德國煉鋼節(jié)能新技術(shù) 簡(jiǎn)介
以原生能源為主的廢鋼煉鋼法是一種有望取代電爐煉鋼的方法，此法可以大幅度減少二氧化碳的排放量，降低能源成本。目前在經(jīng)過充分的試驗(yàn)后，獲得成功，SMSDemag公司擬將此煉鋼法用于工業(yè)生產(chǎn)。由于平爐煉鋼基本被淘汰，電爐煉鋼成為德國最主要廢鋼煉鋼法，2006年電爐鋼已占世界鋼產(chǎn)量40%左右。在過去的數(shù)十年里，為了提高生產(chǎn)能力，除了電能以外，越來越多的化石能源用于電爐煉鋼。然而，在電爐中廢鋼未完全熔化的短期內(nèi)，原生能源的有效利用時(shí)間范圍是有限的。在此時(shí)期內(nèi)，不僅能源輸入的密度提高，出鋼時(shí)間縮短，而且能量通過對(duì)廢鋼的表面?zhèn)鳠岬靡杂行Ю谩?/span>這一事實(shí)引出的問題是如何將廢鋼煉鋼輸入的能源(指用于生產(chǎn)鏈的總能量)利用于電爐煉鋼。
在擬流反應(yīng)器中，加熱和熔化階段有效的利用原生能源是可能的。在反應(yīng)器的頂部連續(xù)加入廢鋼，通過石化燃料和氧氣的燃燒熔化為鋼水，并達(dá)到液相線以上的出鋼溫度。在單獨(dú)的容器內(nèi)，僅靠電來熔化固態(tài)材料并達(dá)到足夠的過熱實(shí)際上是不可能的。總而言之，傳統(tǒng)電爐的熔化和加熱的時(shí)間是分開的，而利用原生能源的熔煉過程，這些階段也是分開的。逆流反應(yīng)器按照上述條件設(shè)計(jì)的熔煉爐。過熱熔煉爐類似于電弧爐。這一概念的指標(biāo)如下:·熔煉爐的出鋼口與過熱爐的傾轉(zhuǎn)軸成直線排列。1kWh的化石能產(chǎn)生1kWh的電能，德國發(fā)電廠的平均效率為36%。在鋼水溫度為1600℃冶煉低合金鋼的能耗為368kWh/t鋼。盡管發(fā)電廠的效率可以進(jìn)一步提高，但對(duì)原生能源冶煉法的效益影響不大，所以經(jīng)濟(jì)上仍頗具吸引力。此外更重要的是，采用原生能源煉鋼法單位的CO2排放量約為30%，大幅度低于傳統(tǒng)生產(chǎn)線。在電價(jià)為0.0447歐元/kWh時(shí)，熔化廢鋼并達(dá)到過熱的費(fèi)用約為47歐元/t鋼。在相同的能源成本下，電爐的生產(chǎn)成本接近40歐元/t鋼。在原生能源的成本為0.028歐元/kWh的條件下，在相同的能力下，原生能源煉鋼法的生產(chǎn)成本可為32.50歐元/t鋼，這還沒有考慮減少總能耗的二氧化碳的排放量。最新的研究結(jié)果表明，以原生能源為主要原料的新式廢鋼煉鋼工藝有望取代電爐煉鋼法，并可大幅度減少二氧化碳的排放量以及節(jié)約能源的成本。巴登鋼鐵公司(BadischeStahlwerke，以下簡(jiǎn)稱為BSW公司)位于德國西南黑林地區(qū)。由于該地區(qū)不是傳統(tǒng)煉鋼區(qū)或工業(yè)區(qū)，當(dāng)?shù)毓姾凸芾懋?dāng)局對(duì)環(huán)保非常敏感和關(guān)注。為應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)毓姾驼囊螅珺SW公司早在20世紀(jì)90年代就開始采取可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，并以此作為公司環(huán)保戰(zhàn)略的基本目標(biāo)。該目標(biāo)要達(dá)到的目標(biāo)是表明:高生產(chǎn)率和環(huán)保不是一對(duì)矛盾;確保環(huán)保強(qiáng)制法規(guī)實(shí)施的法律安全;增進(jìn)社會(huì)對(duì)鋼鐵工業(yè)的認(rèn)同度。