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转炉流程生产过球王会程的硫素流分析

发布时间:2022-09-05 18:00:42人气:

球王会第 43 卷第 7 期 2 0 0 8 年 7 月 钢 I r on and S t ee1 铁 V o 1 .43 ,N o . 7 J uly 2008 高炉一 转炉流程 生产过程的硫素流分析 蔡 九菊 , ( 1.东北大学 国家环境保护生态工业重点实验 室 , 辽宁 沈 阳 110004; 2.贵州大 学材 料科学与冶金学 院,贵州 贵 阳 550003) 吴复忠曰本钢铁生产流程, 李军旗 , 张金 柱 摘 分析方 法 , 建立 T 32序的硫素流分析模型 。应用该 模型 , 以某钢 铁联合企业实际生产数据为例 , 分析 了高炉一 转炉生 产 流程 硫的来源 和去 向 , 讨论 了钢铁生产 过程 排放 的 sOz 的构成 , 为进一 步研究钢铁 工业 SO2 的减 排提供 了理论 要 : 针对 高炉一 转炉流程生产过程产生 的 sO 烟气造 成环境污染 的问题 , 以工业 代谢理论 为基础 , 应用物 质流 依 据 。 关键词 :高炉一 转炉流程 ;硫素流 ;物质 流分析 ; SOz 中图分类号 : X 756 文献标识码 :A 文章编号 : 0449— 749X (2008) 07— 0091-05 S ulp hur F l ow A na ly si s f or B l ast F ur n ace— C on ver ter P r ocess C A I J iu— j u , W U F u— zhong , L I J un— qi。

, Z H A NG J in-zhu。 ( 1. K ey L ab or ator y o n E co— In d u str y ,N or the ast er n U ni ver si ty ,S hen y an g 110 0 04 ,L iaon in g ,C h in a ; 2.Colleg e of M aterials and M etallurg y E ngineering ,G uizhou U niv ersity ,G uiyang 550003,G uizh ou ,C hina) A b stract :A im in g at SO 2 g as po ll u ti on fr om BF — B O F pr ocess , an an aly tic m od el o f su lp hu r flo w w as estab lish ed b ased on th e th eo r y o f i n du stri al m etabo li sm an d th e m eth od of m aterial fl ow anal ysis.A cco r ding to th e d ata o f som e i ro n an d st eel com p an yies ,th e m o d el w as used tO an aly ze sou rc es an d en d p oi nt o f su l ph u r— fl ow in BF - BO F pr ocess a nd d iscuss th e co m p ositi on o f S O 2 em issio n.I t w il l p ro vid e a th eo reti cal referen ce t o fur th er stud y o n red u ci ng SO 2 em i ssio n at ir on an d steel com pan ie s. K ey w o rds :BF -B O F p ro cess ;su l ph u r fl ow s ;m at er ial flo w an al ysis ;SO 2 钢铁生产过程 硫的存在既影 响钢铁产 品 的质 量 , 又影 响生产效率和能耗 , 同时经过化学反应生成 SO。

, 排放后 对环境造成严重 污染。钢铁 生产 的硫 主要来 自煤炭 、 铁矿石和石灰石等辅助原料。钢铁 联合企业产生 SO。 排放 的主要来 源为烧结工序、 焦 化工序和 自备 电厂。表 1 是 中国钢铁 工业 2OO 0— 2004 年的吨钢 SO。气体 排放 量[1 ] 。由表 可见 , 与 2000 年相 比, 2004 年中国钢铁工业生产过程的吨钢 SO。 平均排放量有大幅度的下降 , 但还是明显高于 国际先进水平 。由于宝钢铁矿石主要是进 口, 品位 高 、 吨钢综合能耗低 , 其吨钢 SO。 排放量较低 , 但与 国际水 平相 比 , 还是 有一 定 的差 距 。因此 , 对 钢铁 生 产过程的硫素流进行分析, 理清输入 、 输出钢铁企业 的各股硫素流的来龙去脉 , 搞清硫素流的变化规律 ,找到 SO。排放 的主要 环节曰本钢铁生产流程, 为 合理治 理钢铁 工业 SO。 污染提供理论依据 , 具有重要 的意义 。本文应 用物质流分析方法 , 遵 循质量守恒定 律, 分析高炉一 转炉流程及其重点工序 的硫 素流代谢过程和 SO。 排放等问题。 1硫 素流 的分析方 法 1. 1研 究范 围 的界 定 钢铁工业是典 型的流程工业 , 从矿石等含铁原 料到钢铁产品 , 钢铁生产流程一般分为两类 : “高炉一 转炉 ”流程 ( 简 称 长 流 程 ) 和 “ 电炉 ” 流 程 ( 简 称 短 流 程) 。

