《国家工业节能降碳技术应用指南与案例(2024年版)》之一:钢铁行业节能降碳技术

2024-05-31 10:07
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导读



日前,国务院印发《2024-2025年节能降碳行动方案》,对推动完成“十四五”节能降碳目标做出重要部署。重点控制化石能源消费,强化碳排放强度管理,分领域分行业实施节能降碳专项行动,更高水平更高质量做好节能降碳工作,更好发挥节能降碳的经济效益、社会效益和生态效益,为实现碳达峰碳中和目标奠定坚实基础。


《国家工业节能降碳技术应用指南与案例(2024年版)》之一:钢铁行业节能降碳技术



  一、免加热与压展一次成型节能轧制技术

1.技术适用范围

适用于钢铁行业热轧工艺。

2.技术原理及工艺

采用热展成型设备,无需使用加热炉,充分利用熔融态钢坯的热量提高连铸钢坯温度,在连铸工序精准控制钢坯温度,直接进行热轧制,实现免加热轧制。通过连续多次微压,防止热金属在轧制压下过程产生宽展,实现钢型材或零部件无宽展成型。工艺装备布置如图1所示。

图1工艺装备布置图


3.技术功能特性及指标

(1)充分利用钢坯余热进行铸轧,熔融态钢坯热量利用率达30%;

(2)钢坯温度控制精准,直接轧制率>95%;

(3)免加热连续多次微压成型,抗疲劳寿命≥100万次。

4.应用案例

(1)项目基本情况:技术提供单位为辽宁中车轨道交通装备有限公司,应用单位为鞍山源鑫钢铁有限公司。改造前棒材车间采用加热炉加热钢坯,主要耗能种类为煤炭和天然气,年生产螺纹钢435万吨,单位产品能耗为46.2千克标准煤/吨。

(2)主要技术改造内容:安装热展连铸机,配套连铸机凝固终点预报系统和智能送坯系统,增设钢坯液压剪和快速运坯辊道,去掉加热炉。2017年5月实施节能改造,实施周期2年。

(3)节能降碳效果及投资回收期:改造完成后,单位产品能耗降低至9.5千克标准煤/吨,实现节能量15.9万吨标准煤/年,二氧化碳减排量42.3万吨/年。投资额为1236万元,投资回收期为2年。

  

  二、富氢碳循环氧气高炉低碳冶金技术

  1.技术适用范围

适用于钢铁行业长流程低碳炼钢。

2.技术原理及工艺

开发新型高炉和冶金煤气回收装置,高炉煤气经回收装置进行脱碳处理变成氢气。采用多介质复合喷吹技术,将加热后的氢气送入高炉作为冶炼还原剂,脱碳产生的二氧化碳通过碳捕集技术进行收集,充分利用煤气热值和化学能,实现冶金煤气循环利用和富氢全氧冶炼,比同容积高炉生产效率提高40%。工艺流程如图2所示。

图2工艺流程图


3.技术功能特性及指标

(1)实现超高富氧至全氧冶炼,富氧量50%~100%;

(2)冶金煤气CO2进行分离与提质,还原煤气CO2含量≤5%;

(3)高还原势煤气安全高效加热,实现1100°C高温煤气循环高效利用。

4.应用案例

(1)项目基本情况:技术提供单位为新疆八一钢铁股份有限公司,应用单位为新疆八一钢铁股份有限公司。改造前为传统高炉工艺装备模式,产能规模为175万吨铁/年,主要耗能种类为焦炭、喷吹煤、电力、高炉煤气和蒸汽,工序综合能耗为425千克标准煤/吨铁。

(2)主要技术改造内容:对传统高炉的炉型及炉体结构进行改造,将现有热风炉设施改造为顶燃式煤气加热炉,并增加煤气加压及二氧化碳脱除设施、制氧设施及配套公辅设施。2022年7月实施节能改造,实施周期17个月。

