工艺节能减排效果分析

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[摘要]本文概述了FINEX工艺的发展过程，简要介绍了FINEX的工艺流程。重点对FINEX流程与高炉流程的主要污染物排放指标进行了对比分析。FINEX流程相比高炉流程具有较为明显的减排优势，分析结果表明，其中颗粒物排放降低比例约32.9%，二氧化硫排放降低比例约68.3%，氮氧化物排放降低比例约66.2%。对FINEX流程与高炉流程的能耗数据进行了对比分析，结果表明FINEX流程生产每吨铁水的能耗略低于传统高炉流程，FINEX流程具有一定的节能效果。

[关键词]FINEX工艺；污染物排放；工序能耗；节能减排

0引言

FINEX工艺是基于COREX工艺，由韩国浦项钢铁公司和原奥钢联公司从1992年开始联合开发的新一代熔融还原炼铁工艺，2003年5月年产量60万吨的1#FINEX示范工厂在韩国浦项钢铁公司投产，2007年4月年产量150万吨的2#FINEX工厂投产，2014年产量200万吨的3#FINEX投产，目前韩国浦项钢铁公司的2#FINEX及3#FINEX在保持商业化生产运行。

1FINEX工艺概述

经过20多年的研发、改进及工业化生产，FINEX工艺日趋成熟，是目前世界上最先进、最环保的炼铁新技术之一。FINEX工艺可直接利用粉矿和弱粘结煤生产铁水，相比传统高炉流程（包括烧结、球团、焦化、高炉），FINEX工艺省去烧结和球团工艺，不仅节省了原燃料成本、拓宽了原燃料适用范围，而且降低了铁水生产过程的能耗和污染物排放，实现了清洁生产。与高炉炼铁流程不同，FINEX工艺流程主要分三步，首先，铁矿粉被置于流化床反应装置的上部，在固态状态下被CO和H2气体还原，这些还原气体是由输入熔融气化炉的煤经燃烧和高温分解而产生的；接着，粉矿在流化床被还原后进入压块工序，变成热压铁块，同时非焦煤经过压块变成压块煤，加入到熔融气化炉中；最后，熔融气化炉鼓入纯氧助燃，压块煤在气化炉中燃烧产生热量，把经流化床中还原过的热压铁块熔化成铁水和炉渣，同时燃料受热分解生成还原气。FINEX工艺由原料储运、矿石干燥、流化还原、热态压铁、型煤制备、煤粉喷吹、熔分还原、炉渣处理、CO2脱除，以及配套的制氧等公辅设施组成。FINEX工艺适用的资源范围宽，使用的原料主要是直径介于0～8mm的铁粉矿，矿种涵盖褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿，对矿粉品位、Al2O3含量、粒级的适应性均比高炉强。FINEX为流态化还原，基本不受原料的还原粉化性能限制。熔融气化炉内料柱短，可不用或少用焦炭，采用型煤作为主要燃料，对型煤的强度要求低，可以使用80%弱粘性煤种+20%动力煤制作型煤。

