宝钢集团浦钢搬迁罗泾工程的技术创新

宝钢集团浦钢搬迁罗泾工程的技术创新

自21世纪以来，中国的钢铁工业保持了快速增长，年增长率超过25%。钢铁产量和年产量占世界产量和出口量的约30%。资源和环境的压力越来越大。传统的使用环境、高能耗和低效率资源的旧方法不符合时代的要求。探索我国钢铁工业可持续发展的道路,建设绿色环保、节能和循环经济的新型钢铁厂,是时代赋予钢铁工作者的使命。宝钢集团浦钢公司结合世博会搬迁,在宝山区罗泾地区建设一个最终规模300~400万t的钢铁厂。厂区位于宝钢分公司西北约5km处,工程按计划分两期建设,160万t规模的一期工程计划2007年10月建成投产。由于上海市建设国际大都市的规划要求,考虑到浦钢搬迁至罗泾的厂址毗邻上海市水源地的地理位置,新钢厂建设必须符合绿色环保、节能和资源循环利用的要求,不宜于规划建设“铁、焦、烧”的传统的钢铁联合企业。经过反复论证,选择了熔融还原的炼铁工艺,在世界上首次采用了COREXC-3000的工艺。为了最经济地利用COREX的大量副产品——中等热值的COREX煤气,建设世界上首次采用COREX煤气发电的CCPP燃气轮机发电机组,同时为合理利用多余的COREX煤气,实现宝钢集团效益最大化,建设与宝钢分公司相连的煤气、氧气、氮气、氩气能源通廊,构建宝钢集团的北部能源通廊。浦钢搬迁罗泾的建设指导思想就是要走可持续发展的道路,打造绿色环保、节能、循环经济的新型钢厂,为我国钢铁工业的调整与发展起到某种示范作用。本文以正在建设的罗泾钢厂为实例,对绿色环保、节能、循环经济的新型钢铁厂的主要特点进行描述,对其产品的竞争力进行初步分析。1设备和工厂流程1.1相关设备与设备罗泾钢厂按照一次规划分期实施的原则,一期主要建设内容如下。(1)COREX炼铁厂:1座C3000COREX炼铁炉及配套的煤压块、煤气脱硫和煤气压差发电(TRT)等设施,年产铁水150万t。(2)炼钢厂:1套机械搅拌法铁水预处理装置、2座150t转炉、1座150tRH、1座150tLF精炼装置及炼钢车间的其它配套设施,年产钢水157.1万t。1座250mm连铸机及配套设施,年产152.5万t连铸坯。(3)轧钢厂:配有粗轧机、精轧机、精整及热处理线的4200mm宽厚板轧机1套,年产160万t中厚板。(4)CCPP发电厂:1套169.45MW燃气-蒸汽联合循环发电机组(简称CCPP),年送电量12.45亿kW·h。(5)配套的公共辅助设施。1.2工厂流程1.2.1不建烧结和焦化车间,比传统长流程更采用COREX熔融还原炼铁-炼钢-100%连铸-中厚板轧机的紧凑型现代钢厂生产流程,与传统的长流程相比,由于不建烧结和焦化车间,具有占地少、物料在钢厂停留时间缩短、流动资金占用少、资源利用好、环境保护好和劳动生产率高等优点。目前在世界上少数钢厂(韩国、南非及印度)已在发展此流程,已初步显示出上述的优点。1.2.2生产工序密度采用COREX炼铁法替代污染严重的传统“高、烧、焦”炼铁法,省去了烧结、焦化两个污染较为严重的生产工序。按照设计,冶炼过程中仅需要约50kg/t(铁水)的碎焦炭,与传统炼铁工艺相比本项目每年可节约焦炭300kg/t(铁)(节约焦煤70万t/a),有利于缓解我国焦煤资源的紧张局面,有利于钢铁工业的可持续发展。1.2.3发酵水和炉发电炼钢采用全量KR法铁水脱硫、转炉双联法脱磷、真空精炼、全连铸、电炉热兑铁水和炉用多功能氧枪等先进技术和装备。本项目COREX及转炉产生的煤气,除用于工业炉窑作燃料外,选用燃气-蒸汽联合发电机组发电,供本厂用户的用电。其发电效率高(43.88%),远高于蒸汽发电机组,可充分利用煤气,节约能源。1.2.4产品的控制板坯连铸机采用了减少夹杂物含量、促进夹杂物上浮、减少裂纹、减少板坯中心偏析、提高板坯表面质量等一系列技术措施。宽厚板轧机采用双机架高刚性4200mm4辊可逆式轧机,精轧机最大轧制力达到90MN;采用较高的轧制速度和较高的轧制力矩,精轧机的功率达到2×9MW,最大轧制速度7.04m/s;采用高精度、高速的轧辊定位系统;采用CVC板形控制技术;采用工作辊弯辊装置,精轧机工作辊弯辊装置的弯辊力达到4MN/侧。