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日本韩国钢铁厂节能环保技术的现状与发展

发布时间:2019-08-15 17:42:00 编辑:笔名

  1、前言

  在钢铁行业对常规的使用日渐普遍,效果日渐微小的情况下,节能研发如何找到新的发展方向?随着中国城市化的发展,高能耗大排放的钢铁企业面临越来越大的环境生存压力,转型之路如何选择?是否存在钢铁行业和社会能和谐发展的可持续之路,钢铁企业未来的发展之路在何方?针对以上这些问题对日本和韩国的技术进行了调研,供大家参考。

  2、日本主要的节能

  日本的代表钢铁厂为新日铁和 JFE 公司。新日铁公诞生与 1970 年,那是日本经济称雄全球的时代,其通过合并重组为世界头号大钢厂,并使日本钢铁在 1970~1980 年世家钢铁 10 年。新日铁公司的产品主要集中与汽车板、汽车钢管、板卷及钢索等,此外还有非钢铁产品塑料材料。新日铁作为日本钢铁业的龙头,汽车板在其薄板产量中占到 26%,年产量 400 万吨。日本 JFE 钢厂是由川崎制钢公司和日本钢铁公司与 200 年 4 月 1 日成立的一家联合控股公司,是日本仅次于新日铁公司的第二大钢铁公司。它是制造天燃气和石油输送用大口径直缝焊管的世界第二大制造厂家,拥有年产 UOE 钢管 112 万吨的生产能力。

  2.1 新日铁公司的代表技术 [文献 1]

  新日铁的工作主要涉及五大方面:

  (1)对重金属污染的治理,包括水银、镍、锰和铬等的治理;

  (2)开发了可以检测 PM2.5 的尘的检测装置;

  ( )在烧结烟气的治污上大量使用活性炭技术;

  (4)在薄板彩涂、厚板涂漆中产生的有机废气也进行治理;

  (5)致力于将钢渣制品应用于海藻场的建设 。

  新日铁的环保技术已经进入到较深的层次,包括重金属污染、微细粉尘的污染等目前国内还较少关注的领域,钢铁行业目前面对的环保压力日渐沉重,需要面对越来越多原来不需要面对的问题,环保的成本压力将成为钢铁企业未来生存必须面对的问题。新日铁作为老牌的钢铁企业,做法相对保守,研究的面较窄,但是在点上做得比较深。

  2.2 日本 JFE 公司的代表技术 [文献 2]

  JFE 的技术主要包括:

  (1)关于温室气体(CO 2)减排技术的开发:目前 JFE 每年需要购买 200 万吨的 CO2排放指标,主要的方式之一就是通过向发展中国家提供节能技术,实现减排后来换取指标,也说明钢铁厂以后出钱购买排放指标可能会成为一种普遍的现象,减排的成本将成为钢铁厂必须面对的事实。

  JFE 公司从 2004 年就开始研究利用低品位余热分离 BFG 中的 CO2 的技术,该技术一直持续进行,并于 2010 年 4 月建成可以分离 0 吨 CO2 /天的装置,同时研究利用 CO2 +H2制备 DME(二甲醚)技术的研究,其中 H2 来源于富裕的焦炉煤气。

  (2)高温空气燃烧技术持续研究推广。

  JFE是高温空气燃烧的发源地之一,NKK曾经在福山的 号加热炉建成世界上座全蓄热加热炉,并通过使用形成了属于自己的技术,2000年左右也曾经到宝钢1580热轧交流,后来没有保持联系,通过这次交流发现JFE这些年来一直持续在深入推进高温空气燃烧技术的应用。

  一是把自己的技术向海外,建立在蓄热式燃烧技术基础上的高性能工业炉应用到了加利福尼亚钢铁工业公司,该公司是JFE和巴西淡水河谷公司的合资公司,在2010年5月18日该公司建成5号加热炉,这是美国的使用蓄热烧嘴的加热炉,获得了节能20%的效果,炉子具备很高的热效率。另外在JFE集团的国际合作项目中JFE还向波兰推荐高性能工业炉项目,另外就是对泰国的6座加热炉也推荐使用高性能工业炉项目。

