绿色环保、高效节能、资源循环利用的清洁炼钢厂.pdf

绿色环保 、 高效节能 、 资源循环利用的清洁炼钢厂 蒋为民 上海宝钢工程技术公司, 上海 201900 摘要 主要介绍宝钢集团浦钢搬迁罗泾工程为建设绿色环保、高效节能、资源循环利用的现代清洁炼钢厂所采用的工 艺技术、技术装备和技术措施。 对炼钢工程中所采用的各种工艺技术、技术装备和技术措施等进行说明和分析。 关键词 绿色环保; 高效节能;资源循环利用;炼钢厂 T H EC L E A NS T E E LP L A N TO FG R E E NE N V I R O N ME N T , H I G HE F F I C I E N T E N E R G Y - S A V I N GA N DR E S O U R C ER E C Y C L I N GU T I L I Z A T I O N J i a n gWe i m i n S h a n g h a i B a o s t e e l E n g i n e e r i n gC o m p a n y , S h a n g h a i201900, C h i n a Ab s t r a c t T h ep a p e r ma i n l yi n t r o d u c e dt h et e c h n o l o g y , t e c h n i c a l e q u i p m e n ta n dt e c h n i c a l m e a s u r e sf o rb u i l d i n gt h em o d e r n s t e e l p l a n t o f g r e e ne n v i r o n me n t , h i g he f f i c i e n t e n e r g y - s a v i n ga n dr e s o u r c e r e c y c l i n gu t i l i z a t i o ni nB a o s t e e l L u o j i n gP r o j e c t .A l l k i n d so f t e c h n o l o g i e s , t e c h n i c a l e q u i p m e n t s a n dt e c h n i c a l me a s u r e s f o r t h es t e e l m a k i n gp r o j e c t w e r ee x p l a i n e da n da n a l y z e di n t h i sp a p e r . Ke y wo r d s g r e e ne n v i r o n m e n t ;h i g he f f i c i e n t e n e r g y - s a v i n g ;r e s o u r c er e c y c l i n gu t i l i z a t i o n ;s t e e l m a k i n gp l a n t 0 引言 宝钢集团浦钢公司结合上海世博会搬迁, 在上海 宝山罗泾地区建设一个最终规模约 400万 t 的钢铁 厂 。厂区位于宝钢分公司西北约 5 k m 处, 工程按计 划分两期建设, 一期工程已于 2007年 10月底顺利 投产。 根据上海市建设国际大都市的规划要求, 考虑到 浦钢搬迁罗泾厂址毗邻上海市水源地的地理位置, 因 此新钢厂建设必须符合绿色环保 、 节能和资源循环利 用的要求。 