钢铁工业的节能新技术

综述　《工业加热》第３５卷２００６年第１期　钢铁工业的节能新技术　王清成，罗永浩　（上海交通大学机械与动力工程学院，上海２００２４０）　

摘要：钢铁产量连年大幅攀升，能量消耗约占钢铁生产成本的ｌ／３左右，节约能源是钢铁企业发展的重点，采用震荡燃烧、稀释氧　燃烧、直接火焰冲击燃烧、高（焦）炉喷吹废塑料以及微波、电弧和放热加热直接炼钢技术，可以有效地节能降耗，促进钢铁工业　可持续发展。　关键词：钢铁工业；节能新技术；能量消耗　中图分类号：ＴＦ４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２－１６３９（２００６）０１—０００１—０２　

Ｔｈｅ　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓａｖｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ＷＡＮＧ　Ｑｉｎｇ—ｃｈｅｎｇ，ＬＵＯ　Ｙｏｎｇ－ｈａｏ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２４０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｎｎｕａｌ　ｏｕｔｐｕｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｒｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｅｅｌ　ｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｓｔ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｔｈｉｒｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｓｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｒｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｅｅｌ，ＳＯ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｅｍｐｈａｓｉｓ　ｏｆｔｈｅ　ｉｒｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｅｅｌ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｔｈｅｓｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，ｄｉｌｕｔｅ　ｏｘｙｇｅｎ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，ｄｉｒｅｃｔ　ｆｌａｍｅ　ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，ｄｉｓｐｏｓａｌ　ｗａｓｔｅ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｉｎ　ｂｌａｓｔ　ｆｕｒｎａｃｅ　ａｎｄ　ｃｏｋｅ　ｏｖｅｎ，ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ，ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ａｒｃ　ａｎｄ　ｅｘｏｔｈｅｒｍａｌ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃａｎ　ｓａｖｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ａｎｄ　ｐｒｏｍｏｔｅ　ｔｈｅ　ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｒｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｅｅｌ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｒｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｅｅｌ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ；ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ；ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｓｔ　

ｌ　引　言　钢铁材料是最重要的、使用量最大的基础性结构材　料和功能材料之一，同时钢铁生产为高温过程，其中间　产品要经过多次加热和降温才能成为最终产品，消耗大　量的能源和载能工质，能源费用约占钢铁生产成本的１／３　左右。因此，降低能耗对提高钢铁企业的竞争力有重要　意义。　钢铁工业经过近几年的发展，取得了可喜的成绩。２００４　年，我国钢产量已经达到２．７２亿ｔ，比上年增长２２．７％，为　１９９５年的２．８倍，每年增长率为１２％ｌ１ｌ。２０００—２００４年，　重点统计企业的吨钢综合标准煤能耗从０．９０７　ｔ降低到　０．７６１　ｔ，降低幅度为１６．１０％。尽管如此，我国仍然是钢　铁生产能耗较高的国家之一，其能耗占全国能源消耗总　量的１０％左右，每生产１　ｔ钢需要消耗５—６　ｔ原燃料，　吨钢能耗比国际先进水平高２０％一３０％［　因此，积极　地开发、研究和应用节能新技术，是维持钢铁工业可持　续发展的重要途径。　２我国钢铁工业能耗现状　工序能耗持续下降。　２０００年底和２００２年，国家经贸　委先后公布了第１批、第２批（（国家重点行业清洁生产　技术导向目录》，与钢铁行业有关的技术多达２７项，由　于干熄焦、高炉喷煤、小球团烧结、高炉余压发电、高　效连铸等技术的应用，从２０００～２００３年，我国重点钢　收稿日期：２００５－０８—１５；修回日期：２００５－１２－２６　作者简介：王清成（１９７２一），男，河北邯郸人，博士研究生，主要　从事工业节能、环保方面研究．　铁企业各工序段的能耗大都有明显降低，烧结能耗降低　４．４３％，焦化能耗降低６．８０％，转炉能耗降低１　８．８７％，电　炉能耗降低２１．９５％，轧钢能耗降低１８．９２％，炼铁能耗降　低不明显（因为高炉喷煤量较少）［３，　。　节能工作仍存在很大差距。国外先进国家的高炉焦　比已达到３００　ｋｇ／ｔ以下，燃料比＜５００　ｋｇ／ｔ；我国重点钢　铁企业的高炉焦比为４２６　ｋｇ／ｔ，部分其它企业为４８８　ｋｇ／ｔ，　燃料比在５６０　ｋｇ／ｔ左右；分别高出４２％和１２％。我国　２００３年重点钢铁企业与国际１９９９年先进水平和美国１９９８　年水平比较如表ｌ所示［　］，烧结工序能耗高２３．３８％；　炼铁工序能耗高１４．５６％；转炉工序标煤能耗是２３．５６　ｋｇ／ｔ，　１９９９年国际先进水平负能炼钢（标煤消耗８．８８　ｋｇ／ｔ）；轧　钢工序能耗高１　６．６７％；焦化工序能耗高２２．９５％；电炉工　序能耗高ｌ２．９ｌ％，有很大的节能潜力。　表１　我国重点钢铁企业各工序平　均能耗与国际先进水平比较　标煤能耗ｋｇ／ｔ　

烧结焦化炼铁转炉　电炉轧钢　美国１９９８年数据　１２０．７９　３８６．９０　１８９．３０　８２．９３　国际１　９９９年先进水平　５Ｏ．８９　４０５．６３—８．８８　８２．５３　

