占總產能的2. 17% ，22. 57% ;120 t 以下的小轉爐多達499 座，其產能占總產能的75. 26%。

近年來裝備大型化有了長足進步，到2007 年 1 000 m3 以上大型煉鐵高爐增加到120 座，100 t 以上煉鋼轉爐增加到140 座。但與裝備總數比仍只占 10% 左右。

在冶金生產裝備大型化方面，我國鋼鐵行業還有較大的差距。

2. 2 二次能源回收利用率低

按鋼鐵制造工藝，高爐煤氣發熱值為2 800 ～ 3 500 kJ /m3 ，噸鐵發生量為1 700 ～ 2 000 m3 ，轉爐煤氣發熱值為7 000 ～ 8 400 kJ /m3 ，噸鋼發生量為80 ～ 120 m3 ，焦爐煤氣發熱值為17 000 ～ 19 500 kJ /m3 ，噸焦發生量為350 ～ 430 m3。根據這一標準，僅按重點大中型鋼鐵企業2007 年生鐵產量為46 944. 63 萬t，粗鋼產量為48 924. 08萬t，焦炭產量為32 894. 33萬t，理論上可分別產生高爐煤氣為4 251 ～ 5 000億m3 ，轉爐煤氣為227 ～ 340 億m3 ，焦爐煤氣為282 ～ 346 億m3 ，而實際煤氣回收量情況并不理想。

目前，全國重點鋼鐵企業平均噸鋼回收煤氣量為 42 m3 ，且尚有部分企業的轉爐煤氣沒有回收。而國外工業發達國家轉爐煤氣噸鋼回收量大于100 m3 ，日本轉爐煤氣噸鋼回收量年平均達110 m3 ，最高的川崎公司煤氣噸鋼回收量曾達到130 ～ 140 m3。

我國轉爐煤氣回收利用不好的主要原因是全國轉爐平均爐容偏小。對于小轉爐來講，煤氣回收設施投資較大，操作管理有一定難度。轉爐除塵或管理沒有過關和回收的轉爐煤氣沒有得到充分利用是我國部分企業轉爐煤氣回收工作不好的主要原因。

2. 3 節能技術、裝備的普及率低、能耗差異大

2006 年底對大中型鋼鐵企業進行統計，高爐安裝爐頂煤氣余壓發電裝置( TRT) 的座數，僅占總數的 31% ;安裝高爐煤氣回收裝置的高爐，占總數的77% ; 安裝轉爐煤氣回收裝置的轉爐，占總數的64% ;安裝轉爐余熱蒸汽回收裝置的轉爐，占總數的68%。

因此，我國鋼鐵行業存在著全行業能耗指標落后于國際先進水平，各企業間能耗水平良莠并存，差異很大。

3 鋼鐵行業污染物排放現狀及減排壓力

我國全部工業行業中，鋼鐵行業排放的廢氣占 17% ，僅次于火力發電業和非金屬礦物制品業，高于化工業和石油加工業。排放的廢水占10. 75% ，排在造紙、化工、火力發電之后、列第四位。二氧化硫排放量占5. 60% ，次于火力發電業和非金屬礦物制品業，與化工行業并列第三。

根據《國家環境保護“十一五”規劃》要求，緊緊圍繞實現“規劃”中“確保到2010 年時全國二氧化硫排放量和化學需氧量比2005 年削減10%。”為實現這一要求，作為排污大戶，鋼鐵行業落實減排工作意義重大。

同時，新的《鋼鐵工業大氣污染物排放標準》即將頒布，征求意見稿中對新建裝備要求排放二氧化硫濃度≤100 mg /m3 ，氮氧化物≤300 mg /m3 ，PCDD( 二惡英)≤0. 5 ng-TEQ /m3。按照我國目前的原燃料生產條件，即使全部采用進口礦生產也不能夠達到上述要求，因此鋼鐵行業需要提高污染物治理措施，以滿足新的環保要求。

2007 年我國燒結礦產量高達5 億t，球團礦產量也近1 億t。同年，我國鋼鐵行業二氧化硫排放量為 75. 64 萬t，比2006 年僅減少了0. 5%。“十一五”頭兩年均未實現“十一五”規劃提出的污染物排放總量減少10% 的約束性減排目標，這將造成鋼鐵行業后三年減排壓力巨大。原國家環保總局已經修訂《鋼鐵工業大氣污染物排放標準》，其中將二氧化硫的排放控制作為重要內容，并要求鋼鐵企業的燒結工序配備煙氣脫硫裝置。

