德國煉鋼節(jié)能新技術(shù)

來源：中國節(jié)能網(wǎng)
一、以原生能源為主的新廢鋼煉鋼法
以原生能源為主的廢鋼煉鋼法是一種有望取代電爐煉鋼的方法，此法可以大幅度減少二氧化碳的排放量，降低能源成本。目前在經(jīng)過充分的試驗后，獲得成功，SMSDemag公司擬將此煉鋼法用于工業(yè)生產(chǎn)。
由于平爐煉鋼基本被淘汰，電爐煉鋼成為德國最主要廢鋼煉鋼法，2006年電爐鋼已占世界鋼產(chǎn)量40%左右。在過去的數(shù)十年里，為了提高生產(chǎn)能力，除了電能以外，越來越多的化石能源用于電爐煉鋼。然而，在電爐中廢鋼未完全熔化的短期內(nèi)，原生能源的有效利用時間范圍是有限的。在此時期內(nèi)，不僅能源輸入的密度提高，出鋼時間縮短，而且能量通過對廢鋼的表面?zhèn)鳠岬靡杂行Ю谩?br /> 這一事實引出的問題是如何將廢鋼煉鋼輸入的能源（指用于生產(chǎn)鏈的總能量）利用于電爐煉鋼。
1.原生能源熔煉爐概念
在擬流反應器中，加熱和熔化階段有效的利用原生能源是可能的。在反應器的頂部連續(xù)加入廢鋼，通過石化燃料和氧氣的燃燒熔化為鋼水，并達到液相線以上的出鋼溫度。在單獨的容器內(nèi)，僅靠電來熔化固態(tài)材料并達到足夠的過熱實際上是不可能的。總而言之，傳統(tǒng)電爐的熔化和加熱的時間是分開的，而利用原生能源的熔煉過程，這些階段也是分開的。逆流反應器按照上述條件設計的熔煉爐。過熱熔煉爐類似于電弧爐。這一概念的指標如下：
· 熔煉電耗小于530kWh/t；
· 鋼的收得率大于90%；
· 熔煉爐的出鋼口與過熱爐的傾轉(zhuǎn)軸成直線排列。
2.技術(shù)參數(shù)比較
(1)單位能耗比較
1kWh的化石能產(chǎn)生1kWh的電能，德國發(fā)電廠的平均效率為36%。在鋼水溫度為1600℃冶煉低合金鋼的能耗為368kWh/t鋼。盡管發(fā)電廠的效率可以進一步提高，但對原生能源冶煉法的效益影響不大，所以經(jīng)濟上仍頗具吸引力。此外更重要的是，采用原生能源煉鋼法單位的CO2排放量約為30%，大幅度低于傳統(tǒng)生產(chǎn)線。
(2)生產(chǎn)成本比較
在電價為0.0447歐元/kWh時，熔化廢鋼并達到過熱的費用約為47歐元/t鋼。在相同的能源成本下，電爐的生產(chǎn)成本接近40歐元/t鋼。在原生能源的成本為0.028歐元/kWh的條件下，在相同的能力下，原生能源煉鋼法的生產(chǎn)成本可為32.50歐元/t鋼，這還沒有考慮減少總能耗的二氧化碳的排放量。
最新的研究結(jié)果表明，以原生能源為主要原料的新式廢鋼煉鋼工藝有望取代電爐煉鋼法，并可大幅度減少二氧化碳的排放量以及節(jié)約能源的成本。

