節(jié)能減排不僅關(guān)系到氣候變化，而且影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。本文對迄今為止主要煉鐵工藝的單位能耗和主要節(jié)能減排技術(shù)進行了綜述和評價。

1. 減少溫室氣體排放是大勢所趨

一份聯(lián)合國報告說，全球氣候變暖已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)，并已超出了地球自身的變化范圍，而人類活動尤其是化石燃料的使用是氣候變暖的主要原因。

發(fā)展低碳經(jīng)濟是防止氣候變暖的重要途徑。低碳經(jīng)濟實質(zhì)是能源高效利用、清潔能源開發(fā)，核心是新能源發(fā)展和節(jié)能減排技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化。環(huán)保部發(fā)布了《中國碳平衡交易框架研究》報告，建議國家對鋼鐵產(chǎn)品征收二氧化碳排放稅，鋼企能否承受二氧化碳排放稅對成本的影響？企業(yè)如何加快調(diào)整轉(zhuǎn)型，防止跌入被動局面？指望別人廉價轉(zhuǎn)讓最好的低碳技術(shù)是不可能的，我們自己能否搶得低碳發(fā)展先機，關(guān)鍵還在于制造業(yè)低碳技術(shù)取得突破！我們必須整合科技資源，研究制約鋼鐵工業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)。

根據(jù)國務(wù)院的總體安排，國家有關(guān)部門正在全力推進低碳替代能源研發(fā)和推廣工作。我們現(xiàn)在要主動探索低碳工業(yè)生產(chǎn)有競爭力的產(chǎn)品的途徑，找出低碳經(jīng)濟下的技術(shù)解決方案，這些解決方案應(yīng)使中國站到世界領(lǐng)先的地位，要加速低碳煉鐵關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)。企業(yè)要在目前的核心技術(shù)高爐煉鐵進入成熟期以前就要研發(fā)新的技術(shù)，在現(xiàn)有的核心技術(shù)進入衰退期之前，研發(fā)的新技術(shù)要開始起到好的替代作用，這樣企業(yè)才能夠可持續(xù)發(fā)展。

2. 鋼鐵工業(yè)是我國工業(yè)節(jié)能減排的重點大戶

鋼鐵工業(yè)是我國實現(xiàn)新型工業(yè)化的重要支柱產(chǎn)業(yè)。由于產(chǎn)鋼規(guī)模大，2007年鋼鐵行業(yè)的總產(chǎn)值約2.5萬億元，約占全國GDP的8％。2007年鋼鐵工業(yè)的CO2直接排放量約為10.3億t，約占我國CO2排放量的16%左右，是我國工業(yè)領(lǐng)域中僅次于電力行業(yè)的高能耗CO2排放大戶。國家提出“十一五”期間單位GDP能源消耗要降低20%，污染物排放減少10％，鋼鐵工業(yè)對于完成這一硬指標(biāo)責(zé)任重大，要理清節(jié)能減排的思路，采取有效的針對性措施。鋼鐵工業(yè)未來的發(fā)展應(yīng)著重解決減少CO2排放問題。

受廢鋼資源缺乏和能源以煤為主的制約，與國際主要產(chǎn)鋼國的噸鋼CO2排放量相比，我國噸鋼CO2排放量一直處在高位，使我國在“后京都協(xié)議”的相關(guān)國際談判中面臨巨大的壓力，我國鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展遇到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

目前和今后20年我國鋼鐵企業(yè)的主力流程高爐－轉(zhuǎn)爐流程的噸鋼CO2排放量約2t，盡管已經(jīng)投入巨資實施了各種節(jié)能減排措施，這種基于碳熱還原的傳統(tǒng)流程的減排效果已接近理論極限，繼續(xù)減排CO2的潛力十分有限，隨著我國廢鋼積蓄量的增加，逐步擴大廢鋼-電爐短流程是解決鋼鐵工業(yè)減排CO2和減少使用進口鐵礦石的一條重要的工藝途徑，因為作為原料廢鋼的能值為零，高爐直接加入100kg/t低等級廢鋼或金屬化率70％的DRI，可節(jié)省還原劑25kg/t，并使高爐增產(chǎn)5％。歐洲鋼鐵業(yè)把增加煉鋼工序中廢鋼的比例、減少鐵水比例作為最有效的減排CO2措施。2004年歐洲噸鋼鐵水比例已經(jīng)下降到51％，相應(yīng)每噸粗鋼的CO2排放量也減少了30%～50％。在1994年和1998年煉鐵科技國際會議上都有專家撰文提出，今后高爐煉鐵應(yīng)該直接循環(huán)利用含鐵粉塵（轉(zhuǎn)底爐脫鋅）預(yù)還原爐料和利用劣質(zhì)廢鋼（如鋼渣磁選回收的鐵粉粒，機加工碎屑）來降低燃料消耗減少CO2排放、降低成本。

