关于高炉炼铁工艺节能减排技术的研究

摘要：钢铁行业是推动我国社会经济发展的重要组成部分。新时期人们生产生活对钢铁的需求量不断加大，这在很大程度上推动了炼钢厂炼铁冶金的步伐。但同时钢铁行业在生产制造过程中，往往伴随着高污染的发生，这对自然生态系统的平衡与稳定带来了极大破坏。因此，在节能环保理念以及绿色生态持续发展理念的推动下，如何做好高炉炼铁工艺节能减排技术的研发与应用已为为当前钢铁行业需要面临的重要问题。本文通过简析高炉炼铁，分析节能减排技术在高炉炼铁工艺中应用的价值，针对在节能减排理念下高炉炼铁工艺的发展现状，提出高炉炼铁工艺中节能减排技术的应用对策，以将节能减排理念贯穿于企业改善经营和转型升级战略目标中，从而在保证满足人们生产生活日益增长的钢铁需求时，做好环境保护工作，降低污染物排放量，实现人与自然和谐相处。

　　关键词：高炉炼铁工艺；节能减排技术；问题及对策；

　　近年来，随着社会经济以及工业领域的快速发展，全球环境污染问题日益严重，而二氧化碳的减排工作一直是全球环境治理的重中之重。目前我国每年的生铁产量都位居世界第一，但其在生产制作过程中产生的二氧化碳含量占比较高，导致其对环境造成的污染和破坏也较为严重。在节能减排和环境保护理念的推动下，钢铁行业也开始重视优化创新高炉炼铁工艺，并积极应用节能减排技术，以有效缓解高炉炼铁生产污染较重的发展现状。但其在实际应用过程中，由于钢铁企业分布相对分散、作业设备较为落后以及节能环保理念和技术应用尚不完善等，都使得高炉炼铁工艺在污染物排放等方面尚未达到国家相关要求。因此，深入研究并积极探索节能减排技术在高炉炼铁工艺中的应用对策，对改善区域环境、提高高炉炼铁经济效益、推动钢铁企业持续发展具有重要作用。

　　一、简析高炉炼铁工艺

　　高炉炼铁是钢铁行业生产的重要环节。高炉炼铁能够实现持续生产，只需在炉顶投入炼铁所需的原料，保证炉底热风和燃料供应充足，在高温作用下，铁矿石便能通过还原反应炼出生铁和铁水，而炉渣等杂质也能分别排出。但在高炉炼铁的生产制造过程中，不仅污染物排放总量占比较高，钢铁行业的能源消耗总量也较多，其中高炉炼铁的工序能耗、焦炭等燃料的加工工序能耗以及烧结等铁矿原料的加工工序能耗是高炉炼铁工艺全流程能源消耗的三大构成。

　　二、节能减排技术在高炉炼铁工艺中应用的价值

　　（一）降低能源消耗

　　在高炉炼铁生产过程中，焦炭是必不可少的原材料，其经济造价成本较高，而钢铁企业大量使用焦炭和烧结矿等原料，也是导致高炉炼铁能源消耗较大的主要原因。近年来随着科学技术的快速发展，钢铁企业在生产过程中也开始重视炼铁技术经济指标，以实现企业经济效益最大化。高炉喷吹煤粉等技术虽然在高炉炼铁过程中得到了广泛应用，但高炉炼铁的经济成本和燃料占比变化趋势较弱，而在高炉炼铁中应用节能减排技术，避免因片面追求钢铁含量而造成能耗激增，可以有效降低钢铁企业能源消耗巨大的问题。因此，在高炉炼铁工艺中应用节能减排技术是建设资源节约型社会、推动钢铁企业持续发展的必然选择。

　　（二）降低环境污染

　　节能减排技术主要包括节约物质资源和能源资源以及减少废弃物和环境有害物排放两大部分。在我国基础设施建设发展迅速的同时，为满足人们生产生活对钢铁产品的需求量，使得我国钢铁企业的生产规模不断扩大。但在高炉炼铁过程中会产生大量二氧化碳、二氧化硫等对大气环境具有污染性的废气、废水，其超过自然系统的自我净化能力，就会严重威胁人类赖以生存的环境。在高炉炼铁工艺中应用节能减排技术，优化高炉炼铁工艺流程，降低二氧化碳等有害物质的排放量，不仅能够降低其对环境的污染，还能有效保护自然生态平衡，在提高钢铁企业经济效益的同时，实现经济效益、社会效益和生态效益的协调发展。

