2009年哥本哈根氣候變化會(huì)議雖最終沒(méi)有達(dá)成具有法律約束力的減排協(xié)議，但低碳經(jīng)濟(jì)迅速成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。低碳經(jīng)濟(jì)是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，是對(duì)現(xiàn)行大量消耗化石能源、大量排放二氧化碳的生產(chǎn)生活方式的根本變革。我國(guó)政府承諾到2020年，單位GDP的二氧化碳排放量比2005年下降40%~45%，并作為約束性指標(biāo)被納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃。鋼鐵工業(yè)是主要溫室氣體排放行業(yè)之一，從全球統(tǒng)計(jì)來(lái)看，鋼鐵工業(yè)排放的二氧化碳占全球溫室氣體總排放量4%~5%（國(guó)際能源組織IEA發(fā)布），而我國(guó)鋼鐵工業(yè)占全國(guó)二氧化碳排放總量12%左右。因此，鋼鐵企業(yè)承擔(dān)節(jié)能減排任務(wù)責(zé)無(wú)旁貸，并肩負(fù)巨大的減排壓力。減少二氧化碳排放，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)成為未來(lái)鋼鐵行業(yè)發(fā)展的重要前提。

1 鋼鐵生產(chǎn)各工序及流程二氧化碳排放基本狀況

1.1 鋼鐵工業(yè)各工序二氧化碳排放狀況

碳是鋼鐵冶金過(guò)程能量流與物質(zhì)流的主要載體，鐵礦石依靠焦炭和煤粉還原成鐵水，而鐵水中的碳又是轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程升溫及能量平衡的保證。因此，鋼鐵工業(yè)的基礎(chǔ)就是碳冶金學(xué)。而鋼鐵冶金過(guò)程產(chǎn)生的二氧化碳主要來(lái)自于高爐中煤和焦炭與鐵礦石的化學(xué)反應(yīng)，即鐵礦石的還原過(guò)程，煉鐵工序直接和間接二氧化碳排放超過(guò)90%（見(jiàn)圖1）。因此，低碳煉鐵是鋼鐵企業(yè)二氧化碳減排的重中之重。2009年全球生鐵產(chǎn)量89826萬(wàn)t，我國(guó)生鐵產(chǎn)量54375萬(wàn)t，占世界生鐵總產(chǎn)量的60.53%，已占據(jù)全球生鐵半壁江山，煉鐵二氧化碳減排責(zé)任重大，實(shí)現(xiàn)低碳煉鐵技術(shù)任重而道遠(yuǎn)。

1.2 鋼鐵工業(yè)不同生產(chǎn)流程二氧化碳排放差異（見(jiàn)表1）

（注：電力生產(chǎn)50%依靠化石燃料為能源，現(xiàn)代高爐二氧化碳總排放量約1900kg/t；世界高爐平均二氧化碳總排放量約2200kg/t）

2009年，全球高爐生鐵產(chǎn)量8.98億t；直接還原鐵產(chǎn)量6200萬(wàn)t，僅占世界生鐵產(chǎn)量的6.9%。目前高爐流程為生鐵的生產(chǎn)主流工藝，且在短期內(nèi)不會(huì)有較大改變。我國(guó)鋼鐵工業(yè)鐵鋼比高是造成單位鋼產(chǎn)量二氧化碳排放強(qiáng)度高的最主要原因。我國(guó)鋼鐵累積量小，廢鋼資源緊缺，大宗廢鋼質(zhì)量差，電價(jià)高，導(dǎo)致電爐鋼比例低（2008年世界平均電爐鋼比30.6%，美國(guó)58.1%，德國(guó)31.9%，日本24.8%，而我國(guó)僅為12.4%），導(dǎo)致我國(guó)鋼鐵工業(yè)鐵鋼比一直居高不下，2000年為1.02，2005年為0.97，2008年為0.94。同時(shí)高爐流程的單位排放強(qiáng)度是電爐流程的4倍之多。而目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)電爐鋼企業(yè)為提高成本競(jìng)爭(zhēng)力采用電爐配加熱鐵水生產(chǎn)工藝。另外，我國(guó)鋼鐵工業(yè)一次能源以煤炭為主，占能源消費(fèi)總量的70%左右，而且煤發(fā)熱量、灰分、硫分等質(zhì)量指標(biāo)與美國(guó)、德國(guó)和日本等國(guó)相比，存在比較明顯的差距。石油類能源和天然氣所占比例比其他國(guó)家低15%~25%。從而造成能源利用效率相對(duì)較低。