二、高效又環(huán)保的電爐煉鋼工藝
巴登鋼鐵公司(BadischeStahlwerke，以下簡稱為BSW公司)位于德國西南黑林地區(qū)。由于該地區(qū)不是傳統(tǒng)煉鋼區(qū)或工業(yè)區(qū)，當?shù)毓姾凸芾懋斁謱Νh(huán)保非常敏感和關(guān)注。為應對當?shù)毓姾驼囊?，BSW公司早在20世紀90年代就開始采取可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，并以此作為公司環(huán)保戰(zhàn)略的基本目標。該目標要達到的目標是表明：高生產(chǎn)率和環(huán)保不是一對矛盾；確保環(huán)保強制法規(guī)實施的法律安全；增進社會對鋼鐵工業(yè)的認同度。
綜合環(huán)境保護包括技術(shù)和組織機制、尾氣、廢渣、廢棄耐火材料、粉塵及其它副產(chǎn)品、廢水和噪音等所有的排放物均按環(huán)境保護體系IS014001進行管理。
1.廢氣排放和粉塵
德國廢氣排放的標準十分嚴格，主要包括粉塵、重金屬和有機物，特別是二惡英和呋喃。BSW公司除塵廠包括2個集塵室，其中1號集塵室有4臺鼓風機，采用直接排空控制方式并建有抽風系統(tǒng)，用于排空2座電爐及電爐裙罩下的區(qū)域。2號集塵室主要用于二次排空，其抽風能力分別為1.2×106m3/h和0.6×106m3/h。降低有機物，特別是二惡英和呋喃的排放至關(guān)重要。BSW公司的二惡英排放控制系統(tǒng)包括以下步驟：
(1)幾乎完全燃燒煉鋼車間二次燃燒室的二惡英； 
(2)防止爐子煙道排放物快速冷卻后再次形成并合成二惡英； 
(3)在適宜溫度下建立有效、可靠的粉塵收集系統(tǒng)。
位于除塵系統(tǒng)彎頭與二次燃燒室之間的空氣進氣口使得除塵系統(tǒng)中的CO和有機化合物完全燃燒，離開二次燃燒室的初次火焰的溫度約為800℃，因為BSW公司帶有水冷的通風管較短，水冷腔的進氣溫度也敏感，排放氣體在2s內(nèi)急冷到250℃。為降低濕度和溫度，這些廢氣與來自煉鋼車間的廢氣混合。由于不能完全避免二惡英和呋喃的形成，部分二惡英和呋喃被粉塵顆粒吸收，一個有效而可靠的粉塵收集系統(tǒng)對低排放系統(tǒng)至關(guān)重要。幸運的是，現(xiàn)代過濾技術(shù)很容易保證粉塵排放值低于5mg/m3這一德國的法律要求值。2003年對粉塵排放進行連續(xù)監(jiān)測的結(jié)果表明，1號集塵室排放值是0.42mg/m3，2號集塵室排放值是0.11mg/m3。集塵室是二惡英和呋喃的主要收集器。當溫度大于100℃時，這些吸附物從粉塵顆粒中解析并穿過布袋。試驗結(jié)果表明，97%源于水淬過程的二惡英和呋喃被截留在集塵室內(nèi)。
基于上述結(jié)果和近20年的操作經(jīng)驗，可以得出這樣的結(jié)論：PCDD（多氯代二苯并二惡英）和PCDF（多氯代二苯并呋喃）排放值能控制在0.05ngTE/m3，特殊設計的極短水冷管道消除了活性碳等添加劑。2000年3月，由歐盟頒發(fā)的有關(guān)鋼鐵技術(shù)方面綜合污染防治和控制的條文中，巴登鋼廠作為最新技術(shù)應用的一個實例。
煉鋼過程產(chǎn)生的17～19kg/t粉塵由直接排空系統(tǒng)輸送至集塵室，這些粉塵約含30%Zn，40%Pb，3%Cl和20%以上Fe。在德國，鋅和鉛由Walez回轉(zhuǎn)窯工藝回收，BSW公司按鋅的含量支付處理費。
2.噪音
巴登鋼廠近鄰的奧恩村距公司的煉鋼車間和廢鋼堆放場僅200m。工廠位于Kinzig河和萊茵河港盆地組成的半島區(qū)域，從1976年開始便在工廠附近區(qū)域進行噪音控制。由此在鋼廠與村莊之間建設一條長600m、高10m防護墻。1987年，生產(chǎn)條件的改變以及更嚴格的環(huán)境保護法規(guī)，促使BSW公司與相關(guān)研究機構(gòu)合作，實施了更為廣泛的噪音防治策略。該公司采取的一項主要措施是建設沿廢鋼堆放場、方坯堆放場、煉鋼車間和軋機車間的噪音隔離墻。其它諸如改造廢鋼處理設施等，以達到控制噪音水平。例如，在奧恩村房頂上測得的噪音從1990年的50dB降至1999年的45dB。
3.水
BSW公司使用幾臺廢水處理裝置，極大地降低了生產(chǎn)所需要的補充水量，結(jié)果排放到萊茵河的廢水量也減少了。若要進一步降低新水和廢水的耗量，則需采用化學手段。但由于生態(tài)原因，這一方法未被采用。為改善生產(chǎn)水和廢水質(zhì)量，BSW公司對廢水處理站進行大量投資，安裝了泥砂過濾系統(tǒng)、層流分流系統(tǒng)、螺旋分離機等設備，這些投資使得BSW公司能滿足或低于聯(lián)邦法律所要求的最低直接排放標準。作為這些投資的直接結(jié)果，用于改善沉淀槽過濾效果的絮凝劑作為固體物料被清除，不允許存在于廢水中。1994年以來，由于排放的廢水質(zhì)量好，使BSW公司免交了排放費。揮發(fā)和排放消耗了BSW公司15000m3/h水量中的1000m3/h，這一缺口由新水補充。循環(huán)水清潔后通過冷卻塔進入冷卻系統(tǒng)。20世紀90年代初，冷卻水循環(huán)是單位水耗降低的主要原因。
4.廢棄耐火材料、鋼渣和軋鋼皮
廢棄耐火材料的再利用只有按不同化學成分的耐火材料分別收集后才有可能實現(xiàn)。這些副產(chǎn)品經(jīng)破碎、篩分后分選，并返回供應商，在生產(chǎn)新耐火材料產(chǎn)品時加以利用。
在BSW公司生產(chǎn)的鋼渣中，約90%是電爐渣，10%為鋼包渣和中間包渣。經(jīng)處理后，鋼渣特別適宜于道路建設及其它建筑用途。鋼渣處理必須適合相關(guān)技術(shù)和環(huán)境保護標準。
在BSW公司，電爐鋼渣先經(jīng)水冷，除鐵，再經(jīng)破碎，篩分成骨料用于道路建設（骨料粒度為小于32mm和小于45mm)、充填護層材料（粒度為50～150mm）以及瀝青路面摻合物（5～8mm，8～11mm）。
BSW公司通過姐妹公司BSN回收處理和銷售鋼渣，嚴格的質(zhì)量控制對用戶保證和最優(yōu)工藝控制至關(guān)重要。最重要的環(huán)境試驗是浸瀝試驗。該試驗用200g渣在2l水中浸瀝24h，監(jiān)測pH值、導電率和重金屬含量，尤其要監(jiān)測鉻含量。按照德國法律，試驗后每升水鉻含量低于0.05×10-4%。道路建筑材料必須在惡劣氣候條件下保持體積穩(wěn)定性，因此每隔2天在罐中放入試樣，順流放入流水7天，連續(xù)監(jiān)測體積穩(wěn)定性，體積增加值不能超過50%。
軋鋼皮主要由鑄機和軋機產(chǎn)生，含鐵量達70%以上，主要以氧化鐵形式存在。BSW公司生產(chǎn)的所有軋鋼皮被其它鋼廠燒結(jié)后在高爐中回收利用，或用于水泥廠或制磚廠。

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