綜合環(huán)境保護(hù)包括技術(shù)和組織機(jī)制、尾氣、廢渣、廢棄耐火材料、粉塵及其它副產(chǎn)品、廢水和噪音等所有的排放物均按環(huán)境保護(hù)體系IS014001進(jìn)行管理。德國廢氣排放的標(biāo)準(zhǔn)十分嚴(yán)格，主要包括粉塵、重金屬和有機(jī)物，特別是二惡英和呋喃。BSW公司除塵廠包括2個(gè)集塵室，其中1號(hào)集塵室有4臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，采用直接排空控制方式并建有抽風(fēng)系統(tǒng)，用于排空2座電爐及電爐裙罩下的區(qū)域。2號(hào)集塵室主要用于二次排空，其抽風(fēng)能力分別為1.2×106m3/h和0.6×106m3/h。降低有機(jī)物，特別是二惡英和呋喃的排放至關(guān)重要。BSW公司的二惡英排放控制系統(tǒng)包括以下步驟:(2)防止?fàn)t子煙道排放物快速冷卻后再次形成并合成二惡英;(3)在適宜溫度下建立有效、可靠的粉塵收集系統(tǒng)。位于除塵系統(tǒng)彎頭與二次燃燒室之間的空氣進(jìn)氣口使得除塵系統(tǒng)中的CO和有機(jī)化合物完全燃燒，離開二次燃燒室的初次火焰的溫度約為800℃，因?yàn)锽SW公司帶有水冷的通風(fēng)管較短，水冷腔的進(jìn)氣溫度也敏感，排放氣體在2s內(nèi)急冷到250℃。為降低濕度和溫度，這些廢氣與來自煉鋼車間的廢氣混合。由于不能完全避免二惡英和呋喃的形成，部分二惡英和呋喃被粉塵顆粒吸收，一個(gè)有效而可靠的粉塵收集系統(tǒng)對(duì)低排放系統(tǒng)至關(guān)重要。幸運(yùn)的是，現(xiàn)代過濾技術(shù)很容易保證粉塵排放值低于5mg/m3這一德國的法律要求值。2003年對(duì)粉塵排放進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果表明，1號(hào)集塵室排放值是0.42mg/m3，2號(hào)集塵室排放值是0.11mg/m3。集塵室是二惡英和呋喃的主要收集器。當(dāng)溫度大于100℃時(shí)，這些吸附物從粉塵顆粒中解析并穿過布袋。試驗(yàn)結(jié)果表明，97%源于水淬過程的二惡英和呋喃被截留在集塵室內(nèi)。基于上述結(jié)果和近20年的操作經(jīng)驗(yàn)，可以得出這樣的結(jié)論:PCDD(多氯代二苯并二惡英)和PCDF(多氯代二苯并呋喃)排放值能控制在0.05ngTE/m3，特殊設(shè)計(jì)的極短水冷管道消除了活性碳等添加劑。2000年3月，由歐盟頒發(fā)的有關(guān)鋼鐵技術(shù)方面綜合污染防治和控制的條文中，巴登鋼廠作為最新技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例。煉鋼過程產(chǎn)生的17~19kg/t粉塵由直接排空系統(tǒng)輸送至集塵室，這些粉塵約含30%Zn，40%Pb，3%Cl和20%以上Fe。在德國，鋅和鉛由Walez回轉(zhuǎn)窯工藝回收，BSW公司按鋅的含量支付處理費(fèi)。巴登鋼廠近鄰的奧恩村距公司的煉鋼車間和廢鋼堆放場(chǎng)僅200m。工廠位于Kinzig河和萊茵河港盆地組成的半島區(qū)域，從1976年開始便在工廠附近區(qū)域進(jìn)行噪音控制。由此在鋼廠與村莊之間建設(shè)一條長600m、高10m防護(hù)墻。