我國鋼鐵行業二氧化硫總量減排對策研究

許艷玲 楊金田 蔣春來

(環境保護部環境規劃院，北京 100012)

鋼鐵行業是國民經濟發展的支柱性產業，鋼鐵材料迄今為止仍是人類社會最重要的基礎性、功能性材料。近年來鋼鐵行業發展迅速，2011年生鐵、粗鋼產量分別為6.41億噸和6.85億噸，相比2000年分別增長了389%和433%。鋼鐵行業是一個高耗能、高污染的行業。特別是SO2排放量十分可觀，2011年排放總量為251萬噸，僅次于電力工業，居于全國第二位。此外，鋼鐵工業的布局長期未能有效改善，16個直轄市和省會城市建有大型鋼鐵企業，加劇了城市大氣環境質量的惡化。特別是今年以來，我國中東部地區PM2.5污染形勢日益嚴峻，持續出現了大規模灰霾污染事件，而SO2是PM2.5的重要組成成分硫酸鹽的前體物。因此，鋼鐵行業SO2的總量減排，不僅是順利完成《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》提出的全國SO2排放總量目標的重要保障，也是改善城市和區域大氣環境質量的關鍵。

1 排放特征分析

近年來，我國鋼鐵行業一直保持著快速發展的態勢。由于燒結機SO2治理力度不斷加大和脫硫效果逐步顯現，鋼鐵行業SO2排放扭轉了“十一五”期間快速增加的趨勢。預計2012年我國鋼鐵行業SO2排放量約為233萬噸，相比2010年下降6%。然而鋼鐵行業依然是我國SO2排放的大戶，約占全國排放總量的11%。從區域分布來看，鋼鐵行業SO2排放量呈現區域集中的特點，其中河北、山西、遼寧、山東、四川的SO2排放量位居全國前五位，五個省的排放量約占全國鋼鐵行業SO2排放總量的45%，成為控制的重點區域。從產污環節來看，SO2排放十分復雜。燒結、球團、焦化、煉鐵、連鑄、軋鋼和鍋爐均會產生二氧化硫。其中，燒結和球團工藝是排放的重點環節，SO2主要來源于鐵礦石和固體燃料。焦化、煉鐵、連鑄、軋鋼工藝的SO2主要來源于燃料的燃燒。隨著鋼鐵企業的能源結構趨于合理化，自產煤氣利用率提高，煤、重油用量下降，燃料燃燒產生的SO2所占的比例呈下降趨勢。到2012年，燒結和球團工藝的SO2排放量約占鋼鐵行業排放總量的87%。因此，燒結是鋼鐵行業 SO2排放控制的重點工序。

2 污染減排的成功經驗

“十一五”以來，國家加強了對鋼鐵企業SO2排放的控制，并在2012年排放量首次出現拐點，主要經驗包括:國家層面出臺的相關環保政策和規劃強化環保管理要求、積極開展落后產能的淘汰工作、穩步推進煙氣脫硫工程、鼓勵能源回收利用等。

第一，污染減排相關政策文件把鋼鐵行業列為SO2減排的重點領域。《節能減排“十二五”規劃》提出了“十二五”期間鋼鐵行業SO2總量控制目標，要求2015年排放量控制在180萬噸以內，《節能減排規劃》強調了鋼鐵行業燒結機脫硫是污染物減排重點工程。同時，90m2以上燒結機煙氣脫硫工程已納入各省“十二五”主要污染物總量減排目標責任書。

第二，淘汰落后產能倒逼鋼鐵工業結構優化。一些小鋼鐵企業工藝、設備落后，能源消耗量相對高，單位產品的污染物排放量高于平均水平的3倍以上。國家加大了對鋼鐵行業的產業結構調整力度，提高了行業準入門檻，發布了《鋼鐵產業發展政策》、《產業結構調整指導目錄》等。2006-2011年間共淘汰落后煉鐵能力1.53億噸，煉鋼能力0.98億噸。

