冶金企业节能减排生产技术现状及发展趋势 摘要:主要论述了冶金企业节能减排生产技术现状及发展趋势,综述了冶金企业节能减排生产的重要 意义。对冶金企业节能减排生产,实现“十一五”发展目标,具有重要的意义。 关键词:冶金 节能 减排 技术 发展 1 前言 近10年来钢铁冶金能源消费量占全国总能源 消费量的比重一直在12% ~15%之间,钢铁工业单 位增加值能耗是全部工业平均值的3倍以上。钢铁 生产在消耗能量的同时大量排放CO2、CO、SO2、 NOX等有害气体。因此,减少钢铁生产的能耗不仅 保护自然生态,还能有效地减少对环境的污染。面 对“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20% 左右,主要污染物排放总量减少10%的约束性指 标。钢铁工业进行节能减排,是建设资源节约型、环 境友好型社会的必然选择。 2 冶金企业节能生产技术的现状 随着我国钢产量的增加,钢铁业技水装备水平 也在不断的提升,重点大中型钢铁企业的主体装备 已达到或接近国际先进水平。干熄焦、高炉喷煤、炉 外精炼、薄板坯连铸—连轧等环境友好型工艺技术 也得到推广和应用。但在能源有效利用方面,国内 和国外先进的冶金企业还存在着较大的差距,这种 作者简介:李艳青(1969-),女,山东平原县人, 1992年毕业于山东 工业大学。现主要从事技术信息研究与管理工作,高级工程师。 差距主要体现在钢铁各个生产工序上(表1)。 表1 各工序消耗的标准煤kg标煤/t 指标烧结焦化炼铁转炉电炉热轧冷轧综合 中国66 142 466 27 210 93 100 761 国际 先进59 128 438 -9 199 48 80 655 差距/% 11 19 5 133 5 48 20 14 从表1中可以看出综合能耗差距虽然只有 14%,但个别工序能耗指标差距较大,存在一定的挖 潜降耗潜力。目前钢铁行业主要通过新技术的应 用、工艺改进、设备改造等技术措施,以及对原来废 弃资源的综合利用等措施,来降低能耗,保护环境。 2. 1 焦化方面 2. 1. 1 干熄焦技术的应用 该技术可回收80%的红焦显热,采用该技术每 熄红焦1 ,t可回收3. 9MPa、450℃的蒸汽0. 45~ 0. 6 ,t比湿法熄焦节水0. 5 ,t使焦化工序能耗降低 60 kg标煤/t左右。干熄焦技术不仅节能效果明显, 还能改善焦化厂生态环境,减少原来湿法熄焦时大 量酚、氰化物、硫化物和粉尘的排放。 2. 1. 2 炼焦配煤优化系统的研究利用 配煤是将两种以上的单种煤料,按适当的比例 均匀配合,以求制得各种用途所要求的焦炭,采用 配煤炼焦既可保证焦炭质量符合要求,又可合理利 用煤炭资源,同时增加炼焦化学产品产量。炼焦配 煤优化系统将多年来的经验配煤方法提升为数值化、 精确化配煤方法,为数值化生产、精细化生产和科学 化生产提供了条件,合理的配煤方案既能节约煤炭资 源,保证焦炭质量,又要达到配合煤成本最低。 2. 2 烧结方面 2. 2. 1 烧结烟气的综合利用 低温烟气余热发电需要三项核心技术:一是废 气温度的梯次科学利用;二是低能耗、高效率的余热 回收系统的技术和设备;三是生产和余热发电系统的 协调控制和管理。应用这些核心技术建设低温烟气 余热发电项目,吨烧结矿的发电量可达23. 