高炉炼铁节能技术研究

荆飞翔，牟川福，郭翔

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【摘要】本文探讨了高炉炼铁过程中的节能减排技术，旨在解决该行业能源消耗和环境排放的问题。首先，我们介绍了高炉炼铁的工艺流程，阐明了其能耗特点和能源消耗与环境排放问题。然后，我们深入研究了一系列节能减排技术，包括均压放散煤气回收技术、加压热风炉烟道技术、煤气干法布袋除尘技术以及高炉干法除尘防腐技术。这些技术的应用可以有效降低高炉炼铁过程的能耗，减少环境污染，提高生产效率。

【关键词】高炉炼铁；节能；钢铁冶炼

1前言

随着全球工业化的不断推进，钢铁产业作为国民经济的重要支柱产业，对能源的需求也呈现出不断增长的趋势。高炉炼铁作为钢铁生产的核心环节，其自身存在高能耗和高排放的问题，已成为亟待解决的难题。高炉炼铁过程的能耗特点决定了其节能潜力。根据统计数据，高炉炼铁的能耗占全球能源消耗的比例较大，同时也是二氧化碳等温室气体的主要排放源之一。高炉炼铁过程中煤炭的燃烧、焦化炉的能耗、废气处理等环节存在较大的能量损失，因此寻找有效的节能技术对于减少能源消耗和环境污染具有重要意义[1]。高炉炼铁企业在生产过程中需要大量投入能源，因而能源成本占据生产成本的相当比重。通过引入节能技术，可有效降低能源消耗和生产成本，提高企业的竞争力和盈利能力。同时，节能技术的应用还能够提高生产效率和生产质量，促进企业可持续发展。因此，研究和应用高炉炼铁节能技术有助于实现可持续发展和环境保护的双重目标。

2高炉炼铁过程概述

2.1高炉炼铁工艺流程

高炉炼铁是将铁矿石还原为铁的过程，其工艺流程经历了多个关键步骤。首先，原料准备阶段，将经过破碎和粉磨处理的铁矿石、焦炭、石灰石等原料按照一定比例混合。然后，将混合料通过布料机连续均匀地送入高炉顶部的料斗。在高炉内，矿料逐渐下降，并与从高炉底部喷入的热风相遇，发生还原反应。在还原过程中，铁矿石中的铁氧化物被还原成金属铁，同时产生一定量的冶金焦和废气。金属铁随熔渣下降到高炉底部，形成铁水，再通过铁渣分离器分离出铁水和渣。最后，铁水冷却和除渣之后，可用于钢铁生产。

2.2高炉炼铁的能耗特点

高炉炼铁过程具有高能耗的特点，主要体现在几个方面。首先，高炉炉料预热过程中，矿石与高温炽热的底火接触，将吸收大量热量。其次，煤气和煤粉的燃烧释放热能供高炉炉内还原反应所需，但同时也导致能量损耗。此外，高炉顶部所喷入的热风是通过燃烧煤气预热的，因此也存在能量损失。整个过程中废气的温度较高，含有可利用的热量。

2.3能源消耗和环境排放问题

高炉炼铁过程中的能源消耗主要体现在燃料的使用和废气排放方面。燃料使用主要包括焦炭、煤炭和燃气等。这些燃料的燃烧过程中产生了大量的CO2、SO2、NOx等大气污染物。此外，高炉炉料预热和冷却过程也会消耗大量的电力和其他辅助能源[2]。

高炉炼铁的环境排放问题主要包括大气污染和固体废物排放。由于燃料燃烧和物料还原反应释放的气体中含有大量的污染物，如二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，对空气质量和环境造成影响[3]。此外，炼铁过程中产生大量的渣、灰、烟尘等固体废物需要进行妥善处理，以减少对土壤和水源的污染。

3高炉炼铁工艺中的节能减排技术

3.1均压放散煤气回收技术

在高炉炼铁工艺的具体实施过程中，矿石和焦炭应从炉顶装载。顶部装料过程中使用的熔炼容器通常处于高温高压状态，而矿石和焦炭的混合物在装人炉顶之前始终保持在正常温度和压力下。当炉料被提升到炉顶时，称重罐首先释放混合物的压力，然后将其排人高炉。在此过程中，高炉煤气在消声除尘作用下排人大气。此时，工作空间中的CO有毒气体含量将显著增加，并伴有大量粉尘。该工艺产生的煤气放热可达3000kJ/m3，消耗了大量的二次能源，给钢铁企业的经营生产带来了非常严重的经济损失[4]。对于上述情况，一定要对炉顶装料期间所放散出来的高炉煤气进行回收处理，具体回收装置如图1所示。

