综合利用以及清洁生产与环境保护等五个方面对我国炼铁系统发展循环经济方向进行了探讨，认为建设资源节约型和环境友好型企业，加快实施TRT余压发电、煤气干法除尘、烧结烟气脱硫和余热回收，是我国炼铁系统节能减排、发展循环经济的关键措施。

关键词  炼铁   循环经济   节能减排

1 引言

“循环经济”是概念是由美国经济学家K·波尔丁在20世纪60年代首先提出的，是指在人、自然资源和科学技术的大系统内，在资源投入、企业生产、产品消费和废弃物处理的全过程中，把传统的依赖资源消耗的“资源－产品－污染排放”单向流动的线性经济，转变依靠生态型资源循环来发展的“资源－产品－再生资源”的新经济模式。“减量化(Reduce)、再使用(Reuse)、再循环(Recycle)”(简称“3R”原则)是循环经济最重要的实际操作原则。炼铁发展循环经济、实理节能减排就是炼铁系统以资源高效利用和循环利用为核心，以尽可能小的资源消耗、能源消耗和环境成本，尽可能大的获得经济效益和社会效益，从而使经济与自然生态系统的物质循环过程相互和谐，促进资源永续利用^[1]。

2 我国炼铁系统循环经济现状

2.1基本数据

近年来，我国炼铁系统在铁素资源循环利用、节能与能源利用、节水与水资源利用、固体废弃物综合利用以及清洁生产与环境保护等五个方面的基本数据见表1～5。

    通过对以上基本数据的分析，应当说我国炼铁循环经济取得了一定的成效，如炼铁系统能耗呈下降态势，新水消耗和废水排放量逐步降低。但是，仍存在如下突出问题：

    (1)落后产能所占比重过大。我国现有高炉1200座左右，大于l 000 m³以上容积的高炉仅有1 28座，高炉结构不合理，平均炉容小，小高炉产铁总量大，目前虽已淘汰落后炼铁产能4659万t，在2010年前，仍需要淘汰5 300多万t落后炼铁产能。

    (2)炼铁产量增长过快，铁矿石需求旺盛，进口矿石依存度增大，矿价攀升，资源短缺威胁炼铁经济安全。

    (3)工序能耗出现反弹和波动。

    (4)固体废弃物(尘、泥和炉渣等)产生总量增长过快。

    (5)烧结SO₂减排形势日益严峻等。

2．2  淘汰落后，设备大型化成为趋势

    淘汰落后，实现设备大型化是发展循环经济的物质基础和必要条件。通过淘汰落后生产工艺和装备，从源头上节能降耗，控制污染物排放。

    据初步统计，世界上已建成大型烧结机600多台，其中400 m²级烧结机40台，500 m²以上烧结机10台(含600 m²以上烧结机3台)。根据日刊报道：同等规模，当建设的烧结机面积为100 m²、300 m²、500 m²时，相对的基建费用为1．0、0．68和0．56，相对的运转费用为1．0、0．87和10．84。生产实践证明，大型烧结机可以降低单位烧结面积的基建投资和经营费用，具有劳动生产率高、烧结矿质量好、工序能耗低、生产管理方便以及易于环境治理等优点。我国400 m²级烧结机和200万t以上链箅机一回转窑球团生产线见表6和表7。

    淘汰落后产能，实现高炉大型化是大势所趋。据初步统计，世界上大于2000m³高炉200多座，4000m³以上高炒42座(其中：5000 m³级高炉13座)，我国4000 m³以上高炉见表8。高炉大型化具有生产效率高、降低消耗、节约人力资源、提高铁水质量、减少环境污染等突出优点。小高炉(＜300 m³)单位能耗比大型设备(≥1 000 m³)高10％～15％，物耗高7％～1 0％，水耗高1倍左右，二氧化硫排放高3倍以上^[2]。

    综上所述，铁矿资源、能源短缺和污染物排放总量制约着我国炼铁的可持续发展。“十一五”规划纲要把节能和减排作为约束性指标，炼铁系统应在铁素资源循环利用、节能与能源利用、节水与水资源利用、固体废弃物综合利用以及清洁生产与环境保护等五个方面发展循环经济，以实现炼铁节能减排和可持续发展的目标。