6 kWh左 右,机组发电可满足烧结生产用电量的35% ~40%。 2. 2. 2 催化燃烧烧结助剂的应用 在烧结过程中,除了电以外,需要的最多能源主 要是煤或焦粉,在煤中或焦粉中添加催化燃烧烧结助 剂,提高煤的燃烧效率和热值释放,并且可以提高烧 结矿厚度和强度,从而提高烧结效率,节约能源。按 煤或焦粉量添加不含碱金属的烧结助剂0. 3%左右, 吨烧结矿节约标准煤3~5 kg,提高烧结效率10%左 右。 2. 3 炼铁方面 2. 3. 1 提高高炉喷煤比 高炉喷吹煤粉,强化冶炼是优化炼铁工序燃料 结构,以价格低廉的煤炭代替价格较昂贵的焦炭,从 而实现降低生铁成本、降低炼铁能耗的有效技术措 施之一。合理搭配使用煤种,控制好混合煤成分,实 现煤焦置换比达到1. 0。 2. 3. 2 高炉喷煤助燃剂的利用 高炉在喷煤时,喷吹的煤粉能否燃烧完全是关 键所在,从除尘灰中可以检测到煤含量,有时除尘灰 中高达50% ~60%的碳粉,说明喷吹的煤粉在高炉中 没有充分燃烧。在煤粉中添加助燃剂,可以有效地提 高喷吹煤粉的燃烧效率,提高喷吹煤粉的利用率。 2. 3. 3 TRT及CCPP发电技术的应用 TRT是高炉煤气余压回收透平发电装置的简 称,是回收和利用高炉炉顶煤气的余压和余热,将热 能和压力能转化为机械能,驱动发电机发电的一种 装置。流量180000m3/h的TRT装置每天可以发电 10万度左右,这种装置既回收了高炉煤气余压的能 量,又净化了煤气,降低了噪音,改善了高炉炉顶压 力的控制品质。该装置运行过程中不产生污染,发 电成本低,回收能源效果显著。 CCPP是燃气—蒸汽联合循环发电装置的简 称,是以炼铁高炉低热值(3100~3500 kJ)高炉煤气 为燃料的联合循环发电机组。利用富余放散的高炉 煤气发电,既可实现高炉煤气零排放,减轻大气环境 污染,又能获得大量的电能,是节能减排的绿色环保 工程。CCPP如果燃烧1亿标准立方米高炉煤气,年 发电6000万kWh以上,可节约标煤2. 1万,t减少 温室气体CO2排放5. 75万,t减少CO排放3000万 标准立方米。 2. 4 炼钢方面 2. 4. 1 转炉煤气回收利用 在冶炼过程中转炉内处于高温,碳氧反应形成 的CO气体称为转炉煤气,温度约在1600℃。此时 高温转炉煤气的能量约为1 GJ/,t其中煤气显热能 约占1/5,其余4/5为潜能。转炉炼钢过程中释放 出的能量是以高温煤气为载体,要做到负能炼钢必 须回收煤气,而且应尽可能提高回收煤气的数量和 质量。转炉煤气回收中等水平,一般能达到每吨钢 回收70m3,煤气热值为1800×4. 18 kJ/m3,转炉煤 气回收是转炉负能炼钢的关键,是炼钢节能降耗的 重要途径。 2. 4. 2 干法除尘技术 氧气转炉炼钢的净化回收主要有两种方法,一 种是煤气湿法(OG法)净化回收系统,一种是煤气 干法(LT法)净化回收系统。干法除尘技术的主要 优点是:除尘净化效率高,通过电除尘器可直接将粉 尘浓度降至10mg/Nm3以下,不存在二次污染和污 水处理;系统阻损小,煤气发热值高,回收粉尘可直 接利用,节约了能源;因此,干法除尘技术比湿法除 尘技术有更高的经济效益和环境效益。 2. 4. 3 连铸坯热装热送技术 钢水经过连铸后,形成的连铸坯表面红热,温度 较高,在冷却达到一定强度后,直接进入加热炉进行 加热后轧制,从生产工序上实现了转炉—精炼—连 铸—连轧短流程新工艺。