第三，推進燒結機煙氣脫硫。“十一五”初期，我國開始開展鋼鐵燒結機煙氣脫硫試點工作。截至2007年底，建成并投運的燒結機煙氣脫硫裝置僅為兩臺。但是由于設備調試，基本未運行。隨著SO2減排壓力加大，各地積極建設燒結機煙氣脫硫工程。截至2012年底，我國已建成脫硫裝置的燒結機共973臺，燒結機總面積6.8萬m2，占燒結機總面積的54%;已建成脫硫裝置的球團設備共54臺，產能1632萬噸，占全國球團總產能的8%。已投入運行的燒結煙氣脫硫裝置采用的工藝主要有石灰石——石膏法、循環流化床法、氨——硫銨法、密相干塔法等。從運行情況來看，脫硫效果并不理想，其中綜合脫硫效率在40%以上的僅占已脫硫燒結機總面積的57%。

圖1 2012年全國各省鋼鐵工業SO2排放分布圖

圖2 2012年燒結機的綜合脫硫效率

第四，全面實施煉焦爐煤氣脫硫。目前，絕大多數中、大型焦化爐配備了較完善的焦爐煤氣凈化脫硫系統并使凈化后的煤氣得以充分利用。煉焦爐脫硫工藝一般分為兩大類，如:HPF法、T.H法、F.R.C法、ADA法等濕式氧化脫硫工藝，脫硫效率一般在95%以上;而A.S法、索爾菲班法、真空碳酸鹽法等濕式吸收脫硫工藝，脫硫效率也接近90%。

第五，推進高爐、焦爐等煤氣的綜合利用。煉鐵、煉鋼、軋鋼等工藝基本采用了清潔能源作為燃料，SO2的濃度較低且排放量小，可直接排放。

3 “十二五”減排壓力分析

3.1 新的排放標準提出更嚴格的排放限值要求

一直以來，鋼鐵行業的污染物排放標準不完善，沒有出臺針對鋼鐵廠的行業標準，執行《工業窯爐大氣污染物排放標準(GB9078-1996)》和《大氣污染物綜合排放標準(GB16297-1996)》，排放限值要求寬松。有些企業以生產設備排放的污染物濃度不超標為由，反對國家提出的鋼鐵燒結機脫硫要求，總量減排遭受阻力。2012年環境保護部正式發布鋼鐵行業排放標準，包括燒結(球團)、煉鐵、軋鋼等子標準。新標準的SO2排放限值十分嚴格，特別是環境承載力弱、環境容量小及易發生環境污染問題等地區，需要執行特別排放限值。目前國內在沒有脫硫措施的情況下，可采用降低原料中的硫含量的方式降低SO2排放濃度，但平均排放濃度高達880mg/m3。而現役源限值為600mg/m3，因此部分企業必須采用燒結煙氣脫硫法才能達標。到2015年1月1日，現役燒結機要達到200mg/m3的要求，排放限值進一步加嚴。

3.2 當前SO2控制效果不理想

隨著燒結機脫硫工程大規模建設和投運，出現了脫硫設施建設、運行、監測和管理等方面的問題，導致我國燒結機煙氣脫硫系統的平均脫硫效率較低，運行效果有待提高。

3.2.1 脫硫設施建設和管理不規范

一些脫硫設施的建筑質量不能達到設計要求。由于脫硫市場魚龍混雜，一些脫硫施工單位缺少工程經驗、偷工減料，導致工程設計和施工上的嚴重不足，脫硫系統故障率高，增加了脫硫設施停運、維修時間。常見的問題包括塔體、泵、風機、除霧器等脫硫系統設計選型不合理以及防腐、外保溫等環節缺失等。另外，脫硫設施運行和維護水平低下。企業環境管理制度欠缺或是不規范，環境管理技術人員的專業知識和運行經驗比較薄弱。有些企業的脫硫設施DCS系統(Distributed Control System，分布式控制系統)過于簡單，甚至沒有配置DCS系統，而不同操作工人技術水平和責任感的差異會給脫硫設施的運行效果帶來很大的不確定性。

圖3 鋼鐵行業SO2排放標準

3.2.2 煙氣收集率低下

絕大部分燒結機煙氣脫硫系統采用半煙氣或選擇性脫硫方式，全國的煙氣收集率僅為50%～80%，導致大量的煙氣未經過脫硫處理而直接排放。目前我國還沒有出臺取消燒結機煙氣旁路的相關規定，很多脫硫設施設有煙氣旁路。由于旁路未設置流量、溫度探頭等監測項目，無法估計從旁路排放的煙氣量和污染物總量，開啟旁路漏排現象嚴重，且環保監管的難度比較大。