2 國(guó)外鋼鐵工業(yè)低碳煉鐵技術(shù)研究

煉鐵系統(tǒng)（含焦化、燒結(jié)、球團(tuán)）是鋼鐵生產(chǎn)中二氧化碳的主要排放工序，直接和間接排放占鋼鐵工業(yè)總排放量的90%以上。由于裝備及工藝技術(shù)改進(jìn)，鋼鐵工業(yè)的二氧化碳排放量與20世紀(jì)70年代相比已降低了約50%。目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正在研發(fā)超低二氧化碳排放的鋼鐵生產(chǎn)工藝。

2.1 歐洲超低二氧化碳排放（ULCOS）項(xiàng)目

歐洲鋼鐵業(yè)者在世界鋼鐵協(xié)會(huì)的協(xié)調(diào)下，由安賽樂(lè)米塔爾集團(tuán)牽頭對(duì)“超低二氧化碳排放(ULCOS)”項(xiàng)目進(jìn)行研發(fā)。ULCOS作為一項(xiàng)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，旨在開(kāi)發(fā)突破性的煉鋼工藝，達(dá)到二氧化碳減排的目標(biāo)。ULCOS的研究包括了從基礎(chǔ)性工藝的評(píng)估到可行性的研究實(shí)驗(yàn)，最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)作。從所有可能減排二氧化碳的潛在技術(shù)中進(jìn)行分析，選擇出最有前景的技術(shù)。以成本和技術(shù)可行性為基礎(chǔ)進(jìn)行選擇，對(duì)其工業(yè)化示范性水平進(jìn)行評(píng)估，最后實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。

該項(xiàng)目集中了歐洲48家鋼鐵企業(yè)和研究院所的力量，旨在通過(guò)突破性的技術(shù)發(fā)展（比如回收高爐煤氣，利用氫氣和生物質(zhì)能，開(kāi)發(fā)分離二氧化碳以及如何在適合的地理結(jié)構(gòu)中貯存二氧化碳等技術(shù)）使鋼鐵工業(yè)的二氧化碳排放量進(jìn)一步減少30%~70%。

這個(gè)項(xiàng)目分三個(gè)階段實(shí)施。第一階段是從2004年到2009年，這一階段的主要任務(wù)是分別測(cè)試以煤炭、天然氣、電以及生物質(zhì)能為基礎(chǔ)的鋼鐵生產(chǎn)路線，是否有潛力滿足鋼鐵行業(yè)未來(lái)減排二氧化碳的需求；第二階段是從2009年到2015年，這一階段則是在第一階段測(cè)試成果的基礎(chǔ)上，在現(xiàn)有企業(yè)中進(jìn)行兩個(gè)相當(dāng)于工業(yè)化的試驗(yàn)，并且至少運(yùn)行一年，檢驗(yàn)工藝中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，以便進(jìn)行修正，并且估算投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用；第三階段的主要任務(wù)是在2015年以后，在對(duì)第二階段工業(yè)化實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和技術(shù)分析的基礎(chǔ)上，建設(shè)第一條工業(yè)生產(chǎn)線，這個(gè)階段有別于一般意義上的研發(fā)，它將成為真正的工業(yè)實(shí)踐，而且在該階段，這個(gè)項(xiàng)目會(huì)受到歐盟在財(cái)政上的大力支持。

2.2 日本二氧化碳減排革新技術(shù)

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省在2008年3月公布的“冷卻地球——能源革新技術(shù)計(jì)劃”中提出了“應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)研究的能源革新技術(shù)”，即依靠采用突破性技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排目標(biāo)的工作，共選定了21個(gè)項(xiàng)目，其中包括“創(chuàng)新的煉鐵工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)（COURSE50，CO2 Ultimate Reduction in Steelmaking Process by innovative technology for cool Earth 50）”技術(shù)。

