高炉二氧化碳减排技术浅析

赵世芬

（山西省生态环境研究中心， 山西 太原 030009）

高炉二氧化碳减排技术浅析

赵世芬

（山西省生态环境研究中心， 山西 太原 030009）

从钢铁行业各工序二氧化碳排放量占比分析，得出高炉排放量占比高达60%～70%的结论；根据高炉碳素来源出发，介绍高炉二氧化碳减排所采用的提高喷煤比、鼓风脱湿、喷废塑料等技术，分析这三种技术带来的减排效益以及运用过程中所应适用的条件。

高炉 二氧化碳 喷煤比 鼓风脱湿 废塑料

二氧化碳是典型的温室气体，如何在实现经济增长的前提下控制其排放量，成为全世界日益关注的焦点，我国自2009年成为世界第一大碳排放国以来，碳减排的压力日益加剧。

钢铁行业作为仅次于化工和建筑行业之后的第三大碳排放大户［1］，应采取一套符合我国国情的并且可靠性高、操作性强的碳减排技术，保证经济增长与碳减排工作同时进行，是钢铁工业顺利发展的关键所在。

1 钢铁行业碳素来源

钢铁企业流程包括以特矿石为源头的高炉—转炉“长流程”和以废钢为源头的“短流程”，本文仅针对“长流程”进行介绍。

“长流程”的钢铁企业流程长、工序多，包括烧结（球团）、焦化、炼铁、炼钢、轧钢等工序，CO2排放源繁杂，有化石燃料、溶剂等输入来源。具体各工序碳素来源分析及各工序CO2排放情况见表1［2］、表2［3］。

表1 钢铁企业中各工序碳素来源分析

表2 典型长流程钢铁企业各工序二氧化碳排放情况

由表2可知，典型长流程钢铁企业中，各工序CO2排放量仅高炉占比就高达60%～70%，因此钢铁企业高炉工序的碳减排成为人们关注的焦点。

从炼铁工序碳素流可以看出，高炉的碳输入来源包括烧结（球团）矿、熔剂、热风炉耗气、煤粉、焦炭等，而其中烧结（球团）矿、熔剂、热风炉耗气带入碳只占很小一部分，碳基本上均来自于煤粉与焦炭，为此，近年来人们重点考虑高炉中煤粉与焦炭的使用量对碳排放量的影响。

2 碳减排技术分析

2.1 提高高炉喷煤比技术

高炉冶炼中焦炭的作用是提供热量、还原铁矿石以及维持高炉料柱透气性。高炉喷吹煤粉是从高炉风口向炉内直接喷吹煤粉，以替代焦炭起提供热量和还原剂的作用，从而降低焦比、降低生铁成本。

《中国钢铁工业科学与技术发展指南（2006—2020年）》中指出：2011—2020年，我国高炉工艺发展目标为燃料比≤480 kg/t、喷煤量≥180 kg/t、入炉焦比≤300 kg/t。

近年来，钢铁企业不断采取新的节能减排技术，其中部分企业已达到世界先进水平，但大部分企业仍然有待进一步改进。仅以高炉喷煤比为例，据统计，截止2014年，我国重点钢铁企业高炉喷煤比为145.54 kg/t［4］，创近五年来新低，但是距离国际先进水平180～200kg/t、国际领先水平266kg/t尚有较大差距［5］。

提高高炉喷煤比、降低焦比在取得显著经济效益的同时可大大削减CO2的排放。据统计，2014年全国生铁产量7.12亿t，又根据IPCC指南，生产1 t焦炭排放CO2为0.56 t［6］，如果仅考虑提高喷煤比替代焦炭用量，将现有的喷煤比145.54 kg/t提高至180 kg/t，以2014年为基准，全国可减少焦炭用量0.25亿t/年，所带来的CO2减排效益为1 372万t/年。

研究表明：高炉喷煤量在超过170 kg/t后，随着喷煤量的增加，二次灰中碳的质量含量随喷煤比增加的速度比重力灰的快；在喷煤比超过190 kg/t后，二次灰中碳的质量含量开始高于重力灰中的碳的质量含量［8］。因此，在提高高炉喷煤比的同时，需要注意以下问题［9-10］：

1）提高焦炭质量。焦炭在高炉中起到支撑的骨架作用，保证高炉内部的透气性和透液性，随着高炉喷煤比的增加、焦比的下降，将加大炉内焦炭的支撑负担，因此要求提高焦炭的反应后强度、降低焦炭的反应性。

2）提高煤的质量。喷吹煤量加大，需要尽可能多的煤粉在风口前燃烧，因此需要控制煤粉的灰分含量、细度以及烟煤的比例。

3）提高精料质量，降低渣量。使用含铁大于60%的炉料，坚持良好的筛分，保证料柱的透气性，使炉内未燃煤粉能充分参与反应。

4）富氧鼓风。高炉喷煤后，将恶化高炉下部料柱的透气性，从而影响炉内炉料的顺行，如果以富氧鼓风增加喷煤量，可减少煤气量、提高透气性。

2.2 高炉鼓风脱湿技术

在高炉冶炼过程中需要鼓风，而鼓风中的含湿量随着当地气候条件以及季节的变化不断波动，会导致炉况不能稳定，影响高炉的正常运行。高炉鼓风脱湿就是在空气被送入高炉之前，降低其中的水蒸汽含量。具体采取的方法有三种：一是吸附法，即采用吸附剂吸收空气中的水分；二是冷却法，即将湿空气经冷却器冷却后，使其温度下降至饱和温度下，将空气中的水分析出；三是联合法，即吸附法与冷却法结合使用。