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钢铁生产流程 中, 不仅物料的物理化学变化对 表 1 2000- - 2004 年中国钢铁工业的吨钢 SOs 气体排放量 T a bl e 1 C O s em i ssi on per ton c ru de steel i n C h in es e steel i nd ustr y fr om 200 0 to 200 4 1) 表 中数据统计包含企业 自备燃煤 电厂; 2) 日本 、 法 国、 美 国、 英 国和芬 兰等 5 国的平均水平 。 基金项 目:国家 973 项 目( 200CB74206) 作者简 介:蔡九菊( 1948 ) , 男 ,教授 ; E-mail : gutwfz@ sina. com ; 修订 日期 : 2008— 02— 27 维普资讯 钢铁 第 43 卷 硫 的流动影响很大 , 而且 物料和能源硫含量的高低 也对 SO。 的排放影响很大 。由于废钢资源 的严 重 短缺口 和高炉炼铁工艺 因其效率 高、 铁水质量好而 在世界炼铁工艺 中占有主导地位_2 ] , 在将来一段时 间 内, 中国的钢铁工业 仍是 以高 炉一 转炉长 流程 为 主 。

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球王会 本文所研究 的硫素流 系统为 由高炉一 转 炉构成 的钢铁联合企业 , 主要包括焦化 、 烧结 ( 球 团) 、 炼铁 (含铁水预处理) 、 炼钢 、 连铸 (精炼) 和热轧等主要生 产工序 ; 在分析 SO。污染排 放构成时包括 了蒸汽、 电力生产等辅助工序 。 1. 2硫 素流 的分 析方 法 物 质 流 分 析 ( Material F low A nalysis, 简 称 MFA )是工业生态学的重要研究 方法 卅] 。在给定 的时空系统内对某种物质的流动与储存规律进行评 价的有效 手段 。物质流分 析以质量守恒定 律为基 础 , 将开采 、 生产 、 消费和废弃物处置联系起来, 通过 对特定系统内一定时空边界条件下的投入产出分析 , 描述并模拟系统内物质流动状态及其变化过程 , 全面 了解关于物质来源 、 路径 、 中问储存和最终散失的信 息, 揭示系统行为。通过跟踪某种物质从生产、 消费 直到重新返回环境的过程 , 有助于提高能源和资源效 率, 实现环境保护、 资源节约和可持续发展_8 ] 。 对高炉一 转炉流程 的硫素流分析是 以工 序为核 心 , 采 用元 素代谢方法 。

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在 2O 世纪 8O 年代后 期, A yres 等人开始研究经济运行系统 中原料与能量流 动对环境的影响 , 提 出了工业代谢 的概念 。工业代 谢 (Industrial M etabolism,IM ) 是 指 将原 料 和 能 源 转变成最终产品和废物的过程中 , 一系列相互关联 的物质变化的总称 。在工业发达国家工业代谢分析 方法是研究物质流动的成熟方法 , 得到了广泛 的应 用 。 , 。 1. 3工序硫 素流 分 析模 型 钢铁联合企业中, 硫主要来源于燃料、 矿石和熔 剂中。其 中, 铁矿 中的硫主要 以硫化物和硫酸盐 的 形式存在 ; 煤中硫 的存在形式包括硫 酸盐 、 硫化物、 有机硫及单质硫 , 主要为前三者 。硫 的去 向主要有 高炉渣、 高炉煤气和焦炉煤气 、 燃烧废气 ( 烧结废气 和热风炉烟气等 ) 、 钢材及 中间产品 (焦炭 、 烧结矿 、 球 团矿 、 铁水、 钢水) 等 。因此, 硫的流动情况十分复 杂,任何一道生产工序 i 都 可能发生如 图 1 所示 的 情况 。 由图 1 可见曰本钢铁生产流程, 按照硫的来源和去向的不 同, 在工 序硫素流图中可能存在 以下 6 股硫素流 : ①第 i一1 外部加入到本工序的含 本工序产生的含硫 下游工序返回到本工序的含硫物料和燃料 图 1工序 i 的硫素流 图 F ig . 1 S ul p hur fl ow di agr am in u ni t pr oc ess 道工序的产品输入第 i 道工序 , 其硫的含量为 P H , kg/ t(产品) ; ②从外界 向第 i 道工序输入的物料和 燃料 , 其硫 的含量为 a , kg/ t (产 品) ; ③第 i 道工序 向外界排放 的炉渣和废气 , 其硫的含量为 Q , kg/ t ( 产品) ; ④第 i 道工序生产的副产燃料和不合格产 品 , 返回到本道工序或上游工序使用, 其硫的含量为 ( 一 , + , ; m一1, 2, ⋯ , i 一1) , kg/ t(产 品) , 其 中, , 为返 回到本工序 的物料和燃料 的硫含量 , , 为由本工序返 回到上 游第 m 道工序的物料和燃料 的硫含量 ; ⑤下游第 J 道工序生产的燃料、 不合格品 返 回到第 i 道工序 , 其硫的含量 为 2,⋯ , ) , kg/ t( 产品) ; ⑥第 i 道工序供给第 i + 1 道 工序的合格产品, 其硫的含量为 P , kg/ t( 产品) 。

