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鋼鐵燒結煙氣多污染物過程控制原理與新技術 版權信息
- ISBN：9787030605962
- 條形碼：9787030605962 ; 978-7-03-060596-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
鋼鐵燒結煙氣多污染物過程控制原理與新技術 內容簡介
鋼鐵燒結煙氣量大、污染物種類多、危害性大。面對日趨嚴苛的環保要求，當前依靠末端治理的方法，存在流程長、投資大、成本高等諸多問題，因此源頭和過程控制方法越來越重要，是低成本達標排放的關鍵。本書是作者總結多年的研究成果撰寫而成，總共分為6章。第1章介紹了污染物過程控制的意義；第2章揭示了燒結煙氣污染物的特性；第3章研究了生物質能燒結機理和強化技術；第4章研究了燒結過程中NOx的生成行為，開發了低NOx燒結技術；第5章揭示了循環煙氣對燒結過程的影響規律，構建了適宜的煙氣循環燒結模式；第6章研究了燒結煙氣PM2.5形成和遷移機制，開發了遷移調控技術。本書為鋼鐵綠色制造提供了技術支撐。
鋼鐵燒結煙氣多污染物過程控制原理與新技術 目錄
目錄
序
前言
第1章 鋼鐵綠色制造及燒結清潔生產現狀 1
1.1 鋼鐵工業發展現狀及趨勢 1
1.2 燒結污染物排放與清潔生產現狀 4
1.2.1 燒結能耗和污染物排放 4
1.2.2 燒結清潔生產與污染物排放標準 6
1.3 燒結煙氣污染物控制現狀 10
1.3.1 COx控制技術 10
1.3.2 SO2控制技術 12
1.3.3 NOx控制技術 14
1.3.4 顆粒物控制技術 16
1.3.5 多污染物控制技術 18
1.4 污染物過程控制的意義及思路 21
1.4.1 過程控制對整體減排的意義 21
1.4.2 過程控制技術思路 23
參考文獻 24
第2章 燒結煙氣污染物排放特征 30
2.1 燒結過程煙氣排放規律 30
2.1.1 煙氣溫度、流量及負壓變化規律 30
2.1.2 氣體污染物排放規律 31
2.1.3 PM10、PM2.5及重金屬排放規律 33
2.2 燒結煙氣污染物整體排放特征 35
2.2.1 氣體污染物排放特征 35
2.2.2 顆粒態污染物排放特征 36
2.2.3 二噁英排放特征 37
2.3 煙氣特征區域劃分 38
2.4 本章小結 39
參考文獻 40
第3章 生物質能燒結原理與減排技術 41
3.1 生物質燃料的物化特性 41
3.2 生物質燃料燃燒特征與氣化特性 44
3.2.1 燃燒特征及其動力學 44
3.2.2 氣化特性及其動力學 49
3.3 生物質燃料影響燒結的規律 53
3.3.1 對燒結礦產量、質量指標的影響 53
3.3.2 對燒結礦成分的影響 54
3.3.3 對燒結礦冶金性能的影響 54
3.4 生物質燃料對燒結污染物減排的影響 56
3.4.1 對COx減排的影響 56
3.4.2 對SO2減排的影響 56
3.4.3 對NOx減排的影響 57
3.5 生物質燃料影響鐵礦燒結的機理 58
3.5.1 對燃燒前沿的影響 58
3.5.2 對燃料燃燒程度的影響 59
3.5.3 對燃燒帶氣氛的影響 60
3.5.4 對料層溫度的影響 61
3.5.5 對燒結礦礦物組成的影響 63
3.5.6 對燒結礦微觀結構的影響 64
3.5.7 影響機理分析 65
3.6 基于調控生物質燃料性能的強化燒結技術 65
3.6.1 優化炭化工藝 65
3.6.2 成型預處理技術 67
3.6.3 生物質改性技術 69
3.7 基于生物質與煤同步炭化的強化燒結技術 71
