中国钢铁工业能源环保现状new最终稿.ppt

北京科技大学,中国钢铁工业能源环保现状,2006年7月5日 北京,北京科技大学,一.中国钢铁工业能源消费,北京科技大学,能源是人类可持续发展的保证，钢铁材料是人类进步与发展的标志。 中国经过半个世纪后年产钢1亿吨（19491996），后又经过7年，年产钢2亿吨（19962003），今年可达到4亿吨以上。这标志着中国钢铁工业已进入成熟高速的发展时期，同时能源消耗的增加也导致钢铁工业发展与环境这一矛盾的产生。 为改变传统的能源消耗结构，钢铁工业能源转换将是钢铁业可持续发展的有效措施之一 。,北京科技大学,我国经济发展过程中能源消费总量大,2002年世界能源消费总量为94.05亿吨标准油（136.78亿吨标准煤），中国排序第二：年消费9.98亿吨标准油（14.51亿吨标准煤），占世界能源总消费量的10.609%。,2003年中国能源消费总量为16.78亿吨标准煤；其中钢铁工业消耗2.74亿吨标准煤（含矿山、铁合金、焦化、耐材等行业），占中国能源总消费量的16%。,1.1 我国能源消费概况,北京科技大学,能源消费结构与我国钢铁工业消费结构,中国以煤为主的能源结构，客观上造成了能源效率较低、污染较严重、产品能源成本高。 中国煤炭大多属于中低硫煤和中灰煤。国际市场交易的动力煤，其热值比我国平均高25%，含硫量低25-40%，灰分含量低50%。,2003年钢铁工业消耗原煤1.8亿吨,占总量11.3%,北京科技大学,1.2 中国钢铁工业节能分为三个阶段,（1）工序能耗节能 （2）流程（结构）调整节能 （3）能源转换的节能 循环经济将每个工序能源转换叠加，以最大效率为目标促进全流程的能耗下降，从源头削减能源的消耗达到钢铁工业的可持续发展。,北京科技大学,单体设备节能：工序节能,系统节能：结构调整,80年代,21世纪,90年代,能源转换,（1）工序能耗节能,第一阶段，节能初期，降低工序能耗，直接节能占75%，随着节能力度的加大，工序节能幅度降低；,北京科技大学,第二阶段，通过流程结构的调整，间接节能比例增加到67%；全面实施系统节能和结构调整后，年节能率上升到4.44%。 2004年比1995年吨钢综合能耗减少了0.395吨标煤/吨钢,（2）流程（结构）调整节能,北京科技大学,（3）能源转换发挥资源的最大效率,第三阶段，通过二次能源的回收和转换，最大限度提高资源利用率。,北京科技大学,吨钢各工序二次能源所占份额,二次能源利用 二次能源中，各种副产煤气所占比例最大，总计达到约59.35%，其中焦炉煤气约占17.84 %，高炉煤气约占35.18%，转炉煤气约占6.33 %； 目前高炉渣、钢渣显热尚无有效回收利用技术；高炉煤气显热、烧结和焦化废烟气显热由于工艺操作原因，尚未进行回收利用。这几部分的二次能源量约占总量的11.92%左右； 如果考虑充分利用现有的先进技术和设备，二次能源回收利用率可以达到约72.6%； 现有余热（余能）回收利用技术进一步提高，如CDQ干熄焦、降低气料比；采用干式TRT等，则二次能源回收利用率可望提高到80%左右。 目前，钢厂二次资源回收利用尚有较大潜力,结论：余能利用是企业综合能耗差异的重要原因，宝钢2003年余能余热回收占能耗总量的11%，加快余能回收的建设（如CDQ、TRT、CCPP等）、提高余能回收的技术和管理水平是缩小与先进水平的差距的有效措施。