3炼铁系统发展循环经济的关键

    炼铁系统发展循环经济的关键是做好物质和能源的大、中、小循环。

    ——小循环：以铁素资源为核心的生产上下工序之间的循环，如炼铁厂产生的瓦斯灰、瓦斯泥、除尘灰等返回烧结厂利用等。

    ——中循环：各生产工序之间物质和能源循环，如高炉渣作为生产水泥的原料，高炉煤气发电等。

    ——大循环：企业与社会之间的物质和能源循环。如高炉熔渣显热回收用作民用采暖，高炉喷吹废塑料，废塑料与煤共焦化，社会收购碎铁人高炉冶炼等。

3．1 铁素资源循环利用

    随着优质铁矿石资源的日益匮乏和激烈的市场竞争，经济、合理有效地综合利用铁矿石资源尤为重要。我国铁矿资源不足，需充分利用好国产矿和进口矿两种资源，建设资源节约型和环境友好型企业。加强对褐铁矿、鲕状赤铁矿、高磷矿等低品位、廉价矿的开发与利用。宝钢、首钢等利用褐铁矿进行低成本配矿已有成功的经验。回收利用轧钢氧化铁皮、瓦斯灰、瓦斯泥等含铁尘泥，并消纳社会上硫酸渣、铬渣等含铁资源。采用转底炉工艺可以对一些贫铁矿和共生矿进行综合利用，同时可以处理钢铁厂的粉尘和污泥，还可用于锌、铅、钒、钛等的综合利用及回收^[3]。

3．2节能与能源高效利用

    (1)煤气干法除尘和TRT余压发电。TRT可回收高炉鼓风动能的30％，发电量可达到20～40 kWh／t。配合采用煤气干法除尘，可使发电能力提高36％。我国采用TRT的高炉有220多座，1000m³以上高炉TRT普及率达到90％以上。干法除尘TRT发电量可达54kWh／t。煤气干法除尘具有投资少(为湿法60％～70％)、占地小(为湿法50％)、清灰效果好、无煤气泄漏、不耗新水(节水0．7～0．8 m³／t)、煤气含尘量低(可达3 mg/m³)、煤气质量提高(含水少、温度升高、煤气热值高)、减少对煤气管道腐蚀等优点。

    (2)烧结余热回收。烧结过程的废气余热来源于烧结烟气和冷却废气，属中、低温废气余热。烧结过程产生的废气余热占钢铁生产废气余热的1 2％以上，其中烧结矿的余热占8％，烧结废气余热占4％。据统计，日本钢管、住友、新日铁等钢铁公司在烧结机上设置余热回收装置，生产蒸汽或余热发电。日本烧结厂的余热回收技术从用途来看，可分为用于点火保温、用于预热混合料、用于产生蒸汽或发电等^[4]。

    烧结余热回收减少了排往大气的烧结废气量，从而也降低烧结废气除尘及脱硫等设施的费用。回收的热量可用于预热点火煤气、热风点火、热风烧结、生产蒸汽或余热发电等。烧结余热回收利用生产蒸汽或发电，因为方法不同及技术差异，一般可以生产蒸汽量30～90kg／t烧结矿，降低工序能耗3～10kg标准煤／t烧结矿。

目前，国内环冷机余热锅炉型式主要为翅片管式余热锅炉和热管式余热锅炉。鞍钢东烧360 m²、二烧360 m²、武钢三烧360 m²、唐钢265 m²等烧结机环冷机和首钢矿业公司90 m²烧结机机上冷却等都安装了翅片管式余热锅炉。马钢2台300 m²带式烧结机采用带冷机余热发电技术；济钢320 m²烧结机、武钢435 m²烧结机、安钢360 m²和400 m²烧结机、承钢360m²烧结机等正在实施烧结废气余热发电。

    (3)高炉冲渣水余热回收利用。利用高炉冲渣水余热用于冬季采暖或小规模制冷。将炉渣余热变为蒸汽的冷却法，2．5～3．0t炉渣可产生1 t蒸汽；柳钢正在进行利用炉渣余热发电的研究；宝钢、首钢采用轮法炉渣粒化装置，节约用水，并回收渣的热量。日本川崎钢铁公司和川崎重工公司于20世纪80年代联合设计了高炉渣干式造粒及余热回收装置，其主要性能：渣处理量40 t／h，蒸汽产量7 t／h，蒸汽参数1．5 MPa／220℃，热回收效率65．79％^[5]。

3．3  节水与水资源高效利用

    开发应用串接水利用技术、废水回用技术和环境友好水处理药剂技术等。采用循环用水，提高浓缩倍数，提高循环利用率；串级供水，按水质用水，一水多用等重复用水技术，提高水资源利用率。

    (1)煤气干法除尘。湿法除尘耗新水0．2 m³／t，全干法除尘仅在清灰的加湿过程中用少量水，日用量仅4～6 m³，节水效果突出。京唐钢5500 m³高炉、韶钢7号2500 m³高炉、攀钢1350m³和2000 m³高炉、莱钢1880 m³高炉、济钢1750 m³高炉、首秦1200 m³高炉、太钢3号高炉(1200 m³)、长钢8号高炉(1080 m³)等大高炉均采用煤气全干法除尘。部