3.2.3 在線監測系統不完善

脫硫設施的在線監測裝置不符合國家規定。幾乎所有的燒結脫硫設施在線監測系統都安裝在凈煙道上，無法監控旁路的排放情況。企業未按照規定時間開展校準與參比試驗，通常表現在標準氣體已過期，量程設置不合理(量程過大或者設置上限等)，沒有定期進行維護、比對和校驗，監測數據不準確等。此外，企業還存在弄虛作假現象，通過修改電腦程序、篡改監測數據、采用模擬信號等方式，上傳給環保部門虛假的在線監測數據。

3.2.4 脫硫副產物利用難度較大

燒結煙氣的成分復雜，除了SO2、NOx、顆粒物等，還含有重金屬、二惡英、氯化氫、氟化氫等多種污染物，如果不能較好的綜合利用和處理，還可能產生不同程度的二次污染。干法半干法脫硫灰的主要成分是CaSO3，不穩定，650℃以上分解出SO2;氨法脫硫副產物中還有PCDD/F等多種POPS和重金屬，不能用于農業化肥的生產;石灰石——石膏法的脫硫石膏品質較差，而國內豐富的、高質量天然石膏原料限制了燒結脫硫石膏的綜合利用。目前，燒結脫硫副產物安全利用技術存在瓶頸，阻礙了燒結機脫硫技術的推廣和應用。

3.3 未來排放量上漲壓力大

未來鋼鐵行業SO2的排放主要與鋼鐵行業發展和污染物控制水平等因素有關。本文設計了三個不同的行業發展情景，其中情景1是基于《鋼鐵工業“十二五”發展規劃》的預測結果，2015年粗鋼產量達到7.5億噸;情景2根據“十二五”前兩年粗鋼產量增速進行預測，年均增速6.04%;情景3根據“十一五”粗鋼產量增速進行預測，年均增速12.52%。根據排放標準的要求，考慮脫硫設施運行和超標排放情況，按照SO2排放績效1.4千克/噸粗鋼來預測SO2新增量，則三個情景的預測結果顯示:《鋼鐵工業“十二五”發展規劃》對鋼鐵行業發展的預測較為保守，“十二五”期間新增粗鋼產量1.1億噸，即2013-2015年SO2新增量為4萬噸;但由于國內經濟社會發展對鋼鐵產品的需求旺盛，實際粗鋼產量必然會遠遠超過預期值。若按照“十二五”前兩年鋼鐵行業發展態勢，2013-2015年粗鋼產量增加1.38億噸，SO2新增量為19萬噸;若“十二五”的后三年國內經濟快速發展，粗鋼產量必將快速增加，預計2013-2015年粗鋼產量增加3.04億噸，SO2新增量為43萬噸。要完成《節能減排“十二五”規劃》中規定的鋼鐵行業二氧化硫排放總量控制目標，2015年鋼鐵行業SO2排放量要比2010年削減27%。但是，2011-2012年間由于粗鋼產量的快速增長和排放控制效果不理想，SO2排放未得到有效控制，沒有達到削減11%的要求，這就導致了“十二五”后期的減排壓力增加。在抵消因產量增加帶來的新增排放量的前提下，三個情景中2013-2015年間現役源需要削減的SO2排放量分別為52萬噸、67萬噸和91萬噸，即在2012年排放量的基礎上再削減23%、30%和40%。

表1 鋼鐵行業SO2減排壓力預測

4 “十二五”減排對策與措施

4.1 建立和完善行業總量控制體系

“十二五”期間，我國首次提出實施鋼鐵行業SO2總量控制。為了促進總量減排工作，我國應在當前的大氣污染物總量控制框架下，結合鋼鐵行業特點，設計鋼鐵行業SO2總量控制體系。

第一，構建行業總量減排指標分配的政策體系。通過分析排放指標量、分配方法和分配模式之間的邏輯關系和設計思路，建立基于鋼鐵行業SO2排放、控制和管理特點的分配方法，將SO2排放指標合理分解到鋼鐵企業，有利于強化減排責任和環境監管。