我國鋼產(chǎn)量是以鐵礦、焦炭資源為基礎(chǔ)的焦化－燒結(jié)－高爐－轉(zhuǎn)爐長流程為主，2007年電爐短流程鋼的比重僅占11%。 而焦化－燒結(jié)－高爐－轉(zhuǎn)爐長流程比電爐短流程的CO2直接排放量約高達30%～50%。與國際主要產(chǎn)鋼國相比，我國噸鋼CO2排放量一直處在高位徘徊。必須尋找新的突破性創(chuàng)新工藝才能解決鋼鐵工業(yè)CO2排放高的問題。

國家科技部在“十一五”提出了科技支撐計劃“新一代可循環(huán)鋼鐵流程工藝技術(shù)”項目，依托曹妃甸和中國現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)技術(shù)改造工程，開發(fā)大型焦?fàn)t能源高效轉(zhuǎn)換技術(shù)、超大型高爐系統(tǒng)工藝技術(shù)、全量鐵水“三脫”預(yù)處理技術(shù)、高速連鑄、干法除塵、爐渣干法粒化回收余熱等重大工藝技術(shù)和關(guān)鍵節(jié)能環(huán)保技術(shù)，全面提升現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)的技術(shù)裝備水平。開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的基于氫冶金的熔融還原煉鐵新工藝。

氫冶金也是解決鋼鐵工業(yè)CO2排放高問題的有效途徑之一。在探索到更經(jīng)濟和大規(guī)模可再生能源制氫方法之前，氫冶金的氫氣來源可由現(xiàn)有焦?fàn)t的輸出煤氣COG提供，因為中國是一個產(chǎn)焦大國，我國焦化廠產(chǎn)出的焦?fàn)t煤氣每年達到240億Nm3，相當(dāng)于 “西氣東輸”的天然氣量的兩倍，有效利用現(xiàn)有焦?fàn)t的COG是現(xiàn)階段氫冶金獲得富氫煤氣的一種可行的方法。焦?fàn)t煤氣中的H/C比高于天然氣，用它制備富氫還原氣用于煉鐵將比以天然氣為原料的流程CO2排放更少。用于基于煤冶金的傳統(tǒng)流程如高爐噴吹或豎爐直接還原煉鐵，煤中的碳氫組分將得到更充分合理COG的利用，有文獻報道說，煉鐵工藝每利用50kg COG，可以減排40kg CO2，將對現(xiàn)有鋼鐵聯(lián)合企業(yè)降低CO2排放量起到重大作用。

也可通過粉煤加壓氣化制氫作為過渡。直接用煤制氫或富氫還原氣體技術(shù)可以采用粉煤加壓氣化工藝獲得高生產(chǎn)率的富氫煤氣，但如何提高其生產(chǎn)應(yīng)用的經(jīng)濟性和競爭力還需進行有針對性的深入研究。

不僅要重視對將來有潛在應(yīng)用前景的新工藝研究，把握鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排主攻方向，更要特別重視對目前約占我國鋼鐵行業(yè)鐵產(chǎn)量99%，約占目前鋼鐵行業(yè)CO2排放80%以上的高爐-燒結(jié)-煉焦冶金流程大幅度減排CO2問題的工程學(xué)基礎(chǔ)研究。如現(xiàn)有鋼鐵聯(lián)合企業(yè)如何實施將焦?fàn)t煤氣從軋鋼燃料中置換出來，用于向高爐噴吹焦?fàn)t煤氣或富氫還原氣體，降低單位鋼鐵產(chǎn)品的CO2排放和燃料消耗，對當(dāng)前基于煤冶金的傳統(tǒng)鋼鐵工業(yè)流程降低CO2排放量能夠起到積極的推動作用。

3. 現(xiàn)有煉鐵工藝節(jié)能減排技術(shù)評述

對迄今為止主要煉鐵工藝的單位能耗和主要的節(jié)能減排技術(shù)進行了綜述和評價。研究表明，目前能耗最低，排放最少的是大型豎爐直接還原煉鐵工藝，其余依次為轉(zhuǎn)底爐，特大型高爐煉鐵流程，COREX熔融還原，回轉(zhuǎn)窯。詳見表1。