,北京科技大学,4350m3高炉平衡,4350m3 高 炉 396 kgce/t-铁 549,还原所需热：225.1kgce,其它热损失：16.0kgce,热风物理热： 60.67kgce,粉煤燃烧热：197.54kgce,焦炭燃烧热： 284.95kgce,炉渣生成热：6kgce,煤气物理热：15.1kgce,煤气化学热： 179.65kgce,炉渣物理热： 16.1kgce,铁水化学热：54.76kgce,铁水物理热：42.3kgce,转炉,焦炭： 286kg/t,球团矿： 89kg/t,烧结矿： 1251kg/t,生矿： 270kg/t,煤粉： 193kg/t,煤气: 1575 Nm3/t 粉尘: 17.43kg/t,铁水：1000kg,炉渣:265kg/t,北京科技大学,宝钢高炉煤气利用指标,宝钢炼铁工序能耗为394.27 kgce/t ，已接近国际先进水平。,北京科技大学,北京科技大学,我国钢铁工业节能差距分析,高炉工序综合能耗与国外比较 先进国家的高炉焦比已达到300kg/t 以下，燃料比小于500kg/t。我国重点钢铁企业的入炉焦比为426kg/t，部分其它企业为488kg/t，燃料比在560kg/t左右。高炉工艺的能耗（标煤）比世界先进水平高50kg/t以上。 转炉工序综合能耗与国外比较 先进国家的转炉煤气回收100Nm3/t以上，蒸汽回收60kg/t以上。 我国大中型企业转炉煤气回收装置普及率50%以下，转炉煤气回收30Nm3/t，回收的蒸汽更少。 全国只有7家实现负能炼钢， 国内企业之间比较 炼铁工序是能耗最大的工序，2003年较2002年全国总体呈现略微上升趋势；各企业差距较大，宝钢2003年炼铁工序能耗395kgce/t，全国平均为465kgce/t，相差70kgce/t； 炼钢工序能耗对吨钢综合能耗中的影响不可忽视，2003年国内平均水平为23.56kgce/t，宝钢、武钢实现了转炉负能炼钢，优于国内平均水平约25kgce/t；,1.3 钢铁节能差距与潜力分析,北京科技大学,节能潜力分析,2003年12家大型钢铁企业如果能达到宝钢吨钢综合能耗水平，节能潜力1176万吨标煤.,北京科技大学,循环经济以“3R”（减量化、再利用和循环）为原则，实现资源、能源的充分利用，降低环境负荷，其目的是促进经济的可持续发展和合理性。 循环经济将物质、能量、时间、空间、资金等要素有效地整合在一起。循环经济与一般的制造链的延伸有着紧密地联系，在经济合理的前提下，尽可能实现物质、能量的闭环运行。 钢铁工业做为实施循环经济的切入点是以技术创新、技术进步为基础，改变传统产业工艺流程，将钢铁工业在生产钢的同时利用钢铁工业副产的物质（二次资源）有机的利用促进钢铁工业的可持续发展。,积极推进钢铁工业循环经济发展,北京科技大学,高 炉,转 炉,连 铸,热 连 轧,冷 连 轧,产品,焦化,烧结,8001000万吨钢铁厂 120万kW电站 300万吨水泥厂,北京科技大学,二.中国钢铁工业环境保护,北京科技大学,环境是人类赖以生存发展的前提和条件，工业发展与环境污染是相互制约，相互作用的关系； 中国经济发展及工业化过程中,粗放发展模式和单一经济利益驱动已造成严重的环境污染和生态恶化; 钢铁生产传统的炼焦烧结高炉转炉长流程工艺,在一定时期内还将是中国钢铁生产的主要形式，能源消费结构以煤为主。产生大量的粉尘、废渣。