(3)节能降碳效果及投资回收期:改造完成后,高炉工序单位产品能耗为360.29千克标准煤/吨,实现节能量15万吨标准煤/年,二氧化碳减排量40万吨/年。投资额为9.4亿元,投资回收期为8年。


  三、富氢低碳冶炼技术

  1.技术适用范围

适用于钢铁行业高炉。

2.技术原理及工艺

开发冶金用氢气一体化大规模供应系统和高炉多模式喷氢装备,根据高炉冶炼反应工况自动控制氢气流量,氢气通过高炉风口或炉身下部喷吹到高炉内。利用氢代替碳作为炼铁过程还原剂及燃料,纯氢气喷吹量可达每小时1800立方米,降低焦比10%以上。工艺流程如图3所示。

图3工艺流程图


3.技术功能特性及指标

(1)以氢代碳冶炼,铁产品氢气喷吹量250立方米/吨,减少二氧化碳排放10%;

(2)高炉冶炼富氢喷吹,氢气的一次利用效率>30%。4.应用案例该技术为研发类技术,暂无应用案例。技术提供单位为昌黎县兴国精密机件有限公司。


  四、基于薄带铸轧的短流程薄带钢生产技术

1.技术适用范围

适用于薄带钢生产。

2.技术原理及工艺

液态钢水通过布流系统注入由侧封板及2个旋转方向相反的铜铸辊形成的熔池中,铜辊中通过的冷却水将钢水的热量带走。凝固的钢液在2个铜铸辊的缝隙之间经挤压,可直接连续生产出厚度1.4~2.1mm的铸带,再经一道次热轧生产出厚度为0.7~1.9mm的热轧薄带钢,钢水直接凝固为钢带,多道次热轧精简为一道次。工艺流程如图4所示。

图4工艺流程图


3.技术功能特性及指标

(1)钢水直接凝固为薄钢带,工艺流程短,产线长度50米,设备及工序大幅精简;

(2)省去加热炉,并简化轧制道次,超薄带工艺总能耗为传统热连轧工艺的16%。

4.应用案例

(1)项目基本情况:技术提供单位为江苏沙钢集团有限公司,应用单位为张家港中美超薄带科技有限公司。该项目为新建项目,主要耗能种类为电力、天然气、焦炉煤气、氮气、氧气和压缩空气,年产超薄带钢50万吨,项目综合能耗为16219.1吨标准煤/年。

(2)主要技术改造内容:应用铸辊辊型渐进式设计技术和带钢表面粗糙度控制技术,改进水口设计,增设四辊轧机、超强精密气雾冷却装置、双剪刃耦合飞剪等成套装备。2018年1月实施建设,实施周期28个月。

(3)节能降碳效果及投资回收期:建设完成后,单位产品工序能耗为32.438千克标准煤/吨,实现节能量28万吨标准煤/年,二氧化碳减排量75万吨/年。投资额为8亿元,投资回收期为7年。

  五、钢铁烧结烟气选择性循环技术

1.技术适用范围

适用于钢铁行业烧结烟气治理。

2.技术原理及工艺

基于烧结风箱烟气排放特征的差异,选择特定风箱段烟气除尘后在烧结台车表面循环利用,降低烧结烟气和污染物排放总量。通过优化循环热风参数,烟气显热供给烧结混合料,进行热风烧结,改善表层烧结矿质量,实现节能减污降碳协同治理。工艺流程如图5所示。

图5工艺流程图


3.技术功能特性及指标

(1)循环利用烧结烟气余热进行热风烧结,实现一氧化碳二次燃烧,降低固体燃料消耗6%;

(2)降低烧结烟气排放量,末端烟气治理设施运行能耗降低5%。

4.应用案例

(1)项目基本情况:技术提供单位为中国科学院过程工程研究所,应用单位为河钢邯郸钢铁集团有限责任公司。改造前烧结烟气全部进入末端烟气治理设施,主要耗能种类为焦炭和无烟煤,烧结机规模360平方米,年产烧结矿326万吨,单位产品能耗为50千克标准煤/吨。

