吴礼云 王伟业 高强

钢铁行业是碳排放的重要行业，也是纳入全国碳排放交易市场首批8 个重点排放行业之一，钢铁行业将逐步成为碳市场的主力军。在节能、环保之后，钢铁行业将迎来低碳发展的挑战。本文结合首钢京唐公司低碳发展探索与实践，介绍了以循环经济为基础的低碳发展在沿海钢铁企业的应用。

1   循环低碳发展实践

首钢京唐钢铁厂按照循环经济理念，围绕新一代钢铁流程构建的多目标整体优化以“减量化、资源化、再循环”为原则，集成应用具备低消耗、低排放、高效率特征的“三干”技术、海水淡化、水电联产、烟气脱硫脱硝等一系列先进节能减排技术，从企业小循环、区域中循环和社会大循环三个层面来展开，对余热、余压、余气、废水、固体废弃物充分循环利用，形成了钢铁-电力、钢铁-化工，钢铁-海水利用、钢铁-建材，钢铁-污水五条综合利用产业链，拓展了钢铁生产、能源转换、社会大宗废弃物处理及为相关行业提供原料三大功能，实现清洁生产、资源综合利用、产业链延伸、园区建设四位一体的可持续发展模式，不但资源节约、环境友好，而且产生良好社会效益。

1.1  煤气循环利用

充分回收炼焦、炼钢、炼铁过程中的焦炉煤气、转炉煤气、高炉煤气，转炉煤气实现超低浓度回收利用。高炉煤气首先进行余压发电；三种煤气首先满足回输自用，经过处理加压后，提供给烧结、球团、热轧、冷轧流程使用；部分焦炉煤气经过净化处理后，用于制取氢气，供冷轧使用；部分转炉煤气通过微生物发酵工艺，生产汽车及航空燃料乙醇；最后剩余的煤气供两台300MW 煤气-煤混烧发电机组发电用，日常生产做到了煤气全利用及“零排放”。

1.2  蒸汽循环利用

首钢京唐公司建设了CDQ 余热锅炉、转炉汽化冷却、加热炉汽化冷却、烧结余热锅炉回收工艺余热，生产中、低压蒸汽外送蒸汽管网。并根据能级不同，实现梯级反复多次开发利用，中高压蒸汽首先用于发电，发电后的低压蒸汽会再次送入管网供生产或生活采暖使用，其中25MW 发电后的低低压蒸汽（负压蒸汽）全用于海水淡化生产淡水。另外，采暖和海水淡化后的冷凝蒸汽回用于锅炉。其中用于海水淡化的蒸汽能量利用率达到82.23%，实现蒸汽到电力、采暖、淡水、回用水的循环利用。

1.3 “三水”循环利用

通过减量化、循环利用技术，实现除盐水、污水、工业水的最大化利用。

1）采用干熄焦、干法除尘等不用水或少用水的工艺及大型设备，做到源头用水减量化。2）建立工序内部、厂内、厂际多级用水循环体系，提高循环水浓缩倍数，减少工业废水排放量。

3）热轧、炼钢等一般废水区域处理后，进入综合污水处理后回用。

4）焦化废水单独处理，单独回用，不混入大系统，减少系统污染风险。

5）利用海水与综合污水出水勾兑再生水，循环利用。

1.4   海水循环利用

首钢京唐公司利用临海优势，实现了海水淡化、海水脱硫、海水直流冷却、海水化学综合利用等项目，以海水淡化为核心，实现企业内部能源的高效重复利用，实现企业内部资源的阶梯利用和循环使用。通过采用海水淡化及海水直流冷却技术，设计年节约地表水1993 万吨，二期海水淡化投产目标实现地表水“零”外购。

2  低碳发展新技术探索

首钢京唐公司在循环经济基础上，利用设备装备水平大型化、集约化、节源化的优势，进一步探索发展低碳新技术，从源头减排、高效转化、末端利用多方位探索低碳发展技术。

2.1  清洁运输

首钢京唐公司生产物料和产品通过铁路或海运、皮带等清洁方式运输比例达90%以上，厂内原料通过密闭皮带通廊转运，所有转运站、受料点均采用先进的双层密封技术进行密封，设置集尘罩和除尘系统，京唐公司的清洁运输比例已经达到行业领跑水平。

2.2  高炉大富氧

钢铁生产时，碳冶金不可能是CO2 低排放，其中高炉是钢铁生产中CO2 主要排放工序，CO2排放量占整个流程的70%以上，因此，高炉炼铁是钢铁生产中降低碳排放的首要工序。

降低高炉碳排放的一条有效路径是减氮。欧洲的“超低CO2 炼钢”项目即进行全氧（无氮）高炉的研究，对于现行大高炉提高高炉富氧率是有效的途径。提高高炉富氧率、降低高炉焦炭消耗、增加高炉喷煤比，同时总燃料消耗降低。另外，高炉煤气氮气含量降低、热值升高，可使利用高炉煤气用户的效率提升。同时，降低NOx 的发生，利于环保。首钢京唐公司通过解决提高高炉富氧率的限制，高炉富氧率由3%提高至5.5%，通过提高高炉富氧率，碳排放由0.634t CO2/t 铁降低至0.516tCO2/t 铁，高炉煤气中氮气含量由55%降低至50%，热值由3000kJ/m3 提高至3500kJ/m3。