3.7.1 生物質型焦特性的研究 71
3.7.2 生物質型焦與秸稈炭/焦粉的燃燒性比較 75
3.7.3 生物質型焦的燒結應用效果 76
3.8 本章小結 77
參考文獻 78
第4章 低NOx燒結原理與新技術 81
4.1 燒結NOx生成機理及來源分析 81
4.1.1 燒結NOx生成機理 81
4.1.2 燒結NOx來源 83
4.2 工藝參數對NOx排放的影響 85
4.2.1 混合料水分的影響 85
4.2.2 焦粉的影響 86
4.2.3 生石灰的影響 88
4.2.4 堿度的影響 89
4.2.5 料層高度的影響 90
4.3 燃料性質對NOx生成的影響 91
4.3.1 燃料氮含量的影響 92
4.3.2 固定碳含量的影響 92
4.3.3 揮發分含量的影響 92
4.3.4 燃料反應性的影響 94
4.3.5 燃料粒度的影響 94
4.4 燒結原料及產物對NOx生成的影響 95
4.4.1 鐵氧化物的影響 95
4.4.2 熔劑的影響 97
4.4.3 鐵氧化物和熔劑混合物的影響 98
4.4.4 燒結過程生成物的影響 99
4.5 燃燒條件對NOx生成的影響 101
4.5.1 燃燒溫度的影響 101
4.5.2 氣氛的影響 103
4.6 燃料分布對燃燒和NOx生成的影響 105
4.6.1 制粒小球中燃料的分布狀態 105
4.6.2 燃料分布對燃燒的影響 106
4.6.3 燃料分布對NOx生成的影響 107
4.7 基于燃料預處理的低NOx燒結技術 109
4.7.1 燃料預處理對燃燒過程NOx生成的影響 109
4.7.2 燃料預處理對制粒的影響 109
4.7.3 燃料預處理對燒結指標和NOx排放的影響 111
4.8 基于燃料預制粒的低NOx燒結技術 116
4.8.1 預制粒工藝 116
4.8.2 預制粒物料比例對燒結的影響 117
4.8.3 預制粒物料比例對NOx排放的影響 118
4.8.4 生物質燃料替代部分焦粉強化技術 119
4.9 本章小結 121
參考文獻 122
第5章 煙氣循環燒結原理與新工藝 124
5.1 循環煙氣對燒結指標的影響 124
5.1.1 O2含量的影響 124
5.1.2 CO2含量的影響 126
5.1.3 H2O(g)含量的影響 127
5.1.4 CO含量的影響 128
5.1.5 氣體溫度的影響 129
5.1.6 循環煙氣的適宜組成 131
5.2 污染物在循環過程的反應行為 131
5.2.1 反應熱力學分析 132
5.2.2 CO的燃燒行為 134
5.2.3 NOx的催化還原 134
5.2.4 SO2的吸附反應 137
5.2.5 與常規燒結工藝的對比 140
5.3 煙氣循環對燒結成礦的影響 141
5.3.1 對燒結氣氛的影響 141
5.3.2 對料層溫度場的影響 143
5.3.3 對燒結礦物相組成的影響 145
5.3.4 對燒結礦微觀結構的影響 147
5.4 煙氣循環模式的構建 149
5.4.1 煙氣循環燒結設計原理 150
5.4.2 不同循環模式的循環煙氣特性 152
5.4.3 循環模式對燒結指標的影響 154
5.4.4 循環模式對燒結礦微觀結構的影響 154
5.4.5 循環模式對燒結礦冶金性能的影響 157
5.4.6 循環模式對燒結煙氣排放的影響 158
5.4.7 煙氣循環工藝比較 159
5.5 本章小結 161
參考文獻 162
第6章 燒結PM10和PM2.5特性及控制技術 164
6.1 燒結煙氣PM10、PM2.5理化特性 164
6.2 影響燒結煙氣PM10、PM2.5排放的因素 169
6.2.1 水分的影響 169
6.2.2 焦粉配比的影響 169