4 節能減排潛力

據統計，2007 年全國82 家鋼鐵企業( 即中國鋼鐵協會會員) 的鋼產量約為4. 9 億t，根據其噸鋼可比能耗，計算得到2007 年鋼鐵行業的能耗約34 300萬t 標準煤。

以寶鋼的噸鋼可比能耗623 kg 標煤的系數計算，全年全行業能耗為30 527 萬t 標準煤。如果全行業達到寶鋼的清潔生產水平，可減少能耗3 773 萬t 標準煤。

2007 年鋼鐵行業SO2 排放量約85. 18 萬t，如果全部燒結機進行脫硫，以90% 的效率計，可以減少其排放量約46 萬t。

5 鋼鐵行業可采用的節能技術

5. 1 減少燃料消耗是煉鐵工序節能的重點

高爐煉鐵的能量來源83% 是來自焦炭和煤粉， 17% 來自熱風，高爐煉鐵節能重心是要努力降低煉鐵的燃料比和努力提高熱風溫度。當前我國煉鐵企業生產中的主要矛盾是原燃料成分不穩定，焦炭質量不好(焦炭質量對大高爐生產的影響比較大)。另外，我國熱風溫度偏低( 比國際先進水平低100 ～ 150 ℃) 是煉鐵技術經濟指標中與國際先進水平差距最大的地方。熱風溫度每提高100 ℃，可使高爐焦比每噸鐵下降35 kg。

以下技術為國際上煉鐵工序普遍使用的節能減排技術:

1) 蓄熱式燃燒技術:對助燃空氣和煤氣先進行加熱，可以達到500 ～ 1 000 ℃，再進行燃燒時其能值可達到工業爐( 窯) 所需要的標準。用蓄熱式燃燒技術之后，高爐煤氣可以在烘烤鐵水包、鋼包、連鑄中間包和軋鋼加熱爐，以及熱處理爐上得到廣泛應用。該技術可帶來三方面經濟效益:a. 高爐煤氣得到合理利用;b. 原來燒重油的加熱爐改燒高爐煤氣后，為企業帶來巨大的經濟效益;c. 煙氣的物理熱充分回收。

2)高爐噴吹煤粉技術:高爐噴吹煤粉是煉鐵系統結構優化的中心環節，是國內外高爐煉鐵技術發展的大趨勢，也是我國鋼鐵工業發展的三大重要技術路線之一。高爐噴吹煤粉意義如下:a. 代替焦炭，減少煉焦過程對環境的污染;b. 緩解我國主焦煤的短缺，優化煉鐵系統用能結構; c. 高爐噴煤可以實現結構節能。

2006 年我國重點鋼鐵企業焦化工序噸鐵能耗為 123. 41 kg 標煤，噴煤的制粉和噴吹所需的噸鐵能耗在 20 ～ 35 kg 標煤。高爐每噴吹1 t 煤粉，就可以產生煉鐵系統用能結構噸鐵節約100 kg 標煤的效果。

5. 2 加強對二次能源的回收

1) 高爐煤氣余壓發電( TRT) 技術:由于煉鐵系統能耗一般要占企業總能耗的70% 左右，因此鋼鐵聯合企業是該技術的主要應用對象。從技術上講，爐頂壓力大于120 kPa 的高爐均應當安裝TRT 裝置。 1989 年酒鋼的TRT 裝置通過了由冶金部和機械部共同組織的聯合鑒定，成為國內第一套TRT 應用裝置，迄今為止，國內現有TRT 達220 余臺套。

2) 高爐煤氣聯合循環發電( CCPP) 技術:在不外供熱時熱電轉換效率可達40% ～ 45% ，已接近以天然氣和柴油為燃料的類似燃氣輪機聯合循環發電水平;比常規鍋爐蒸汽轉換效率高出近一倍。相同的煤氣量，CCPP 又比常規鍋爐蒸汽多發70% ～ 90% 的電。且此發電技術CO2 排放比常規火力電廠減少 45% ～ 50% ，無SO2、飛灰及灰渣排放，NOx 排放又低，回收了鋼鐵生產中的二次能源，且為同容量常規燃煤電廠用水量的1 /3 左右。

3) 干熄焦CDQ 技術:日本鋼鐵企業曾經對鋼鐵冶煉各個節能環節效果進行分析，結果干熄焦節能占總節能的50% ，其節能效果非常顯著，同時減少環境污染。就規模為年產100 萬t 焦炭焦化廠而言，采用干熄焦每年減少8 萬～ 10 萬t 動力煤燃燒對大氣的污染。除此之外，干熄焦還改善了焦炭質量，與濕熄焦相比，焦炭M40 提高3% ～ 8% ，M10 改善0. 3% ～ 0. 8%。國際上公認，大型高爐采用干熄焦焦炭可使其焦比降低2% ，使高爐生產能力提高1%。

