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欧洲超低二氧化碳排放炼钢研发进展

2017年03月24日 10:11 耐火材料网 zr/文

导读:欧盟钢铁业于2003年建立了欧洲钢铁技术平台,其成员包括欧洲主要的钢铁公司、相关供应商及行业协会,还涵括了相关的大学和科研机构,欧盟委员会和成员国政府也派出代表参与管理委员会的工作。ESTEP从2004年开始启动ULCOS项目,目标是研究出新的低碳炼钢技术。

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    随着欧盟"2030年气候和能源政策目标"的发布,欧盟各国都推出更为严格的环保法规和排放标准,特别是欧盟排放权交易体系(EU-ETS)的成立使各行业碳排放的成本大大增加。在此背景下,高能耗、高污染的欧洲钢铁行业不得不将节能减排提升至同增长利润相等的高度。欧盟钢铁业于2003年建立了欧洲钢铁技术平台(european steel technology platform,简称ESTEP),其成员包括欧洲主要的钢铁公司、相关供应商及行业协会,还涵括了相关的大学和科研机构,欧盟委员会和成员国政府也派出代表参与管理委员会的工作。ESTEP从2004年开始启动ULCOS项目,目标是研究出新的低碳炼钢技术,使吨钢CO2的排放量到2050年比现在最好水平减少50%,从每吨钢排放2tCO2减少到每吨钢1tCO2。ULCOS项目

    主要成员来自欧洲15国的48个公司,涉及钢铁、气体、设备制造、冶金工程、科研机构和大学,项目的董事会主席由安赛乐米塔尔公司担任,董事会成员包括塔塔钢铁公司、蒂森克虏伯集团、奥钢联、瑞典钢铁公司和LKAB公司等。项目分为两个阶段:第一阶段(ULCOS I,2004-2010年)为理论研究和中试试验阶段,第二阶段(ULCOSⅡ,2010-2015年)为深入开发阶段,为技术方案的工业化应用做准备。

    在ULCOS I理论研究和中试试验阶段(2004-2010年),项目研究人员采用数学模拟和实验室测试对80个不同的技术的能源消耗、CO2排放量、运营成本和可持续性进行了评估,最后选择了其中4个最有前景的技术做进一步的研究和商业化,即高炉炉顶煤气循环(top gas recovery-blast furnace,简称TGR-BF)、新型直接还原工艺(ULCORE)、新的熔融还原工艺(HIsarna)和电解铁矿石(ULCOWIN、ULCOLYSIS),此外,开发氢气和生物质还原炼铁技术作为这些技术的支撑;在ULCOSⅡ工业示范阶段(2010-2015年),通过对欧洲几个综合型炼钢厂的设备进行改造建立了中试装置,并对这些方案的工艺、工装、经济和稳定性等因素进行了检验和完善。

1.炉顶煤气循环工艺(TGR-BF)

      ULCOS TGR-BF技术工艺有3个主要的特点:(1)使用纯氧代替传统的预热空气,从而除去了不必要的氮气,便于CO2的捕集和储存;(2)用真空变压吸附(vacuum press swingadsorption,简称VPSA)技术和CCS技术将CO2分离并储存在地下;(3)由于使用了回收的CO作为还原剂,减少了焦炭的用量。该工艺较传统工艺能有效降低26%的CO2排放。

    TGR-BF工艺共有4种方案,第2种方案的碳减排效果不好已被放弃,其他3种方案均进行了试验验证。方案1是将脱碳后的低温(25℃)高炉炉顶煤气与氧气、煤粉经炉缸风口吹入,脱碳后的高温(900℃)炉顶煤气经炉身风口吹入,碳减排量为21%。方案3是将脱碳后的高温炉顶煤气与氧气、煤粉经位于炉缸的鼓风口吹入,最高节碳量能够达到24%,为了达到这一目标,必须同时在低炉缸理论燃烧温度和高喷煤比条件下操作高炉[9]。而方案4将脱碳后的高温炉顶煤气、氧气和煤粉以1 200℃的温度吹入位于炉缸的鼓风口。脱碳后的高炉炉顶煤气(900℃)经炉身鼓风口吹入,节碳量能够达到26%。

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