．　０３　６６．４２　１４８．５１　４６４．６８　２３．５６　２１３＿７３　９６．２９　点钢铁企业平均值　

３钢铁工业的节能新技术　我国近几年成功引进并二次开发了大量的节能技术，　如干熄焦（ＣＤＱ）、高炉煤气余压透平发电（ＴＲＴ）、转　炉煤气回收、钢坯热装热送、高炉喷煤、连铸连轧等技　术，这些技术目前比较成熟，应用的关键是提高管理和　操作水平。同时，钢铁工业的节能新技术不断涌现，这　

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维普资讯 http://www.cqvip.com 综述　（《工业加热　第３５卷２００６年第１期　些节能新技术大致可分为３类：第１类是高效节能、减　少大气污染物排放的节能技术，如振荡燃烧技术、稀释　氧燃烧技术、直接火焰冲击燃烧等；第２类是生态化、环　境亲和型节能技术，如高炉喷吹废塑料技术、焦炉处理　废塑料技术；第３类是未来短流程、新工艺的节能技术，　如采用微波、电弧和放热加热直接炼钢技术。　（１）振荡燃烧技术　振荡燃烧（Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）是指通过装在烧　嘴上的高速振荡阀，周期性地向燃烧室供给燃料，在燃　烧室内形成连续交替的富燃料区和贫燃料区，如图１所　示，烟气从烟囱排出的一种燃烧方式［　。　图１震荡燃烧　振荡燃烧技术的特征是：①由于富燃料区发光度较　大及热边界层的破坏，加强了炉内烟气的脉动，从火焰　到被加热工件的传热量增大，从而可以缩短加热时间，较　少燃料消耗，提高加热效率；②热传递较快，避免局部　高温的出现，防止热力型ＮＯｘ的形成，减少环境污染；　③技术改造时对炉子或烧嘴的改动较小。　振荡燃烧技术与常规燃烧技术相比，可以节约燃料　５％，提高炉子生产率５％，节约氧消耗７％。该技术主　要用于燃气加热炉和热处理炉，已经应用于Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ　Ｓｔｅｅｌ公司，节能效果较好。　（２）稀释氧燃烧技术　稀释氧燃烧（Ｄｉｌｕｔｅ　Ｏｘｙｇｅｎ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）是指燃料和　氧气分别沿两个不同方向喷入炉内，如图２所示，被烟　气加热后，混合燃烧，烟气从烟囱排出的一种燃烧方式｜８］。　图２稀释氧燃烧　稀释氧燃烧技术的特征是：①传统炉子常常使用’　个烧嘴组织燃烧，燃料和氧化剂从同一个烧嘴喷出，在　炉内燃烧；稀释氧燃烧技术是不同方向的两股气流在反　应前被炉内的气体加热，然后混合燃烧；②烟气的稀释　作用可以降低局部火焰温度，抑制热力型ＮＯｘ的产生；　③所用的氧化剂是氧气而不是空气，燃烧氧气可以节约　燃料和降低排烟温度，这是稀释氧燃烧技术不同于常规　燃烧的重要特点。　２　稀释氧燃烧技术与常规燃烧技术相比，节约燃料５Ｏ％　左右，提高产量３Ｏ％左右，炉膛温度均匀、加热质量好、　废品率减少，初投资和运行费用较低。该技术在美国开发　完成后，成功应用于ＡｕｂｕｒｎＳｔｅｅｌ公司，节约能源效果显著。　（３）直接火焰冲击燃烧技术　直接火焰冲击燃烧（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｆｌａｍｅ　Ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ　Ｃｏｍ－　ｂｕｓｔｉｏｎ）是指４个喷嘴按不同方向在炉内对称布置，燃料　与空气混合后进入喷嘴，从喷嘴喷出后形成预混火焰，正　对工件高速喷射，烟气从烟囱排出的一种燃烧方式，如　图３所示。该技术于２００４年９月在美国诞生Ｌ９Ｊ。　

图３直接火焰冲击燃烧　直接火焰冲击燃烧技术可以改善加热条件，提高传　热效率，节约燃料消耗，抑制ＮＯｘ形成。　直接火焰冲击燃烧技术与常规燃烧技术相比节约能　源３５％，提高炉子生产率２５％，减少炉子尺寸５０％。喷　嘴的尺寸设计和位置的选择是这一技术应用的关键。　（４）高炉处理废塑料技术　塑料的成分是高分子碳氢化合物，是高炉炼铁的良　好还原剂和发热剂。开发和应用高炉喷吹废塑料技术，不　仅可以提供廉价的能源、使高炉焦比降低、能量消耗减　少，同时是对塑料的资源化、无害化处理。　高炉处理废塑料技术要求废塑料粒度适中。粒Ｊ室过大，　塑料的表面积变小，与热空气的接触表面（即燃烧表面）　相对较小，在风口前的有限时间里可能会出现反应不充分　的现象，所以燃烧效果不好，从而影响塑料的燃烧率和还　原效果；粒度过小，会在还没有来得及被喷入风口的时候　就可能在喷枪内软化，粘结在喷枪内壁，容易阻塞喷枪【１　。　该技术对塑料的品质也有较高要求，塑料的氯含量不能太　高…］。以上问题能够合理地解决，高炉喷吹废塑料技术是　

一项既节能降耗，又能改善人类生活环境的技术。　德国的不莱梅钢铁公司于１９９４年进行了小规模的喷　吹试验，于１９９５年在高炉上建造了喷吹设备，是第１家　把高炉喷吹废塑料的设想付诸实施的厂家。　（５）焦炉处理废塑料技术　焦炉处理废塑料技术是基于现有炼焦炉的煤高温干馏　技术，近几年发展起来的处理混合废塑料的技术。其原理　是将废塑料和煤加到炭化室内干馏，使塑料转化为焦炭、　焦油和煤气，实现废塑料的１００％资源化利用和无害化处理。　该技术的特点是：①将废塑料炭化固体残渣（焦炭）　作为高炉燃料，节约炼焦用煤资源，节约能源消耗；②废　（下转第６页）　

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