典型钢铁生产流程理论极限能耗与CO_(2)排放分析

高炉-转炉流程是钢铁生产的主要流程,该流程也是典型的铁-煤化工过程,其物质、能源消耗和CO_(2)排放一直居高不下,在双碳目标下,钢铁生产流程节能与CO_(2)排放面临巨大压力和挑战。因此,以典型高炉-转炉长流程炼钢以及电弧炉短流程炼钢工艺为基础的极致能耗和CO_(2)排放的研究具有重要意义。围绕钢铁生产过程反应机理,采用热力学和热化学理论,对相应的生产工艺进行假设,基于实际的原料、燃料参数和反应条件,从工序和全流程的角度计算了典型钢铁生产过程的理论极限能耗和理论CO_(2)排放量,并剖析了其影响因素。结果表明,轧制过程为冷装料情况下,原料为全铁水时高炉-转炉长流程的理论极限能耗(以标准煤计)和CO_(2)排放为389.29 kg/t和824.08 kg/t(以CO_(2)计);15%废钢比的条件下,高炉-转炉长流程的理论极限能耗(以标准煤计)和CO_(2)排放减少,为338.56 kg/t和681.30 kg/t(以CO_(2)计)。采用电炉短流程炼钢工艺时,钢铁生产过程的能耗进一步降低,如采用100%废钢时,短流程炼钢工艺的理论极限能耗(以标准煤计)和CO_(2)排放分别为72.76 kg/t和328.79 kg/t(以CO_(2)计);而当原料为DRI或铁水时,电炉炼钢工序的能耗减少,但不利于全流程能耗的降低。探讨了不同原料结构、冶炼工艺对全流程能耗和CO_(2)排放的影响,以期为钢铁生产流程极致能效、极限碳排放分析提供理论依据,从而挖掘典型钢铁生产流程节能降碳潜力,助力钢铁行业碳达峰碳中和目标实现。

物理法COD减排理论极限能耗的热力学分析

首先针对系统的可持续性发展提出了三点本质要求,在此基础上提出了基于减排过程节能机制的热力学框架,并根据热力学第一、第二定律建立了计算物理法脱除有机污染物理论极限能耗的热力学分析方法.此外,以典型有机污染物的脱除为例,分别计算了封闭体系中298.15K和1.01325×105Pa下不同初始浓度、不同种类以及不同COD减排量的有机污染物脱除的理论极限能耗.本文的计算结果表明,废水中有机污染物的减排需要很高的能耗,脱除相同量有机污染物所需的理论极限能耗随着初始浓度的减小而显著增加,且不同种类污染物处理的难易程度和能耗高低相差很大,这充分说明减排与节能有着密不可分的联系,充分考虑污染物的种类、物理化学性质、毒性和浓度将有助于减排政策的科学制定.