6.2.3 制粒時間的影響 171
6.2.4 原料條件的影響 172
6.3 燒結過程PM10、PM2.5的生成機理 176
6.3.1 在干燥預熱階段的生成行為 177
6.3.2 在燃燒前期的生成行為 179
6.3.3 在燃燒后期的生成行為 181
6.3.4 在熔融階段的生成行為 184
6.3.5 PM10、PM2.5的生成機理 186
6.4 料層對PM10、PM2.5的吸附行為 190
6.4.1 濕料帶厚度的影響 190
6.4.2 濕料帶水分的影響 191
6.4.3 混合料粒度分布的影響 192
6.4.4 濕料帶吸附PM10、PM2.5的機理 194
6.5 PM10、PM2.5在料層的解吸行為 196
6.5.1 濕料帶吸附PM10、PM2.5后的化學組成變化 196
6.5.2 PM10、PM2.5在高溫過程的解吸特征 197
6.5.3 有害元素在高溫過程的解吸行為 201
6.5.4 PM10、PM2.5排放與其生成-遷移的關系 203
6.6 基于分層布料調控PM10、PM2.5排放的技術 204
6.6.1 料層中有害元素的脫除規律 204
6.6.2 分層布料對PM10、PM2.5排放的影響 206
6.6.3 分層布料對燒結和有害元素脫除的影響 211
6.7 基于黏結劑強化料層吸附的PM10、PM2.5遷移調控技術 213
6.7.1 黏結劑強化料層吸附PM10、PM2.5的效果 213
6.7.2 黏結劑強化PM10、PM2.5集中排放的效果 214
6.7.3 黏結劑強化料層吸附PM10、PM2.5的機理 217
6.8 本章小結 220
參考文獻 220
第7章 燒結煙氣污染物綜合控制技術探討 222
7.1 基于煙氣減量與生物質減排的綜合技術 222
7.1.1 燃燒和傳熱行為 222
7.1.2 對燒結指標的影響 224
7.1.3 綜合減排效果 224
7.2 基于集中排放的PM2.5綜合控制技術 225
7.2.1 PM2.5集中排放區煙氣特點 225
7.2.2 PM2.5集中區布袋除塵方法 226
7.2.3 活性炭吸附 226
7.3 過程控制耦合低成本凈化工藝 229
7.3.1 過程綜合控制技術 229
7.3.2 分段脫硫脫硝工藝 230
7.3.3 并聯式活性炭脫硫脫硝工藝 232
7.4 本章小結 233
參考文獻 233
作者簡介 235
序
前言
第1章 鋼鐵綠色制造及燒結清潔生產現狀 1
1.1 鋼鐵工業發展現狀及趨勢 1
1.2 燒結污染物排放與清潔生產現狀 4
1.2.1 燒結能耗和污染物排放 4
1.2.2 燒結清潔生產與污染物排放標準 6
1.3 燒結煙氣污染物控制現狀 10
1.3.1 COx控制技術 10
1.3.2 SO2控制技術 12
1.3.3 NOx控制技術 14
1.3.4 顆粒物控制技術 16
1.3.5 多污染物控制技術 18
1.4 污染物過程控制的意義及思路 21
1.4.1 過程控制對整體減排的意義 21
1.4.2 過程控制技術思路 23
參考文獻 24
第2章 燒結煙氣污染物排放特征 30
2.1 燒結過程煙氣排放規律 30
2.1.1 煙氣溫度、流量及負壓變化規律 30
2.1.2 氣體污染物排放規律 31
2.1.3 PM10、PM2.5及重金屬排放規律 33
2.2 燒結煙氣污染物整體排放特征 35
2.2.1 氣體污染物排放特征 35
2.2.2 顆粒態污染物排放特征 36
2.2.3 二噁英排放特征 37
2.3 煙氣特征區域劃分 38
2.4 本章小結 39
參考文獻 40
第3章 生物質能燒結原理與減排技術 41
3.1 生物質燃料的物化特性 41
