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節能減排和政策現狀
現在世界上的主要國家已經認識到這種危機的存在，都已經開始重點發展低碳經濟，來減少CO2的排放和防治氣候變化的影響。通過低碳經濟，就能使能源高效的利用，達到降低溫室氣體污染的效果。清潔能源開發的主要目的就是來通過能源來代替舊的能源和促進減排技術創新和產業化的形成。如果國家對鋼鐵企業征收實行二氧化碳排放費，就能抑制鋼鐵企業的二氧化碳的排放。從鋼鐵企業來說，就要加快制定適應新的政策的變化的措施，在低碳發展中搶得先機，而不能被動的接收這種變化所產生的不利影響。同時要整合科技資源，研究出制約鋼鐵工業發展的核心技術。根據現在國家制定的政策，國家的相關部門正在加緊推進低碳替代能源研發和推廣的相關工作。由于我國現在的能源消費模式在國際上不占優勢，因此，我們就要主動地探索和研究低碳工業產品，來推動低碳經濟的快速發展和加速低碳關鍵技術的研究和開發，使我國在國際競爭中占得先機。在現有的技術被替代之前，研發新的技術，以應變政策和技術的變化，這樣才能促進鋼鐵企業的可持續性發展。
鋼鐵工業節能減排的必要性
鋼鐵工業是我國國民經濟的支柱產業，現在的各個行業生產過程中，都會用到鋼鐵，因此，鋼鐵工業在近年來發展迅速。表1為2010年和2011年全國鋼材產量表，可以看出，2011年的產量較2010年有較大的增長。鋼鐵工業總產值在國民經濟產值中占有很大的比例，約占GDP的8%。但是，在鋼鐵生產過程中，能源消耗巨大，并且會產生溫室氣體的嚴重污染，國家現在已經開始重點治理相類似的高耗能和高污染企業。鋼鐵工業要完成國家規定的節能減排的目標，就要清楚節能減排的思路，然后才能制定出相關的針對性措施。這對鋼鐵工業的可持續發展具有重要的作用。受到鋼鐵資源匱乏和能源消耗以煤炭為主的限制，與發達國家相比，我國的鋼鐵工業一直受到高耗能重污染的困擾。在國際上也面臨著巨大的壓力。雖然我國的鋼鐵工業現在已經采取各種措施來進行節能減排，但是，不改變傳統能源消耗模式，就不可能達到節能減排的目的，或者說節能減排的效果就不能得到保障。我國CO2排放量一直居高不下，因此，就要尋找新的工藝才能解決這種困境。國家相關部門已提出了科技支撐計劃的相關項目，依托現有大型鋼鐵企業技術改造的工程，設計和制造出大型的焦爐能源轉換相關技術、全量鐵水“三脫”預處理技術、干法?；煞ɑ厥沼酂?、爐渣除塵等重大工藝技術，以此來實現全面提升現有鋼鐵企業技術水平的目的。
鋼鐵工業節能減排技術
1.節能技術和途徑
1）淘汰落后的設備，安裝大型、新型的設備：大型化的生產設備能提高生產效率、降低能源消耗、提高鐵水生產的質量、減少環境污染等優點。據資料統計，先進的大高爐一半要比落后的小高爐燃料比節省大約45kg/t的二氧化碳排放量。落后裝備不僅能耗高而且能源回收率低，在污染發生時很難處理。隨著高爐設備的逐漸大型化，CO2的排放具有下降的趨勢。即大型化的高爐設備有利于降低C02的排放。更換大型化的設備雖然會增加鋼鐵企業的運行成本，但是如果國家對鋼鐵企業征收碳排放費，那么將對煉鐵生產裝備、運行成本等產生重要的影響。因此，鋼鐵企鵝也要及時研究和關注國家的對碳排放政策的變化，及時地添置大型設備，以盡早地適應變化帶來的效益影響，并研究和制定減少碳排放的實施方案。從圖1中可以看出，隨著高爐體積的逐漸變大，CO2的排放量逐漸減少，高爐體積對CO2排放量的影響較大。