1987年，生產(chǎn)條件的改變以及更嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)法規(guī)，促使BSW公司與相關(guān)研究機(jī)構(gòu)合作，實(shí)施了更為廣泛的噪音防治策略。該公司采取的一項(xiàng)主要措施是建設(shè)沿廢鋼堆放場(chǎng)、方坯堆放場(chǎng)、煉鋼車間和軋機(jī)車間的噪音隔離墻。其它諸如改造廢鋼處理設(shè)施等，以達(dá)到控制噪音水平。例如，在奧恩村房頂上測(cè)得的噪音從1990年的50dB降至1999年的45dB。BSW公司使用幾臺(tái)廢水處理裝置，極大地降低了生產(chǎn)所需要的補(bǔ)充水量，結(jié)果排放到萊茵河的廢水量也減少了。若要進(jìn)一步降低新水和廢水的耗量，則需采用化學(xué)手段。但由于生態(tài)原因，這一方法未被采用。為改善生產(chǎn)水和廢水質(zhì)量，BSW公司對(duì)廢水處理站進(jìn)行大量投資，安裝了泥砂過濾系統(tǒng)、層流分流系統(tǒng)、螺旋分離機(jī)等設(shè)備，這些投資使得BSW公司能滿足或低于聯(lián)邦法律所要求的最低直接排放標(biāo)準(zhǔn)。作為這些投資的直接結(jié)果，用于改善沉淀槽過濾效果的絮凝劑作為固體物料被清除，不允許存在于廢水中。1994年以來，由于排放的廢水質(zhì)量好，使BSW公司免交了排放費(fèi)。揮發(fā)和排放消耗了BSW公司15000m3/h水量中的1000m3/h，這一缺口由新水補(bǔ)充。循環(huán)水清潔后通過冷卻塔進(jìn)入冷卻系統(tǒng)。20世紀(jì)90年代初，冷卻水循環(huán)是單位水耗降低的主要原因。
廢棄耐火材料的再利用只有按不同化學(xué)成分的耐火材料分別收集后才有可能實(shí)現(xiàn)。這些副產(chǎn)品經(jīng)破碎、篩分后分選，并返回供應(yīng)商，在生產(chǎn)新耐火材料產(chǎn)品時(shí)加以利用。在BSW公司生產(chǎn)的鋼渣中，約90%是電爐渣，10%為鋼包渣和中間包渣。經(jīng)處理后，鋼渣特別適宜于道路建設(shè)及其它建筑用途。鋼渣處理必須適合相關(guān)技術(shù)和環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。在BSW公司，電爐鋼渣先經(jīng)水冷，除鐵，再經(jīng)破碎，篩分成骨料用于道路建設(shè)(骨料粒度為小于32mm和小于45mm)、充填護(hù)層材料(粒度為50~150mm)以及瀝青路面摻合物(5~8mm，8~11mm)。BSW公司通過姐妹公司BSN回收處理和銷售鋼渣，嚴(yán)格的質(zhì)量控制對(duì)用戶保證和最優(yōu)工藝控制至關(guān)重要。最重要的環(huán)境試驗(yàn)是浸瀝試驗(yàn)。該試驗(yàn)用200g渣在2l水中浸瀝24h，監(jiān)測(cè)pH值、導(dǎo)電率和重金屬含量，尤其要監(jiān)測(cè)鉻含量。按照德國法律，試驗(yàn)后每升水鉻含量低于0.05×10-4%。道路建筑材料必須在惡劣氣候條件下保持體積穩(wěn)定性，因此每隔2天在罐中放入試樣，順流放入流水7天，連續(xù)監(jiān)測(cè)體積穩(wěn)定性，體積增加值不能超過50%。軋鋼皮主要由鑄機(jī)和軋機(jī)產(chǎn)生，含鐵量達(dá)70%以上，主要以氧化鐵形式存在。BSW公司生產(chǎn)的所有軋鋼皮被其它鋼廠燒結(jié)后在高爐中回收利用，或用于水泥廠或制磚廠。來源：國際金屬在線
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