3.2 生物質燃料燃燒特征與氣化特性 44
3.2.1 燃燒特征及其動力學 44
3.2.2 氣化特性及其動力學 49
3.3 生物質燃料影響燒結的規律 53
3.3.1 對燒結礦產量、質量指標的影響 53
3.3.2 對燒結礦成分的影響 54
3.3.3 對燒結礦冶金性能的影響 54
3.4 生物質燃料對燒結污染物減排的影響 56
3.4.1 對COx減排的影響 56
3.4.2 對SO2減排的影響 56
3.4.3 對NOx減排的影響 57
3.5 生物質燃料影響鐵礦燒結的機理 58
3.5.1 對燃燒前沿的影響 58
3.5.2 對燃料燃燒程度的影響 59
3.5.3 對燃燒帶氣氛的影響 60
3.5.4 對料層溫度的影響 61
3.5.5 對燒結礦礦物組成的影響 63
3.5.6 對燒結礦微觀結構的影響 64
3.5.7 影響機理分析 65
3.6 基于調控生物質燃料性能的強化燒結技術 65
3.6.1 優化炭化工藝 65
3.6.2 成型預處理技術 67
3.6.3 生物質改性技術 69
3.7 基于生物質與煤同步炭化的強化燒結技術 71
3.7.1 生物質型焦特性的研究 71
3.7.2 生物質型焦與秸稈炭/焦粉的燃燒性比較 75
3.7.3 生物質型焦的燒結應用效果 76
3.8 本章小結 77
參考文獻 78
第4章 低NOx燒結原理與新技術 81
4.1 燒結NOx生成機理及來源分析 81
4.1.1 燒結NOx生成機理 81
4.1.2 燒結NOx來源 83
4.2 工藝參數對NOx排放的影響 85
4.2.1 混合料水分的影響 85
4.2.2 焦粉的影響 86
4.2.3 生石灰的影響 88
4.2.4 堿度的影響 89
4.2.5 料層高度的影響 90
4.3 燃料性質對NOx生成的影響 91
4.3.1 燃料氮含量的影響 92
4.3.2 固定碳含量的影響 92
4.3.3 揮發分含量的影響 92
4.3.4 燃料反應性的影響 94
4.3.5 燃料粒度的影響 94
4.4 燒結原料及產物對NOx生成的影響 95
4.4.1 鐵氧化物的影響 95
4.4.2 熔劑的影響 97
4.4.3 鐵氧化物和熔劑混合物的影響 98
4.4.4 燒結過程生成物的影響 99
4.5 燃燒條件對NOx生成的影響 101
4.5.1 燃燒溫度的影響 101
4.5.2 氣氛的影響 103
4.6 燃料分布對燃燒和NOx生成的影響 105
4.6.1 制粒小球中燃料的分布狀態 105
4.6.2 燃料分布對燃燒的影響 106
4.6.3 燃料分布對NOx生成的影響 107
4.7 基于燃料預處理的低NOx燒結技術 109
4.7.1 燃料預處理對燃燒過程NOx生成的影響 109
4.7.2 燃料預處理對制粒的影響 109
4.7.3 燃料預處理對燒結指標和NOx排放的影響 111
4.8 基于燃料預制粒的低NOx燒結技術 116
4.8.1 預制粒工藝 116
4.8.2 預制粒物料比例對燒結的影響 117
4.8.3 預制粒物料比例對NOx排放的影響 118
4.8.4 生物質燃料替代部分焦粉強化技術 119
4.9 本章小結 121
參考文獻 122
第5章 煙氣循環燒結原理與新工藝 124
5.1 循環煙氣對燒結指標的影響 124
5.1.1 O2含量的影響 124
5.1.2 CO2含量的影響 126
5.1.3 H2O(g)含量的影響 127
5.1.4 CO含量的影響 128
5.1.5 氣體溫度的影響 129
5.1.6 循環煙氣的適宜組成 131
5.2 污染物在循環過程的反應行為 131
5.2.1 反應熱力學分析 132
5.2.2 CO的燃燒行為 134