浦钢搬迁罗泾的建设指导思想就是要走可持续 发展的道路 ,打造绿色环保 、 节能 、 循环经济的绿色化 新型钢厂, 为我国钢铁工业的调整与发展起到示范 作用。 绿色化新型钢厂可以理解为从单纯提供钢铁产 品功能向充分发挥生产流程的能源转换功能转变, 从 废弃物排放大户向废弃物排放最小化转变 ,既要体现 清洁生产 , 还要体现生态工业的思想和循环经济 “3R ”的思想 [ 1] ,即 “减量化、再利用 、再循环 ”。对于 整个钢铁厂来说 ,炼钢厂是衡量一个现代化钢厂清洁 生产的重要标志 ,肩负着绿色环保、 高效节能、资源循 环利用的重要使命, 综合体现生产过程转炉烟气节 能 、 废水处理、 粉尘和炉渣环保综合利用的技术集成 。 本文以已建成投产的罗泾炼钢厂为实例, 试图对 绿色环保、高效节能 、循环经济的新型清洁炼钢厂的 主要特点进行描述和分析 。 1 工艺流程和配置情况 1. 1 工艺流程 罗泾钢厂按照一次规划分期实施的原则, 一期工 艺流程如下 1套 C 3000型 C O R E X 铁水 ※ 脱硫预处理铁水和 废钢 ※2 150 t复吹转炉冶炼 ※1 150 t L F 、1 150 t R H 炉外精炼 ※1台 250 m m 厚板坯连铸机。 1. 2 工艺配置情况 一期炼钢工艺配置 1套双工位机械搅拌法铁水 脱硫装置、2座 150 t顶底复吹转炉、1套 150 t R H真 空精炼装置 、1套 150 t L F 精炼装置、1套滚筒法炉渣 处理装置以及相应的公辅系统 。 2 绿色环保的主要技术特点和技术措施 绿色环保,就是在清洁化生产工程中充分利用资 101 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 源和能源,少排放废弃物和污染物。罗泾炼钢厂在设 计和建设过程中严格执行国家和上海市对冶金行业 的环境保护要求 ,按照可持续发展和循环经济理念, 提高环境保护水平。坚持高起点、高标准 , 瞄准世界 冶金科技前沿,在优先考虑减少资源 、能源消耗和低 污染物产生的基础上 ,对各生产单元内部产生的废物 均进行回收利用 , 以实现 “高效率 、低消耗和低排 放 ”,从而使炼钢工程的建设更符合可持续发展和以 “资源产品 废物再生资源”为循环模式的生态 经济理念。 炼钢车间是钢铁厂的主要污染源之一。炼钢工 程污染物主要通过主 、 辅原料的装卸 、 贮运 ,往转炉里 加废钢和兑铁水 、 转炉吹炼和出钢,鱼雷罐车倒罐, 铁 水脱硫 、扒渣 ,钢水精炼, 转炉、精炼和连铸污水处理 等环节 ,以废气、废水 、 烟尘 、 粉尘和炉渣, 以及生产过 程中发出的噪声等形式排向环境。 为减轻对周围生态环境的影响, 采取有效的环境 治理措施,从根本上降低污染物的排放 ,减轻对生态 环境的影响 。 2. 1 废气 2. 1. 1 废气处理技术和措施 1 转炉煤气净化回收系统。每座转炉独立设置 一套新型湿法烟气净化系统 新 O G ,对烟气进行净 化并回收煤气。汽化冷却烟道来的转炉烟气进入喷 淋塔后与高效喷嘴喷淋的水进行传质传热 ,将高温的 烟气降温至饱和 ,达到初步净化的目的。来自喷淋塔 经过初步净化的烟气在环缝洗涤器内进行精除尘。 当转炉工作状态处于前、后烧期或煤气不回收时, 经 净化处理后的烟气通过烟囱在高空点火燃烧放散, 放 散的烟气含尘浓度小于 35 m g /m 3 。 2 转炉二次和三次除尘系统 。根据转炉各产尘 点的布置位置、 烟尘特点及除尘器总图布置要求, 将 车间各产尘点通过管道汇总 ,分成转炉二次除尘系统 和铁水预处理除尘系统 2套 ,每套除尘系统配置 1台 脉冲除尘器 , 2台风机。 为了能有效地捕集转炉吹炼时产生的二次烟气, 转炉被设在带移动开门的密闭罩内 。