　　三、在节能减排理念下高炉炼铁工艺的发展现状

　　（一）政策制度建设不到位

　　高炉炼铁过程中的污染问题一直是当前炼铁业存在的最为严重的问题之一。我国每年的生铁含量位居世界首位，但在节能减排技术上的应用相比于一些发达国家而言，在对炼铁中产生的粉尘控制方面仍然存在着巨大的差距。我国有关高炉炼铁环境保护等方面的政策制度建设不到位，对粉尘治理工作的开展力度不足，无法有效控制和回收利用高炉炼铁过程中排放的粉尘，不仅会造成能源浪费，还会在很大程度上造成大气污染。高炉炼铁过程中的另一大污染物是二氧化硫、二氧化碳等废气。当期我国对高炉炼铁过程中产生的二氧化碳、二氧化硫及其氮氧化物的处理工作重视程度不够，对钢铁企业的监督管理和处罚力度不足，导致企业不重视甚至完全忽视环境保护理念和可持续发展理念，将未经处理的废气直接排放到大气中，不仅会对大气造成严重污染，还会加剧环保部门的工作压力。

　　（二）企业分布相对分散

　　随着我国社会经济的快速发展以及人们生产生活对钢铁需求量的激增，我国钢铁企业虽然在很大程度上得到了发展和扩张，但其与钢铁大国相比，我国的小中型企业依旧占据钢铁生产中的主要地位，因此导致钢铁企业生产环境整治的难度相对较高。当前在生态环境保护理念以及绿色持续发展理念的推动下，我国开始对钢铁等污染大的企业进行整治，但我国钢铁企业的分布相对分散，无法有效开展所有钢铁企业集中控制和管理的实施方案，也就导致我国政府对钢铁企业的环境污染问题和能源消耗问题的积极干预性较低，从而使得节能环保技术在高炉炼铁工艺中得不到有效落实。目前我国虽然加大了对钢铁企业环境污染整治的管理力度，但部分中小企业自身的经营规模有限、经济基础有限，外加管理人员的综合素质有待提高等，都使得节能减排技术具有较高的落实难度。

　　（三）作业设备相对落后

　　为切实降低高炉炼铁的能源消耗以及有效控制其对环境造成的污染，本世纪10年代初就开始对高炉设施进行扩建和投产等方面的改造，也取得了良好的改造成效，即一千多座高炉中1000m3以上的高炉数量已占比17%,其中最著名的首钢高炉已达到5500m3.我国高炉作业的改造不仅有助于控制高炉炼铁过程中产生的废弃物含量，对降低能源消耗也具有重要作用，且在很大程度上推动了我国高炉炼铁技术的提升。但受我国科学技术发展水平的限制，我国在高炉炼铁设备等基础设施的配置方面依旧相对落后于西方发达国家，同时由于目前我国小型高炉每年的钢铁产量是总钢铁体产量的一半以上，因此小型高炉在炼铁过程中依旧占据着主导地位，这也使得我国高炉炼铁的改造进程较为缓慢，尤其是节能减排技术的应用发展受限，会严重阻碍我国钢铁企业的持续发展。

　　（四）节能技术有待完善

　　高炉是高温高压的冶炼容器，在整个高炉炼铁过程中需要不断投入各种原材料，以保证钢铁生产量，如我国每年在炼铁中每吨铁的产量会消耗将近500千克的标准煤。因此，完善节能减排技术是我国钢铁企业需要面临的重要问题，但由于能源供应系统设计建设不合理，存在物流周转时间长、生产组织困难等问题，就会导致物料、能源损失较大，而钢铁系统的烧结余热、蒸汽回收等二次能源的回收利用水平有待提高，也会导致高炉炼铁过程中余热余能的价值未得到有效发挥，从而加大钢铁能源消耗量。为了有效开展环保和节能工作，企业虽然增设了大量的设施设备以及采用了先进的治理技术，但由于企业整体运行过程中使用的技术、装备和管理模式等存在不合理性，也就无法有效发挥节能技术和环保技术的价值优势，进而使得高炉炼铁降低能耗和环境保护的开展效果不理想。