1.2.5为钢板公司提供燃气短缺的问题能源通廊既解决了因CCPP发电厂年发电时间小于COREX炼铁年作业时间造成的大量COREX煤气(COREX炉产生286000m3/h的煤气)没有去处的问题,还可以定量向宝钢分公司提供约35000m3/hCOREX煤气,部分解决宝钢分公司燃气短缺的矛盾。建设能源通廊实现了罗泾工程环保、节省投资的目标,也体现了集团一体化和效益最大化的目标。2还原煤气排放根据已投入商业生产运行的南非ISCOR公司SALDANHA钢厂C2000COREX炉、韩国浦项钢铁公司C2000COREX炉的实际指标,COREX熔融还原与传统“高、烧、焦”炼铁工艺相比,在环保方面具有明显的优越性:(1)该工艺将还原与融化两个过程分开,分别在还原竖炉和熔融气化炉两个反应器内进行,煤气中酚、氰、苯类和焦油等大分子化合物含量大为降低;(2)与传统“高、烧、焦”炼铁工艺(全硫分的80%左右以SO2形式排入大气环境)相比,SO2的排放量(COREX煤气作为燃料燃烧产生)大大减少。由于COREX装置鼓入氧而不是空气,并始终处于还原气氛,最大限度地避免了SO2、NH3、NOx等污染物的生成;(3)COREX系统无烧结、焦化工序,故烟/粉尘的产生总量和排放总量要比传统“高、烧、焦”工艺低很多,SO2等气态污染物的产生总量和排放总量也比传统工艺低很多。主要污染物的排放水平见表1。由表1可以看出,罗泾钢厂因采用COREX炼铁工艺,主要污染物排放指标大大低于1级清洁生产水平,与国内重点钢铁联合企业以及国外先进钢铁联合企业相比,主要污染物排放水平处于国际清洁生产先进水平之列,反映了COREX工艺省去烧结、焦化工序后,在环保方面所带来的巨大变化。3能源和资源的利用3.1yb9031-98按照《环境保护工程指南》yb9051-98中规定的高炉、焦炉、烧结工序的能耗分别为:(1)杆子不小于1200m3高炉,有炉顶煤气余压发电装置,工序能耗不应大于12610MJ/t(430.96kg/t);(2)焦炉有干熄焦装置时工序能耗不应大于4400MJ/t(150.38kg(标煤)/t);(3)现有高炉的运行能耗工序能耗不应大于1760MJ/t(60.15kg(标煤)/t)。有炉顶煤气余压发电装置的高炉炼铁、焦炉、烧结的工序总能耗标准应为:430.96+150.38×0.3+60.15×1.6=572.31kg(标煤)/t(16746MJ/t)罗泾钢厂COREX炼铁设计工序能耗为13701.83MJ/t,小于16746MJ/t。与宝钢分公司现有高炉2003年实际生产指标进行了比较,见表2。COREXC3000炉年产铁水150万t,宝钢分公司1座4000m3级高炉年产铁水在300万t以上,规模虽不在一个等级,但COREXC3000设计工序能耗仍比宝钢分公司4000m3级高炉系统“铁、焦、烧”实际工序能耗低3.5%,显示出这一工艺在节能方面所具有的优势。3.2资源循环对于采用COREX流程的钢厂来讲,如何以最经济合理的方式利用COREX炉冶炼产生的大量中等热值煤气,是决定项目成败的关键。3.2.1罗环境参数选择和利用COREXC3000炉每吨铁耗氧528m3,产生出热值为8231kJ/m3的煤气28.6×104m3/h。关于COREX煤气利用,主要有3个方向:发电、生产海绵铁、用作燃料。经分析比较,COREX煤气用于发电和生产海绵铁,其产生的经济效益相当,作为燃料则经济效益最差;如代替天然气作燃料,则经济效益最佳,用于发电和生产海绵铁次之。罗泾钢厂COREX煤气利用遵循的原则是:争取COREX煤气的零排放或少排放;争取最佳的经济效益;服从宝钢集团构建北部能源通廊的战略要求。依照这样的思路,一期工程COREX产生的煤气,除供本厂作燃料外,剩余的煤气中83%用作发电,17%通过能源通廊送往宝钢分公司,二期工程拟建直接还原铁装置利用COREX煤气生产海绵铁。为了提高发电效率,选择了燃气-蒸汽联合发电厂(CCPP),使发电效率达到43.8%,发出的电全部供罗泾钢厂。