煤制气-气基竖炉-电炉短流程绿色评价研究

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鉴于国内炼铁资源条件及钢铁产业发展现状,煤制气-气基竖炉-电炉短流程是我国发展非高炉炼铁的主要方向。发挥国内丰富的非焦煤资源优势,充分利用国内铁矿资源,改变钢铁生产能源结构,降低钢铁生产能耗及环境负荷,实现废钢资源高效高价值利用。本研究提出了煤制气-气基竖炉-电炉新工艺绿色评价体系。首先建立煤制气-气基竖炉-电炉短流程的工艺模型,阐明其物质走向;其次,采用?评价的方法对工艺的能量利用情况进行评价,揭示各环节的能量利用情况;最后,基于产品全生命周期进行环境影响评价,定量评价整体工艺以及各环节的环境负荷,有游离推动短流程工艺发展,并为设计研发与产业化应用提供了重要的理论依据。得到以下结论:(1)以 306.04 kgDRI 和 714.09 kg 废钢(30%DRI+70%废钢)生产 1 t 粗钢,需要原煤289.70 kg,还原煤气量为406.65 m3,消耗电能470.6 kWh,排放CO2 937.93 kg。(2)煤制气环节的?效率为55.94%,球团氧化过程?效率为73.47%,竖炉还原过程?效率为70.70%(炉顶煤气循环),电炉炼钢过程?效率为93.14%,整个流程的?效率为66.56%。其中针对最薄弱的煤制气环节,可以通过提高碳的转化率和进行煤气余热回收来提高该环节的?效率,从而提高整个流程的能量利用。(3)基于气基竖炉直接还原过程的能量平衡计算,得到不同参数对其?效率的影响。结果表明,随入炉煤气量的减小,冶炼吨铁的能源消耗量减少。还原煤气中H2/CO的升高、入炉煤气量的减小、排料温度的上升以及直接还原铁渗碳量的增加均有利于竖炉内能量的高效利用。(4)全流程工艺(30%DRI+70%废钢)的生命周期整体评价结果为1.83E-11,该条件下吨钢总能耗为263.67 kgce,吨钢CO2排放量829.89 kg;高炉-转炉传统长流程工艺的生命周期评价结果为9.31E-11,吨钢总能耗为669.82 kgce,吨钢CO2排放量为1722.3 kg。对比发现,短流程工艺生命周期评价整体指标仅是传统长流程工艺的20%左右,整体环境负荷更小,环境优势明显;随着电炉炉料中铁水比例的增加,短流程能耗及污染物排放均呈现上升趋势,工艺整体环境评价结果增大,环境性能恶化,但电耗有所下降。
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