钢铁冶金的环保与节能

钢铁冶金的环保与节能（结课论文）姓名：董超学号：120104323090班级：冶金10-1教师：关志刚钢铁冶金中的环境保护问题钢铁工业是我国国民经济的重要基础产业和实现工业化的支柱产业，同时也是能源消耗和大气污染物排放大户,钢铁工业是国民经济重要的基础原材料工业，属于能源、水资源、矿石资源消耗大的资源密集型产业；在钢铁制造体系中大量的物质、产品流、大量能量转换过程、多种形式的排放过程和大量的废弃物都对环境造成不同层次和不同程度上的影响，因此钢铁工业发展必然面临资源不足、环境污染的严重制约。控制CO2（二氧化碳）排放量是发达国家钢铁企业一项重要的环保任务。现代工业发展是建立在化石能源消耗的基础上的，由于化石燃料的燃烧，全球的CO2排放量从1940年的50亿吨增加到现在的近220亿吨，已超出了地球碳循环调节系统对CO2吸收能力，导致周边环境的CO2浓度从315ppm增加到350ppm，而且还在继续升高。出于对温室气体造成地球变暖的担忧，降低CO2排放量已成为发达国家钢铁企业环保工作的重点。恶化的环境状态要求钢铁工业改变经济增长模式，传统的冶金工业模式是大量开采资源，大量生产产品，大量创造财富。与此同时，大量排放废物和污染物，对资源和环境造成严重破坏。在这种情况下，为了符合环保要求，大量采用末端治理，这样既增加投资，又提高产品成本。这种经济模式不符合可持续发展的原则。新的冶金工业模式：少开采资源，少排放废物和污染物；依靠物质的循环，大量生产产品以满足社会的需求。在必要的情况下，并不排斥末端治理。这种经济模式符合可持续发展的原则。各发达国家已开始将环境保护和污染控制紧密地结合起来，彻底拓宽污染物控制的范围。如发达国家要求钢铁厂必须经过ISO14000系列标准和其它质量标准的考核，除出厂的产品质量达标外，主要污染物排放总量要在国家规定的指标内，对烟尘、工业粉尘、SO2（二氧化硫）、CO2、COD(化学需氧量)、汞、镉、磷、铅的价铬和工业固体排放总量控制水平达标，生产线功能达标，周边区域环境达标，一半的工业和民用垃圾都得到再利用。国际环境统计的发展与经济统计的关系愈加紧密。20世纪90年代以来，特别是1992年环境保护的第二个里程碑即在巴西的里约热内卢召开的环境与发展大会之后，提出把可持续发展作为人类社会经济与环境发展的战略目标，有关环境统计和环境核算的研讨、交流、试点、改进工作更加得到世界各国的普遍重视。国际上比较关心的大气排放引起的全球气候变化（温室气体、温室效应）问题，发达国家特别是北欧国家已经运用相关环境统计数据进行了广泛研究测算；可持续发展指标、环境核算等都是国际上关注的重要内容，这些工作内容都有相应的统计机构部门负责。比如，德国统计局及北欧国家统计局有专门的环境统计司、环境核算司，而且以制定的环境统计法为环境统计工作的依据；澳大利亚联邦统计局环境统计司负责环境统计的日常工作与实施。统计局除了自身环境统计工作之外（自然资源与环境），一个重要的职能就是与环境部等相关部门的组织协调及合作。发达国家统计局环境统计数据的收集也依靠制定相应的报表到基层单位，根据统计法律由基层单位填报。统计局对所搜集的数据加工整理分析并定期编辑环境统计出版物。此外，西方发达国家统计，强调的是社会、经济、环境三位一体，统计局的其他专业司也在建立环境发展指标，收集历史和时间序列数据，度量国家发展情况和为政府制定环境政策提供依据。发达国家钢铁工业环保工作发展态势：1.环保促进发达国家钢铁工业工艺结构调整。钢铁冶金的技术本质是高温化学反应，因而钢铁冶金中传统的能源是基于碳－氧反应的化学能，电弧炉炼钢与此有所不同—所使用的能源以电能为主。电能具有清洁、高效、方便等优越的特性，是工业化发展的优选能源，大量开发和利用电能是人类社会现代化的重要标志。电炉所使用废钢资源是一种非天然的、可再生利用的资源，是伴随钢铁产品的大量制造而形成的废弃物（生产过程中产生的和产品使用后产生的），由于其中全铁和金属铁含量很高，具有极好的回收再利用价值，提高返回废钢比有着重要的经济意义，是钢铁界始终追求的目标。