COURSE50的目標(biāo)是，通過(guò)開(kāi)發(fā)二氧化碳吸收液和利用廢熱的再生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高爐煤氣的二氧化碳分離和回收。進(jìn)而通過(guò)與地下、水下二氧化碳貯留技術(shù)革新相結(jié)合，將向大氣排放的二氧化碳量減至最少。COURSE50項(xiàng)目主要研發(fā)的技術(shù)包括用氫還原鐵礦石的技術(shù)（見(jiàn)圖2）；焦?fàn)t煤氣提高氫含量技術(shù)；二氧化碳分離、回收技術(shù)；顯熱回收技術(shù)等。減排目標(biāo)如果能夠?qū)崿F(xiàn)即可使二氧化碳減排30%（使二氧化碳排放從1.64t CO2/t粗鋼降低到1.15t CO2/t粗鋼）。但考慮此時(shí)需要以某種形式補(bǔ)充焦?fàn)t煤氣的能量，因此考慮是否可應(yīng)用核電等不產(chǎn)生二氧化碳的能源。

2.3 韓國(guó)“驅(qū)逐碳的煉鐵項(xiàng)目”

浦項(xiàng)鋼鐵公司制定了長(zhǎng)遠(yuǎn)開(kāi)發(fā)計(jì)劃，即開(kāi)發(fā)出超高溫氫氣核反應(yīng)堆，它能將950℃以上的高溫原子吸收進(jìn)來(lái)。浦項(xiàng)鋼鐵公司將與韓國(guó)核能研究所合作，共同開(kāi)發(fā)第四代核反應(yīng)堆，從而能夠產(chǎn)生950℃以上的高溫和以低廉的成本生產(chǎn)出大量的氫。因開(kāi)發(fā)出核反應(yīng)堆的煉鐵新技術(shù)需要資金和時(shí)間，浦項(xiàng)鋼鐵公司確定的目標(biāo)是到2050年開(kāi)發(fā)成功。而在此之前，浦項(xiàng)鋼鐵公司制訂了在利用現(xiàn)有技術(shù)煉鐵的基礎(chǔ)上將二氧化碳排放量降低到最低水平的計(jì)劃方案：在2020年之前生產(chǎn)1t鋼鐵排放的二氧化碳要比2007年~2009年平均下降9.0%。浦項(xiàng)鋼鐵公司計(jì)劃分兩步走。第一步是在2015年之前采用減排新設(shè)備和新技術(shù)進(jìn)行廢熱氣發(fā)電，使生產(chǎn)1t鋼鐵排放的二氧化碳平均減少3%；第二步是在2020年之前，采用不需要再加熱的煉鋼和熱軋工藝技術(shù)，使生產(chǎn)1t鋼鐵排放的二氧化碳平均再減少6%。由此，到2020年浦項(xiàng)鋼鐵公司生產(chǎn)1t鋼鐵排放的二氧化碳量將由目前的2.18t降至1.98t。

3 低碳煉鐵技術(shù)發(fā)展方向

由于在短期內(nèi)，我國(guó)鋼鐵行業(yè)還很難改變以煤為主的能源結(jié)構(gòu)和廢鋼資源不足的現(xiàn)狀。在當(dāng)前階段，二氧化碳的減排主要依賴于在淘汰落后設(shè)備和技術(shù)的前提下，采用高新技術(shù)改造和不斷優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高對(duì)副產(chǎn)煤氣和余熱、余能的回收利用率，從而進(jìn)一步降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

3.1 節(jié)能減排，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是低碳經(jīng)濟(jì)第一步

中國(guó)工程院院長(zhǎng)徐匡迪指出“節(jié)能、提效、減排，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，是走向低碳經(jīng)濟(jì)的第一步”�；谖覈�(guó)的單位能耗與國(guó)際先進(jìn)水平尚有15%~20%的差距這一現(xiàn)實(shí)，在2020年前，鋼鐵工業(yè)碳減排的主要對(duì)策是以節(jié)能減排為主；2020年~2030年，鋼鐵工業(yè)設(shè)備達(dá)到更新周期時(shí)，應(yīng)考慮高爐煤氣循環(huán)和焦?fàn)t煤氣重整后噴吹，及H2、CO氣體直接還原，將單位產(chǎn)能二氧化碳排放再降低10%~20%。