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根据硫素平衡有 : P + a + , + , P + Qz+ , + , 总的来说 , 在钢铁生产流程中, 硫的流动与上述 6 股硫素流在数量上密切相关 。对 每道工序而言 , 硫素流在数量上的收支平衡 , 是必须遵守的原则 。 , ( 一 + 1, i + 一( 1) 2 高炉一 转 炉流程 的硫 素流分析 根据某钢铁公 司烧结一 炼铁一 铁水预处理一 炼钢一 连铸一 热轧生产流程 2005 年的实际生产数据 , 整理 得到该流程 的硫代谢状况 , 分析 和总结实际流程的 各股硫素流的情况 , 对实际数据进行硫素平衡校正, 绘出以吨钢为基准 的实际生产 流程 的硫素流 图(见 图 2) 。在实际生产流程的硫素流 图中, 圆圈代表各 工序 , 箭头代表各个硫素流的流 向, 在箭 头上 、 下方 标明了硫素流的名称和硫的含量 。 由高炉一 转炉生 产流程 的硫素流图可以分析钢 铁联合企业硫的来源与去 向。在整个钢铁生产流程 维普资讯 第 7 期 蔡九菊等 : 高炉一 转炉流程生产过程 的硫 素流分 析 · 93 · 一 一 _ I 若茸 呐 呐 00基 0 ∞_ l时 3J 时 oj 雪 疑时 Ip 0 . JT I. 暑 一 ∞ ^ 一 举 v 井v 匝蹭帐 椿椒椿窖舂 }蹭 寄 孝 . 枢 ~ 舔球 匝 维普资讯 钢铁 第 43 卷 中, 硫主要来源于炼焦用洗精煤 、 烧结用煤粉和高炉 喷吹用煤粉 , 3项硫含量合计为5 198. 209 g/ t( 钢) , 占硫来源总量 的 88. 92 ; 其次是含铁原料( 球 团用 铁精矿、 烧结用进 口矿粉和铁精矿、 炼铁用块矿、 炼 钢用废钢) , 为 547. 054 g/ t( 钢) , 占 9. 36 硫含 量 最少 , 只有 100. 730 g/ t ( 钢 ) , 占 1. 72 的去向较多 , 分别是产品( 热轧材和外卖焦炭) 、 硫制 品( 焦炉煤气净化脱硫制得 的硫磺产 品) 、 副产煤气、 燃烧废气、 炉渣( 高炉渣、 铁水脱硫渣和钢渣) 和散失 (粉尘、 水冲渣和污泥等) 。