我國是產焦大國，焦爐多，且爐組生產能力不一，干熄焦裝置應同爐組生產能力匹配，才能充分發揮資源和技術優勢。起初我國引進的干熄焦裝置以 70 t / h和75 t / h 兩種規模為主，不能合理地與爐組生產能力匹配，且采用備用干熄焦方式，從而增加了不必要的建設投資，影響干熄焦經濟效益。以年產焦量 100 萬t 焦化廠為例，配置2 × 75 t / h 一組干熄焦裝置，以濕熄焦備用，其處理能力富余20% ;對年產焦量70 萬～ 80 萬t 焦化廠，仍配置2 × 75 t / h 一組干熄焦，處理能力富余高達50% ，顯然不合理，以干熄焦備用，能力富余更多，更不合理。因此，我國干熄焦裝置必須根據生產能力形成系列，向大型化發展，開發 100 t / h 以上處理能力的干熄焦成為趨勢。

針對以上所述情況，近幾年來，在國家冶金技術發展政策引導下，干熄焦作為重點節能推廣項目已經得到冶金企業積極響應，繼武鋼140 t / h 干熄焦項目之后，馬鋼( 125 t / h)、漣鋼( 100 t / h)、本鋼( 121 t / h)、包鋼(125 t / h) 等十幾家企業曾計劃在“十五”期間建設100 t / h 以上規模干熄焦裝置。從這些在建和擬建項目中可以看出，大型化、高效化、國產化是干熄焦發展的必然趨勢。

4) 轉爐負能煉鋼技術:轉爐冶煉過程中，當煤氣中CO 含量大于30%、氧氣含量小于2% 時可以進行煤氣回收，轉爐煤氣噸鋼回收大于100 m3、蒸汽大于 60 kg / t，并使回收的物質得到充分利用，就可以實現轉爐負能煉鋼。

6 鋼鐵行業可采用的減排技術

6. 1 燒結煙氣脫硫技術

目前，我國燒結脫硫的阻力較大，尚缺乏成熟的技術，巨大的投資和高昂的運行費用，以及脫硫建設場地和脫硫副產物的利用問題，造成大多數企業對燒結脫硫持觀望態度，但有少數企業取得燒結脫硫技術的良好運行經驗:

寶鋼:國內目前運行較好的燒結脫硫案例，2006 年5 月啟動了燒結煙氣脫硫技術研發項目。僅用5 個月的時間，自行設計和制造出一套功能完善的燒結煙氣脫硫工業試驗系統，可處理煙氣9 萬m3 / h。與國際相關技術比較，寶鋼燒結煙氣脫硫技術不僅投資、制造、運行和維護成本低，而且在設備、工藝、副產資源利用等技術上具有局部優勢。

廣西柳州鋼鐵( 集團) 公司: 其二燒車間2 臺83 m2 燒結機實施煙氣氨法脫硫工程，2 臺燒結機煙氣量為65 萬m3 / h，采用“兩機合一塔”的脫硫方案。該技術采用柳鋼與武漢都市環保工程技術股份有限公司自主開發的“氨－ 硫銨深度脫硫工藝”( 發明專利) 和“雙循環三段式脫硫塔”( 發明專利) ，配套“新型真空蒸發結晶”系統。自2008 年6 月投產至今，系統連續穩定運行，取得很好的環保效果。目前，國內諸多企業分別采用不同技術，開始對燒結煙氣進行脫硫，預計到“十一五”末，這些技術穩定運行以后，將會極大地推動我國鋼鐵行業燒結煙氣脫硫的進程。我國已將燒結煙氣脫硫列為2020 年鋼鐵行業科技發展指南中的重點開發課題。大力發展燒結煙氣脫硫工藝，已成為必然趨勢。

6. 2 “三干三利用”

“三干”與“三利用”( 分別指干熄焦、高爐煤氣干式除塵、轉爐煤氣干式除塵;水的綜合利用、副產煤氣二次能源利用及高爐渣、轉爐渣等固體廢物綜合利用) 技術，可以減少二氧化碳、粉塵、污水對環境的污染。“三干”處理后的煤氣在TRT、CCPP 工藝中可以回收更多的電能，減少發電用煤量，提高企業用電自給率。因此“三干三利用”被認為是我國鋼鐵工業節能環保的發展方向。