　　四、高炉炼铁工艺中节能减排技术的应用对策

　　（一）创新节能减排技术

　　在高炉炼铁过程中污染严重、能耗较大的原因主要集中在焦化和烧结两步，因此在创新优化高炉炼铁工艺过程中，要加强对焦化和烧结的研究力度。新时期在科学信息技术快速发展的时代背景下，通过采用焦炉扩建，将其进行大型化、节能环保型的技术改造，既能实现大型化生产，又能利用先进的炉型结构、将四大车进行连锁的技术以及利用计算机技术进行炉温控制和低水分的焦息技术等，能够实现环保、低能耗的生产目标。另外在进行环境污染治理时，还可采用装煤除尘的先进技术手段，以有效控制烟尘和废水的零排放。在烧结工序方面，当前采用的新工艺是在厚料层分次加入燃料，然后利用小球烧结，以实现料层厚度、煤粉等比例上的综合调整，从而保证其燃料消耗量处于较低水平。

　　（二）优化焦比和燃料比

　　优化焦比和燃料比是指在高炉炼铁过程中将高炉焦比和燃料比进行科学、适当地降低处理，以降低燃料比，提高煤比，增强煤粉燃烧率。采用厚料层燃料分批次加入、高炉节能技术以及对其进行过筛改造等方式，来有效降低粉末的入炉量，不仅能够整体提升高炉冶炼技术，还能进一步改善煤气的利用条件。另外通过使用双预热技术等提高风温，保证喷煤量的温度条件适宜，也是保证将所有热量进行完全利用的重要途径。针对高炉炼铁二氧化碳、二氧化硫等污染物排放量过高的发展现状，钢铁企业要重视配套完善计量装置，在重点污染源产生区域排布监控设施，并充分利用信息技术实时交互的功能，逐步建立实时监测监控系统，全面提升钢铁企业高炉炼铁工艺中的节能减排信息化水平，以实现能源配比的在线调整与动态优化，从而实时监测并保证污染物的排放达标。

　　（三）降低加工工序消耗

　　节能减排技术在高炉炼铁中运用的主要目的之一便是降低能耗，实现企业效益最大化。当前企业为实现节能减排，通过提高鼓风机和高炉的匹配程度，在保证高炉使用寿命的基础上，减少高炉放风操作，既能增强炉料燃烧效果，又能降低鼓风机整体能耗。通过制冷站循环冷却系统的构建，结合不同的冶炼工艺，保证冷却水可以进行循环使用，并遵循清循环、污循环、除尘以及水渣循环的顺序，既能保证冷却水在运行过程中处于完全封闭状态，又能减少废水的排放量，保证有害气体不会直接进入到大气中，从而达到环境保护和节能减排的目的。

　　（四）回收利用部分能源

　　为有效增强高炉炼铁能源回收利用效率，钢铁企业要加大对先进生产技术的研发力度。如干熄焦技术的运用可以降低传统高炉炼铁工艺方法给水质带来的污染以及产生的热损失情况，还能将热量进行回收并产生蒸汽或发电。炉顶装料过程中均压放散煤气回收技术的运用是在煤气管网中增加抽负压设施，通过两次均压，实现煤气以及热能的百分百回收，不仅能够降低燃料的燃烧排放量，还能将排放的煤气重新回收到管网中，从而增加企业能源。将预热锅炉装备安装在环冷机入口，既能保证产生的蒸汽运用在预热烧结的混合料中，又能将烧结的烟尘和废气当作助燃空气，使其形成能源循环，从而提高能源利用率。

　　五、总结

　　随着生态环保理念以及节能减排技术的深度推进和快速发展，钢铁企业在高炉炼铁工艺制造过程中，要创新节能减排技术，优化高炉焦比和燃料比，通过降低加工工序消耗，回收利用部分能源，来切实增强钢铁企业的节能减排能力。同时钢铁企业要把环保达标视为企业的生命线，把节能减排能力作为企业的竞争力，强化节能减排技术创新、加大环境污染治理资金的投入力度，从严从实从速抓好以环保治理为核心的节能减排工作，从而实现钢铁企业效益最大化。

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