2.3  高炉采用大比例球团矿

首钢京唐公司高炉先后进行了“酸性球团+石灰石”、“酸性球团+钢渣”和“酸性球团+碱性球团”的大球比工业试验摸索，最终取得了“酸性球团+碱性球团”模式下，大比例球团长期稳定冶炼的初步成功。三座高炉以50%以上球比常态化运行，球团矿比例从30%提高至55%，高炉渣比由300kg/t 降至225kg/t 左右，降低约75kg/t，综合入炉品位由59.5%提高至61.6%左右，提高约2.1%。相比于烧结矿，大比例球团矿对于高炉减少燃料消耗、降低能耗具有如下优势：

1）球团矿含铁品位65%左右，比烧结矿高约8%，有利于提高炼铁综合入炉品位，改善高炉冶炼的各项技术经济指标，降低燃料比，提高产量。

2）球团矿粒度均匀，改善高炉上部料层透气性和分布均匀性，提高煤气利用率，降低能耗。

3）球团矿含FeO 低，还原性好，对铁矿石在高炉内的间接还原十分有利，同时，降低高炉直接用碳还原消耗的焦炭量，从而降低能耗。

与烧结生产线相比，球团生产线更节能：

1）球团矿生产其升温焙烧和冷却过程在密闭装置中进行，漏风少，废气经多次循环，余热被充分利用，能源效率高，而烧结机漏风率高，能源利用效率低，不利于节能。

2）球团矿生产流程比烧结矿短，工序电耗仅为22.5kWh/t，比烧结工序电耗低一半以上。配合高炉采用大比例球团矿，首钢京唐二期建设二套504m2 球团生产线、未建设烧结生产线，相比于建设烧结生产线，建设球团生产线预计每年减少CO2 排放量81.87 万吨。

2.4  煤气制乙醇

2011 年首钢率先引进了全球领先的生物发酵制乙醇实验室技术。该项目高值化利用工业煤气，将钢铁工业废气转化为燃料乙醇、蛋白质、CNG 等高附加值产品，减少了污染物排放。2018 年5月首套工业化项目调试成功，该项目年产燃料乙醇4.5 万吨、蛋白饲料7600 吨、压缩天然气330万立方米，年降低CO2 排放15.3 万吨，减少NOx 排放481.5 吨。

2.5  CCPP 与海水淡化耦合

首钢京唐二期建设CCPP 发电机组（180MW）与低温多效蒸馏海水淡化（单体3.5 万吨/天）耦合工程，具有大型化、高效化、低碳循环等优势特点，建成“燃-热-电-水-盐”五位一体的高效能源利用系统。该系统特点如下：

1）低热值煤气机组：可以纯高炉煤气工况稳定运行。

2）双轴运行：煤压机、空压机、燃气轮机及燃机发电机同轴。汽机和汽轮发电机同轴。

3）自动化程度高：CCPP 系统一键启动，系统所有疏水全部自动化。

4）低碳环保无污染：系统除静电除尘器废水排至炼钢冲渣，浓盐水送至碱厂。

5）LT-MED（低温多效蒸馏海水淡化）：利用汽轮机乏汽作为汽源，利用海水淡化装置替代凝汽器。

6）海水淡化成品水精处理：国内首次经过海水淡化的成品水直接进入EDI 模块进行精处理。

2.6  热膜耦合提升浓盐水品质

首钢京唐公司按照热电联产、水电共生、热膜耦合、低碳环保思路，在国内率先开展了热膜耦合海水淡化技术研究，重点突破热法之后的浓盐水再利用，构建了“脱硬软化——二次淡化”为核心的浓盐水综合利用技术流程，采用海水脱硬提镁预处理技术，回收浓海水中高附加值化工产品，解决了MED 和RO（反渗透）的直接耦合，实现了MED 产生的浓盐水与 RO 串级使用，解决了北方冬季水温及污染物问题，将浓盐水提升至商品级，为盐化工打下良好基础。目前，正在进行5000 吨/天工程化实施阶段。

2.7  CO2 回收利用

首钢京唐公司同北京科技大学合作，共同承担了国家科技部“十二五”科技支撑项目“CO2-O2混合喷吹炼钢工艺技术及装备示范”课题。该项目建设国内第一条年产300 万吨钢的CO2-O2 混合喷吹炼钢技术产业化示范工程（含年产5万吨CO2的回收装置）。该项目建设投产后，预计吨钢可减少CO2 排放21.3kg。将CO2用于炼钢流程，作为炼钢的氧化剂、搅拌气及保护气等，其炼钢工艺如图1 所示。在实现CO2减排的同时，可实现节能降本及提高钢水质量。实验室及相关工业试验研究结果表明：在氧气射流中掺入少量CO2进行混合喷吹，吨钢烟尘铁损减少1-2kg；采用CO2代替氩气（氮气）作为炼钢过程底吹搅拌气源，利用CO2的增体积反应，可强化熔池搅拌，炉渣铁损降低1%以上，脱磷效率提高5%以上，也可节约氩气消耗。

3  结语

由于钢铁流程碳冶金特性，低碳发展对于钢铁企业是一种挑战，也是机遇，低碳技术在降低温室气体排放的同时，也利于企业降低能源成本，在钢铁行业微利时代，低碳发展也是钢铁行业谋求生存的有效手段，源头减排、循环综合利用、低碳是钢铁企业未来的发展方式。