3.1.1 淘汰落后，實(shí)現(xiàn)裝備大型化

高爐大型化具有生產(chǎn)效率高、降低消耗、節(jié)約人力資源、提高鐵水質(zhì)量、減少環(huán)境污染等突出優(yōu)點(diǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，落后的小高爐燃料比一般要比大高爐高30kg/t~50kg/t。小高爐（＜300m3）單位能耗比大型設(shè)備（≥1000m3）高10%~15%，物耗高7%~10%，水耗高1倍左右，二氧化硫排放高3倍以上。落后和低水平工業(yè)裝備能耗高，二次能源回收低，污染處理難度大。因此，加大淘汰落后和替代低水平工藝裝備的力度是推進(jìn)節(jié)能減排的難點(diǎn)，應(yīng)嚴(yán)格市場(chǎng)準(zhǔn)入，強(qiáng)化安全、環(huán)保、能耗、物耗、質(zhì)量、土地等指標(biāo)的約束作用，制定和完善行業(yè)準(zhǔn)入條件和落后產(chǎn)能界定標(biāo)準(zhǔn)，加快淘汰煉鐵落后產(chǎn)能。如果國(guó)家對(duì)鋼鐵企業(yè)開(kāi)征碳稅，將對(duì)煉鐵生產(chǎn)裝備、運(yùn)行成本、生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力等產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。因此鋼鐵工業(yè)尤其是煉鐵要密切關(guān)注國(guó)家碳稅政策制定的進(jìn)展，及早編制低碳經(jīng)濟(jì)規(guī)劃，研究和制定碳減排的實(shí)施方案。

3.1.2 降低高爐燃料比的技術(shù)

煉鐵系統(tǒng)減少二氧化碳排放量的研究方向主要有：一是減少所需碳量，二是減少對(duì)碳的依賴。前者需要在現(xiàn)有高爐生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步降低還原比（焦比和燃料比），后者需要開(kāi)辟另外不含碳或者含碳少的還原劑。新的還原劑包括天然氣和廢塑料等。因?yàn)槊禾渴且环N二氧化碳排放量高的燃料，消耗每噸煤炭的碳排放量為0.7t，而天然氣和塑料排放的二氧化碳較少，消耗每噸天然氣的碳排放量為0.39t。

2006年世界鋼鐵協(xié)會(huì)公布世界各國(guó)家和地區(qū)高爐平均燃料比為543kg/t，我國(guó)高爐燃料比為555kg/t（見(jiàn)表2）。我國(guó)煉鐵燃料比與國(guó)際先進(jìn)水平的差距在40 kg/t以上，主要原因是我國(guó)高爐風(fēng)溫比國(guó)際先進(jìn)水平低100℃~150℃，噴煤比與國(guó)際領(lǐng)先水平的差距在40kg/t左右，高爐入爐礦品位比國(guó)際先進(jìn)水平低3%左右。我國(guó)焦炭灰分比工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家高3%，含硫高約1.5%，是我國(guó)燃料比高的重要原因。同時(shí)爐料成分波動(dòng)大是影響實(shí)現(xiàn)低燃料比的主要原因。

3.1.3 低碳煉鐵技術(shù)集成

低碳煉鐵技術(shù)集成主要有干法熄焦技術(shù)(CDQ)、煤調(diào)濕技術(shù)(CMC)、高爐和焦?fàn)t添加廢塑料、燒結(jié)余熱回收（熱風(fēng)燒結(jié)或余熱鍋爐）或余熱發(fā)電、高爐干式布袋除塵、煤氣余壓透平發(fā)電(TRT)、熱風(fēng)爐雙預(yù)熱和余熱利用技術(shù)、高爐富氧噴煤技術(shù)、高爐煤氣回收及綜合利用、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組（CCPP）等技術(shù)的應(yīng)用，降低生產(chǎn)過(guò)程的單位產(chǎn)品能耗并提高資源的綜合利用。