2）余熱回收技術：如何高效率的將燒結余熱進行回收利用是我國重點研究和推廣的技術。此類技術已在寶鋼等大型鋼鐵企業得到較廣泛的應用，并可提供許多可供借鑒的經驗。在燒結過程可回收利用兩部分余熱：燒結工程后的煙氣余熱，溫度達350℃，含有氧氣較多；燒結成品礦的顯熱，溫度800℃，具有較多的顯熱，在燒結能耗中占據45%左右。因此，對這部分余熱記性回收利用，對整個工程的節能具有重要的作用。將成品礦用于冷卻熱廢氣并經過除塵后返送回燒結機，就可以減少在點火前對燒結礦石進行預熱處理，實行熱風燒結，能節約很多的能量。此外，利用燒結過程中的冷卻廢氣余熱加熱鍋爐也可以增加余熱回收。
3)低熱值煤氣燃氣輪機技術：低熱值煤氣燃氣輪機技術，簡稱CCPP技術。這項技術由燃氣輪機系統、高爐煤氣供給系統、余熱鍋爐系統和蒸汽輪機系統組成。其工藝過程可以簡單描述如下：高爐煤氣經除塵加壓后與加壓的空氣混合，然后進入燃燒室，就會產生的高壓和高溫煙氣，煙氣機組后膨脹作功，燃氣機經過齒輪減速后傳遞到汽輪發電機組進行發電；產生后的氣體進入鍋爐，然后產生蒸汽輪機利用蒸汽作功，然后發電機組發電，利用煤氣和蒸汽循環系統進行發電。CCPP系統排煙中的二氧化碳排放比常規火力電廠課減少50%，并且不會產生二氧化硫等排放，氮氧化物也很低，可以達到6mg/kg~10mg/kg。CCPP真正的價值就在于回收了大量浪費的能源，減少了燃煤的使用量，并大量的節約了能源使用。與常規的鍋爐煤氣進行比較，常規鍋爐蒸汽發電僅為30%左右，而利用相同的煤氣量，采用這種技術就可以多發電量80%左右。
4)固體廢物的回收利用：在鋼鐵工業中，固體廢物主要包括礦渣和含鐵塵泥等，其中有很大部分可以回收利用。在現階段，隨著固體廢物回收利用技術的不斷發展，礦渣和含鐵塵泥等固體廢物逐漸實現了產業化的回收體系。含鐵塵泥主要用于燒結過程中的配料，也可以作為脫磷劑進行使用；礦渣回收用于金屬鐵行業和混凝土等建筑行業，也可以用于一些高價值的產品的開發和利用。鋼渣也具有很高的回收利用價值，經過研磨后可以用于生產高強度的鋼渣水泥。所以，將煉鐵過程中固體廢物驚醒回收利用，可以提高能源回收利用率，促進固體廢物資源化。
5)提高高爐利用系數：高爐利用系數=冶煉強度/燃料比。因此，降低燃料比，可以大規模的提高高爐利用系數；提高冶煉強度也可以提高高爐利用系數。在現在的煉鐵工業中，采用大風量，高冶煉強度的方法來達到提高系數的目的。在高爐設計的時候，就要采用大風機。如果風機是處于大馬拉小馬的狀態，就可能導致煉鐵工序能耗很高。所以，降低高爐噸鐵風耗就可以達到降低能耗的目的。例如，有煉鐵廠就將燃料比定為484kg/t，噸鐵風耗維持在950m3左右。#p#分頁標題#e#
5)進行煤粉和焦炭水分測定：水分含量的變化會影響高爐溫度的控制，爐溫的變化也會影響硫、硅量和能源的消耗。也會影響高爐的產量和生鐵質量等一系列的指標。因此，在煉鐵的過程中，采用水分測定儀使熱能恒定，穩定爐溫，就可以保證高爐的順利運行，能增產和節省焦炭，為能源的節約創造了一定的條件。
2.減排技術
在煉鐵的領域中，排除的污染物主要有CO2、SO2、NOX、煙塵和粉塵等，因此減排技術主要從減少這幾種污染物方面著手。表2為2006年~2011年鋼鐵企業噸鋼污染物排放量的統計表。從表2可以看出，雖然在2006年～2011年的噸鋼SO2、煙塵和粉塵的排放量呈下降趨勢，但是其總量還是比較大。下面主要介紹CO2、NOX的減排技術：
