鋼鐵工業實施超低排放改造技術要點分析

張 翀

(忻州市行政審批服務管理局，山西 忻州 030006)

引 言

鋼鐵行業是我國的支柱產業之一，是國民經濟發展重要的基礎工業。我國的鋼鐵產能和鋼鐵產量均位居世界第一，據有關方面統計，粗鋼產能約在10億t，近3年的年均粗鋼產量在9億t左右。鋼鐵企業分布的地域主要為京津冀及周邊地區、長三角和汾渭平原，占我國鋼鐵產量的55%。鋼鐵企業集中分布區域同樣是我國的環境空氣重點控制區域，在鋼鐵企業產量排名前20的城市，位于環境空氣重點控制區域的有13個，環境空氣中PM2.5平均濃度50 μg/m3，遠遠高出全國PM2.5平均濃度，由此可以看出，目前鋼鐵企業的高能耗、高污染是引起環境空氣質量居高不下的因素之一，同時鋼鐵企業的地域分布與環境空氣質量具有一定的相關性。

伴隨著歷史的發展，我國的鋼鐵企業涵蓋面很廣，既有單獨的或者涉及幾個工序的獨立球團、燒結、煉鐵等企業，也有長流程的鋼鐵企業，這些企業基本包含了所有生產工序，從原輔材料的生產到最終鋼產品，具備了煉焦、活性石灰、球團、燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼(熱軋、冷軋)及其下游產品加工等主要生產工序。以長流程的鋼鐵企業為例，基本所有的工序都涉及污染物排放，且排放量較大，根據一些鋼鐵企業的實際調查情況，有組織排放源在一百個以上；物料儲存、轉運環節有上千條皮帶，相應的無組織排放源有上千個；運輸車輛每天在幾千輛；排放的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物總量位居工業行業中的前三位。當然，不同的鋼鐵企業的污染防治措施管控水平和環境管理水平差異很大，但目前整體的排放水平已經成為影響區域環境空氣質量的重要因素。

根據產業結構調整指導目錄，180 m2以下燒結機、1 200 m3以下煉鐵高爐與100 t以下煉鋼轉爐均已列入限制類裝備，而且1 200 m3及以上煉鐵高爐、100 t及以上煉鋼轉爐達不到環保、能耗、安全等強制性標準同樣列入限制類，從對鋼鐵行業的整體要求來看，提高鋼鐵企業裝備水平升級，滿足日趨嚴格的環保要求已經是大勢所趨。實施鋼鐵行業超低排放改造同時也是推動行業綠色高質量發展，推進供給側結構性改革，打贏藍天保衛戰的重要保證。

在此背景下，生態環境部會同發展改革委、工業和信息化部、財政部、交通運輸部等五部委于2019年4月聯合印發了《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》(環大氣〔2019〕35號)，由此開始，鋼鐵超低排放改造進入了實質性的實施階段。為進一步指導、細化超低改造過程的技術要求，規范超低排放評估監測工作，統一超低排放認定標準和評估監測程序和方法，生態環境部于2019年12月印發了《關于做好鋼鐵企業超低排放評估監測工作的通知》(環辦大氣函〔2019〕922號)，詳細制定了《鋼鐵企業超低排放評估監測技術指南》。隨后中國環境保護產業協會于2020年1月編制了《鋼鐵企業超低排放改造技術指南》(中環協〔2020〕4號)。由此，鋼鐵工業超低排放的政策要求、技術路線、技術指標、技術措施基本形成系統性、專業性的體系。

鋼鐵工業超低排放是全面的超低，不僅是煙囪有組織排放要達到超低排放限值，同時無組織排放和交通運輸排放也要全面達到超低排放要求。因此，鋼鐵行業超低排放是全流程、全過程的超低排放。

