以循环经济为理念的钢铁企业环境保护设计思路.pdf

经 验 交 流 以循环经济为理念的钢铁企业环境保护设计思路 舒型武 姚 洁 肖怀德 中冶赛迪工程技术股份有限公司市政环保事业部, 重庆 400013 摘要 钢铁企业以循环经济为发展理念, 环境保护设计应从污染预防、过程控制、末端治理、废物的资源化利用等全过 程控制污染物产生和排放。 包括按照物质、能量、信息流动的生态规律, 减少污染物的产生量, 从源头预防污染; 在企 业内部通过促进清洁生产, 推进生态设计, 合理利用资源和能源, 实行工业污染全过程控制; 通过采用先进的环境保护 技术措施, 实现污染物排放量的最小化; 大力推进资源节约, 实现钢铁企业固体废物资源化和高价值综合利用。 关键词 钢铁; 循环经济; 环境保护 RECYCLING ECONOMY -MOTIVATED ENVIRONMENTAL PROTECTION DESIGNING THOUGHT OF IRON to promote a clean production within an enterprise to carry out ecological designing, rationally utilize resources and energy , so as to realize all -course control of industrial pollution; to adopt state -of-the -art environmental protection technologies andmeasures to minimize the discharge of pollutants;to implement resource saving to enable the steel industry to achieve value -added and comprehensive use of solidwastes as a resource within a steelworks. Keywords iron recycling economy; environmental protection 0 引言 我国钢铁行业经过近十多年的快速发展 ,在技术 进步和结构调整等方面都取得了令人瞩目的进步。 但与世界先进水平相比, 我国钢铁工业资源利用率 低、 能源消耗大, 受资源、能源、环境的制约越来越明 显,为了切实转变经济增长方式, 实现资源与环境协 调友好发展,我国把钢铁工业作为发展循环经济的优 先领域。国家发改委已将鞍本钢铁集团 、 攀枝花钢铁 集团有限公司、包头钢铁集团有限公司 、济南钢铁集 团有限公司和莱芜钢铁集团有限公司等作为钢铁行 业循环经济试点单位 。钢铁工业发展循环经济,有利 于推动污染防治和生产全过程控制 ,有利于建设节约 型社会,随着人们对循环经济理念的不断深入理解, 我国钢铁工业循环经济必将进入全面发展阶段。因 此,对钢铁工业发展循环经济的环境保护设计思路进 行正确引导显得尤为重要 。 钢铁企业以循环经济为发展理念,环境保护设计 就要从污染预防 、 过程控制、 末端治理、 废物的资源化 利用等全过程控制污染物产生和排放,做到钢铁行业 污染“减排化、 资源化 、 无害化和生态化” 。 1 采用先进工艺技术和清洁原燃料从源头预防污染 1 采用大型生产设备, 先进的生产工艺和技术。 循环经济本质上是一种生态经济,根据生态工业的理 念,从产品整个生命周期分析生产过程, 采用新工艺、 新技术,使生产流程朝着简单化、 紧凑化 、 大型化和连 续化的方向发展 ,尽量减少进入生产过程中的物质和 能源流量, 从而减少废弃物的产生与排放 ,通过增加 各生产环节金属回收率的措施 ,提高铁素资源循环利 用率, 使吨钢物料消耗不断下降, 从而减少废物产生 量。设备的大型化 ,有利于机械化、自动化程度的提 114 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 高,减少生产所需的操作人员 ,劳动效率更高 、 经济效 益更好 ,可提高各项生产技术经济指标 , 降低资源和 能源的消耗,减少单位产品的污染物产生量。 