5.2.3 NOx的催化還原 134
5.2.4 SO2的吸附反應 137
5.2.5 與常規燒結工藝的對比 140
5.3 煙氣循環對燒結成礦的影響 141
5.3.1 對燒結氣氛的影響 141
5.3.2 對料層溫度場的影響 143
5.3.3 對燒結礦物相組成的影響 145
5.3.4 對燒結礦微觀結構的影響 147
5.4 煙氣循環模式的構建 149
5.4.1 煙氣循環燒結設計原理 150
5.4.2 不同循環模式的循環煙氣特性 152
5.4.3 循環模式對燒結指標的影響 154
5.4.4 循環模式對燒結礦微觀結構的影響 154
5.4.5 循環模式對燒結礦冶金性能的影響 157
5.4.6 循環模式對燒結煙氣排放的影響 158
5.4.7 煙氣循環工藝比較 159
5.5 本章小結 161
參考文獻 162
第6章 燒結PM10和PM2.5特性及控制技術 164
6.1 燒結煙氣PM10、PM2.5理化特性 164
6.2 影響燒結煙氣PM10、PM2.5排放的因素 169
6.2.1 水分的影響 169
6.2.2 焦粉配比的影響 169
6.2.3 制粒時間的影響 171
6.2.4 原料條件的影響 172
6.3 燒結過程PM10、PM2.5的生成機理 176
6.3.1 在干燥預熱階段的生成行為 177
6.3.2 在燃燒前期的生成行為 179
6.3.3 在燃燒后期的生成行為 181
6.3.4 在熔融階段的生成行為 184
6.3.5 PM10、PM2.5的生成機理 186
6.4 料層對PM10、PM2.5的吸附行為 190
6.4.1 濕料帶厚度的影響 190
6.4.2 濕料帶水分的影響 191
6.4.3 混合料粒度分布的影響 192
6.4.4 濕料帶吸附PM10、PM2.5的機理 194
6.5 PM10、PM2.5在料層的解吸行為 196
6.5.1 濕料帶吸附PM10、PM2.5后的化學組成變化 196
6.5.2 PM10、PM2.5在高溫過程的解吸特征 197
6.5.3 有害元素在高溫過程的解吸行為 201
6.5.4 PM10、PM2.5排放與其生成-遷移的關系 203
6.6 基于分層布料調控PM10、PM2.5排放的技術 204
6.6.1 料層中有害元素的脫除規律 204
6.6.2 分層布料對PM10、PM2.5排放的影響 206
6.6.3 分層布料對燒結和有害元素脫除的影響 211
6.7 基于黏結劑強化料層吸附的PM10、PM2.5遷移調控技術 213
6.7.1 黏結劑強化料層吸附PM10、PM2.5的效果 213
6.7.2 黏結劑強化PM10、PM2.5集中排放的效果 214
6.7.3 黏結劑強化料層吸附PM10、PM2.5的機理 217
6.8 本章小結 220
參考文獻 220
第7章 燒結煙氣污染物綜合控制技術探討 222
7.1 基于煙氣減量與生物質減排的綜合技術 222
7.1.1 燃燒和傳熱行為 222
7.1.2 對燒結指標的影響 224
7.1.3 綜合減排效果 224
7.2 基于集中排放的PM2.5綜合控制技術 225
7.2.1 PM2.5集中排放區煙氣特點 225
7.2.2 PM2.5集中區布袋除塵方法 226
7.2.3 活性炭吸附 226
7.3 過程控制耦合低成本凈化工藝 229
7.3.1 過程綜合控制技術 229
7.3.2 分段脫硫脫硝工藝 230
7.3.3 并聯式活性炭脫硫脫硝工藝 232
7.4 本章小結 233
參考文獻 233
作者簡介 235
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鋼鐵燒結煙氣多污染物過程控制原理與新技術 節選