转炉兑铁水时 所产生的二次烟气由设在兑铁水侧上部的炉前集尘 罩进行捕集 ,此罩也兼作捕集转炉吹炼时从炉口冒出 的二次烟气用。 为改善车间环境, 针对兑铁水时烟气量较大, 一 小部分烟气可能外溢到车间内, 专门设置厂房屋顶气 楼排烟罩进行除尘 也称转炉三次除尘 。 3 铁水预处理 、精炼除尘系统。铁水脱硫排烟 罩设在铁水罐上部 。铁水倒罐站采用带导流板的高 悬屋顶罩, 并结合封闭厂房保证烟气的有效捕集。 L F 上部设有炉盖排烟罩, 罩内压力由设在排烟 管道上的电动调节阀进行调节 。 4 铁水扒渣及辅原料地下料仓除尘系统。鱼雷 罐扒渣站、 辅原料和铁合金地下料仓合设一套除尘系 统 。地下料仓的产尘点包括汽车卸料点及地下料仓 卸料点 。 地下料仓汽车卸料时在料仓上方设置吸尘罩 ,辅 原料地下料仓及铁合金料地下料仓向皮带机下料时 的除尘是通过设于皮带机上部的吸尘罩, 将含尘气体 捕集后经风管分别送入系统总管。 鱼雷罐车铁水扒渣站扒渣时产生的烟气由屋顶 高悬罩捕集后送入系统总管。 2. 1. 2 各除尘系统主要技术参数 炼钢厂各除尘系统主要技术参数见表 1。 表 1 炼钢厂各除尘系统主要技术参数 系统名称 系统风量/ m 3 h- 1 风机功率 / k W 排放标准 / m g m- 3 风机调 速方式 转炉煤气净化回收系统2 222 0002 2 24035液力耦合器 转炉二次除尘系统1 140 0002 1 60020内反馈 铁水预处理、精炼 和三次除尘系统 1 140 0002 1 60020内反馈 铁水扒渣及地下料仓 除尘系统 1 230 0001 50020内反馈 2. 2 废水 炼钢厂主要废水来源包括净循环水处理系统中 的过滤器反洗水和强制排污水, 废水中主要污染物为 S S 、C O D 、石油类 ; R H真空泵蒸汽冷凝器循环水排 水 ,主要污染物为 S S 、C O D 、 石油类; 转炉烟气除尘洗 涤水是炼钢厂的主要污水 ,其主要污染物为 S S ; 炼钢 区域内配套的卫生间、盥洗间产生的生活污水; 冲洗 地坪的排水 。 炼钢工程水处理设施有净循环水系统 含纯水 循环系统, 与连铸工程的净循环水处理系统一起考 虑 、R H 浊循环水系统和 O G 除尘浊循环水系统。炼 钢与连铸两个系统合并集中统一考虑 ,即同一种水尽 可能合并, 同时考虑主体工艺的操作方便 ,部分机组 单独设置。一期总用水量 13 218 m 3 /h ; 一期总循环 水量12 921 m 3 /h , 总循环率 97. 7。 102 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 各循环水处理系统的强制排污水及少量直用水, 排入全厂工业废水管送至全厂污水处理站集中处理 后部分回用 ,极少部分外排 。 炼钢区域的生活污水 包括冲洗地坪排水 , 排 入全厂污水干管 ,最终送入市政污水管网内。 2. 3 固体废物 炼钢厂产生的固体废物主要有 铁水脱硅渣、铁 水脱硫渣、 转炉渣 、 连铸铸余渣, 各除尘器收集的除尘 灰 ,转炉煤气净化产生的污泥, 废耐火材料等。 转炉渣采用滚筒法渣处理工艺配以热泼法进行 在线式处理 ; 铁水脱硅渣 、 脱硫渣采用渣罐喷水浸泡 工艺; 铸余渣采用渣罐格栅冷却工艺 , 各种渣处理后 进行粒铁回收,其余用于生产钢渣建筑材料或用于筑 路等; 除尘系统收集的除尘灰和废耐火材料由宝钢集 团统一考虑 ,统一调配, 集中处理 。炼钢厂产生的各 类固体废物 100 做到综合利用。 2. 4 噪声 炼钢厂噪声源主要为除尘系统排烟风机、其他风 机 、 真空泵 、 水泵 、 空压机、氧、氮 、 氩加压机和放散阀 等 ,噪声可达 95～ 100 d B 。 