1 有組織超低排放技術要點

1.1 標準體系

根據鋼鐵行業超低排放濃度限值，燒結機頭、球團焙燒煙氣中顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放限值為10 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3，其中燒結機頭煙氣基準含氧量16%、球團焙燒煙氣基準含氧量18%。對比鋼鐵行業特別排放限值，燒結機頭、球團焙燒中的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放限值為40 mg/m3、180 mg/m3、300 mg/m3，分別嚴格了75%、81%、83%。有組織排放限值達到超低，技術要點應關注：所有生產設施末端治理措施的提標改造以及煤氣的精脫硫，其中選擇經濟可行、穩定運行、穩定達標的燒結機頭煙氣除塵、脫硫、脫硝及煤氣精脫硫的工藝技術路線和工程措施是有組織排放達到超低的要點。

從目前技術體系的支撐分析，鋼鐵行業的污染防治可行性技術主要是針對達到鋼鐵工業特排限值，尚沒有具備操作性的鋼鐵超低排放可行性技術規范，應借鑒火電行業超低排放改造的經驗，出臺指導鋼鐵超低排放的最佳可行性技術規范等技術標準。

1.2 燒結(球團)超低排放技術要點

燒結(球團)是一種人工的提高鐵礦石品味的工藝，燒結機排放的污染物總量約占鋼鐵行業污染物排放總量的50%以上，氟化物和二噁英排放量占90%以上，是鋼鐵行業大氣污染排放量最大的工序。燒結機機頭廢氣流量大、煙溫較低(80 ℃～200 ℃)、含濕量大(約10%)、二氧化硫產生質量濃度在1 000 mg/m3～10 000 mg/m3，氮氧化物產生質量濃度在150 mg/m3～600 mg/m3。通過對現有的除塵、脫硫設施進行提標改造，相對來說較容易達到超低。在脫硝方面，傳統熱電行業脫硝技術無法直接移植，開展過程控制和末端治理相互耦合的關鍵技術，已成為燒結煙氣超低排放技術的關鍵[1-3]。球團煙氣與燒結煙氣排放特征較為相似，末端治理技術可以互為借鑒。

目前燒結廢氣治理措施主要采用兩種工藝配置：一是雙室四電場靜電除塵器+主抽風機+SSC燒結煙氣干式超凈工藝(脫硫反應塔+脫硫布袋除塵器)+SCR脫硝+引風機+煙囪排放。二是雙室四電場靜電除塵器+石灰-石膏濕法煙氣脫硫+濕電+SCR脫硝+引風機+煙囪排放。除塵、脫硫、脫硝各部分技術已經比較成熟，根據鐵精粉來料含硫量、運行工況，綜合確定合理的工藝技術路線，是確保達到超低排放的重要保證。

1.2.1 燒結機頭除塵

燒結機除塵技術已經十分成熟，通常采用三級除塵：四電場靜電除塵+脫硫(除塵效率50%)+布袋除塵或濕電工藝，綜合除塵效率≥99.9%，實際運行效果可達到10 mg/m3以下。

1.2.2 燒結機頭煙氣脫硫

目前燒結機頭煙氣脫硫主要采用的濕法、半干法或者協同脫硫脫硝工藝，已經實際運行的有太鋼公司的活性炭干法脫硫脫硝設施、寶鋼公司的循環流化床半干法脫硫以及普遍使用的石灰-石膏法。

石灰-石膏濕法脫硫、半干法/干法脫硫、活性炭法三種常用方法的技術經濟比較，如表1所示。

表1 燒結機頭煙氣脫硫方法技術經濟比較表

本文主要列舉了目前使用較多的三種脫硫工藝技術經濟對比，鋼鐵企業超低改造脫硫設施應綜合考慮原輔材料含硫量及鐵礦的預混調節范圍、實測煙氣二氧化硫濃度、脫硫劑的采購條件及企業周邊的綜合利用區位優勢等因素，綜合考慮以上因素，在設計階段確定脫硫效率、工藝技術參數是十分重要的。