1）降低CO2排放：在煉鐵工業中，鐵礦石在焦炭和煤粉的作用下還原成鐵水，鐵水中的碳能保證煉鋼過程中升溫和能量平衡，碳是煉鐵工業中不可缺少的元素。在煉鐵過程中，主要由焦炭、煤粉和鐵礦石的化學反應過程，或者說是鐵礦石的還原過程。煉鐵工序中CO2的產生量占總產生量的90%多。因此，要減少CO2的產生量，就要實施低碳減排。各煉鐵工程中CO2的產生量比較圖如圖2（圖略）。要減少煉鐵過程中CO2的排放，首先就要減少碳的消耗，即要減少燃料比和焦比。但是在目前，想要再通過傳統技術來降低燃料比和焦比來降低CO2排放的比較困難。下面介紹幾種新的方法：1）爐頂煤氣循環利用技術利用這個項目可以有效改善高爐效率，以此來提高碳的利用率，可以將爐頂煤氣(含有CO和H2)噴入高爐以減少CO2排放量?，F在的技術中，正在研究的就是無氮高爐技術，在這項技術中，高爐從封口噴入的是氧氣而不是熱風，大部分的煤氣就會排入CO2洗滌器，余下的CO氣體通過封口就會進入高爐，剩余的氣體被加熱到高溫后，再通過排風口進入爐體的下半部。經過計算可以得知，利用此技術的CO2的排放量減少了很多。2）尋找碳的可替代物。不用碳作為燃料，而用其它的替代物作為燃料就可以減少二氧化碳的污染。例如使用天然氣和廢塑料等。高爐噴吹技術原來在美國和日本的鋼企業中普遍應用，而在我國的高爐中應用還在逐漸增長中，應為在我國廢塑料的收集還不是很普遍，來源的問題限制了這項技術的發展。也可以利用氫作為替代物，但是氫的來源和制取問題也不能得到保障。3）液態低溫煉鐵技術此項技術是由鋼鐵研究總院提出的快速低溫還原理論下發展起來的。提高在低溫的條件下鐵礦石的還原，可以實現降低煉鐵過程中的能耗，達到無燒結和無焦化煉鐵的目的?？梢詫崿F煉鐵耗能減少25%以上。日本在此項目上已經取得了一定的成績，利用造鐵技術，對鐵礦石重新處理，實現了降低高爐能源達45%，CO2的排放量減少的更多。
2）降低NOX排放：NOX是污染大氣的主要污染物之一。目前現行的NOx控制技術主要是低NOX燃燒技術。低NOX燃燒技術主要有兩種方法：煙氣循環法是將煙氣與燃燒用的空氣進行完全混合后再進行燃燒，此法是通過降低O2的量來實現降低NOX的產生量的，可以將NOX的排放量減少50%左右。另外一種方法就是低NOX燃燒器，在燃燒器附近區域形成還原區，適當降低O2的濃度和著火區的溫度，以此來控制NOX的形成。
結論與展望
由于煉鐵工業在國民經濟中的重要作用，因此促進煉鐵工業的節能減排工作是我國實現節能減排工作的中心任務。加強節能減排工作和減少環境污染是黨中央和國家現階段重要的工作任務，是轉變經濟方式的重要措施。堅決貫徹國家關于“十二五”節能減排的精神和目標措施，在煉鐵過程中引入節能減排的技術措施，加快煉鐵技術的創新，突破原有節能減排技術的“瓶頸”，整頓煉鐵工藝的無序生產，淘汰落后的煉鐵企業和工藝，以更加嚴格的標準控制污染物排放，加強與節能環保技術的銜接，是下一階段我國鋼鐵工藝節能減排工作的新目標。鋼鐵工業生產過程中積極實行節能減排的措施，不僅可以使我國的污染物排放降低，利于我國建設資源節約型和環境友好型社會的建設，為達到污染防治目標的達成做出巨大的貢獻。因此煉鐵行業要積極履行國家制定的相關政策，將節能減排工作落到實處，不僅能為國家的減排工作做出貢獻，也可以實現企業自身的可持續性發展和經濟效益的提高。
本文作者：張俊杰 單位：江蘇常州中天鋼鐵集團有限公司