采用该工艺后,加热炉热 装比达90%以上,轧钢的吨钢煤气消耗明显降低。 每提高热送率1个百分点,吨钢大约降低1 m3煤 气,同时,提高加热炉的加热能力,减少了烧损,提高 成材率0. 08%,吨钢效益在2. 80元/t左右。 2. 5 轧钢方面 高效蓄热式加热炉和煤气、空气预热技术在轧 工序中的应用。高效蓄热式燃烧技术,可以实现 降低加热炉能耗35%,目前我国已有270多个蓄热 式加热炉。采用蓄热式高效高温空气燃烧技术可使 炉窑节能15%。热风炉采用煤气、空气双预热技 术,可实现燃烧低热值煤气产出1200℃以上的高风 温。轧钢加热炉采用此技术可使用低热值煤气代替 燃油,提高热效率(废气出口的温度可低于150 ℃),使轧钢工序能耗降低19 kg标煤/t。采用低空 气过剩系数(1. 02~1. 05)的燃烧技术,还可以减少 燃烧过程中NOx物的产生,有良好的环保效应。 3 节能减排生产技术的发展趋势 3. 1 焦炉大型化及非回收型炼焦技术 目前国内焦化系统是最先进的7. 63m超大型 焦炉,利用干熄焦技术回收热能用于发电,装煤系统 采用了负压抑尘无烟装煤等技术,实现焦化系统的 节能减排。 另外,为了减少焦炭生产对环境的污染,美国 Sesa炼焦公司建起了非回收型焦炉[1]。这种炼焦 工艺不回收化工副产品,而是将其燃烧回收热能。 生产时看不到明显的污染物排放,而且产量提高 30%,焦炭质量改善。非回收型焦炉的投资少于传 统焦炉,操作也比较容易。 3. 2 COREX熔融还原炼铁技术[2] 目前,煤气回收、高炉炉顶余压发电、双预热高 风温热炉、富氧喷煤等技术已在炼铁系统普遍应用 实现节能减排,并取得了显著的效果。COREX熔融 还原炼铁技术是目前唯一成熟的炉外炼铁技术。该 工艺的概念就是在熔融状态下铁氧化物的全部还原 都依靠C转变成CO2反应的热量来完成,从而在理 论上达到最低碳的消耗,从而降低能源的消耗。虽 然,COREX流程CO2排放量比高炉流程多,但是, 酚、氰化物、硫化物、氨等的排放量比高炉少得多,还 可处理烟尘、泥渣、轧钢皮等钢铁厂内部的废料,以 及含油铁鳞、废塑料、破碎轮胎、有机残余物等社会 废弃物,为环境友好型炼铁工艺。 目前,我国还没有自主产权的熔融还原技术,宝 钢引进的COREX 3000项目(设计能力为150 万吨/年,预计今年10月份投产),将推动我国非高 炉炼铁技术的发展。 3. 3 氢冶金技术 目前,炼钢系统也普遍采用了煤气回收、气化冷 却、全连铸等技术,并同步建设冶金固废综合处理及 循环再生利用工程,进一步实现炼钢工序的节能减 排。这一系列高新技术的运用,有效地减少污染物 的排放。但由于炼焦煤和焦炭资源的日益短缺,限 制了传统炼铁工业的进一步发展,发展氢冶金工艺, 替代碳还原剂的炼铁工艺,不仅可行,而且有许多传 统炼铁工艺不可比拟的优势。如果用氢气进行铁氧 化物的还原,就意味着CO2零排放,问题的关键是 如何得到丰富而廉价的氢气。 3. 4 冶金渣的显热利用技术 冶金渣是钢铁生产过程产生的最大量的副产 物,冶金渣温度较高,显热温度都在1400℃以上,是 一种非常有利用价值的二次资源。通常情况下冶金 渣主要用于水泥厂或建材厂作原料使用,或直接做 成微晶玻璃、矿渣棉等建筑装饰材料等。