  二是JFE工程拓展了高温空气燃烧技术的应用领域,开发出采用高温空气燃烧技术的废物焚烧炉,通过废料的燃烧来发电,还开发出通过优化燃烧实现源头的目标,可以在废物焚烧的过程中不需要催化脱硝,烟气中的NOX 就可以小于50 ppm,同时利用废料发电的效率可以达到17%,由此可见高温空气燃烧技术还有很大的潜力可挖,另外国内的神雾公司还将高温空气燃烧技术应用在转底炉上,实现了对难选矿的提炼。

  三是开发了回转式蓄热换热器,大大提高了蓄热炉的炉温稳定性。

  ( )日本政府主导的NEDO组织提出COURSE50项目,在该项目中提出开发突破性技

  术将目前的生产工艺的CO2 减少 0%的排放,主要的思路是从焦炉产生的COG经过 氢能富集技术 (Hydrogen amplification technology)再送到高炉,从高炉出来的BFG采用PSA或化学吸收的方法将CO2 、CO 、H2 分离开来,其中分离需要的能源主要来自渣的显热回收。JFE负责其中的压力旋流吸收方法的开发。

  (4)JFE 也认为依靠现有的技术,节能的空间是有限的,需要有突破性技术。

  文献2. 韩国 POSCO 公司的代表技术 [ ]

  钢铁行业是能源消耗的大户,同时又是污染排放的大户,在中国随着城市化发展进程的加速,原来偏僻的钢铁厂逐渐成为了城市的一部分,原来能源粗放型使用和高污染排放的发展模式受到了前所未有的考验。对此 POSCO 提出了 四绿 的口号:绿色钢铁、绿色业务、绿色生活、绿色伙伴。

  作为钢铁行业中有创新力的企业。2010(1)在温室气体减排技术方面:POSCO的步子迈得快,2010 2月出版了全球钢铁2010年2

  厂本 CARBON REPORT 2010 。从吨钢的CO2排放入手,制定出详细的规划,从 年~2009年作为基准年,到2015年利用常规的技术实现吨钢CO2 减排 %的目标,从2.18减少到2.11,从2015年到2020年必须依靠突破性技术,将吨钢CO2 从2015年的2.11再降低6%到2020年的1.98吨。

  立足开发能够显著降低 CO2 的新技术,目前主要的技术与 JFE 一样,着手从高炉煤气中分离 CO 2 的技术和回收生产过程中余热提高能源效率的技术,终的目标是开发下一代不使用煤的钢铁生产工艺,这样就可以彻底消除碳的排放。

  其减排技术开发的方向分三步走:

  步为炼钢技术

  第二步为 CO 2 分离和捕获

  第三步为氢能炼钢 。

  其提出一个观点就是钢铁厂的余热,其一个有效的用途就是用来作为 CO2 分离的能源,这样在钢铁厂可以实现 CO2 的低成本分离就成为可能。Innovative为实现以上的目标,POSCO 专门成立了 Innovative CO2 Reduction TeamTeam (CO2 创新减排小组),在浦项制铁所和光阳制铁所由有专职的人员负责实施。个人理解为什 么POSCO 要化大力气来做大家认为是费力费钱的 CO2 减排工作,是基于这样一种观点,钢铁行业进行温室气体减排的不是一种负担,而是一次将传统高的钢铁行业转变为在未来可以生存的低碳,甚至零碳排放的绿色钢铁行业的契机,这样负担变成了动力,谁抓住了这一契机,谁就能展望未来,而在这方面美国也不落后,硅谷的一家叫 SKYONIC 的公司,开发了一种采用盐水和电流来处理烟气的技术,不仅减排了 CO2,终的产物是氢气、氯气和碳酸盐等化工产品,一方面可以直接出售获得经济上的收益,另一方面象生成的 NaHCO 可以加在烧结料中,大大减少烧结的污染,实现 以毒攻毒 的低成本治污。所以温室气体减排不仅可以提升钢铁行业的环保水平,更有可能形成一个产业。

  (2)CO 2 的分离技术的进展从 BFG 中分离 CO2 的示范技术:2006 年开始启动研发项目,2008 年 10 月建成一套可以 50Nm /h 的实验装置,CO 2 的捕获效率可以达到 90%以上,CO 2 的纯度可以达到 95%以上,2010 年建设了一台能力为 1000Nm /h 的示范装置,在不久将建设可以实现一天捕获10 吨 CO2 的二期示范装置。

  ( )在余热利用方面提出了系统的方法,主要包括五大方面:

  为本工序使用,包括预热空气、预热燃料、蓄热燃烧技术

  第二为将余热转化为蒸汽和供热,包括蒸汽利用、地区供暖和加入能源

  第三为高温余热用于发电,采用 TRT、CDQ 等技术

  第四为低温余热用于发电,采用 ORC(有机朗肯非水发电)、Kalina 循环和热电材料

  第五为化学转化,具体为利用余热进行 CH4 重整和 CO 2 分离

  在具体的余热利用点上提出自己的观点,认为的主要方向应该是熔渣和烧结矿,2009 年开始渣显热回收装置,并完成了一期实验。在烧结矿显热回收技术研发方面,具体为针对红热烧结矿的温度大约 550 C,,在 2007年 POSCO 开发了一个密封的换热器能够回收 70%烧结矿余热,在 2010 年开发了一个实验装置可以处理 1 吨烧结矿/小时,在 2011 年准备开发一个 10 吨/h 的实验装置。在低温烟气余热回收技术研发方面,开发加热炉烟气余热回收新方法,具体为从加热炉出来的烟气含有大量 00 C 左右的废热,但是长期以来由于在技术和经济性方面的困难,一直没有得到很好的利用,POSCO 开发了烟囱热回收系统,利用热虹吸效应把中低温余热转化为电能,并于 2010 年建立了实验装置。

  POSCO 公司的加热炉使用的蓄热燃烧技术是自己开发的,使用的蓄热体是蓄热小球,在使用的过程中也碰到了蓄热体堵塞等问题。POSCO也认为现有的技术在节能减排方面不会有太大的提升空间,为了使节能减排技术发生质的飞跃,从长期发展看必须开发创新的或有突破性的技术钢铁厂是污染大户,所以发展环保产业的优势(空间)更大,、用能效率与企业生产的同步发展。

  (4)新能源技术研究,包括燃烧电池、风能、太阳能等。其中在燃烧电池领域投入,专门成立了 POSCO 能源,以 LNG 作为原料生产燃料电池。 资源有限,创意无限 是对POSCO 敢于挑战的诠释。

  4、与国内钢铁厂主要工作的比较

  目前国内的钢铁厂在余热利用领域正在开展大量的工作,结合国外的技术,做个比较,我们可以看到今后发展的方向,具体见下表 1.表 1 POSCO 和国内钢铁厂余热利用技术比较

  由上表可见在余热的社会化利用、低温余热的利用、余热用于 CO2 分离等领域,国内钢铁厂都还是空白,POSCO 的先行一步可以给我们很大的启发。

  5、 结论

  随着中国城市化的发展,钢铁企业的环保将面临更多细致的问题,行业面临越来越大的环境生存压力,钢铁行业和社会是可以实现和谐发展,只要改变思路,实现从单纯高消耗低产值的钢厂,逐步向可以为社会提供建筑材料、消化垃圾、提供能源的绿色钢厂转化,钢铁行业是可持续的。研发的投入是必不可少的,决定未来谁能抢占先机,主要结论总结如下:

  ,韩国钢铁厂具有 明知山有虎,偏向虎山行 的勇气,熔渣的显热回收、烧结矿的显热回收、中低温烟气的余热回收都是钢铁行业节能研究的硬骨头,POSCO 于近两三年敢于投入资金,向这些硬骨头挑战。常规技术的节能的空间是有限的,必须提出自己的突破性技术,研发的投入是未来是否能的保障。

  第二,无论日本还是韩国都有自己的减少 CO2 的长期规划,日本由 NEDO 牵头有 COURSE50计划,开发突破性技术,完成后可以实现减排 CO2 达 0%,POSCO 到 2020 年通过突破性技术减少 9%的计划,并且都有具体的项目做支撑。

  第三,要树立新的观点,温室气体的减排对钢铁企业而言不是负担而是机遇,化点力气研发是值得的,在这个过程中会产生许多新的增长点,利用钢铁自身的优势,如余热点众多,钢铁厂可以开发出低成本的温室气体减排技术,不仅解决了余热利用的问题,同时实现了减排,而美国创新型的减排技术给我们的启示技术,进行减排不是如以往的环保技术是纯投入的,通过销售减排副产物的化工产品,还可以为钢厂找到一个新的利润增长点。温室气体减排谁先掌握技术,谁就掌握了钢铁企业在未来生存的话语权。

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