不能循环利用废钢不仅是铁资源巨大的浪费，而且会对环境造成严重污染。综上，电炉炼钢是一种铁资源回收再利用过程，也是一种处理污染的环保技术。世界电炉钢产量在粗钢总产量中的比例在逐年提高，1970年、1980年、1990年、2000年分别为：14.28%、21.97%、27.74%、36.11%。世界钢铁专家预测：到2010年这个比例将达到46%。而中国电炉钢所占的比例在逐年下降，这是因为从高炉炼铁到转炉炼钢的产量增长过快，使电炉钢比例下降。2003年，电炉钢比例仅为17.6%，2005年，电炉钢比例降为11.8%，但电炉钢产量在逐年增加，随着中国经济的高速发展，对特钢的需求在不断增加。对于需求量还在增加的钢铁原材料而言，由高炉炼铁技术所代表的矿石冶炼方法是不可少的。从再生、循环利用和有效利用的潜在能源观点来看，电炉所代表的废钢返回料冶炼法是有效的。尽管各个企业可以根据本身的实际情况，选择发展不同的钢铁生产工艺流程，但环保问题和环保技术的创新无不融合于其中，环境友好始终是钢铁工业可持续发展不可缺少的重要课题。2.钢铁企业在处理城市固体废弃物方面发挥作用。城市固体废弃物目前主要采用填埋方法、焚烧方法和生物降解处理方法。填埋方法和生物降解处理方法占用大量土地，有机物分解后产生的CH4是一种效果比CO2更强的温室气体，进而造成新的污染。而普通燃烧方法只能处理有机物，固体废弃物中的金属和无机物不能得到分离和回收。利用冶金反应器内的高温反应可以快速处理城市固体废弃物，如高炉喷吹废塑料、炼焦工艺高温碳化处理废塑料。在高温下有机物燃烧放热成为发电燃料，有毒物质分解成为元素形式，金属和无机物成为熔融状态而分离并得到再生利用。日本提出了以“钢铁工业为可持续发展的文明社会作贡献”为主线，日本NKK之所以一直积极地致力于废物回收利用工作，是因为回收的废塑料能成为高炉里铁矿石的极好还原剂。此外还有一个重要原因，就是高炉炼铁当中使用回收的废塑料能明显降低CO2排放量(达30%以上)。能达到这样好的效果是因为入炉的废塑料的基本成分是碳氢化合物，而焦炭或煤的成分主要是碳。还有一个很重要的原因，就是废物回收利用的确有利可图。美国在其《钢铁工业技术开发指南》中指出，钢铁工业是世界上产量最高、效率最高和技术先进的工业之一。例如：（1）钢材仍是一种先进的材料，目前所使用的大部分钢材在10年前尚不能生产；（2）钢铁是最易回收的材料，比塑料、玻璃和铝、铜等材料回收量的总和还要多几倍。总之，钢铁工业的循环利用和可持续发展已经成为21世纪冶金工业的重要课题。3.当前钢铁工业实现健康发展的一个重要途径是研发并推广适用于钢铁生产的各类先进环保技术。钢铁工业是生产规模巨大、资金集中的制造工业，也是消耗能源很高的工业；钢铁工业排放的固体废弃物（尾矿砂、炉渣、尘泥等）和气体产物的数量也非常之大，虽然一小部分尾矿砂和一部分炉渣、尘泥已经能够回收利用，研发它们的再循环利用技术仍然要继续深入。按照循环经济原则，未来钢铁工业中将各种能量和物质的循环利用与回收，以及与上下游产业的交融是钢铁工业实施循环经济战略的议题之一。未来钢铁工业生产中原材料和能源充分利用、高效率、低排放甚至零排放的新型生产方式将取代大量消耗矿石、煤炭等天然资源，大量排放炉渣、废热和CO2等废气的传统生产方式。建立低资源使用、低能源消耗的环保型钢铁工业只能依赖于技术进步和创新。发达国家钢铁企业积极推进以节能减排为主要目标的设备更新和技术改造，并大力引导企业采用有利于节能环保的新设备、新工艺、新技术，以此促进资源的综合利用和清洁生产。4.环保压力迫使发达国家钢铁工业进行适度转移。发达国家对环保的苛刻要求，使钢铁生产中的环保成本大幅度提高，如果钢铁工业用于环保的投资不足（据美国钢铁工业协会估计约为总投资的15%）或对环保措施管理不善，钢铁企业将成为非常严重的污染源，这样的企业发达国家是不允许其存在的。