钢铁生产污染控制及新水消耗等问题的环保压力很大,环境成本逐年攀升;,环境是钢铁工业可持续发展的保障,北京科技大学,1、20世纪6080年代 由稀释排放向末端治理的发展时期； 在建设项目时实行“三同时”，钢铁工业污染治理初见成效； 2、20世纪90年代 污染源达标排放与污染物总量控制阶段； 通过工业结构调整、淘汰落后、运用市场机制，达到增产不增污，环境面貌得到明显改善； 3、21世纪 清洁生产与循环经济发展阶段； 推行清洁生产工艺和节能环保技术，使钢铁工业产生的二次能源得到最大限度的循环利用，从而达到节能和“零”排放的目的。,纵观中国钢铁环境治理经历三个阶段：,北京科技大学,2.1 中国钢铁工业环保成绩,中国钢铁企业工业水重复利用率由2000年的87.04%提高至2004年的93%，提高了5.96个百分点。吨钢新水耗量由25.24m3下降至12.5 m3。下降了12.74 m3，下降幅度为50 %,（1）节水,北京科技大学,(2)废水治理,中国钢铁企业吨钢外排废水量由2000年的16.83%降至2004年的6.0%，钢铁企业废水处理率由2000年的98.43%提高到2004年的99.6%。,北京科技大学,（3）废气治理,中国钢铁企业吨钢外排废气量由2000年的18678Nm3降至2003年的16386Nm3,吨钢外排废气量下降了2292Nm3,下降幅度为12.27%；但是2003年比2002年增加了9.43%。 钢铁企业废气处理率由2000年的97.33%提高到2003年的98.31%；处理废气达标率由2000年的91.58%提高到2003年的96.01%。,北京科技大学,（4）CO2排放,钢铁工业CO2排放量的变化,从19802002年的二十几年间，钢铁工业CO2排放量降低了50%。,北京科技大学,（5）钢铁渣综合利用,北京科技大学,2.2 中国钢铁工业发展面临环境的制约,政府不断出台趋于严格的环境保护法律和法规 资源短缺和价格上涨 排污费不断提高 潜在的污染赔偿责任 废料处置成本上升 企业社会形象 与周边社区的和谐相处 产品出口的绿色壁垒,北京科技大学,污 染 排 放 控 制 的 实 现,浓度限值,负荷控制,工艺要求,控制项目,确定合理的 环保治理 技术措施,控制指标,2.3 加强行业标准修订，依靠节能减排技术,北京科技大学,中国钢铁工业污染管理演变过程,60年代,70年代,80年代,90年代,直接排放,稀释排放,末端处理,清洁生产,国家重点行业清洁生产技术导向目录,（第一批） 干熄焦技术 高炉富氧喷煤工艺 小球团烧结技术 烧结环冷机余热回收技术 烧结机头烟尘净化电除尘技术 焦炉煤气 H.P.F 法脱硫净化技术 石灰窑废气回收液态 CO 2 尾矿再选生产铁精矿 高炉煤气布袋除尘技术 LT 法转炉煤气净化与回收技术 LT 法转炉粉尘热压块技术 轧钢氧化铁皮生产还原铁粉技术 锅炉全部燃烧高炉煤气技术,（第二批） 高炉余压发电技术 双预热蓄热式轧钢加热炉技术 转炉复吹溅渣长寿技术 高效连铸技术 连铸坯热送热装技术 交流电机变频调速技术 转炉炼钢自动控制技术 电炉优化供电技术 炼焦炉烟尘净化技术 洁净钢生产系统优化技术 铁矿磁分离设备永磁化技术 长寿高效高炉综合技术 转炉尘泥回收利用技术 转炉汽化冷却系统向真空精炼供汽技术,21世纪,循环经济,“零”排放,北京科技大学,安钢焦炉煤气脱硫脱氰 莱钢750高炉热风炉余热回收 安阳钢铁公司污水治理技术研究 重钢煤调湿项目 太钢烧结余热利用 攀钢高炉余压发电 邯钢高炉热风炉余热回收 首钢干熄焦项目 马钢转炉煤气回收利用 济钢煤气加热炉高效燃烧控制系统 辽阳铁合金电炉煤气回收及铬矿球团 (中日绿色援助计划 10家企业的11个项目）,中日钢铁界通过中日绿色援助项目的合作,北京科技大学,三.