第二，實施目標責任制。篩選大型鋼鐵企業集團，考慮環境質量要求、排放基數、新增量、減排潛力等因素，結合總量指標分配的SO2指標量，確定企業集團的SO2總量削減目標和重點減排任務，編制目標責任書。環境保護部將與企業集團簽訂主要污染物總量削減目標責任書，每個SO2減排項目均要有時限要求和控制水平要求，達不到要求的應對該企業集團實行“環評限批”。

第三，完善鋼鐵行業SO2總量考核。進一步完善鋼鐵行業SO2排放量核算和現場核查技術方法，建立和規范鋼鐵集團的SO2總量考核方法。考核方式主要是依據各省總量考核的結果和現場檢查情況，確定各企業集團SO2排放量，并將總量目標的完成情況向社會公布。

第四，開展排污權有償使用和排污交易。排污權有償使用和交易制度是我國環境資源領域一項重大的、基礎性的制度改革和機制創新，可以發揮市場配置資源的基礎性作用、提高環境治理效率，降低環境治理成本，是實行主要污染物排放總量控制的有效手段。實施鋼鐵行業SO2排污權有償使用和排污交易，應建立交易制度框架，設計涵蓋目標確定——指標分配——有償核定——交易規則——市場培育——監督處罰——政策銜接等系統化的排污交易技術方法體系，出臺排污交易管理辦法等相關配套政策。

4.2 加快淘汰落后產能

按照國家產業政策，加快淘汰鋼鐵行業落后生產工藝裝備和落后產品。為了切實落實淘汰落后計劃，嚴禁落后產能轉移，必須采用“上大與壓小”相結合策略，淘汰落后與新建項目相結合的工作方式，同時綜合運用差別電價、財政獎勵、考核問責等手段。淘汰90平方米以下燒結機，土燒結礦、熱燒結礦工藝，8平方米以下球團豎爐，土法煉焦(含改良焦爐)，炭化室高度4.3米(搗固焦爐3.8米)以下常規機焦爐、400立方米及以下煉鐵高爐及30噸及以下轉爐、電爐等落后工藝和設備，預計“十二五”期間共淘汰落后燒結機0.5萬平方米、落后煉鐵能力4800萬噸、落后煉鋼能力4800萬噸。

4.3 強化源頭預防和過程控制

鋼鐵行業產業鏈長，生產工藝復雜，物料轉化過程、排污節點多，污染控制難度大，應推動SO2總量減排從以末端治理為主的方式向源頭預防和過程控制轉變，包括嚴格市場準入、清潔能源利用、節能降耗、技術進步等。第一，提高新建項目準入門檻，抑制產能過剩地區鋼鐵產業的盲目擴張。把污染物總量指標作為環評審批的前置條件，新增產能實行產能規模減量置換。對于環境形勢嚴峻的環渤海、長三角等地區，不再布局新建鋼鐵基地。新建項目要充分考慮當地環境質量和區域主要污染物總量減排要求，按照先進生產工藝和最嚴格的環境保護要求控制SO2排放總量。 “十二五”期間，新建燒結機應配套安裝脫硫設施，脫硫效率達到80%以上。第二，強化燃料和原料管理。適當地選擇和配入含硫低的原料，鼓勵有條件的企業使用進口低硫礦和低硫煤，促進采選礦技術升級和降低國產礦含硫率。充分利用鋼鐵生產過程中的余熱余能，優先回收和利用高爐、轉爐和鐵合金電爐的煤氣，降低燒結、煉鐵、煉鋼等工序能耗，同時大力發展燃氣——蒸汽聯合循環發電技術。第三，加強技術管理，促進產業結構的優化。加快應用新技術、新工藝、新裝備，對企業現有生產設施、裝備、生產工藝條件進行改造，不斷優化生產流程，升級企業技術裝備，提高資源綜合利用水平。強化對重點行業的強制性清潔生產審核，積極推進結構調整和產業升級。