1.2.3 燒結機頭脫硝工藝

我國的燒結廢氣脫硝起步較晚，采用的工藝技術路線不盡相同。由于燒結機頭煙氣煙溫較低，目前主流的燒結機頭煙氣脫硝主要采用的中高溫SCR脫硝工藝。該工藝目前已在大型火力發電廠、鋼鐵企業的脫硝中均得到了廣泛的運用，實際運行效果基本可達到超低要求。總體工藝布置為SCR反應器布置在脫硫、除塵系統、GGH和燃燒器之后。在催化劑和氧氣存在的條件下，在300 ℃～350 ℃范圍內，還原劑NH3選擇性的將煙氣中的NOx還原成N2和H2O。

2 高爐煤氣精脫硫工藝

高爐煤氣精脫硫是鋼鐵企業內燃燒設施煙氣超低排放最有效的方法，也是燃燒煙氣二氧化硫達標排放的重要保證。近兩年，高爐煤氣的精脫硫才剛開始起步，精脫硫工藝的運行效果還有待進一步驗證。本文以山西省某鋼鐵廠于2019年12月投運的“有機硫水解轉化+濕法脫硫”為例，探討高爐煤氣精脫硫的工藝技術路線。

高爐煤氣精脫硫擬采用“水解轉化+濕法脫硫”工藝。高爐煤氣中硫的存在主要形式為有機硫和無機硫，有機硫主要為羥基硫、二硫化碳，無機硫主要為硫化氫。該工藝的前段水解酸化主要是利用催化劑將有機硫轉化為無機硫，后端的濕法脫硫借鑒了焦爐煤氣的PDS栲膠濕法脫硫工藝。根據目前的實際運行情況，脫硫效率可達到90%。煤氣精脫硫凈化系統技術參數見表2。

表2 煤氣精脫硫凈化系統技術參數表 mg/m3

從實際運行效果來看，為了保證脫硫效率，水解催化劑更換頻率較高，導致運行成本較大，另外濕法脫硫產生的廢液，廢液如何處理還存在一定的困難。脫硫后產生的硫膏和脫硫廢液的屬性還需要進一步調查，按《危險廢物鑒別技術規范》(HJ/T298)、《危險廢物鑒別標準 通則》(GB5085.7-2019)等國家規定的標準和方法對所產生的固體廢物開展危險特性鑒別，并根據其主要有害成分和危險特性確定所屬廢物類別并按要求進行管理。

3 無組織超低排放技術要點

由于鋼鐵聯合企業無組織排放源眾多，可以說無組織排放的治理是鋼鐵超低改造的重中之重，也是實施超低排放的重要保證。目前，鋼鐵企業普遍花費巨資正在建立管控治一體化系統，可以實現產塵點、視頻監控、治理設施、生產設施的聯動。同時建立無組織源排放清單是實現聯動系統的基礎工作，詳細認真的現場調查，上千個無組織源的確定，需要付出艱辛的勞動。

4 清潔運輸技術要點

清潔運輸方式主要包括鐵路、管道或者管狀帶式輸送機，清潔方式運輸比例應大于80%。對于較大規模的鋼鐵聯合企業，具備經濟實力和條件建設鐵路專用線運輸大宗物料和產品，但對于大多數獨立的鋼鐵企業，必須在汽車運輸(包括廠內非道路移動機械)上制定嚴格的標準，從外部運輸、內部運輸(包括廠內物料轉運)、車輛監管系統平臺、門禁系統制定方案。

5 結語

鋼鐵超低排放改造工作是一個大的系統性工程，涉及內容廣，內涵豐富，需要統籌的工作基本涵蓋了鋼鐵廠所有的生產、管理部門及崗位，而且鋼鐵超低排放剛進入起步階段，在不斷摸索中前行，從目前來看已經取得了較好的治理效果。實施鋼鐵工業的全面超低排放，應首先著手經濟可行、可靠的污染治理工藝技術，其次再以點帶面，形成管控治一體化平臺，建立潔凈物流運輸體系，實現全流程、系統性的鋼鐵超低排放。