3.1.4 低碳煉鐵技術(shù)的細(xì)節(jié)改進(jìn)

①降低燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率

改善燒結(jié)機(jī)和冷卻機(jī)及相關(guān)的風(fēng)流系統(tǒng)的密封裝置，減少漏風(fēng)率(燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率：國(guó)際先進(jìn)水平為10%~20%；國(guó)內(nèi)為30%~50%)。采取低負(fù)壓、低風(fēng)量(燒結(jié)風(fēng)量配備：日本為80%~ 85%；我國(guó)為100m3/m2~ 105m3/m2有效抽風(fēng)面積)的“慢風(fēng)燒結(jié)”工藝。燒透燒好，不追求產(chǎn)量，力求低能耗。另外，提高風(fēng)機(jī)效率(國(guó)外平均水平為85%；國(guó)內(nèi)平均為78%)和工藝風(fēng)機(jī)調(diào)速，可降低電能消耗。

②合理的燒結(jié)返礦率

合理減少返礦(合理的返礦率在25%左右，但我國(guó)燒結(jié)機(jī)返礦率一般在40%~60%)，重復(fù)燒結(jié)率高大幅增加能耗。同時(shí)建立高水平的專家系統(tǒng)，精確燒結(jié)終點(diǎn)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作和管理，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

③脫濕鼓風(fēng)

隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)布局調(diào)整向沿海、沿江等地區(qū)建設(shè)大型高爐，大氣濕度波動(dòng)對(duì)大型高爐的影響不容忽視。高爐鼓風(fēng)含濕量每降低1g/m3，綜合焦比降低1kg/t，增加噴煤2.23kg/t，置換焦炭1.78kg/t，脫濕鼓風(fēng)減少爐腹煤氣量，有利于高爐順行而增加產(chǎn)能0.1%~0.5%。另外，還可以節(jié)約鼓風(fēng)機(jī)電耗，降低煤氣消耗。

④煤粉、焦炭水分測(cè)定

水分含量的變化直接影響高爐爐溫的控制，而爐溫的上下波動(dòng)不僅關(guān)系到生鐵的含硫和含硅量、增大焦比和能源消耗，還直接影響高爐產(chǎn)量、使用壽命和生鐵質(zhì)量等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。采用中子水分測(cè)定儀使入爐有效熱能恒定，以穩(wěn)定爐溫，進(jìn)而保證了高爐的穩(wěn)定順行，為高爐增產(chǎn)節(jié)焦創(chuàng)造了有利條件。

3.1.5 低碳煉鐵技術(shù)創(chuàng)新

①預(yù)還原爐料技術(shù)

日本高爐使用預(yù)還原燒結(jié)礦，可大大減少還原劑比，使煉鐵工序的碳消耗總量減少。如果燒結(jié)礦預(yù)還原率為70%，整個(gè)煉鐵工序的消耗碳量可減少約10%以上。針對(duì)現(xiàn)有鐵礦資源，為降低高爐還原劑比而開(kāi)發(fā)的強(qiáng)化制粒等技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用。目前，燒結(jié)涂層制粒技術(shù)已經(jīng)在日本JFE的兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)上應(yīng)用。高爐使用涂層制粒燒結(jié)技術(shù)生產(chǎn)的燒結(jié)礦，使焦比降低1.4%，利用系數(shù)提高1.0%。

②高爐爐頂煤氣循環(huán)技術(shù)

高爐采用爐頂煤氣循環(huán)技術(shù)的過(guò)程中，鐵礦的還原全部由上部交換裝置的煤氣（溫度低于900℃）來(lái)完成。這樣不會(huì)發(fā)生高溫下由于直接還原發(fā)展導(dǎo)致的碳消耗增加的現(xiàn)象。為了使鐵礦石充分還原，必須把大量還原氣體噴進(jìn)爐身下部。脫碳后的爐頂煤氣含有大量的一氧化碳和氫氣，在加熱到900℃后，噴進(jìn)高爐爐身下部。理論模型計(jì)算表明，該工藝的焦炭用量為204kg/t，二氧化碳排放量（包括在二氧化碳洗滌器去除的部分）為1177kg/t，比常規(guī)高爐（二氧化碳排放總量約為1557kg/t）減少24%。