一期工程建成后,由CCPP发电厂供电以及利用COREX煤气压力高的特点设置余压回收透平发电装置(TRT)回收煤气压力能供电,与全厂用电量基本持平。COREX煤气的循环使用,实现了能源的最佳利用。3.2.2罗经济废水处理罗泾项目非常重视废弃物的综合利用,把废弃物的处置与综合利用结合起来,充分利用废弃物的价值造福于社会。罗泾一期工程年产固体废弃物1398754t/a,其中外送可循环利用废料1173854t/a(主要用作建材和烧结的原料),罗泾厂内可循环利用的废弃物224900t/a(主要作为炼钢的废钢使用)。罗泾钢厂一期工程资源循环利用简图见图1。4产生挑战的挑战4.1国内外水平比较采用COREX炉流程钢厂的产品竞争力如何是业内人士普遍关心的一个问题,同样是决定该项工艺能否得到认同并从而得到发展的一个问题。在吨钢综合能耗方面,罗泾钢厂全厂综合能耗为620.16kg(标煤)/t,与国内外先进钢铁企业相比(2001~2003年公开资料中的统计数据),宝钢分公司为675kg(标煤)/t,韩国浦项光阳厂为734kg(标煤)/t,日本新日铁为729kg(标煤)/t,日本JFE为766kg(标煤)/t,中国台湾中钢为750kg(标煤)/t,因而处于世界领先水平。考虑到罗泾一期工程规模偏小,工序只到热轧,没有冷轧工序等不可比因素,全厂综合能耗620.16kg(标煤)/t,仍处于先进水平。在铁水成本方面,矿石、煤炭及辅料按照2000~2005年6年的价格取均价,1座COREX炉年产量150万t,铁水成本约1230元/t,与相同产量的2000m3高炉这一时期的铁水成本相当。4.2与现有高炉的比对在产量上,COREXC2000炉设计日产铁水2000t,设计年产量60~80万t,实际达到的最高产量是印度JINDAL的2座COREXC2000炉,2003~2004年度的年产量达到165万t。罗泾钢厂采用COREXC3000炉,设计日产铁水4000t,设计年产量150万t,与现有正在生产运行的4座COREXC2000炉相比,单座COREXC3000炉的日产量和年产量提高1倍,对供货商和浦钢来讲都是很大的挑战。在达产和年产铁时间方面,COREX炉与现有高炉相比,达产的过程较为缓慢。印度JINDAL1号COREX炉1999年8月8日投产,2号COREX炉2000年4月15日投产,2003~2004年度达到了设计能力,耗时近4年。宝钢分公司4号高炉只用10多天就达产。高炉年作业率可以达到日历时间的98%~99%,COREX作业率只能达到日历时间的约96%,相差2%~3%,对钢厂的生产经营带来一定的影响。4.3炉原料及配煤方案COREX炉对铁矿石、煤炭的品质和物理化学性能指标的要求明显高于高炉。罗泾钢厂采用的配矿比(质量分数)为:高炉球团加块矿占90%(球团占50.4%,块矿占39.6%),筛下的粉矿占10%;入炉原料即混合矿的铁的质量分数为66.18%。煤种在国内选择3种煤混合配比,要求粒度为0~50mm(其中+15mm者>50%),固定碳的质量分数为55%~65%,灰分的质量分数为5%~12%,固定碳/灰分>5,硫的质量分数(干基)<0.5%,粒度<5mm的煤送煤压块系统制成煤压块入炉使用。对于配矿、配煤的较高要求,使得COREX炉可供选用的铁矿石、煤炭品种范围非常有限,这也是南非SALDANHA和印度JINDAL把COREX炉工厂建在临近块矿、烧结矿和煤炭供应基地的主要原因。罗泾钢厂远离国外铁矿石供应基地,国内可供选用的煤炭资源也很有限,投产以后降低成本的任务艰巨。5排放污染物总量及排放总量分析(1)浦钢搬迁罗泾项目是根据上海市建设国际大都市的规划要求,按照建设绿色环保、节能、资源能源循环利用的新型钢厂这一指导思想进行规划,钢厂采用的先进工艺及技术装备也正是体现这一建设指导思想。(2)因采用COREX炼铁工艺,主要污染物排放指标大大低于1级清洁生产水平,SO2等气态污染物的产生总量和排放总量比传统高炉流程的工艺低数倍之多,环保效果非常显著。(3)罗泾钢厂COREX炼铁工序