2FINEX工艺主要污染物排放分析

相比传统高炉炼铁流程，FINEX工艺流程大大简化，省去了污染物排放大的烧结及球团工序，焦化工序也可基本省去，因此，FINEX炼铁流程的污染物排放相应降低，下面进行简要计算分析。为使得污染物有组织排放值的比较口径相对合理，将两种流程生产每吨铁水需要消耗的原燃料制备工序的排放也计算在内，其中高炉的炉料结构按烧结矿70%、球团20%、块矿10%选取，吨铁入炉含铁料耗量按1620kg选取，焦比按吨铁315kg选取，烧结工序生石灰量按吨矿40kg配比选取。由于副产煤气用于发电等方式也会产生污染物排放，因此将两种流程副产煤气发电的有组织排放值也包含在内。其中高炉流程副产煤气发电的污染物排放值，选取某典型企业排放值进行估算。FINEX流程污染物排放值选取某企业环评报告公布的数据[1]，并按最新的超低排放标准估算。此外，焦化工序排放指标选取某企业清洁生产目标值[2]；烧结及球团工序排放指标选取《钢铁行业（烧结球团）清洁生产评价指标体系》清洁生产一级基准值；高炉工序排放指标选取《钢铁行业（高炉炼铁）清洁生产评价指标体系》清洁生产一级基准值；石灰工序排放指标选取河北省地方标准《石灰行业大气污染物排放标准》最高排放限额值[3]。基于以上数据基础，估算的FINEX流程与高炉流程主要污染物有组织排放比较数值见表1。可见，FINEX流程相比高炉炼铁流程主要污染物排放均有降低，其中颗粒物排放降低比例约32.9%，二氧化硫排放降低比例约68.3%，氮氧化物排放降低比例约66.2%，FINEX工艺的环保优势是值得肯定的。

3FINEX工艺能耗分析

为分析FINEX工艺的能源消耗情况，选取某企业环评报告公布的FINEX工艺消耗及回收数据，计算FINEX工艺的工序能耗指标，具体数值见表2，从表可见，FINEX工艺的工序能耗约430.25kgce/t。其中FINEX工序能源消耗主要包括粉煤、喷吹煤、焦丁、FOG煤气、电力、氧气等，其中FINEX工序能源消耗中粉煤占比约63.13%，喷吹煤占比约18.04%，焦丁占比约6.88%。为评价FINEX流程的能耗水平，将FINEX流程与高炉流程的能耗进行对比，比较口径统一为铁水及配套的铁前工序，焦化工序的工序能耗选取《焦炭单位产品能源消耗限额》（GB21342-2013）中的新建或改扩建焦炭生产设备中，顶装焦炉生产方式的焦炭单位产品能耗准入值[4]；烧结、球团及高炉工序的工序能耗数值选取《粗钢生产主要工序单位产品能源消耗限额》[5]（GB21256-2013）中规定的新建或改扩建粗钢主要工序的单位产品能耗限额准入值。将高炉流程的焦化、烧结、球团及高炉工序的能耗数据折算为吨铁能耗值为472.91kgce/t，具体数值见表3。FINEX流程考虑配套的焦化工序折算出FINEX流程吨铁能耗为448.55kgce/t，具体数值见表4。由上可见，FINEX流程比高炉炼铁流程的吨铁能耗低约36.56kgce，考虑到除部分指标先进企业外，现有大部分钢铁生产企业的烧结、球团、焦化、高炉工序的能耗值大于本文计算所选取的能耗限额值，可以得出FINEX流程的吨铁生产能耗低于高炉炼铁流程，FINEX流程的能耗指标具有一定优势。

4结论

FINEX工艺技术不断成熟，而且仍在不断优化，相比高炉炼铁流程，环保优势十分明显，其中颗粒物排放降低比例约32.9%，二氧化硫排放降低比例约68.3%，氮氧化物排放降低比例约66.2%，且FINEX工艺吨铁生产能耗比高炉炼铁流程略低，因此，FINEX工艺在节能减排方面具有积极意义，值得有关企业关注此技术的进展。

参考文献

[1]POSCO-重钢FINEX综合示范钢厂环境影响报告书（送审稿）[R].中冶南方工程技术有限公司，2014.134-135.

[2]山西安昆新能源有限公司150万吨/年炭化室高度6.78米捣固焦化项目环境影响报告书（征求意见稿）[R].山西晋环科源环境资源科技有限公司，2019.3-59.

[3]DB13/1641-2012，石灰行业大气污染物排放标准[S].

[4]GB21342-2013，焦炭单位产品能源消耗限额[S].

[5]GB21256-2013，粗钢生产主要工序单位产品能源消耗限额[S].

作者:樊波 郭豪 王艳民 全强 单位:中冶京诚工程技术有限公司