                           表1  煉鐵工藝比較表
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　　煉鐵工藝名稱          還原劑      反應(yīng)器類型      能耗   單爐產(chǎn)能  總產(chǎn)能
　　GJ/t鐵    萬t/a    萬t/a
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　　MIDREX           天然氣/合成氣    豎爐             11       180     3792
　　HYL 3            天然氣/合成氣    豎爐             11       190     1170
　　FINMET           天然氣           流化床           14        50      200
　　轉(zhuǎn)底爐           煤\天然氣        轉(zhuǎn)底爐           15    14～50      200
　　高爐+燒結(jié)+煉焦   焦\煤            BF+燒結(jié)+煉焦  16.25  320～400    90000
　　(4000m3)
　　COREX            煤\焦            COREX            17       150      500
　　SL/RN回轉(zhuǎn)窯      煤               回轉(zhuǎn)窯           18        15     1440
　　隧道窯           煤               隧道窯       25～30      1～4       20
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對現(xiàn)有主要煉鐵方法的生產(chǎn)率的比較見表2。

                     表2  現(xiàn)有主要煉鐵方法的生產(chǎn)率比較
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　　項目                HYL－Ⅲ  MIDREX    大型   小高爐 COREX FINEX HISMELT
　　豎爐     豎爐     高爐
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　　工作壓力，MPa        0.8      0.3     0.25     0.1    0.4   0.4   0.08
　　最大產(chǎn)鐵能力，萬t/a  190      170      400      80    150   150     60
　　最大利用系數(shù)，t/m2d  162      112       70      63     60    60     50
　　生產(chǎn)率比較           2.3      1.6      1.0     0.9    0.9   0.9    0.7
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現(xiàn)有煉鐵工藝節(jié)能減排包括減少能源消耗和增加回收兩個部分。按照2008年全國重點鋼鐵企業(yè)能耗統(tǒng)計指標(biāo)計算，高爐煉鐵、焦化、燒結(jié)和噴煤等工序占單位熱軋產(chǎn)品能耗的比重分別約為70%、12%、7%和0.7%。煉鐵工序的總能耗接近熱軋產(chǎn)品總能耗的90％。因此，鋼鐵企業(yè)減少能源消耗和污染排放的重點應(yīng)從源頭抓焦化－燒結(jié)－高爐工序用能減量化。鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排的主攻方向主要應(yīng)以降低高爐煉鐵燃料比和焦比為核心，抓好生產(chǎn)全過程節(jié)能控制。其中精料是高爐煉鐵減量化用能的基礎(chǔ)，同時還能實現(xiàn)節(jié)約資源降低成本。隨著淘汰落后煉鐵產(chǎn)能、逐步優(yōu)化鋼鐵生產(chǎn)流程和能耗的不斷下降，節(jié)能空間變得越來越小，使回收余熱、余能資源愈發(fā)重要。推廣和普及燒結(jié)礦余熱回收、高爐爐頂余壓發(fā)電、高爐和轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵等先進節(jié)能技術(shù)與裝備，大力回收占企業(yè)用能總量的15％的生產(chǎn)過程中副產(chǎn)的二次能源（包括余熱和副產(chǎn)煤氣等）進一步提高鋼鐵生產(chǎn)的能源利用效率。

作者根據(jù)近期生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對目前煉鐵工藝節(jié)能減排技術(shù)的貢獻值估算列入表3。

                 表3  現(xiàn)有主要煉鐵工藝節(jié)能減排技術(shù)貢獻比較表        kgce/t
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　　節(jié)能減      BF超大   直接加廢鋼或   BF噴煤200kg/t   TRT發(fā)電   CDQ回收   煤氣干   燒結(jié)蒸
　　排技術(shù)      型化     DRI 200kg/t                                        法除塵   汽回收
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　　節(jié)能貢獻     55           50             17           11.5      7.6       4.8     4.1
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對高爐節(jié)能減排的技術(shù)按貢獻從大到小排序依次為高爐超大型化（將2座以上容積2600m3以下高爐拆除，改造成一座4000m3級超大型高爐），直接加入200kg/t低等級廢鋼粒子、機加工碎屑或金屬化率70％以上的DRI，采用用噴吹粉煤200kg/t代替焦炭的技術(shù)（PCI），爐頂煤氣余壓回收技術(shù)（TRT），干熄焦工藝（CDQ）,煉鐵煤氣干法除塵，燒結(jié)余熱蒸汽回收等。
 

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