各系统除尘风机出口均设有消声器, 风机外壳和 输送管道都粘帖或包扎一定厚度的吸声棉 ,且风机基 础采取隔振措施 ,从而使风机设备噪声降至≤85 d B 。 空压机置于独立的空压机站房内 , 并选用低噪 声 、 低振动型的空压机 , 设备噪声降至 ≤85 d B ; 空压 机放散口设消声器,排气噪声降至≤85 d B ; 转炉汽化 冷却系统的汽包放散管上装有消声器, 排气噪声降 至 ≤85 d B 。 真空喷射泵壳体全部采用一定厚度的隔声材料 包扎; 氧、氮、氩加压机设置隔声罩设备; 各加压机泄 压口设消声器。 2. 5 炼钢厂绿化率和环保投资 炼钢工程厂区绿化率为 20; 环境保护设施投 资占炼钢工程总投资约 12。 3 高效节能的思路和措施 3. 1 高效节能的思路 1 炼钢厂节能概念 。节能的含义包括减少浪费 和增加回收两个部分 。减少浪费就是要加强对用能 的质量和数量的管理, 优化用能结构 、减少物流损失 和能源介质的无谓排放等。增加回收就是大力回收 生产过程中产生的二次能源 包括余热蒸汽和副 产煤气 。 2 节能的目标是提高能源使用效率, 降低单位 产品的能耗 ; 炼钢厂节能的内容包括 管理节能 、 结构 节能和技术节能 。 3 炼钢厂的节能兼顾减量化用能和二次能源回 收 。炼钢厂的节能和环保工作从源头抓起 ,不是先消 耗 、 先污染, 再去回收 、 再去治理的粗放式经营去开展 节能环保工作。 转炉炼钢厂节能工作的重点应是在减量化用能 和二次能源回收利用上下功夫 ,二者要兼顾。 目前,国内、外转炉炼钢的节能技术有上百种 ,我 们要加以研究分析, 找出节能量最大 , 经济效益又好 的技术 。最好进行系列的科学分析, 排列出节能效果 的各项技术顺序 ,以供各企业结合自己的具体情况, 加以实施。转炉炼钢节能工作的重点是要努力减少 铁水预处理温降 、 降低转炉钢铁料消耗 、 除尘系统采 用高效率除尘风机、提高设备冷却水循环率、提高蒸 汽和煤气二次能源回收率等。 3. 2 罗泾炼钢厂高效节能措施综述 罗泾炼钢厂采用大型化 、 现代化的技术装备, 吨 钢综合能耗达到国内先进水平, 生产工艺采取有效的 节能减排措施,保证工程责任区范围及其周围地区的 环境生态质量,降低生产运行成本, 获取高效的经济 效益和社会效益 。 3. 3 炼钢工序能耗及能源评价 炼钢厂消耗的能源主要有电 、 转炉煤气、 天然气、 氧气、氮气 、 氩气 、 压缩空气 、 蒸汽、 新水、软水等 。 同时在生产过程中将回收二次能源, 主要是转炉 烟道汽化冷却所产生的蒸汽和转炉回收的转炉煤气 。 炼钢厂铁水预处理、 转炉、R H精炼 、L F 精炼的工 序能耗比较见表 2。 表 2 炼钢工序能耗比较 工序名称产品名称 工序能耗 / M J t - 1 指标本项目设计值 是否 达标 铁水预处理铁水≤8926. 2Y 150 t 顶底复吹转炉钢水≤0- 159. 2Y R H精炼系统钢水≤528348. 4Y L F 精炼系统钢水≤528512. 8Y 由表 2可知 , 铁水预处理、150t 顶底复吹转炉、 R H精炼系统 、L F 精炼系统均符合 Y B 9051 - 98钢铁 企业设计节能技术规定的工序能耗指标要求 。 3. 4 节能措施综述 本项目采取了大量的 、 先进的节能措施。 103 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 3. 4. 1 铁水预处理系统 1 采用 260t 鱼雷罐运输铁水 ,保温效果好 ,减少 温降, 渣量少 ,减少铁水运输次数,有利于节能降耗 。 