采取鼓风脱湿技术，可带来的效益［10］有：一是降低焦比。通过鼓风脱湿，可提高热风温度、降低高炉的理论燃烧温度，含湿量每降低1 g/m3，焦比降低1.2 kg/t。二是提高喷煤比。含湿量每降低1 g/m3，煤比可增加1.5～2.23 kg/t，可置换焦比1.2～1.8 kg/t。

根据以上数据分析可知，降低含湿量1 g/m3，可减少CO2排放量1.34 kg/t，仅2014年一年，保守计算生铁产量，可减少CO2排放量960万t。

虽然说在适当条件下采用鼓风脱湿技术有一定的经济效益，但其效果受高炉容积、原料、当地气候条件、喷吹燃料、电价等诸多因素影响。对于热量充足的炉缸以及当地气候湿度变化大的地区，应优先考虑采用此技术；如果所处地区一年中大部分时间空气含湿量较小，采用此技术则效果甚微［11］。

2.3 高炉喷吹废塑料技术

高炉喷吹废塑料是将收集的废塑料进行破碎分解至适合的粒度，将其制粒后与喷吹气体一起喷入高炉风口回旋区。废塑料主要由碳、氢两种元素构成，其化学成分与重油接近［11］，可以1∶1置换重油，塑料可在高炉风口回旋区内急剧燃烧气化，并在炉内作为还原气体被有效利用。

据相关分析［12］，高炉喷吹的废塑料主要来自PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）和少量PVC（聚氯乙烯），由于混入的PVC量较小，因此燃烧过程产生的二噁英等污染物远低于焚烧炉排放标准，CO2排放量也比喷吹重油低，当高炉中塑料喷吹量为50～100 kg/t时，二氧化碳减排量为4%～9%。

喷吹废塑料技术目前在日本得到不断推广，但是由于塑料具有熔化性等特点，所以对塑料粒度的要求较高，设备投资较大，同时我国在废塑料的收集、分类回收、定点投放等方面存在问题，导致回收利用率较低，因此此项技术在我国一直未得到推广。今后政府将在治理“白色垃圾”方面加强力度，各方面达成共识，喷吹废塑料技术将会被逐步应用。

3 结论

钢铁行业作为我国经济发展的支柱产业，在持续发展的同时必须降低对环境的影响。要想降低钢铁生产过程中的碳排放量，必须从烧结（球团）、焦化、炼铁、炼钢、轧钢等全流程进行综合治理，目前各工序已有许多技术得到推广，随着后期政府部门对碳减排的重视程度的加强，各类减排技术将不断推陈出新，各企业应摒弃环保不经济的错误思想，积极运用一些与企业自身条件相匹配的新技术、新工艺、新装备，实现社会、经济、环境的可持续发展。

［1］ 张敬.中国钢铁行业CO2排放影响因素及减排途径研究［D］.大连：大连理工大学，2008：15.

［2］ 张春霞，上官方钦，张寿荣，等.关于钢铁工业温室气体减排的探讨［J］.工程研究：跨学科视野中的工程，2012（3）：223.

［3］ 陈继辉，程旭.钢铁企业二氧化碳减排技术浅析［J］.冶金能源，2012，31（5）：4-5.

［4］ 中国2015年钢铁工业年鉴［M］.北京：冶金工业出版社，2015.

［5］ 王维兴.提高喷煤比是我国炼铁技术发展的重要路线［J］.中国钢铁业，2015（9）：26.

［6］ 张肖，吴高明，吴声浩，等.大型钢铁企业典型工序碳排放系数的确定方法探讨［J］.环境科学学报，2012，32（8）：2 024-2 027.

［7］ 徐万仁，吴铿，张龙来，等.高炉大喷煤时煤粉利用率的研究［J］.钢铁，2006，41（4）：14.

［8］ 党玉华，张士敏.高效高炉低燃料比、大喷煤比的研究［J］.钢铁，2005，40（2）：17-18.

［9］ 王炜，陈畏林，叶勇，等.提高高炉喷煤比的探讨［J］.江西冶金，2006，26（4）：8.

［10］ 曹永刚.脱湿技术在高炉鼓风上应用的可行性分析［J］.高端装备制造，2013（10）：183.

［11］ 钢铁行业节能减排先进适用技术指南（第一批）［Z］.2012.

［12］ 王泽慜，张波，李学军，等.对国内低碳炼铁技术的探讨［C］// 2011年全国冶金节能减排与低碳技术发展研讨会文集.北京：中国金属学会，2011.

（编辑：胡玉香）

Analysis of Carbon Dioxide Emission Reduction Technology in Blast Furnace

ZHAO Shifen
（Shanxi Research Center of Ecological Environment，Taiyuan Shanxi 030009）

From the analysis of carbon dioxide emissions from various processes in the iron and steel industry，blast furnace emissions accounts for up to 60%～70%.According to blast furnace carbon sources，coal injection ratio，blast dehumidification，waste plastics injection and applicable conditions for carbon dioxide emissions reduction are introduced，and the benefits of emission reduction and applicable conditions in application process are analyzed.

blast furnace，carbon dioxide，coal injection ratio，blast dehumidification，waste plastics

X757

A

1672-1152（2016）05-0061-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.23

2016-09-20

赵世芬（1974—），女，硕士，工程师，从事环境影响评价及环保工作。