钢铁工业节能、环保的主要措施,北京科技大学,中国钢铁工业协会提出推广“三干”与“三利用”,干熄焦，高炉煤气干式除尘，转炉煤气干式除尘；水的综合利用，以副产煤气（焦炉、高炉、转炉）为代表的二次能源利用，以高炉渣、转炉渣为代表的固体废弃物的综合利用。 推广“三干”工艺技术，提高能源的一次使用效率和能源的二次回收利用率；减排二氧化碳，减少粉尘、污水对环境的污染。将“三干”处理后的煤气在工序流程中通过TRT、CCPP尽量多的回收电能，减少发电用煤量，提高企业用电自给率，使企业力争做到“不买电、不买油、只买煤”，推动节能环保增效作用。 建立在物质不断循环利用基础上的经济发展模式，组成一个“资源产品二次能源利用”的物质反复循环的过程，有利于化解环境和发展之间的冲突，而物质能量的有效合理循环是一个重要途径。,北京科技大学,3.1 高炉煤气回收与除尘,我国现有 1000m3以上的高炉97座，2004年底配备TRT66台套（其中正在建设32台）。现80%以上的高炉TRT采用湿法除尘冷却系统，一般1000 m3以上的高炉炉顶压力0.12MPa，每吨铁就可发电2040KWh。如果高炉煤气采用干法除尘，发电量还可增加30%以上，炉容大、炉顶压力高，发电量增加的更加明显。 莱钢开发了高炉煤气采用干法布袋除尘的关键技术“高炉煤气快速升降温”的技术，解决了由于煤气温度突然升高而烧毁布袋的问题，采用干法除尘技术可以使TRT发电能力提高36%。,北京科技大学,干发除尘的主要优点,干法投资仅为湿法投资的70%，投资省，建设速度快； 占地面积不到湿法的50%，节省场地； 使用氮气脉冲反吹技术，清灰效果好，无煤气泄露； 设有升降温装置，保证布袋安全运行； 动力消耗少，节电效果明显； 净煤气含尘5mg/Nm3，煤气质量显著提高，利于环保； 净煤气温度比湿法净煤气温度提高约100，达140220，煤气显热提高，可提高热风炉风温（或省掉煤气预热设施），增加喷煤，降低焦比； 干法TRT比湿法TRT多发电30%以上，节能效果明显； 采用干法除尘后煤气温度高、质量好、稳定，更加有利于（TRT+CDQ（CCPP）或TRT+烧热风炉等）高炉煤气的梯级利用。,北京科技大学,750m3高炉干法与湿法技术指标对比,增加45%,电力消耗（kWh/t钢）,项目,设备投资（万元）,北京科技大学,3.2 转炉煤气回收与除尘,我国现有400多座转炉，其中大于200t的大型转炉17座，80t190t的中型转炉107座，小于80t的小型转炉近300座。 转炉湿法除尘系统平均回收的煤气量为80m3/t左右，回收系统能耗较大。目前我国转炉炼钢的工序能耗为23.6kgce/t钢。湿法除尘系统存在能耗高、环保治理难度大、废物利用率低等缺点。 干法除尘技术具有节水、节电、除尘效率高、降低生产成本的优点（煤气回收量约为100mg/Nm3，煤气含尘量为10mg/Nm左右，炼钢的工序能耗可达-10kgce/t钢），同时提高了能源利用率。,北京科技大学,干法除尘与湿法除尘的效益比较分析,北京科技大学,3.3 干熄焦,2004年我国焦炭的表观消费量19372万吨，其中钢铁消耗约占全国消耗总量的78.28%。