长流程钢厂通过哪些方法降碳?

长流程钢厂通过哪些方法降碳?

  • 2022年04月08日 16:27
  • 来源:中国铁合金网

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[导读]预计在未来几十年内,高炉-转炉炼钢工艺将逐渐转变为直接还原铁/废钢-电弧炉炼钢工艺。

【中国铁合金网】

从目前的发展趋势看,预计在未来几十年内,高炉-转炉炼钢工艺将逐渐转变为直接还原铁/废钢-电弧炉炼钢工艺。不过,在工艺转型之前,钢铁业界仍希望减少高炉-转炉工艺的二氧化碳排放。而且,全球大部分钢铁生产地区可能无法实现向直接还原铁/废钢-电弧炉炼钢工艺转变,因此,非常有必要对高炉-转炉炼钢工艺路线的二氧化碳减排继续进行深入研究。

原料准备

烧结工序

◆用生物质(如木炭)燃料来源取代碳(焦粉、无烟煤);

◆当“绿色”氢气可用时,使用绿氢作为燃料;

◆鼓风机、驱动系统等改用可再生能源发电,即所谓的“绿电”。

球团工序

◆用生物质(如木炭)替代增碳剂(焦粉、无烟煤等)用于赤铁矿球团生产;

◆由于磁铁矿被氧化为赤铁矿,使用磁铁矿时不需要碳,因此,瑞典国有矿业公司LKAB已经采用磁铁矿生产更绿色的球团。;

◆使用绿电的等离子炬硬化法:等离子炬供应商(热源)正在联合球团生产商进行试验;

◆鼓风机、驱动系统等改用绿电。

炼焦炉组

◆除了电机、驱动系统等使用绿色电力外,CDQ(干熄焦)技术还可降低高炉炼铁焦比。

◆无回收焦炉技术减少了排放;

◆在焦煤中添加生物质。

此外,还应考虑到炼焦煤的二氧化碳排放量。相比之下,铁矿石的二氧化碳排放量要低得多,这与运输设备以及加工设施的电力和燃料消耗有关。

喷吹氢气、天然气、生物质/生物能源、塑料

除北美和独联体地区外,全球其他地区高炉喷吹煤粉(PCI)量普遍为150-200kg/t铁水,但这最终可能被喷吹绿氢所取代。作为过渡阶段,喷吹天然气或蓝氢也能减少二氧化碳排放。目前,德国蒂森克虏伯等钢铁制造商正在进行氢气喷吹试验。在独联体和北美自由贸易区,天然气喷吹占据了主导地位,特别是在北美自由贸易区,还采用了煤粉和天然气的复合喷吹。

不过,在以经济成本获得足够数量的氢气之前,从二氧化碳整体减排的角度来看,PCI和天然气联合使用仍然是可取的,这是因为天然气和煤粉的“复合喷吹”可以最大限度地降低焦比。在焦比低至250kg/t铁水的情况下,可以通过设备改良进行回收和再注入一部分高炉炉顶煤气来实现氢气的最大化喷吹。在焦比低至250kg/t铁水的条件下,可以维持令人满意的高炉运行状态,这表明以250kg/t铁水的速率复合喷吹煤粉和天然气或以40kg/t铁水的速率喷吹氢气都是可行的。

尽管生物质(如木炭)和塑料的喷吹从表面上来看符合循环经济,但塑料配吹只是替代了初级碳的使用,类似于二氧化碳升级为工业化学品。而且并不是所有的塑料都适合配吹,如聚氯乙烯中的高氯化物对高炉工艺就会产生不利影响。

煤粉、天然气、生物质、塑料等多种喷吹剂的复合喷吹,可以最大限度地替代焦炭,甚至实现二氧化碳的近零排放。除氢气外,所有喷吹剂在回旋区都转化为一氧化碳。虽然碳消耗的热值最高,但含氢的气体会促进直接还原。

 
 

炉料

品位较高的铁矿石可生产高品位烧结矿或球团矿,从而降低烧结矿和/或球团矿的消耗量,同时也降低了高炉熔剂(石灰石/白云石)需求,从而降低炉渣生成量。提高烧结矿或球团矿的炉料配比还可以降低焦比,进而降低二氧化碳排放。

不过,与此相反的是直接装运矿石(DSO)铁品位的长期下降,表1列出了澳大利亚、巴西、南非、毛里塔尼亚等九大主要铁矿石来源国的平均值。

表2显示了1998年、2010年和2019年主要球团原料的Fe、SiO2、Al2O3和P含量。从整体质量来看,已经发生了很大变化,主要是因为选矿技术和造块技术的改变或提升。

 

金属炉料

在降低焦比和减少二氧化碳排放方面,金属炉料具有显著的效益,但需要引入二氧化碳信用额度来弥补较高的金属成本。高炉中热压块铁有一定的实际使用限度,特别是为保持炉料透气性,需要保持一定的焦炭比例,同时,为了对原料进行预热,还需要提供一定数量的气体。

提高高炉温度

等离子鼓风加热实现了更高的鼓风温度,可以通过降低焦比来减少二氧化碳排放(只有在使用绿电的情况下),进而提供直接收益。这是因为鼓风温度每提高100℃,可以节省9kg焦炭/t铁水。

其他高炉能源效率措施还包括:炉料和煤气分布控制,提高煤气利用率;将钟罩炉改用无钟罩炉,可提高煤气利用率,降低焦比;优化铁水的数字化过程控制,通过更精确地调整鼓风条件和炉料配比来降低焦比和二氧化碳排放。

来源 | 世界金属导报

 

  • [责任编辑:kangmingfei]

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