2 采用清洁的原燃料和能源 。严格控制原燃料 的有害成分和降低消耗, 不仅有利于提高产品质量和 经济效益, 也是保护环境 、 实现从源头控制污染非常 重要的环节。钢铁企业在原燃料的选用上,应尽可能 地采用高质量、高品位、 污染成分低的原燃料 ,并十分 重视原燃料的准备和预处理, 从而降低资源 、 能源的 消耗, 减少有害物的发生量 ,从而满足现代化钢铁生 产的要求和保护环境的需要。具体措施是 冶炼使用 硫含量低的铁矿石 ,炼焦使用灰分含量低的洗精煤, 喷吹、烧结使用硫含量低的低硫煤, 炼钢使用的辅料 如活性石灰 、 铁合金等均精选后使用, 使其杂质尽可 能降低,各种工业炉窑燃料均应采用净化后回收的煤 气或天然气 。通过使用高质量 、高品位 、有害成分低 的原燃料 , 可大大减少硫和尘的输入 , 从源头减少 SO2和尘的产生量。 2 推进生态设计 ,实行工业污染全过程控制 1 采取清洁生产的技术措施 ,降低资源消耗, 减 少乃至消除污染 。推进清洁生产设计, 吸取国内外钢 铁企业在相关工序的先进工艺技术 ,以满足生态工业 的要求 ,建立最小化消耗资源, 极少产生废物和污染 物的资源节约型 、 环境友好型生态钢铁企业。具体清 洁生产措施包括 设置综合原料场 , 控制含铁原料品 位波动,实现精料方针; 烧结采用小球烧结、 低硅烧结 、 铺底料、 厚料层烧结和热风烧结; 焦化采用煤调湿、 干 熄焦技术 、 型煤压块技术; 高炉采用高风温、富氧 、 喷 煤、 高压炉顶技术、 热风炉自身预热、 热风炉双预热、 高 炉煤气干法净化; 转炉采用顶底复合吹炼、 溅渣护炉 、 转炉煤气干法净化; 电炉强化供氧、 偏心炉底出钢、 底 吹搅拌、 电极智能控制技术 ; 连铸坯热装热送和直接轧 制; 轧钢加热炉炉体结构优化、 采用蓄热式系统加热炉 和蓄热式燃烧、 设置先进高效的燃烧装置、 连铸坯一火 成材、 在线热处理; 采用先进的连轧机等 。 2 实现副产能源的最优利用和余热余能的再利 用,提高能源利用效率。有效的能源利用是减轻环境 负担的重要途径 ,根据循环经济理论以及钢铁企业特 点,推广先进的节能和环保技术, 实现能源的最优利 用及余热余能的再利用, 提高能源的利用效率 ,是钢 铁企业保护环境的重要环节。具体实施措施为 焦炉 煤气 、 高炉煤气和转炉煤气通过各种途径实现综合利 用,减少煤气放散, 以三种煤气 100利用为追求目 标; 采用全烧低热值高炉煤气锅炉发电技术 、 低热值 煤气燃气轮机技术 CCPP 等 ; 副产能源和余热余能 采用能源转化措施将其转化为高品质的电能 ,满足生 产用电需求 ,实现生产电力基本自给 ,大幅度降低生 产能耗水平, 缓解社会环境负荷, 如烧结烟气余热发 电、 高炉炉顶煤气余压回收透平发电 TRT 、 高温焦炭 余热回收蒸汽发电以及低品质余热蒸汽 如球团竖炉 、 烧结机、 转炉、加热炉 发电技术等 ; 对高温热源 如固 体显热、 废气余热、冷却水余热 进行能量回收产蒸汽 发电,如回收红热转炉渣、高炉冲渣水余热、 高温烟气 如热风炉烟气 余热等; 强化能源与环境管理,包括设 立能源调度中心,对各种能源实行集中管理和统一调 配,把科学、 完善的节能与环境监测管理体系纳入生产 管理之中,以管促治,提高能源利用效率。 3 以先进的技术措施搞好过程控制和末端治理, 减 少废物排放量 1 采用高效的废气净化设施 ,减少大气污染物排 放量 。钢铁行业主要的废气污染物为烟粉尘和二氧 化硫 。根据钢铁企业对烟粉尘控制技术的发展,目前 国内外采用的高效净化设备主要为袋式除尘器、 静电 除尘器、 文丘里洗涤器等三种高效除尘器 。污染控制 水平的进一步提高要求环境保护设计对净化设备应 从结构、 性能、 以及装备水平等方面进一步加以改善。 