第1章 鋼鐵綠色制造及燒結清潔生產現狀 鋼鐵是現代社會生活中*重要、應用*多且價格低廉的金屬材料，也是*易于回收和再生的資源。鋼鐵享有“工業糧食”的美譽，對國防、交通、建筑、機械制造、汽車等工業起著重要的支撐作用，為人類社會的發展做出了巨大貢獻，在今后相當長的時期內仍然是其他材料無法替代的、*重要的工業材料。 1.1 鋼鐵工業發展現狀及趨勢 世界鋼鐵工業經歷了兩次高速增長期（圖1.1）。1900年世界粗鋼產量為2850萬t，20世紀50～70年代，粗鋼產量由2億t左右迅速增至7億t，經歷**次高速增長期，這一時期的高速增長源于美國、歐洲、日本等國家和地區第二次世界大戰后的恢復和重建。進入21世紀，世界粗鋼產量進入了第二次高速增長期，增長的主要原因是發展中國家（主要是中國）及新興工業國家的工業化和大規模基礎設施建設［1-3］。2004年世界粗鋼產量首次突破10億t，受國際金融危機影響，2008年、2009年連續兩年下降，而隨著世界經濟的逐步復蘇，2010年后穩步回升，2017年世界粗鋼產量達到16.912億t，我國粗鋼產量達到8.317億t，約占世界粗鋼產量的49.2%。 圖1.1 世界及中國歷年粗鋼產量 鋼鐵工業兩次高速增長期的技術進步是不同的：**次高速增長期的主體是發達國家，技術進步主要來自發達國家技術創新；第二次高速增長期的主體是發展中國家和新興工業國家，技術進步主要依靠從發達國家引進技術。20世紀80年代初我國鋼鐵工業以寶鋼系統引進日本鋼鐵設備與技術為切入點，開始對世界先進鋼鐵技術系統進行引進、消化與吸收；80年代末開始對鋼鐵行業“六大共性技術”實施行業攻關，致力于對當代鋼鐵先進技術的集成應用；90年代主要通過提高連鑄比，提升鋼鐵生產工藝與效率水平；21世紀以來，工藝技術和裝備水平持續提高，陸續建設了一批生產工藝先進的鋼鐵廠。但是，就當前的整體水平來看，我國的鋼鐵企業與世界*先進的鋼鐵企業相比仍有差距，需要在技術工藝、產品質量、環保標準、企業效益等方面進一步提升，通過前沿創新實現鋼鐵大國向鋼鐵強國轉變［4-7］。 隨著鋼鐵產量的不斷提高，傳統生產模式帶來的資源、能源和環境的制約越來越嚴重。當前，鋼鐵工業面臨的主要矛盾已經轉化為產業結構與市場競爭需求不適應、綠色發展水平與生態環境需求不適應的矛盾。為解決新時期面臨的主要矛盾，鋼鐵企業未來的發展模式將通過綠色制造向生態化轉型，應由單一功能向多功能轉變。殷瑞鈺院士提出了新時期鋼鐵企業的三大功能［4］：①冶金材料生產功能，構建新一代生產流程，確立新一代鋼廠模式，開發新一代鋼鐵材料；②能源轉換功能，生產清潔能源，如低硫煤氣、富氫煤氣、富CO煤氣，用于發電或作為化工原料，甚至探索轉化為氫氣，為社會提供能源;③處理大宗社會廢棄物，處理社會廢鋼、廢塑料、廢輪胎和焚燒垃圾，為城區集中處理廢水等。基于此，要實現鋼鐵制造業轉型升級，從鋼鐵大國向鋼鐵強國邁進，鋼鐵制造工藝和流程創新、鋼鐵先進智能制造、鋼鐵綠色制造是三大基本要素。 （1）鋼鐵制造工藝和流程創新。 鋼鐵工業是典型的流程工業，包括原料—燒結—煉鐵—煉鋼—連鑄—熱軋—冷軋—熱處理等眾多環節，流程中的每個環節都會對鋼鐵制造產生影響，全流程的綜合作用，決定鋼鐵產品的質量和制造水平。因此，鋼鐵工業前沿性、戰略性、顛覆性的創新，取決于全流程、一體化的創新。 煉鐵工藝應以低碳冶煉為目標，能源結構由化石能源向富氫燃料轉變，開發氣基直接還原、熔融還原等非高爐煉鐵技術，減少CO2的排放；煉鋼應發展電爐煉鋼工藝，開發適應鐵水、廢鋼、直接還原鐵的煉鋼技術，實現廢鋼資源的循環利用；軋鋼工藝應發揮近終形、短流程的優勢，優化薄板坯連鑄連軋流程、薄帶連鑄流程等，開發流程減量化的生產工藝。