2 铁水脱硫采用离线铁水罐脱硫, 与鱼雷罐脱 硫相比, 脱硫效率高 , 脱硫剂耗量少, 渣量少 , 降低 铁损。 3. 4. 2 转炉系统 1 对转 炉煤气 进行 回收 , 吨 钢回 收煤气 大 于 100 m 3。 2 对转炉烟气余热进行回收 ,采用全汽化冷却, 每吨钢水产蒸汽量达到80 k g 。 3 转炉采用副枪动态控制和顶底复吹的先进操 作工艺 ,使用活性石灰和轻烧白云石等造渣材料, 降 低渣量; 溅渣护炉技术, 提高炉衬寿命。转炉倾动及 氧 、 副枪升降采用变频器控制。 4 除尘系统采用高效率除尘风机, 根据工艺不 同操作阶段烟气量的变化, 通过对各阀门的不同组合 情况,由液力耦合器或内反馈调速装置自动调节风机 转速或电机转速 ,以达到节能的目的 。 5 转炉冷却水的循环率大于 97, 节约了水 资源。 3. 4. 3 R H精炼系统 1 采用先进的真空泵系统提高蒸汽效率 , 节约 蒸汽,基本实现炼钢蒸汽自平衡 ; 同时 ,根据不同生产 要求选择不同真空抽气能力的真空泵系统, 降低了 能耗。 2 以提高钢水的环流量来降低处理时间 , 减少 了产线能耗 。 3. 4. 4 L F 精炼系统 1 通过优化钢水罐设计 , 为造好泡沫渣创造条 件 ,控制上采用微正压控制, 保持炉内还原性气氛状 态下, 最大程度减少烟气的排放 ,降低能耗 。 2 控制上选择合理的二次电压 ,二次电流, 在处 理不同阶段 , 通过电极升降调节装置产生合适的弧 长 ,造好泡沫渣 ; 在处理过程中 ,电极采用埋弧操作, 降低电耗。 3. 4. 5 其他 1 钢水罐和铁水罐烘烤使用带蓄热功能烘烤 器 ,可充分利用转炉煤气或 C O R E X 煤气等低热值煤 气 ,有利于节能。 2 照明等用电设备, 电气室、操作室等构筑物选 用的建筑材料采用国家规定的节能设施、节能材料 。 3. 4. 6 能源集中管理 罗泾全厂建设先进的能源管理中心, 集中管理全 厂能源 。将各种能源的必要检测控制项目 ,如电、水、 蒸汽、 氧 、 氮 、 氩、天然气、 转炉煤气等在炼钢系统中的 用量、 压力、温度送至能源中心, 并实施各种能源的集 中统一管理, 以减少不必要的能源浪费, 合理使用 能源。 4 实现资源循环利用 资源循环利用不仅是国策, 也是实现全厂循环经 济的重要措施,对于炼钢厂来说, 关键是如何以最经 济合理的方式利用转炉煤气,循环利用水资源和综合 利用固体废弃物 。 4. 1 拓宽转炉煤气使用范围 罗泾炼钢厂转炉煤气回收水平每吨钢达 100 m 3 以上, 除尘效果较好 。炼钢厂建设 1座 8万 m 3 转炉 煤气柜, 可以保证转炉煤气供应的连续性和品质 稳定。 转炉煤气属中热值优质气体燃料, 使用范围广, 罗泾炼钢厂转炉煤气利用遵循的原则是争取煤气零 排放或少排放,争取最佳的经济效益 , 服从宝钢集团 构建北部能源通廊的战略要求。依照这样的思路 ,转 炉煤气净化回收后主要用于炼钢车间钢 铁 水罐以 及连铸中间罐的干燥 、烘烤, 剩余部分混入 C O R E X 煤气供全厂生产系统和 C C P P 作燃料 ,产生良好的经 济效益 。 4. 2 水资源循环使用 炼钢厂给排水系统采取清浊分流、循环使用、一 水多用 、 串接排污 、 水质稳定等节约水技术 ,按水质情 况分别设有净循环系统、 浊循环系统 。净循环系统少 量排水排入浊循环系统作补充水串级使用 ,浊环水系 统少量外排废水排入全厂中央水处理站集中处理后 串级使用, 炼钢循环水总循环率为 97. 7。 4. 3 废弃物综合利用 罗泾炼钢厂非常重视废弃物综合利用 ,把废弃物 的处置与综合利用结合起来,充分利用废弃物的价值 造福于社会 。 4. 3. 