袋式除尘器要改善过滤性能, 改进清灰方式 、 提高滤 速以及改良滤料材质 ,烟 粉 尘经布袋净化后的排放 浓度应小于 20 mg m 3 ; 电除尘器要改善气流分布, 采 用脉冲电源 ,超高压宽间距结构、推广屋顶电除尘器 以及解决高比电阻粉尘收集问题,经静电除尘器净化 处理后烟 粉 尘排放浓度应小于 50 mg m 3 ; 文丘里洗 涤器要改进喉口结构、实现高效低阻力 , 洗涤净化处 理后烟粉尘排放浓度应小于 30 mg m 3 。烧结烟气和 钢铁企业燃煤自备电厂废气应采取二氧化硫脱除措 施,大幅度降低二氧化硫排放浓度。 2 采用先进的节水工艺和循环用水技术, 减少废 水排放量。钢铁企业生产用水设计应贯彻“节约用 水、 清污分流、 循环使用 、 梯级利用”的原则 。一是通 过抓源头、改善流程和强化管理等手段 , 有效地降低 新水使用量 ,减少工业废水的产生和排放 ,既减轻对 周围地表水的污染 ,又避免水资源的浪费 ,在各生产 环节实现水资源利用最小化。二是建立工序内部 、 企 业内部多级用水循环思想, 提高水循环的浓缩倍数, 115 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 减少循环系统的工业废水排放量。钢铁企业水循环 利用主要措施如下 a. 根据工艺特点及各工序对循环 水质的不同要求 ,在生产车间设置独立的闭路循环系 统,使水在车间内或系统内循环。如连铸工段设置结 晶器纯水冷却循环水系统 , 设备间接冷却循环水系 统,切割渣粒化 、 冲氧化铁皮、机械设备直接冷却循环 水系统 ,废水处理后返回这些工段使用 。b . 串接排 污,实现企业内部水梯级利用 。如连铸结晶器纯水冷 却循环水系统排水进入设备间接冷却循环水系统 ,设 备间接冷却循环水系统排水进入设备直接冷却循环 水系统 ; 焦化酚氰废水处理后作为炼铁冲渣水等。c. 全厂多级用水循环 ,建立全厂性中央污水处理厂, 各 工序循环系统排污水及零星排水进入中央水处理厂, 处理达到工业用水水质的要求再补充到生产用水系 统中去。三是采用高效、安全可靠的先进水处理技术 和工艺,如采用精密过滤 、 反渗透技术等 ,对循环系统 的排污水和中央污水处理厂废水进行有效处理,使废 水资源化 ,努力实现钢铁企业废水“零”排放。 4 大力推行循环经济理念 ,实现钢铁企业固体废物 资源化和高价值综合利用 循环经济强调资源的再使用和再循环,提高重复 使用率,使产品完成其使用功能后重新变成可以利用 的资源。如何有效地利用固体废物 ,使固体废物资源 化,成为钢铁企业环境保护设计的重要任务。钢铁企 业的主要固体废物有 高炉渣 、 钢渣 、 含铁尘泥 、 氧化 铁皮 、 废耐火材料 、 电厂粉煤灰和脱硫石膏等。钢铁 企业的废物资源化利用离不开与其他行业的交叉互 补,固体废物的主要资源化利用技术如下 1 高炉渣利用 。高炉渣作为一种有利用价值的 资源, 已经被建材企业接受 ,利用最广泛的方式是用 高炉水渣作为生产矿渣水泥的掺和料, 近几年随着高 炉渣综合利用的深度开发 ,高炉水渣制成水渣微粉的 利用方式逐渐成熟, 用水渣微粉可直接替代部分水泥 用于混凝土生产, 使用水渣微粉的混凝土在强度性 能、 抗硫酸盐侵蚀性能、抗氯离子侵蚀性能, 工作性、 黏聚性和抗离析性能等方面均比普通水泥性能优越, 并且水渣经磨细后制成的水渣微粉直接替代部分水 泥用于工程建设, 其资源转化后产生的经济价值更 显著 。 此外利用高炉熔渣直接生产微晶玻璃制品和矿 棉制品是近几年国外钢铁企业在高炉渣利用方面的 新方向 ,其创新点在于充分利用高炉熔渣的物理显 热,节省二次加热能源,大大降低了产品的加工成本。 微晶玻璃由于其具有机械强度高、 耐磨损 、 耐腐蚀 、 电 绝缘性优良 、 介电常数稳定、 膨胀系数可调、 热稳定和 耐高温等特点, 除广泛应用于光学、电子、宇航、生物 等高新技术领域作为结构材料和功能材料外 ,还可大 量应用于工业和民用建筑作为装饰材料或防护材料, 被认为是 21 世纪具有广阔发展前景的新材料 ; 矿 岩 棉是以高炉干渣或天然矿石为主要原料的无机 纤维制品 , 具有优良的绝热性能 、吸声性能 、防火性 能,并且轻质,是整个矿棉行业升级换代的新型建筑 材料产品。 2 钢渣利用 。