现已建成或在建干熄焦装置47套。干熄焦回收红焦显热，生产出蒸汽用于发电，相当于减少了因生产等量蒸汽而燃煤对大气的污染（56t蒸气需要1t动力煤），尤其减少了SO2、CO2向大气的排放。对于一个年产100万t焦炭的焦化厂而言，采用干熄焦可回收4560万t过热蒸汽，每年可以减少810万t动力煤燃烧对大气的污染，即少向大气排放144180t烟尘、12801600t SO2。从温室效应看，少燃烧810万t动力煤相当于少向大气排放810万t CO2 炼焦车间采用湿法熄焦，每熄一吨红焦炭就要将0.5t含有大量酚、氰化物、硫化物及粉尘的蒸汽抛向空中，严重地污染了大气及周围的环境。这部分污染占炼焦对环境污染的三分之一。干熄焦则是利用惰性气体，在密闭系统中将红焦炭熄灭，并配备良好的除尘设施，基本上不污染环境。 我国干熄焦锅炉设计的均为中压或次高压，今后应设计采用高压锅炉，发电量将显著增加。,北京科技大学,3.4 煤气和蒸汽的联合发电,经全干法除尘、TRT透平发电后的高温高炉煤气，一部分用于热风炉，富余部分与转炉煤气、焦炉煤气混合加压后进燃气轮发电机组发电；燃气轮机排出的高温余热产生的蒸汽，拖动蒸汽轮机发电机组，形成燃气、蒸汽联合循环发电。 2003年8月，国产首套高炉煤气燃气轮发电机组在通钢集团投入运行，经5300多小时运行考验，机组的机械性能、可靠性指标和环保指标优良。与常规的汽轮发电机组相比，联合循环热效率提高了10%（达40%），而污染环境的氮化物排放则下降了90%。 目前我国70%以上的发电设备为燃煤机组，部分为较先进的低热值燃气锅炉发电，其发电效率低，环境污染严重。高炉煤气燃气轮发电机组具有显著的环保、节能效益。,北京科技大学,煤气不同发电方式的热效率对比,北京科技大学,3.5 节水技术,北京科技大学,3.6 以高炉渣、转炉渣为代表的固体废弃物的综合利用,钢铁工业每年产生固体废弃物约1.36亿吨。积极应用先进有效的新技术，提高其利用率，最终实现钢铁工业固体废弃物零排放，是钢铁企业发展循环经济的有效措施之一。,北京科技大学,可借鉴的国外高炉渣的利用方向,可借鉴的国外钢渣的利用方向,粒化高炉渣，将其磨细成粉，以满足建筑工程需要。我国水泥产量为9亿吨，而高炉矿渣为7557万吨，可利用量约为7000万吨，全部生产矿渣粉，仅为水泥量的7.7%。,北京科技大学,中国钢铁工业的发展经历了曲折、徘徊、崛起的历史进程，自20世纪90年代以来快速发展，在全球占有重要位置。在今后相当长时期内，钢仍是人类社会使用的主要结构材料和数量最大的功能材料。钢铁工业是中国新型工业化进程中的基础产业，而且是基础产业中的重要产业。中国经济的快速发展为中国钢铁工业提供了巨大的发展空间，但同时，钢铁工业的发展面临资源、能源、环境的严重制约。今后钢铁工业的发展空间不仅表现在规模和数量，最重要的在于结构调整和技术进步。 钢铁工业作为积极推动循环经济的切入点和重要环节，应加快结构调整，推广干熄焦、高炉煤气干式除尘、转炉煤气干式除尘、水的综合利用、以副产煤气（焦炉、高炉、转炉）为代表的二次能源利用和以高炉渣、转炉渣为代表的固体废弃物的综合利用，提高工艺技术和管理水平，从而进一步节能、节水、降低消耗，提高资源、能源效率，改善环境，以贯彻科学发展观，走新型工业化道路来支持我国国民经济第三步战略目标的实现，促进钢铁工业的可持续发展。,