總體來說，鋼鐵制造應走綠色化道路，開發減量化、高性能、長壽命、易循環的綠色鋼鐵材料［8］。 （2）鋼鐵先進智能制造。 智能化是未來鋼鐵工業技術發展的方向之一。為大幅提升生產效率，全球鋼鐵企業都在致力于鋼鐵智能制造，將大數據、人工智能等技術應用于鋼鐵生產。韓國浦項鋼鐵公司光陽廠厚板分廠是智能工廠的典范，其智能化水平已經走在世界前列。光陽廠厚板分廠將物聯網、大數據、人工智能等技術手段應用于鋼鐵生產，涵蓋操作管理、質量管理、人工智能、虛擬工廠和安全管理五個方面，建立了高附加值產品量產體系，生產效率居世界領先水平。同時開發了降本增效、質量控制、信息融合等技術，擴大高附加值產品比例，靈活應對生產環境的變化［9］，其成功經驗值得我國鋼鐵企業學習和借鑒。 鋼鐵生產流程和設備十分復雜，存在強烈的復雜性、非線性、時變性和不確定性等，一般很難用精確的數學模型描述，而人工智能技術恰恰在這方面具有優勢［5，10］。殷瑞鈺院士提出了智能化鋼廠建設的概念，構建起植根于流程運行要素及其優化的運行網絡、運行程序的物理模型，通過以制造流程物理系統結構優化和數字化信息系統相互融合來實現鋼廠智能化［5］。 （3）鋼鐵綠色制造。 鋼鐵工業作為污染和能耗大戶，其排放的SO2、NOx、煙粉塵等污染物占全國工業的7%～14%，是大氣的主要污染源之一。因此，鋼鐵工業成為我國環境治理的重點領域。 我國為推進鋼鐵產業的可持續發展制定了階段性目標：《鋼鐵工業調整升級規劃（2016—2020年）》明確到2020年，我國鋼鐵產業能源消耗總量比2016年下降10%以上。我國向國際社會承諾，“到2030年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降60%～65%”。鋼鐵產業作為重點碳排放行業，是履行國家應對氣候變化目標責任的重要組成部分。 我國鋼鐵工業的綠色化必須從結構調整入手，并從三個層次上實施綠色化重點技術，積極推動我國鋼鐵工業的清潔生產和綠色化進程［4-5］：①普及、推廣相對成熟的節能減排技術，如干熄焦、厚料層燒結、高爐煤氣和爐頂余壓發電、轉爐煤氣回收、轉爐濺渣護爐、鋼渣的資源化再利用、蓄熱式清潔燃燒、鑄坯熱裝熱送、高效連鑄和近終形連鑄等；②投資開發一批有效的綠色化技術，如燒結煙氣脫硫脫硝綜合治理技術、焦爐煤氣凈化技術、高爐噴吹廢塑料或焦爐處理廢塑料等；③探索研究一批未來的綠色化技術，如熔融還原煉鐵技術及新能源開發、薄帶連鑄技術、新型焦爐技術，以及處理廢舊輪胎、垃圾焚燒爐等與社會友好的廢棄物處理技術。 鋼鐵工業的綠色發展，必須依托環保技術的更新，按照循環經濟的基本原則，以清潔生產為基礎，緊抓資源高效利用和節能減排，全面實現低成本高質量鋼鐵產品制造、能源高效轉換與回收利用、大宗廢棄物處理-消納與資源化這三個功能，并與其他行業和周邊社會實現生態化鏈接，從而構建綠色發展模式，大力發展生態效益、經濟效益、社會效益相統一的綠色、循環、低碳鋼鐵產業。 1.2 燒結污染物排放與清潔生產現狀 1.2.1 燒結能耗和污染物排放 我國煉鐵系統以燒結球團—高爐流程為主，燒結是鋼鐵生產的**道工序，其產品燒結礦是高爐冶煉的主要爐料，約占高爐含鐵爐料的75%。我國歷年燒結礦年產量如圖1.2所示，從2013年起燒結礦年產量超過10億t。 圖1.2 我國歷年燒結礦年產量 目前，大部分細粒鐵礦石原料都需經過燒結、球團工藝造塊處理后，才能入爐進行冶煉。燒結是將細粒物料進行高溫加熱，在不完全熔化的條件下燒結成塊，所得產品稱為燒結礦，是一種由多種礦物組織構成的多孔集合體，孔隙率為40%～50%。高堿度燒結礦配加部分球團礦或塊礦是我國高爐主要采用的爐料結構。