降低电炉电能消耗与减少二氧化碳排放方法探索

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1、降低电炉电能消耗与减少二氧化碳排放方法探索 1前言　　钢是现代社会和人类进步的重要材料，是我们生活中不可缺少的物资。然而，炼钢过程中却要排出大量、严重影响人类生存环境的CO2。因此，如何最大限度地降低能耗和CO2排放成为冶金工作者长期奋斗的目标与责任。　　炼钢需要的电耗和化学能，无论是煤、石油或天然气，其实质都是燃烧碳，在放出热量的同时生成并排放大量CO2。排放量因材料种类而异，大约在0.2kgCO2/t（天然气）与0.4kgCO2/t（褐煤）之间。尽管，因地域资源等条件不同使电能价格与CO2排放价格有所不同，但其价格上涨速度却是完全相同且步调

2、是惊人的一致。所以，为了最大限度节约电能和减少CO2排放以降低生产成本，必须对电炉的工艺性能和操作模型进行优化。2能源消耗与操作参数　　电炉炼钢的电能消耗取决于地区和生产条件。首先是原材料，欧洲和北美的绝大多数电炉使用废钢。在中国，所有电炉基本上使用铁水加废钢。而印度，由于直接还原铁产量较高，大多数电炉使用铁水加直接还原铁。由于天然气储量十分丰富，在中东使用纯净的直接还原铁供给电弧炉。除以上各种原材料的影响因素外，是否利用和怎样利用回收余热预热废钢、电炉能源效率、操作性能以及操作人员技术水平等都会对电炉能耗产生很大影响。由于采取各种措施对能源效

3、率进行了优化，并强化了入炉原材料的有效利用。　　通过调整与管理电极，通电期间的电能效率与平熔池阶段（即废钢熔完）炉渣覆盖住的电弧效率变化不大。这时化学能输入和氧气或燃料喷入功率取决于设备硬件和操作人员的技术水平。例如，燃烧器位置太高或其他错误操作，既会增加能源消耗也能不利于工艺改善。　　其次，炉子断电期间的能量损失同样导致能耗增高。所以，对计划设定的加料、出钢、周转及延时等时间进行优化与修正是十分必要的。2008年，经BSW钢铁厂实际生产证实，在一座出钢量为93t的电炉中加入106t废钢（全废钢冶炼），采用高功率（90MVA）输入和高化学能输入

4、并对延时时间进行优化。结果使通电和断电时间分别达到28.5min和10.2min的较低水平，全炉冶炼周期仅为38.7min。最终，两座出钢量为93t电弧炉获得稳产、高产，全年总产钢量超过220万t/a。　　通常，热损失随断电和通电时间的缩短而减少。通电时间取决于变压器的输入功率和能源需要，其值相对稳定。但通电时间变化范围却相当大，可能在10.6min/炉（BSW）至34.9min/炉（非洲及中东）之间，热损失也出现较大差异。　　分析能源消耗与氧气和碳用量关系得知，高效率操作可减少氧气和煤气输入，降低能源消耗。经BADISCHESTAHLWERK

5、E证实，输入适量的氧（39m3/t方坯）和碳（小于15kg/t钢）即可获得很高的生产率，实现高产优质和节能减排。3工艺改善的基础　　无论使用何种炉子和何种原材料冶炼，炉内都会出现冷点，导致冶炼强度的降低和能耗升高，因此，必须用燃烧器喷入化学能加热冷点。但随着炉内废钢高度的降低，燃料的利用效率由于传统燃烧器火焰的热利用效率不高而降低，导致能源消耗的增高。测试证明，炉内喷入1m3标态氧可产生3.5～5kWh的能量。　　影响电极消耗的另一重要因素是电弧效率。炉内废钢熔化完毕后的平熔池阶段，只有泡沫渣完全覆盖电弧才能显著提高电弧效率并将发出的热量传递到

6、钢液。否则，电弧热辐射到炉衬将大大降低电炉使用寿命。特别是采用超高功率冶炼时，强大的电弧热对炉衬破坏性更大。4改善炉子操作的实际成果　　BSE和BSW公司在炼钢车间进行了大量的电炉冶炼能效优化试验。现将不同的优化方案详述如下：　　4.1后燃烧对能耗的影响　　在冶炼条件完全相同（同一座电炉、加入同种等量原料、冶炼同一钢种等）的情况下进行的有后燃烧和无后燃烧能耗试验证实，保持相同的单位能耗373kWh/t钢，无后燃烧由于出钢量较高而使收得率较高（87.3%）。后燃烧时喷入1m3的标态氧可产生约2kWh热量，虽然收得率比无后燃烧有所降低（85.9%）

7、，但可减少通电时间1.4min（无后燃烧通电时间29.6min，有后燃烧通电时间28.2min），有利于提高生产率。　　4.2喷枪对能耗的影响　　采用喷枪控制器（LM）和高效喷枪燃烧器（VLB），以及侧壁VLB进行喷射试验。BSE公司用LM在炉门区进行喷射试验证实，LM喷射效率高、操作简单、节能效果好，不仅可用于炉门熔清喷射，也可用于精炼。为进行效果比较，先后进行了两次喷射：第一次，通过侧壁提前喷入全部氧；第二次，应用VLB“燃烧器＋喷枪”特殊火焰，通过侧壁和炉门延迟喷入全部氧。结果证明，两次喷射的煤气（5.40m3/t钢和5.60m3/t钢）

8、和氧气（42.30m3/t钢和42.8m3/t钢）基本相同，但第二次喷射的单位能耗显著降低，即从411kWh/t钢降低到386kWh/t钢。　　4.3