图1高炉炉顶装料放散高炉煤气回收装置

从图1中可以明确看出，这一类型的煤气回收装置主要包括燃烧排放式以及回收入管网方式，凡是进人到管网中的煤气都可以被当作新能源进行二次利用。另外，在炉顶装料过程中，因为燃气管网中的煤气压力值只有10kPa，所以在高炉称料罐中依然积攒着很多煤气。面对这样的情况，如果打开均压放散阀，那么煤气的回收效率能够高达95%以上，但如果采用的是图1当中抽负压装置，那么煤气回收率可以实现100%，通过实践应用可以证明，这种类型的回收装置具有较高的可行性。

3.2加压热风炉烟道

废气处理技术这种废气在实际处理过程中会面临着两方面问题，一是随着高炉炼铁中的氮气含量不断增加，高炉实际应用的但凄凉都超过了2000 m2/h，如果煤气净化效果不理想，那么单位时间内所消耗的氮气量就会达到.5000 m/h。并且在喷吹烟煤好无烟煤的过程中，为了能够提高喷吹过程的安全性，在加压、喷吹以及循环补气等流程中，经常会应用氮气，这样一来就明 显加大了氮气的消耗量，具体工艺流程如图2所示。

图2热风炉烟道废气作为高炉煤粉喷吹的工艺流程

热风炉烟道中所产生的废气主要包括氧气、一氧化碳、氢气、二氧化碳等成分，其中氮气的含量最高，占总废气量的65%以上，如果采取的是图2当中的节能减排方式，那么就会加快间接还原反应的速度，从而保持高炉炼铁较强的高风温，实现节能降耗的良好效果。

3.3煤气干法布袋除尘技术

在该技术的应用过程中，生成的CO含量较高。这种气体是高炉炼铁过程中非常重要的二次能源。每吨铁气释放的热值相当于约180 kg 标准煤释放的能量[5]。

因此，使用高炉煤气可以达到节能减排的效果。然而，由于CO是一种有毒气体， 在实际应用之前，必须对其进行良好的净化处理。首先进行粗除尘，去除原料气中颗粒较大的粉尘，然后进行细除尘，确保气体中的净含尘量小于5mg/m3，净化后的高炉煤气也可作为余压发电或提供给热风炉继续使用。

3.4高炉干法除尘防腐技术

在钢铁工业的发展领域，高炉煤气干法除尘防腐技术有着非常重要的应用作用，但也有许多优点。应用该方法，可降低钢材成本13~16元/t，但可能发生管道腐蚀。一旦出现此问题，应立即采取相应措施予以弥补。首先，从重力除尘器和旋风除尘器出口到布袋除尘器进口的半洁净燃气管道可喷涂约50mm的耐火材料，可有效抑制点蚀。其次，在除尘过程中，一些企业主要在气囊除尘口喷酒石灰水，使其产生相应的化学反应，产生碳酸钙，然后结合具体应用要求，增加旋流脱水装置，确保水的循环利用。最后，建造一个小型沉淀池收集这些固体沉积物，以解决高炉煤气罐的腐蚀问题。

4结论

现如今，各种节能减排技术都在创新与研究过程中，在这样的发展背景下，我国必须要对高炉炼铁工艺节能减排技术给子高度重视，对当前技术进行不断完善，从而实现高炉炼铁工艺智能化，重视新工艺与新技术的应用，从而提高高炉炼铁的实际效率，促进我国钢铁企业能够实现长久发展。

【参考文献】

[1] 刘增亮,李艳斌.高炉炼铁节能减排技术的运用[J].中国科技期刊数据库 工业A, 2022(5):4.

[2] 胡雪松.高炉炼铁系统节能减排技术的现状与发展[J].中国金属通报, 2021(20):2.

[3] 田毅,王刚,苏家庆,等.基于大数据挖掘的高炉参数优化调控模型研究[J].冶金自动化, 2022, 46(5):11.

[4] 胡凤楼.论高炉炼铁节能降耗及资源合理利用技术[J].中国科技期刊数据库 工业A, 2022(4):4.

[5] 辛渊.高炉炼铁工艺节能减排技术的应用研究[J].进展:科学视界, 2022(004):000.