③高爐噴吹廢塑料、焦?fàn)t煤氣和天然氣等

噴吹1kg廢塑料，相當(dāng)于1.2kg煤粉，而且使高爐冶煉每噸鐵的渣量降低，噴吹廢塑料100kg/t，可降低渣量30kg/t ~40kg/t。廢塑料成分簡(jiǎn)單，含氫量是普通還原劑的3倍，高爐每噴吹1t廢塑料可減排0.28t二氧化碳。德國(guó)不來(lái)梅鋼鐵公司、安賽樂(lè)米塔爾集團(tuán)EKO鋼鐵公司等高爐噴吹廢塑料，日本JFE鋼鐵在京濱廠和福山廠高爐噴吹廢塑料，神戶制鋼在加古川高爐噴吹廢塑料，新日鐵成功在焦煤中試摻入1%~2%廢塑料用于煉焦。2010年日本高爐、焦?fàn)t利用廢塑料可望達(dá)100萬(wàn)t。

在20世紀(jì)80年代初，前蘇聯(lián)已在多座高爐上完成了噴吹焦?fàn)t煤氣的試驗(yàn)研究，掌握了1.8m3~2.2m3焦?fàn)t煤氣替代1m3天然氣的冶煉技術(shù)，噴吹量達(dá)到227m3/t。20世紀(jì)80年代中期，法國(guó)索爾梅廠2號(hào)高爐開(kāi)始進(jìn)行噴吹焦?fàn)t煤氣作業(yè)，噴吹量達(dá)21000m3/h，噴吹的焦?fàn)t煤氣與焦炭的置換比為0.9kg/m3。1988年，馬凱耶沃鋼鐵公司兩座高爐固定噴吹焦?fàn)t煤氣，噴吹量為95m3/t，并在短期內(nèi)將噴吹量增至160m3/t。美國(guó)鋼鐵公司MONVALLEY廠的兩座高爐（工作容積為1598m3和1381m3）自1994年起一直噴吹焦?fàn)t煤氣，2005年的噴吹總量為14.16萬(wàn)t，噴吹量約65kg/t。噴吹焦?fàn)t煤氣后，降低了天然氣的噴吹量，消除了焦?fàn)t煤氣的放空燃燒，降低了能源成本。

高爐噴吹天然氣在北美鋼鐵企業(yè)的高爐上已經(jīng)大量應(yīng)用。

④高爐爐渣回收利用及余熱發(fā)電

高爐渣是一種性能良好的硅酸鹽材料，通過(guò)處理后可作為生產(chǎn)水泥的原料，由此可節(jié)約生產(chǎn)水泥原料45%，節(jié)約能源50%，并減少二氧化碳排放量44%。由此可見(jiàn)，充分而科學(xué)地利用好高爐渣具有很大的節(jié)能潛力。日本川崎鋼鐵公司和川崎重工公司于20世紀(jì)80年代聯(lián)合設(shè)計(jì)了高爐渣干式造粒及余熱回收裝置；國(guó)內(nèi)企業(yè)正在研究采用螺桿膨脹動(dòng)力雙循環(huán)技術(shù)，建設(shè)余熱發(fā)電機(jī)組，回收沖渣熱水的余熱資源。

3.2 低碳煉鐵技術(shù)未來(lái)發(fā)展

在實(shí)現(xiàn)低碳煉鐵過(guò)程中，一方面要推廣低碳煉鐵集成技術(shù)，降低高爐煉鐵的能耗水平；另一方面要尋求新的生產(chǎn)流程，做好技術(shù)儲(chǔ)備，進(jìn)一步降低二氧化碳排放量。我國(guó)大型高爐工藝的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)：二氧化碳消減+節(jié)能+低成本，低碳煉鐵技術(shù)未來(lái)發(fā)展如下：

3.2.1 液態(tài)低溫?zé)掕F技術(shù)