4.4 加大末端治理力度

全面推進鋼鐵行業SO2工程減排，嚴格監管，充分發揮工程減排效果。到“十二五”末，所有燒結機和位于城市建成區的球團生產設備建設煙氣脫硫設施，共計530臺燒結機(7.8萬平方米)。能否實現SO2排放量的真正下降，關鍵還是脫硫設施建成后的運行和管理。對在運行過程中發現脫硫設施不能穩定達標排放的、實際使用原料硫分超過設計硫分的，應進行脫硫設施改造，提高脫硫能力;部分煙氣脫硫的鼓勵改造為全煙氣脫硫方式，取消煙氣旁路，提高煙氣收集率，盡量避免SO2未經治理而直接排放;脫硫效率達不到設計要求的燒結煙氣脫硫設施，通過加強管理等措施，提高脫硫設施的投運率和污染物的去除效果，要求脫硫效率達到80%以上。鑒于燒結煙氣中NOx、煙塵、二惡英等污染物濃度也比較高，對環境和人體健康危害大，且有害物質可能進入脫硫副產物造成二次污染物，燒結煙氣脫硫工藝應充分考慮脫硫副產物的安全利用和多污染物的脫除。加強焦爐煤氣中硫的控制，硫化氫去除率低下的裝置采用脫硫技術改造、尾部加裝二級脫硫裝置或加強脫硫運行等方式，提高焦爐煤氣脫硫效果，從而降低作為燃料的焦爐煤氣燃燒時所產生的二氧化硫。

4.5 完善環境監管體系

加強排放監督管理是實現鋼鐵行業SO2總量減排的重要手段。環境監管涵蓋了環境執法、環境監測、公眾監督等多方面內容。第一，環境保護主管部門要加強環境執法工作。對于未執行相關環保制度、燒結機煙氣脫硫設施運行不規范或者污染物濃度超標的鋼鐵企業，必須進行停產整頓，加大經濟處罰力度，并追究相關人員的法律責任。第二，推進在線監測的精細化管理。具體管理方式為:各企業的在線監測體系應該與地方及國家環保部門聯網，并確保系統正常、穩定運行。環保部門將在線監測設備納入污染治理設施進行管理，負責對在線連續監測系統進行校正、標定和計量認證，以此建立起控制SO2污染的長效機制。第三，提高企業環境管理水平。企業要建立和完善SO2總量減排相關管理制度，建立減排臺帳，定期收集、整理、分析監測數據和資料，全面掌握原料、能源消耗和污染物排放情況。開展培訓和交流，提高環保技術人員的素質。第四，充分利用信息公開制度，利用社會輿論壓力以提高減排任務的執行力度。環境保護主管部門要定期公布鋼鐵企業SO2總量減排相關信息，包括:SO2排放指標、排放和超標情況、重點工程項目落實情況、管理部門執法檢查以及社會公眾反饋等內容，調動全社會力量加強監督。

4.6 完善配套政策

建立落后產能退出機制，有條件的地方要安排專項資金支持淘汰落后產能，中央財政通過增加轉移支付，對經濟欠發達地區給予適當補助。建立燒結機脫硫激勵機制，綜合采用財稅、金融、價格、行政等手段，充分發揮價格杠桿作用，推進燒結機煙氣脫硫裝置建設，國家和地方財政給予資金支持。出臺激勵政策，促進煤氣-蒸汽聯合循環發電、高爐余壓發電、汽化冷卻及能源資源回收再利用技術等節能減排技術的推廣和應用。

［1］中華人民共和國中央人民政府.關于印發《鋼鐵工業“十二五”發展規劃》的通知［EB/OL］.(2011-11-7).http://www.gov.cn/zwgk/2011-11/07/ content_1987459.htm.

［2］劉炳江.“十二五”主要大氣污染物總量減排對策措施［J］.環境與可持續發展，2012，37(4):5-10.

［3］郜學.中國燒結行業的發展現狀和趨勢分析［J］.鋼鐵，2008，43(1):85-88.

［4］單尚華，李春風.加快實施燒結煙氣脫硫、促進區域環境改善［N/OL］.中國冶金報，2006-6-20.

［5］吳海濤.燒結煙氣脫硫存在的問題及源頭控制的設想［J］.中國冶金，2011，21(11):5-7.

［6］劉濤，李春風.燒結脫硫對節能減排、擴大內需的作用分析［J］.冶金經濟與管理，2009(3):16-17.

［7］朱延鈺.燒結煙氣凈化技術［M］.北京:化學工業出版社，2009.