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日本钢铁业的绿色举措及JFE的绿色创新

冶金传媒 2019-02-10 16:44:32

高子耳

2014年底,日本铁钢联盟公布了日本钢铁业2020年~2030年的二氧化碳减排计划。根据该计划,到2020年,日本钢铁业的二氧化碳排放量将比2005年减少200万吨;到2030年,二氧化碳减排量比2005年减少900万吨。日前获悉,JFE正在建设一套150MW的燃气轮机联合循环自用发电机组,并计划于今年投入运行。

钢铁生产需要消耗大量的资源和能源,因此,在钢铁生产过程中降低环境载荷显得十分重要。本文以JFE为例,介绍了日本钢铁工业防止全球变暖,以及在资源节约、降低环境载荷、建设循环型社会和未来发展趋势方面的措施和技术创新。

日本钢铁业实现“3个生态”

2009年11月,日本铁钢联盟提出了努力解决全球变暖的概念。这个概念基于在全球范围内减少温室气体排放,不仅通过钢铁企业自身减少废气排放,还将其扩展到其他工业行业和海外的制造企业,其核心要素是“3个生态”:生态过程、生态产品和生态解决方案。

生态过程。生态过程是指,在生产过程中减少CO2排放,主要通过生产系统的最优化、操作装备和技术的提高、最先进节能技术和装备的应用。从上世纪70年代到80年代,日本钢铁工业总计投入资金3万亿日元用于环境保护和资源节约,并引入了大批节能设备。因此,当时日本的能源节约了20%。从1990年起,在日本铁钢联盟志愿行动计划的推动下,日本钢铁工业开始实施各项措施,以再减少10%的能源消耗。单从减少CO2来看,日本目前的减排量达到了9%,即相当于每年减少1787万吨的CO2,并提前完成了单项工业CO2减排指标。目前,这些研究和技术已经几乎得到100%的实际应用。同时,日本钢铁业实现了全球最高水平的能源利用率。数据显示,日本钢铁工业的能源利用率约高于能源利用率最差的国家30%。

生态产品。生态产品是指能源节约体现在产品使用阶段,是为用户提供高性能的钢铁材料,如开发和推广车体轻量化的高强钢等,通过能源的经济性利用达到能源节约。

日本能源经济协会2010年做了一项试验,以计算高性能钢铁产品最终使用阶段的CO2减排效果。该项目的产品类别包括高性能的汽车板、取向电工钢、船板用钢、钢管和不锈钢等。数据结果显示,在日本使用的这5类钢材的CO2减排量为926万吨,海外的减排量为1282万吨。因此,高性能钢材使用实现的总减排量为2208万吨。此外,为了继续提高产品的有效利用率、开发先进技术,还需要引入产品全生命周期评价的方法。

生态解决方案。生态解决方案是指通过研发和全球推广相关的节能环保技术来减少全球的CO2排放。这种先进技术和装备向其他国家输出,也为全球范围的能源节约和遏制全球变暖提供了有效的途径。

由日本钢铁工业研发和商业化的先进节能技术和装备已经被引入很多国家,仅从日本钢铁工业安装和正在运行的装备来看,2011年,这些主要节能钢厂减少了约4341万吨CO2的排放量。为了促进世界钢铁工业提高能源效率和减排CO2,日本钢铁工业也参与到了众多国际活动中。例如,中日钢铁工业互相交流讨论先进的节能环保技术,日本钢铁工业还参与到国际钢协的CO2突破计划。

可以预计,未来通过“3个生态”实现的总减排量约为8300万吨,相当于日本1990年总排放量的7%。日本钢铁联盟志愿行动计划已经在2012年结束,但在2014年11月13日,日本铁钢联盟又公布了日本钢铁业2020年~2030年的二氧化碳减排计划。

JFE的碳减排注重效率和创新

目前,JFE通过干熄焦、煤调湿、烧结冷却废热回收、废塑料投料、高炉煤粉喷吹、高压蒸汽回收发电、竖炉改造、无头轧制、过程耦合、回转式再生热交换器、余热锅炉等技术装备和管理手段,使粗钢单位能耗相比1990年降低了18%,CO2排放量减少了20%。