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其 中, 最多 的是炉渣、 硫 制 品 和 燃 烧 废 气 带 走 的 硫 , 分 别 为 3 361.67 g/ t( 钢 ) 、 1 444. 134 g/ t ( 钢 ) 和 648. 937 g/ t( 钢 ) , 占 整 个 生 产 流 程 硫 来 源 总 量 的 57. 5O 11. 1O ; 最 终 产 品 带 走 的 硫 很 少 , 为 156. 029 g/ t (钢 ) , 仅 占 2. 67 。 ; 溶剂的 。硫 、 24. 7O 和 3 实际钢铁 生产流程的 SO 排放 通过工序硫素流 的分析可知 , 高炉一 转炉生产流 程中硫的主要去向是炉渣、 焦炉煤气和高炉煤气 , 产 生 SO 的主要污染源是烧结工序 以及热风炉、 加热 炉和焦炉的燃烧废气。如果不实施废气脱硫 处理, 由此产生的 SO 都将排放到环境 中去。近几年来 , 钢铁联合企业大力发展炉渣再循环利用技术 , 使得 炉渣 中 的硫 重 新 回到 生 产 流程 中来 。 因此 , 钢 铁 生 产流程 的这种硫素流特征与煤燃烧过程有显著的不 同, 在计算钢铁生产 流程 的 SO。排放 问题 时, 应根 据原燃料用途 、 工艺参数等加以分析 , 不能简单地按 照燃料 的硫含量来估算 。

3. 1主 要 工序 的 SO: 排放 由高炉一 转炉 生 产流 程 的硫 素流 分 析 , 得 到 生产 每吨钢各个工序的 sO2排放量及其所 占的比例(见表 2) 。由表 2 可见 , 高炉一 转炉生产 流程 的吨钢 sO2排 放量为1 298. 104 g。其 中, 烧结工序的 sO2排放量达 l l52. 762 g , 占吨钢 sO2排放总量的 88. 82 序 的 sO 排 放 量 为 145. 112 g,占排 放 总 量 的 l 1. 18 。转炉煤气中不含硫, 因此 ,炼钢工序几乎没曰本钢铁生产流程, 其它工 表 2高炉一 转炉 流程主要工序的 SOs 排放量 T ab le 2 SO 2 em mi si on p er ton steel for a r ea l B F — B O F p r ocess 每吨钢硫的质量/ g 1. 781 576. 381 24. 868 36. 843 O O. 393 8. 786 648. 937 有 SO 排 放 。 3. 2 自备 电厂 的 SO:排放 影 响钢 铁 联 生 产 流程 的 SO。排 放 量 的 另 一 些 因素是 : 企业 自备 电厂 的发电量、 蒸汽产量 、 发 电煤 耗和燃料的含硫量等。

一般在计算 自备电厂 的 SO。 排放量 时, 以消 耗 的煤 和煤 气所 生成 的 S O 来估 算 , 要 比以发电量和发电煤耗进行 的估算更准确, 可 以避免热 电联产 带来 的计算误差 。2005 年某企业 自备电厂共 消耗 动力 煤 229 万 t, 硫 的质量分数为 0. 60 , 通 常 情 况 下 , 可 燃 性 硫 占全 硫 的 8O 9O , 平均取 85 。在 完全燃烧条 件下 ,SO 生成 量 可用 下式计 算 : ~ V 一 2 × 85 为 SOz 生成量曰本钢铁生产流程, kg ; B 为耗煤量 , kg ; s 为煤 中硫的质量分数 , 。 按照式( 2) 计算 , 燃煤产生 的 SO 总量 为: 2× × B × S 一 1. 6BS ( 2) 式中, 229× 0. 60 煤气 中的硫在空气充足 的条件下 , 假定全部 以 SOz 形式排放 到大气 中。2005 年 自备 电厂消耗 高 × 85 一 2. 336 万 t 。 炉 煤 气 、 焦 炉 煤 气 分 别 为 382 055 万 m。和 36 984 万 m。 , 高炉煤气和焦炉煤气硫 的含量分别为 0. 05 g/ m3和 0. 1 g/ m。

球王会 , 则燃烧产生的 SO 总量为 0. 046 万 t。则 自备 电厂 SO。年排放 总量为 2. 382 万 t。 由以上分析计算得 到 2005 年某钢铁公 司 SO 排放 总 量 为 3. 927 万 t , 吨钢 SO。排 放 量 为 3. 30 kg。其 中, 主 生 产工 序 的年 排放 总 量 约 为 1. 545 万 t, 占排放总量 的 39. 33 放总量为 2. 382 万 t, 占 6O. 67 ; 动力 生产 S O 的年排 。 4 结 论 ( 1) 以工业代谢理论为基 础 , 应用物质流分析 方法 , 建立 了工序的硫素流分析...


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