但是,对于 冶金渣所含的丰富热量却还没有充分的利用。 (1)钢渣滚筒法热能回收的新设想 钢渣经渣罐进入滚筒,在滚筒内生成的蒸汽混 合气体温度为90~170℃,可直接用于生活设施或 将其加热至600℃用于发电,经测试,热利用系数可 达到50%。 (2)钢渣风淬法热能回收新工艺 俄罗斯乌拉尔钢铁研究院曾研制了一套附有热 能回收的风淬钢渣处理工艺。将液态钢渣倾倒过程 中与空气流接触产生的辐射热通过专用设置收集后 作为热水、蒸汽和热空气回收利用。 4 结论 目前,冶金行业的资源利用方式已由单纯的 “资源—产品—废弃物”的单项式直线过程,转向了 “资源—产品—废弃物—再生资源”的循环再利用 方式。在炼铁系统、炼钢、轧钢系统的能耗、高性能 钢铁材料研究、废弃处理利用等方面,节能工艺新技 术和装备也得到了大力的推广和应用,在节能减排 生产方面已取得了可喜的成绩,但与国际先进水平 仍然有很大差距。今后,要进一步提高对生态冶金 技术重要性的认识,加强对节能减排生产新技术的 跟踪和研究,把莱钢建设成生态型、环境友好型的钢 铁企业。 参考文献 [1]毕学工.生态钢铁冶金的发展.河南冶金, 2006(2): 3-6. [2]王琳等.COREX熔融还原工艺的发展状况.沈阳工程学 院学报(自然科学版), 2006(4): 373-376. 165
有色冶金化工原理分析论文
摘要 ：本文对有色冶金化工的生产过程进行了概括分析，对其中的工艺原理做出归纳探讨，以期让相关理论更加浅显明晰，对实际生产产生增益作用。
关键词 ：有色冶金；化工过程；工作原理
1有色金属冶金技术现状及原理
目前金属的化工冶炼方法主要包括三种方式：火法冶金、湿法冶金和电冶金。
1.1火法冶金
火法冶金在冶金领域是非常传统的生产方式，在整个操作中并未加入水溶液，因此这种方法也叫做干法冶金，主要的原理是制造高温的条件，矿石就能经过化学、物理反应，让其中的金属与其他的成分分离，这样就能提炼出金属单质。实际操作流程的第一步是矿石准备，第二步是冶炼，第三步是精炼。第一步：矿石准备选择精矿后要加入适当的熔剂，对精矿进行加热，让其中的矿料可以在加热情况下形成块状，或者是加入一些粘合剂来制造成型，形成小球状后结成球团，然后放进鼓风炉里进行冶炼。第二步：冶炼这一过程主要是生成两个部分，分别是炉渣和金属液。金属液中也是有着少量的杂质，因此要进行进一步的精炼。这一过程是在鼓风炉中发生，其中加入了必要的材料以及熔剂，并加入焦炭来作为还原剂，主要是为了在铁矿中还原出生铁，在铜矿中还原出粗铜，还有对硫化铅矿进行冶炼，还原出粗铅。除了生成金属液以外，还有诸多杂质组成的炉渣。若是在氧化条件下反应，对生铁用转炉来精炼，在转炉中引入适当的氧气，用氧化的方式将铁水中的杂质去除，并炼出一定品质的钢水，可以将其铸成钢锭，这就是氧化吹炼的过程。造锍熔炼是对硫化铜或者硫化镍矿石进行处理，通常来说是在反射炉以及矿热电炉中进行反应，也可以是用鼓风炉来反应。在其中会加入一些石英石熔剂，便于形成炉渣，炉渣之下会留下熔锍。第三步：精炼。这个步骤是为了将金属液中依旧存在的一些少量杂质进一步去除掉，可以让金属的纯度得到提升。如在炼钢的时候，可以对生铁进行适当的精炼，这样就能在其中去除掉更多的非金属杂质，或者是进行更加深入地脱硫。精炼铜则是将粗铜放在反射炉里氧化，再用电解的.方式进行精炼。不同的金属有着不同的精炼方式，在设备以及原料上都是有所区别的。