1)高爐煤氣干式除塵技術:干式除塵即布袋除塵，該技術具有使TRT 發電能力提高36% ;投資僅為濕法投資的70% ;占地面積不到濕法的50%。自萊鋼開發了高爐煤氣采用干法布袋除塵的關鍵技術 “高爐煤氣快速升降溫”技術，解決了由于煤氣溫度突然升高而燒毀布袋的問題后，萊鋼4 臺750 m3 高爐煤氣凈化采用全干法布袋除塵，并運行良好。

2) 轉爐煤氣干式除塵技術:該技術具有節水、節電、除塵效率高的優點。同時可以提高能源利用率，煤氣回收量約為100 mg /m3 ，煉鋼噸鋼工序能耗可達－ 10 kg標準煤，實現負能煉鋼。

自1994 年上海寶鋼第一次全套引進國外轉爐煤氣干法除塵系統起，我國就開始了對該技術的全面研究工作，并已將其列為“十五”計劃中重點開發推廣技術項目。寶鋼引進的兩套250 t 轉爐煤氣干法除塵系統于1997 年投運。包鋼煉鋼廠于2005 年為100 t 轉爐移地改造建成了兩套100 t 轉爐煤氣干法除塵系統，于2005 年底兩套全部順利投運。

萊鋼鐵公司建成了三套120 t 轉爐煤氣干法除塵系統投運三年多以來，系統運行穩定，并通過環保驗收。生產實踐表明:三套干法除塵系統凈化后的煙氣含塵量平均在6. 6 mg /m3 ;噸鋼用水量約0. 05 m3 ，為濕式系統的1 /5 左右，整個系統污水零排放;噸鋼耗電量為3. 05( kW·h) ，較濕式系統噸鋼節電3. 72 ( kW · h ) ; 噸鋼可回收熱值8360 kJ /m3、煤氣 91. 4 m3。

6. 3 料場防風抑塵網

原料場承擔著鋼鐵企業95% 的原、燃料的貯存、加工及運送任務，易產生揚塵。在料場周圍建設防風抑塵網，通過減弱風力達到抑塵作用。據測算，風通過防風抑塵網后平均流速將會下降50% 左右，抑制及阻擋粉塵80% 以上。目前先進的大型鋼鐵企業均開始使用防風抑塵網作為料場的抑塵措施。

7 結語

1) 煉鐵工序節能是我國鋼鐵行業節能工作的重點。煉鐵工序占鋼鐵工業總能耗的70% ，因此，該工序應作為節能工作的重點開展技術改造工作。目前，針對煉鐵工序較成熟有效的節能技術為:蓄熱式燃燒技術、高爐噴吹煤粉技術、高爐煤氣余壓發電( TRT) 技術、高爐煤氣聯合循環發電(CCPP) 技術。同時，干熄焦CDQ 技術、轉爐負能煉鋼技術等也可有效的降低行業能耗。

根據評估經驗及調查，以上技術不但適用于新建企業，已建企業也可根據自身運行情況，進行節能技術的改造。在全行業大力推行以上技術，方可完成鋼鐵行業的節能任務。

2) 燒結機脫硫是鋼鐵行業減排的重要手段。燒結機脫硫在我國剛剛開始實施，雖然一些鋼鐵企業在應用中出現一些問題，但寶鋼已取得成功運行的經驗，并且可保持95% 的脫硫效率。同時，燒結機脫硫工藝還具有50% 的除塵效果。

對于鋼鐵行業污染物排放量最大的工序－ 燒結機工序進行脫硫，是減少全行業污染物排放的最為重要的手段。國家、地方和企業都應廣泛實行該技術，大力推進該技術在我國的應用。

綜上，鋼鐵行業生產發展已經進入成熟期，在目前傳統的長流程生產工藝中，上述節能減排技術在國際和國內均得到廣泛的應用，在鋼鐵項目技術評估工作中，應特別重點關注這些節能減排技術的應用，可促進我國鋼鐵行業清潔生產水平的提高和節能減排工作的落實。

參考文獻

［1 ］ 單尚華，李春風. 加快實施燒結煙氣脫硫促進區域環境改善［J］. 冶金經濟與管理，2006，12(4) :8-12.

［2 ］ 胡國生，唐涌. 攀鋼燒結煙氣脫硫技術要求研究［J］. 冶金能源，2002，21(4) :49-52.

［3 ］ 殷瑞鈺. 綠色制造與鋼鐵工業［J］. 鋼鐵，2000，35(6) :60-65.

［4 ］ 張春霞，齊淵洪，劉廣林. 鋼鐵制造流程中環境污染負荷影響的分析評價［J］. 北京科技大學學報，2002，20(4) :1-4.

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