鋼鐵研究總院提出低溫快速還原理論，通過(guò)提高低溫下鐵礦石的還原，降低煉鐵能耗，實(shí)現(xiàn)無(wú)燒結(jié)、無(wú)焦化煉鐵，降低煉鐵能耗25%以上。日本在液態(tài)低溫?zé)掕F技術(shù)方面已取得一定進(jìn)展，尋求高爐內(nèi)反應(yīng)過(guò)程的新突破，利用造塊技術(shù)，重新處理鐵礦石，將耗能大的高溫火法冶金化學(xué)反應(yīng)減少，可以降低高爐能耗50%，減少二氧化碳排放50%。

3.2.2 全氧高爐（無(wú)氮高爐）冶煉

該技術(shù)的特點(diǎn)是將鼓入的空氣改為氧氣，高爐爐頂煤氣中的二氧化碳洗滌吸收后，剩余CO返回，從噴煤載體新一排風(fēng)口送入，可大大降低二氧化碳排放。增加噴煤比，降低焦比。煤比大于300kg/t，焦比小于200kg/t。1986年，日本NKK公司第一次試驗(yàn)證明全氧高爐技術(shù)上是可行的。歐洲經(jīng)過(guò)理論研究后，于2009年底開(kāi)始LKAB中試試驗(yàn)。

3.2.3 帶等離子加熱裝置的高爐冶煉

將部分爐頂煤氣中的二氧化碳通過(guò)CO2和C反應(yīng)生成CO。該反應(yīng)是吸熱高溫反應(yīng)，采用等離子加熱至3400℃就可促使這一反應(yīng)產(chǎn)生，產(chǎn)生的CO通過(guò)風(fēng)口吹入，爐頂煤氣中的二氧化碳與焦炭中的碳發(fā)生吸熱反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐谎趸�，火焰溫度降�?150℃。另一部分爐頂煤氣和無(wú)氮高爐一樣進(jìn)入洗滌器除去二氧化碳，然后被加熱到900℃，通過(guò)第二排風(fēng)口噴入高爐爐身下部。由于不再采用噴煤技術(shù)，僅用焦炭作骨架，通過(guò)模型計(jì)算，焦比降至235kg/t，總的二氧化碳排放量（包括二氧化碳洗滌器去除的部分）為785kg/t，比常規(guī)高爐二氧化碳排放總量減少51%。等離子高爐是二氧化碳排放最低的流程，但是電耗高，建議中長(zhǎng)期核電、風(fēng)能大量應(yīng)用后，鋼鐵企業(yè)電能充足時(shí)考慮。

4 結(jié)論：

歐洲ULCOS和日本COURSE50的二氧化碳減排的技術(shù)路線圖不同，歐洲的減排目標(biāo)使現(xiàn)行工藝改進(jìn)后節(jié)約碳消耗50%。而日本的目標(biāo)是減排30%，使噸鋼二氧化碳排放從1.64t降低到1.15t。但以上兩個(gè)方案的核心技術(shù)都是對(duì)焦?fàn)t煤氣進(jìn)行重整，并將重整后的高H2煤氣噴入高爐或用于直接還原。我國(guó)鋼鐵工業(yè)尤其是煉鐵急需及早制定二氧化碳減排的路線圖，并密切關(guān)注國(guó)家碳稅政策制定的進(jìn)展，及早編制低碳經(jīng)濟(jì)規(guī)劃，研究和制定碳減排的實(shí)施方案。

節(jié)能減排是實(shí)現(xiàn)低碳煉鐵的第一步。目前首要任務(wù)是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，縮小與德國(guó)、日本、韓國(guó)、北美等國(guó)家和地區(qū)的工序能耗差距（如加強(qiáng)余能、余熱和余壓等的回收利用，實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用）；二是實(shí)現(xiàn)低碳煉鐵技術(shù)的集成和創(chuàng)新；三是注重低碳煉鐵技術(shù)細(xì)節(jié)的改進(jìn)（如關(guān)注降低燒結(jié)漏風(fēng)率、脫濕鼓風(fēng)、焦炭和煤粉水分的穩(wěn)定等）。

加強(qiáng)對(duì)低碳煉鐵技術(shù)（如爐頂煤氣循環(huán)利用、純氧高爐、基于氫還原的冶金工藝和液態(tài)低溫?zé)掕F等技術(shù)）的研發(fā)。

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