1.2湿法冶金
这种方法的另一个名字叫水法冶金，是借助各类熔剂，通过一系列的化学反应，实现对金属的提取以及分离，主要的步骤分为四步，其中第一步就是浸出。①浸出就是将矿物里的目标成分引入到溶液里，便于接下来的步骤逐渐展开。②通过过滤等方法，将浸出液与残渣分离，同时将夹带于残渣中的冶金溶剂和金属离子回收。③采用萃取法或离子交换法，将浸出液中目标组分富集，并和其他杂质离子分离。④从净化液中提取目标金属或化合物。湿法冶金在钴、镍、铝、铜、锌等工业中占有重要地位，世界上全部的氧化铝、大部分锌和部分铜都采用此法生产。湿法冶金对低品位矿和相似金属分离都具有很好的适用性，而且金属回收程度高，不会造成严重的环境污染，生产过程易实现连续化和自动化，利于提高生产效率[1]。
1.3电冶金
电冶金是以电能为能源进行提取和处理金属的工艺，根据电能转化形式的不同分为电化冶金和电热冶金两类。电化冶金是利用电极反应而进行的冶炼方法，对电解质水溶液或熔盐等离子导体通以直流电，电解质便发生化学变化，在阳极上发生氧化反应，而在阴极上发生还原反应。电热冶金具有加热速度快、调温准确、温度高（可达2000℃），可以在各种气氛、压力或真空中作业，具有金属烧损少等优点，是冶炼稀有高熔点金属、半导体材料等的一种主要方法。例如，目前冶炼金属铝就属于电热冶金方式，首先从铝土矿中提取氧化铝，然后在氧化铝中加入冰晶石作为助熔剂，在高温下熔融电解。
2有色冶金化工生产的核心设备的工作原理
虽然冶金化工产品种类众多，冶炼方法一般各不相同，但诸多生产流程所应用原理却大致相同，核心设备上也有着一定的共同点[2]，下面对几种主要设备介绍。高炉冶炼原理：高炉生产乃连续进行，在实际操作中，是从炉顶的位置加入各类原料以及添加剂，从下部的风口鼓入高温达到一千摄氏度以上的热风，同时喷入煤粉等燃料。铁矿石的成分主要是铁的氧化物，这样用高温的方式就可以用燃料在燃烧后形成的一氧化碳，用来进行还原反应，实现对铁矿石中氧化物的还原，就能得到单质铁。这种情况下形成的是高温铁水，从出铁口就可以放出。同时在铁矿石中有着诸多的其他物质，构成了炉渣，炉渣就要从出渣口的位置排出，经过除尘处理之后，这些还能作为一些工业的生产原料。
3结束语
理论对实践具有指导意义，通过对理论的研究解析，了解工艺、反应及设备的本质，使实际生产具有更高的经济效益和时间效益。本文浅析了冶金化工生产中的几种主流方法的原理和工艺流程，对部分设备进行了理论分析。当前我国冶金设备正在高速地革新，冶金设备提升的同时，冶金化工在不同领域也会有广泛的发展前景。面对当前的压力和未来的挑战，我们需要不断深入地研究原理，并与先进技术相结合优化现有设备与工艺，在实践中解决各类有色冶金化工问题。
参考文献
[1]中国工程院化工、冶金与材料工程第十一届学术会议——“‘化工、冶金、材料’前沿与创新”在宁波隆重举行[J].杭州化工，2016，46（04）：44.
[2].济南冶金化工设备有限公司一流的煤化工及焦化设备专业制造商[J].燃料与化工，2016，47（01）：2.
作者：胡睿康 单位：澧县第一中学
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