高堿度燒結礦具有粒度均勻、粉末較少、還原性與高溫軟熔性能較好、化學成分穩定、造渣性能良好等優點，有利于降低高爐工序能耗和改善生產指標。燒結礦的上述特點，決定了其在高爐爐料結構中占主導地位。 但燒結也是典型的高能耗、高污染過程，其過程溫度高達1300℃，導致能源消耗大，工序能耗占鋼鐵生產總能耗的10%～15%，是僅次于煉鐵的鋼鐵生產第二耗能過程。燒結能耗主要由固體燃料消耗、電力消耗、點火能耗三部分構成，各自的比例為75%～80%、5%～10%、13%～20%。從燒結礦的加工費用來看，燃料費用占40%以上。 21世紀以來，我國燒結能耗下降明顯（圖1.3），2017年新疆八一鋼鐵有限公司燒結工序能耗降低至38.0kgce/t（千克標準煤/噸燒結礦），唐山鋼鐵集團有限責任公司（簡稱“唐鋼”）也降至44.4kgce/t，達到了國際先進水平。另外，河鋼集團承鋼公司（簡稱“承鋼”）、新余鋼鐵集團有限公司（簡稱“新余鋼鐵”）、河北敬業集團有限公司（簡稱“河北敬業”）、江蘇沙鋼集團有限公司（簡稱“沙鋼”）、廣西柳州鋼鐵集團有限公司（簡稱“柳鋼”）、宣化鋼鐵集團有限責任公司（簡稱“宣鋼”）、邯鄲鋼鐵股份有限公司（簡稱“邯鋼”）、濟鋼集團有限公司（簡稱“濟鋼”）、攀鋼集團有限公司（簡稱“攀鋼”）、方大特鋼科技股份有限公司（簡稱“方大特鋼”）、萍鄉鋼鐵有限責任公司（簡稱“萍鋼”）等，工序能耗也在48kgce/t以下，在國內達到了較為先進的水平。我國少數企業的燒結工序能耗已達到或接近世界先進水平，但大部分燒結廠的能耗還很高。 圖1.3 我國歷年燒結工序能耗和固體燃料消耗 我國燒結行業的整體能耗水平和日本、德國等先進國家還有較大的差距。日本燒結的固體燃料消耗指標處于世界領先水平，其固體燃料消耗平均為45kgce/t［11］，福山制鐵所燒結廠在實施許多節能措施后，燒結總能耗降低到42kgce/t，達到國際領先水平，并計劃將能耗繼續降低到32kgce/t。歐洲有些燒結廠的固體燃料消耗也降低到了類似的程度。 除能耗高外，由于燒結是氣-固對流傳熱的高溫成礦過程，所以產生大量的煙氣，占鋼鐵工業總廢氣量的40%，且煙氣中含有多種危害性大的污染物。因此，燒結產物成為鋼鐵工業*為嚴重的大氣污染源。 燒結過程排放的煙氣含有粉塵、COx、SOx、NOx、二噁英（PCDD/PCDFs）和呋喃等高致癌物質、酸性氣體（HF、HCl等）、重金屬（Hg、Pb、Cr、Cu、Cd等）和堿金屬（K、Na等）等多種污染物［12］。由表1.1可知，燒結煙氣中SOx、NOx、酸性氣體、二噁英、PM2.5的排放量分別占鋼鐵工業總排放量的70%、48%、48%、48%、40%，均居鋼鐵工業**位，其治理任務重、難度大。 表1.1 燒結污染物排放量占鋼鐵工業總排放量的比例 燒結煙氣中含塵量一般為1～5g/Nm3，COx含量為120～160g/Nm3，SO2含量一般為400～1500mg/Nm3，有的高達3000mg/Nm3以上，NOx含量為250～400mg/Nm3，二噁英含量為0.8～2.0ng-TEQ/m3，HCl排放濃度多為20～60mg/Nm3，有的高達130mg/Nm3以上，重金屬*高可達0.6mg/Nm3。根據當前年產10億t以上燒結礦的生產規模，每噸燒結礦產生1300～1600Nm3廢氣，COx、SOx、NOx、HCl、二噁英的排放強度分別為200kg/t（噸燒結礦）、1.5kg/t、0.45kg/t、75g/t、1.5μg-TEQ/t計算，我國燒結行業每年產生COx、SOx、NOx、HCl、二噁英等污染物分別達2億t、150萬t、45萬t、7.5萬t、1.5kg。
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