1 钢渣循环利用 炼钢厂产生的钢渣包括 转炉渣 、 铁水渣、铸余渣 等 ,钢渣处理采用滚筒法粒化处理工艺 、 湿法浸泡工 艺 、 格栅冷却工艺等, 钢渣 100 一次处理。 处理后钢渣 ,进行粒铁回收 , 吨钢渣回收粒铁大 于 100 k g 。 粒铁回收后的钢渣用于生产钢渣建筑材料 104 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 或用于筑路 、 填坑等, 可以 100 综合利用。 4. 3. 2 含铁 锌 尘泥和除尘灰利用 含铁 锌 尘泥主要来自于炼钢与连铸的浊循环 水系统 。炼钢与连铸浊循环水系统分别设置。浊循 环水处理系统产生的含铁 锌 污泥 , 经脱水后的污 泥含水率约 35,能满足运输和堆放要求 , 用自卸车 定期输送。含铁 锌 污泥经加工成球团并脱锌后, 可返回给 C O R E X 用或送往宝钢分公司或不锈钢分 公司烧结厂作原料或返回炼钢厂作冷却剂用。 炼钢厂除尘灰来源于炼钢各除尘系统 ,炼钢除尘 系统主要有 铁水扒渣除尘、铁水预处理除尘和转炉 二次烟气除尘以及上料系统等。除尘器所收集到的 粉尘经刮板输送机、 斗式提升机送入贮灰仓贮存。为 减少粉尘装卸时对环境造成的污染, 采用吸引压送罐 车 ,定期对储存在贮灰仓和烟气混合室灰斗内的粉尘 进行吸引装载、 压力卸载,粉尘集中统一处理, 全部送 往宝钢分公司和不锈钢分公司烧结厂作原料, 利用率 可达 100。 4. 3. 3 废耐火材料利用 废耐火材料主要是钢 铁 水罐和转炉等设备的 日常修理和中修 、 大修拆除的耐材 , 其化学成分主要 为 S i O2、A l 2O3和 M g O 等 。再生利用的废耐火材料经 粉碎、 碾磨、烧制等加工后, 由耐火材料生产厂家回收 重新制成耐火材料; 不再生利用的大块废耐火材料用 作一般建筑材料、小块碎料用作填坑筑路 , 实现 100 综合利用。 4. 3. 4 废钢利用 转炉冶炼时产生的炉口粘钢 ,采用自卸车运输到 罗泾厂内废钢堆场, 进行加工处理后返回炼钢厂 利用。 5 结束语 2000年以来, 中国的钢铁工业持续快速增长, 钢 铁产量及消费量均占到全球总量的 30以上 , 资源 和环境的压力日益增大, 再继续走传统的以牺牲环 境 、 高能耗 、 低效率利用资源的老路已不符合时代的 要求。探索我国钢铁工业可持续发展的道路, 建设绿 色环保 、 高效节能和循环经济的新型钢铁厂, 是时代 赋予钢铁工作者的使命。 浦钢搬迁罗泾项目是根据上海市建设国际大都 市的规划要求,按照建设绿色环保、 高效节能、资源循 环利用的新型钢厂这一指导思想进行规划 ,炼钢厂采 用的主要先进工艺及技术装备也正是体现这一建设 指导思想。 在项目建设过程中, 始终围绕 “绿色环保 、高效 节能和资源循环利用 ”主题 ,着重采取以下措施 1 资源的减量化及循环利用 。 2 能源的节约及回收利用。 3 污染物有效控制以实现低排放 。 4 水资源的节约及循环利用 。 5 固体废弃物的综合利用。 以实现经济效益最大化的目标, 同时兼顾环保、 社会效益, 符合循环经济的要求 。 参考文献 [ 1] 王雅贞, 李承祚.转炉炼钢问答 [ M ] . 北京 冶金工业出版 社, 2003. 作者通信处 蒋为民 201900 上海宝山区铁力路 2510号 上海宝 钢工程技术公司 E - ma i l w a n g y z 163. c o m 2009-03-27 收稿 上接第 100页 [ 4 ] 李崇智, 李永德, 冯乃谦. 21世纪的高性能减水剂[ J ] . 混凝土, 2001 5 3- 6. 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