分湿法除尘的高炉可利用大中修的机会，在总图布置允许的情况下，将湿法除尘改为干法除尘，经济效益和社会效益显著，如包钢1～5号高炉(1 500～2500m³)；新建高炉推荐采用干法布袋除尘。

    (2)软水密闭循环冷却。软水密闭循环系统可以减少冷却水用量，节约能源，延长高炉寿命。由于系统密闭，没有水的蒸发，只有水泵轴封处有少量水流失。据生产经验软水补水量1‰，而工业水为5％。

    (3)炉渣粒化装置。采用炉渣粒化处理技术，实现工艺过程节水，减少废水排放量。如承钢采用图拉法水渣处理工艺，耗水量小，有利于节水。

3．4  固体废弃物综合利用

    烧结可以消化钢铁厂产生的大部分含铁和碳的除尘灰、瓦斯灰、瓦斯泥、钢渣、炼钢污泥、轧钢铁皮等，实现固体废弃物的综合利用；消化化工企业的铬渣、硫酸渣等用于烧结配料；利用造纸企业的制浆废液开发有机粘结剂替代球团膨润土。

    目前，日本用于处理钢铁工业的炉尘进行商业生产的转底炉生产直接还原铁：神户加古川工厂于l998年3月投产，年处理炉尘量1．4万t；新日铁广烟工厂于2000年3月投产，年处理炉尘量19万t。蒂森一克虏伯钢铁公司采用OxyCup^®竖炉可以使钢铁联合企业生产链上的各环节产生的有利用价值的废弃物都可以完全得到回收处理，是一个对环境友好且经济有效的回收钢铁厂废弃物的方法。

3．5  清洁生产与环境保护

    (1)环境除尘采用高效布袋除尘器和干式电除尘器，除尘效率达99％以上，能满足国家对排放标准的要求。

    (2)烧结烟气脱硫。对烧结烟气S02排放控制的主要方法有：低硫原料配人法、高烟囱稀释排放法和烟气脱硫法。低硫原、燃料配入法有一定的应用局限性，高烟囱排放简单经济，但我国对SO₂实行排放浓度和排放总量双重控制，故必须对烧结烟气进行脱硫处理才能达到环保要求^[6]。烧结烟气脱硫的主要方法有氨硫铵法、石灰石膏法、钢渣法、氢氧化镁法、海水脱硫法、活性焦法等。石灰石膏法是世界上技术最成熟、实用业绩最多、运行状况最稳定的脱硫工艺，但由于副产物石膏在我国没有销路，投资和运行成本太高。湿式氨法是成熟工艺，具有脱硫效率高、安全可靠、能耗低、运行费用低等特点。将焦化生产中的氨回收，得到的氨水作为烧结烟气的脱硫剂，脱除了烧结烟气中的SO₂，得到的副产品为硫酸铵化肥，真正实现资源的综合利用，实现以废治废的循环经济目标。

    日本和欧洲由于环保法规严厉，早在20世纪70年代就开发了各种烟气脱硫技术，获得了良好的环境效益。烧结烟气脱硫在日本得到了比较广泛的应用，20世纪80年代之前，日本钢管公司设有氨硫铵法，住友金属公司设有石灰石(石灰)一石膏法，新日铁户烟厂3号烧结机设有Mg(OH)₂法等废气脱硫装置；进入2000年以后，烧结烟气多采用活性焦干法脱硫技术，如住友金属鹿岛厂2、3号烧结机，新日铁名古屋厂1、2、3号烧结机，韩国浦项制铁3、4号烧结机等。

我国对烧结烟气脱硫处于起步阶段，但SO₂排放的形势日益严峻，应加快实施烧结烟气脱硫项目。已有一些企业开始进入烧结烟气脱硫的运行阶段，如石钢采用密相干塔法对烧结机进行脱硫；福建三钢180 m²烧结机采用循环流化床干法脱硫技术；柳钢采用氨－硫铵法脱硫；宝钢自主研发的石灰石膏法烧结烟气脱硫技术取得成功；包钢根据白云鄂博矿含氟特点，创新半干法ENS环保工艺，除氟率、脱硫率分别达到95％和75％以上；攀钢、武钢等企业进行烧结脱硫试验。

4  结语

    (1)炼铁发展循环经济的措施：实施精料方针，提高铁素资源效率，降低资源消耗；采用综合节能技术，降低燃料消耗，降低工序能耗；发展清洁生产，资源综合利用，余热蒸汽闭环利用，工业水闭环利用，实现废水“零排放”，降低环境负荷。

    (2)加快实施烧结烟气脱硫、烧结余热回收和高炉煤气干法除尘、TRT余压发电，对当前我国钢铁工业节能减排有重要的现实意义。

   (3)炼铁在固体废弃物综合利用、水循环等循环经济方面潜力巨大，前景广阔。