(2)主要技术改造内容:增设烟气切换阀门和循环烟道引出循环烟气,新建多管旋风除尘器、循环风机、烟气分配器和密封罩,配套烟气循环控制系统。2018年8月实施节能改造,实施周期4个月。

(3)节能降碳效果及投资回收期:改造完成后,单位产品能耗降低至45千克标准煤/吨,实现节能量1.63万吨标准煤/年,二氧化碳减排量4.34万吨/年。投资额为4400万元,投资回收期为1.5年。

六、高温固体散料余热直接回收技术

1.技术适用范围

适用于钢铁行业高温固体散料/颗粒的显热回收利用。

2.技术原理及工艺

采用固体散料冷却及余热回收一体化装置,无需引入中间气体换热介质,直接回收高温固体散料显热。高温固体颗粒利用自身重力向下缓慢流动,通过移动散料填充床,以固体换热方式与锅炉汽水受热管进行一次换热。通过换热直接产生高品质过热蒸汽进行发电或供热等其他工业用处。工作原理如图6所示。

图6工作原理图


3.技术功能特性及指标

(1)高效回收高温物料余热,提高回收余热品位,余热回收率>80%;

(2)自耗电≤10%,较现有的气固换热技术降低20%以上。

4.应用案例

(1)项目基本情况:技术提供单位为四川川锅锅炉有限责任公司,应用单位为磐石建龙钢铁有限公司。改造前竖炉球团采用带冷机冷却,显热未回收利用,主要耗能种类为煤气和电力,年生产球团70万吨,单位产品能耗为19.75千克标准煤/吨。

2)主要技术改造内容:在原竖炉后端(排料口)增设一套70万吨/年高温球团竖固换热余热回收系统,去掉带冷系统。2021年8月实施节能改造,实施周期9个月。

(3)节能降碳效果及投资回收期:改造完成后,单位产品能耗降低至12.2千克标准煤/吨,实现节能量5885吨标准煤/年,二氧化碳减排量1.57万吨/年。投资额为4000万元,投资回收期为1.93年。

七、大容量工业余热回收离心式热泵机组技术

1.技术适用范围

适用于钢铁等行业余热回收。

2.技术原理及工艺

采用高效永磁同步变频直驱技术,结合多级压缩、级间补气、强化换热等关键技术,通过蒸发器从低位热源吸收热量,依次经过压缩机、冷凝器,制取高温热水,实现热量从低温侧向高温侧转移;视温升不同,热泵机组消耗电力是直热方式的15%~70%。系统原理如图7所示。

图7系统原理图


3.技术功能特性及指标

(1)采用大功率高速电机直驱结构,全工况范围无衰减,机械损失降低70%;

(2)双级压缩、级间补气循环,效率提升5%~6%。

4.应用案例

(1)项目基本情况:技术提供单位为珠海格力电器股份有限公司,应用单位为大庆石油管理局有限公司。改造前采用天然气加热炉,产生75°C高温热水进行供暖,主要耗能种类为天然气和电力,供热面积22万平方米,总供热量15兆瓦,综合能耗为5234.47吨标准煤/年。

(2)主要技术改造内容:新建热泵站,采用3台4.8兆瓦热泵机组,替代原有的5座锅炉房进行采暖供热及工艺生产供热,总供热能力14.4兆瓦。2019年10月实施节能改造,实施周期1年。

(3)节能降碳效果及投资回收期:改造完成后,节省天然气387.9万立方米/年,新增耗电量398.18万千瓦时/年,实现节能量4745.4吨标准煤/年,二氧化碳减排量1.26万吨/年。投资额为627万元,投资回收期为1年。



2024年5月29日


来源:中华人民共和国工业和信息化部






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