Super-SINTERTM技术。Super-SINTERTM技术主要是在烧结过程中,用氢基气体代替常用的碎焦炭。天然气等氢基气体,比碳基焦炭具有更低的CO2排放。该项技术最初应用于JFE京滨厂,在2012年全部应用于JFE的钢厂。

高效发电设备。JFE对众多的高压氧气、氮气压缩机进行持续的更新改造,更新改造的钢厂包括京滨厂、千叶厂、冈山厂和福山厂等。在千叶厂,JFE正在建设一套150MW的燃气轮机联合循环自用发电机组,以通过提高能源利用效率来节约能源、减排CO2。该新机组将于今年(2015年)投入运行。

对抗全球变暖的技术发展。作为COURSE50技术项目的成员,JFE开发了变压吸附分离和回收CO2的技术,以及从钢渣回收废热的技术。

变压吸附工艺技术是用沸石作为吸附剂分离和回收高炉副产煤气中的CO2。目前,JFE已经在其西日本钢铁福山厂建设了一套规模为3吨CO2/天的试验装置。

目前,JFE正在研究开发一种名为“铁焦”的CO2减排生产技术。同时,JFE在东日本钢铁京滨厂建设了一个铁焦产能为30吨/天的试验工厂,并得到日本新能源产业技术综合开发机构的赞助支持。

为了实现世界最高水平的能源有效利用,JFE到2011年已经累计投入了4275亿日元。目前,JFE正在计划100亿日元/年的大规模投资,用于能源系统的升级改造等。

环保和副产物回收并行

JFE在2005年就成立了单独的环境管理控制部门,并加强了其权力。同时,JFE从审计部门引入了环境审计系统,环境管控能力也随着业务审计的实施不断提高。此外,他们还在各个工作层级引入了环境保护教育系统,以增强员工的环保意识和环保知识。JFE鼓励技术岗位的员工考取日本政府承认的污染控制经理资质证书。从2005年至今,JFE已经有1074人取得了该项资质。

JFE降低苯排放的措施包括:通过使用高效的炉门清扫机减少焦炉的气体泄漏;引入燃烧处理和活性炭吸附处理工艺,处理煤填入焦炉时的煤气放散;引入蒸汽回收和燃烧处理设备处理轻质原油等。2011年,JFE的苯排放量相比2001年降低了70%。二口恶英主要产生于烧结过程,JFE加强了湿式静电除尘器的能力,同时,采取措施减少烧结材料中Cl的放散。因为Cl是二口恶英形成的主要因素之一。与2001年相比,JFE2011年的二口恶英总排放量降低了88%。

JFE很早就采取了多项措施防止粉尘排放,如增加粉尘采集器的数量、提高其性能,在料仓洒水或者料仓封闭,在厂区经常性的清洁和洒水等。目前,JFE京滨厂的洒水设备又进行了升级。基于模拟分析,JFE能够找出需要实施措施的关键点,同时积极有效的提高装备水平。

2011年,JFE总共消耗了约6800万吨原材料,产生了约1500万吨的副产物,但其副产物回收率达到了99.7%。目前,JFE正在开发一种冶金渣的新用途,将其作为海洋环境恢复的材料。该项研发利用冶金渣中的氧化钙和氧化铁成分,以及使珊瑚礁恢复的技术。珊瑚虫和昆布等生物能够在这种材料中生存,从而达到恢复珊瑚礁海洋环境的目的。

粉尘和污泥具有很高的含铁量,但其中有时会含有锌和其他杂质,使其难以回收再利用。为此,JFE开发引进了回收装置。例如,粉尘精炼炉能够将锌从粉尘中除去并加以回收,使含铁粉尘能够重新用于冶炼,该技术最早用于JFE福山厂。此外,JFE仓敷厂还利用一种焙烧炉将含油污泥中的油除去。

JFE研发了一系列循环技术利用燃烧炉和熔化炉消纳其它行业以及社会的废塑料,例如塑料容器和塑料包装这类常见的城市垃圾。JFE在世界首次应用废塑料作为高炉原料,并将其商业化,其主要是喷吹塑料粉,并且将其作为高炉中铁矿石的还原剂。

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