需要强调的是，美国、欧洲和日本的采矿业主要是有色金属和稀有金属，高炉用的铁精矿和球团矿，主要依赖进口，这样就把污染严重的工序都留到了发展中国家。所以在看到发达国家钢铁工业环保先进一面的同时，更要看到发达国家钢铁产业转移对发展中国家的负作用。一我国钢铁工业能耗问题1.钢铁厂集中度低、企业规模小而分散据统计,2005年我国粗钢产量500万t以上的企业有18家,仅占全国粗钢总量46.36%,而2004年日本粗钢总量的73.22%由4家企业完成,美国3家企业的钢产量占全国的61.09%,俄罗斯78.69%的钢产量是由5家钢铁企业生产,而韩国两家钢铁企业的钢产量占全国总钢铁量的82%。我国具有炼铁、炼钢生产能力的871家钢铁企业,2005年粗钢产量为35239亿t,比2000年的12850万t增加了174.2%,但主要是由各企业在原地或异地建厂扩大经营规模完成的,而产钢1000万t的钢铁集团(8个)合计产钢10540万t,只占全国钢产量的30.2%左右,500万t以上的企业有18家,钢产量占约占全国总量的47%。[2]2.钢铁企业装备大型化同发达国家有明显差距据中国钢铁工业协会统计，2004年底我国高炉多达1131座，1000m3及以上高炉只有18座，产能占总产能的31.96%;其余均为1000m3以下的小高炉，产能占总产能的68.04%。2004年底我国炼钢转炉有553座，300t以上转炉只有3座，120～299t转炉51座，产能分别占总产能的2.17%和22.57%;120t以下的小转炉多达499座，其产能占总产能的75.26%。近年来装备大型化有了长足进步，到2007年1000m3以上大型炼铁高炉增加到120座，100t以上炼钢转炉增加到140座。[3]但与装备总数比仍只占10%左右。在冶金生产装备大型化方面，我国钢铁行业发达国家相比还有较大的差距。3.二次资源回收利用率低传统的钢铁生产流程会消耗大量的能源,几乎每一道生产工序都不断反复加热,造成热能大量的流失。据报道每生产1t钢材要消耗716kgce,而生产过程中能源有效利用率为27%,73%的热能都在各工序中白白地损失掉了,[2]其中44%的热能是以烟气的形式存在,含有极高的热值。4.节能技术、装备的普及率低、能耗差异大2006年底对大中型钢铁企业进行统计，高炉安装炉顶煤气余压发电装置(TRT)的座数，仅占总数的31%;安装高炉煤气回收装置的高炉，占总数的77%;安装转炉煤气回收装置的转炉，占总数的64%;安装转炉余热蒸汽回收装置的转炉，占总数的68%。[3]因此，我国钢铁行业存在着全行业能耗指标落后于国际先进水平，各企业间能耗水平差异很大。二钢铁企业节能工作包括结构节能和技术节能两个部分。1钢铁工业结构节能调整钢铁工业生产工艺结构和用能结构可以实现节能。如提高炼铁喷煤比、增加球团配比、采用连续铸钢工艺，采用薄板坯连铸连轧工艺，轧钢坯料热装工艺等技术均可实现节能效果。焦化工序能耗是142.21㎏ce／t，喷吹煤粉工序能耗为20～35㎏ce／t，多喷吹煤粉，改变了高炉炼铁用能源结构，少用焦炭可节能1.5％。这是高炉炼铁工序结构调整中心环节。球团工序能耗42㎏ce／t，烧结工序能耗66.38％，多用球团，少用烧结就可节能。同时球团含铁品位高于烧结，又可以实现提高入炉矿品位的效果。连铸比模铸减少能耗25％～50％，薄板坯连铸连轧要比传统的模铸－开坯－热轧节能70％，连铸坯热装热送和直接轧制技术可节能35％。2钢铁工业节能技术2.1减少燃料消耗1)蓄热式燃烧技术:蓄热式燃烧技术是对助燃空气和煤气先进行加热，达到500～1000℃，再进行燃烧时其能值可达到工业炉所需要的标准。用蓄热式燃烧技术之后，高炉煤气可以在烘烤铁水包、钢包、连铸中间包和轧钢加热炉，以及热处理炉上得到广泛应用。蓄热式燃烧技术的经济效益:a.高炉煤气得到合理利用;b.烧重油的加热炉改烧高炉煤气后，为企业带来巨大的经济效益;c.烟气的物理热充分回收。[3]2)高炉喷吹煤粉技术