钢渣经磁选、筛分分离粒铁后, 分 离出的含铁量较高的渣钢可以由转炉作为废钢利用; 分离出的钢渣再进行磁选、筛分等处理 , 可以部分返 回炼钢和烧结作为配料进入钢铁冶炼流程; 另外, 钢 渣还可以进行深加工 ,加工成钢渣微粉和各类制品后 进入社会循环, 由水泥厂 、造船 、道路建设 、 制砖等行 业利用。 3 含铁尘泥利用。含铁尘泥主要包括烧结 、 高炉 、 炼钢的除尘灰 、 高炉瓦斯泥 、 转炉OG 泥以及连铸、 热轧 的含铁污泥等 ,含铁尘泥的主要成分为铁 ,同时含有一 定有害元素和杂质,是钢铁冶炼可利用的部分, 可通过 适当的预处理后全部在钢厂内部循环使用。 4 氧化铁皮利用 。氧化铁皮的生产单元主要是 连铸和热轧 ,氧化铁皮含铁较高, 可直接作为烧结配 料利用。由于氧化铁皮以含氧化铁为主 ,是生产永磁 材料的原料 ,把氧化铁皮生产成永磁材料可以进一步 提高氧化铁皮的利用价值 。 5 废耐火材料利用。钢铁企业各个主要生产单 元均有废耐火材料产生, 主要是工业炉窑的日常修理 和炉窑中修 、 大修拆除的耐材 。废耐火材料经粉碎、 碾磨、烧制等加工后 , 可由耐火材料生产厂家回收重 新制成耐火材料 ,供钢铁厂修建、维修炉窑或其他企 业使用。 6 粉煤灰利用 。钢铁企业燃煤自备电厂产生粉 煤灰, 粉煤灰在建筑行业的利用方式最为广泛, 可替 代黏土组分进行配料生产水泥 ; 细磨后的粉煤灰在混 凝土中适当的掺量 ,可使混凝土后期强度持续提高; 在高速公路建设中, 采用粉煤灰替代水泥可降低公路 造价 ,减少混凝土初始坍落度损失, 延长初凝时间 ,降 低水化温度 ,减少路面的收缩裂缝, 提高路面抗压强 下转第 67 页 116 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 液体积、 残留液出炉难易随着温度的变化规律 。 ◇体积; □COD。 图 5 蒸出液体积、COD 值与蒸发浓缩温度关系 ◇残留液体积; □出残液难易。 图 6 残留液体积、残渣液出炉难易 与蒸发浓缩温度关系 图6 的出渣难易坐标中 1 表示极易出渣 ,2 表示 易出渣,3 表示难出渣。结合图5 、 图 6 可以看出蒸发 浓缩装置 2 的温度要从42 ℃慢慢逐渐上升至52 ℃; 蒸发浓缩结束后蒸出液的体积约90 mL,ρ COD 低于 2 000 mg L ,可直接进行生化反应; 同时残留渣液体积 控制在 10～ 5 mL 。试验中还确定了整个蒸发浓缩时 间在 15～ 25 min 左右 。 2. 4 SBR 生化数据分析 从蒸发浓缩 1 和蒸发浓缩 2 出来的所有蒸出液 进入 SBR反应器 ,其 COD 值及 COD去除率随着反应 周期变化见图 7,可得出 ,运行初期 COD 去除率不高, 出水ρ COD 值约高于1 000 mg L ; 运行 7～ 8 周期后, COD去除率正常在 80左右, 出水 ρ COD 值低于 500 mg L ,可排入当地工业废水处理厂。 3 经济效益分析 对采用蒸发浓缩- SBR 联合处理高盐分高浓度 ◇进水COD; □出水COD; △COD 去除率。 图7 进出水 COD、COD 去除率 随运行周期的变化规律 有机废水运行费用进行简单评估。设备及厂房总投 资为 60 万元, 包括真空泵10 kW、蒸发釜5 t 、冷凝器 30 m 、 离心机1 m 、 板框压滤机20 m 、 水泵、管道 、 阀门、 污水池 、 曝气装置等 。该公司每天废水量为3 t , 出渣 约0. 01 t ,变卖费用10 元 d; 调 pH 值所需液碱 32 费用 300 元 d; 每天出硫酸钠晶体约0. 3 t , 销售所得 金额 280 元 d 扣除结晶所用费用 ; 电费蒸汽费 60 元 d ; 人工费维修及生化处理 10 元 d 。每天只要 支出 100元处理3 t废水 ,所以此方法对该公司每天处 理小水量高盐分高浓度有机废水比较适用。 参考文献 [ 1] 崔有为, 于德爽, 彭永臻, 等. 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