鋼鐵企業(yè)全口徑二氧化硫排放總量自行核算方法

李道永

(攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司,四川成都610300)

鋼鐵企業(yè)全口徑二氧化硫排放總量自行核算方法

李道永

(攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司,四川成都610300)

鋼鐵企業(yè)開展全口徑二氧化硫排放總量的自行核算與申報(bào),是國家環(huán)保部對(duì)企業(yè)進(jìn)行污染物總量減排核查核算的重要依據(jù)。綜述了攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司在歷年國家污染物總量減排全口徑核查工作中采用的自行核算方法,并結(jié)合總量核查認(rèn)定要求提出了技術(shù)和管理改進(jìn)建議。

環(huán)保;總量減排;核算方法

1 引言

攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司(以下簡稱攀成鋼)燒結(jié)(球團(tuán))工序產(chǎn)生了大量的二氧化硫排放,年排放二氧化硫總量一度占到了成都市的2成以上。作為廢氣國家重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè),同時(shí)也是成都市“十二五”二氧化硫總量減排重點(diǎn)單位,2010年以來國家環(huán)保部每年均對(duì)攀成鋼二氧化硫減排工作進(jìn)行了全口徑核查核算。攀成鋼依據(jù)國家《“十二五”主要污染物總量減排核算細(xì)則》,采取全口徑、全流程的方式,從物料平衡、硫平衡的角度,結(jié)合主要產(chǎn)品產(chǎn)量、原材料使用量、脫硫劑消耗量、副產(chǎn)品產(chǎn)量和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)編制了鋼鐵全口徑二氧化硫減排申報(bào)材料,科學(xué)詳盡地完成了公司二氧化硫排放及減排數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作,通過了歷次的總量減排年終核查。

2 概論

2.1 主要污染物總量減排核算

近年來,隨著國內(nèi)鋼鐵產(chǎn)業(yè)規(guī)模的快速擴(kuò)張,燒結(jié)工序排放的顆粒物、二氧化硫(SO2)和氨氮(N-NH3)等大氣污染物,已成為影響區(qū)域空氣質(zhì)量指標(biāo)的重要因素。為貫徹落實(shí)《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》、《國務(wù)院關(guān)于落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的決定》(國發(fā)[2005]39號(hào))以及《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》,國家環(huán)保部于2011年制訂了《“十二五”主要污染物總量減排核算細(xì)則》,決定在“十二五”期間對(duì)《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》中確定實(shí)施排放總量控制的四項(xiàng)污染物,即化學(xué)需氧量(COD)、二氧化硫(SO2)、氨氮(N-NH3)、氮氧化物(NOX)開展總量減排核查核算。鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)(球團(tuán))二氧化硫排放總量核定,根據(jù)《“十二五”主要污染物總量減排核算細(xì)則》確定的統(tǒng)一核算范圍、核算方法、認(rèn)定尺度、取值標(biāo)準(zhǔn)采取全口徑核算方式進(jìn)行。

2.2 鋼鐵全口徑核算

鋼鐵行業(yè)全口徑核算是指鋼鐵聯(lián)合企業(yè)及獨(dú)立球團(tuán)(燒結(jié))、煉鐵、煉鋼企業(yè)所有機(jī)組和生產(chǎn)線(不含自備電廠)二氧化硫排放量之和。全口徑核算按核算期開展,國家環(huán)保部以年為單個(gè)核算期。單個(gè)核算期鋼鐵企業(yè)二氧化硫全口徑核算減排量為該核算期末鋼鐵企業(yè)二氧化硫全口徑排放量減去上年同期鋼鐵企業(yè)二氧化硫全口徑排放量。

鋼鐵全口徑核算基于生產(chǎn)過程燃料、原料的消耗量,含硫率和綜合脫硫效率等情況,分機(jī)組、分生產(chǎn)線逐一核算二氧化硫排放量,通過累加法核算出行業(yè)排放總量。核算過程中重點(diǎn)核實(shí)綜合脫硫效率和含硫率情況,并利用產(chǎn)品產(chǎn)量等信息對(duì)燃料、原料的消耗量進(jìn)行校核。

3 企業(yè)自行核算方法

鋼鐵企業(yè)在鋼鐵全口徑二氧化硫減排申報(bào)材料中,根據(jù)原材料使用量、產(chǎn)品產(chǎn)量、脫硫劑消耗量、副產(chǎn)物產(chǎn)量和在線監(jiān)測記錄等基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對(duì)核算期內(nèi)減排機(jī)組以及整個(gè)企業(yè)的二氧化硫產(chǎn)生和排放總量開展自行核算,是企業(yè)為國家總量核查提供的核定基礎(chǔ)。申報(bào)材料中的自行核算方法是否科學(xué),采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確,直接關(guān)系到自行核算結(jié)果是否被國家污染物減排核查專家組所認(rèn)可。

燒結(jié)機(jī)(球團(tuán)設(shè)備)二氧化硫排放量占攀成鋼二氧化硫排放總量的90%,是二氧化硫排放自行核算的重點(diǎn)工序;煉鐵、煉鋼、軋鋼等其他工序二氧化硫排放主要來自于高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和天然氣等燃料的燃燒,通過煤氣和天然氣的消耗量統(tǒng)一測算。攀成鋼二氧化硫排放量自行核算分為全工序產(chǎn)量及原材料校核、燒結(jié)(球團(tuán))工序排放量核算、其他工序排放量核算和全口徑物料及硫平衡校核四部分進(jìn)行。

3.1 二氧化硫全工序產(chǎn)量、原材料校核

企業(yè)核算期內(nèi)單機(jī)組鐵原料、焦炭、燃煤等使用量以及含硫率直接決定其工序硫的帶入總量,大氣污染減排核查核算表中,對(duì)于核算期已投運(yùn)脫硫設(shè)施的企業(yè)單機(jī)組工序硫帶入總量計(jì)算公式為:

式中:Q單機(jī)組—企業(yè)單機(jī)組工序硫帶入總量;

QFe—脫硫設(shè)施投運(yùn)后含鐵原料使

用量;

PFe—含鐵原料含硫率;

QF— 脫硫設(shè)施投運(yùn)后固體燃料使

用量;

PF—固體燃料含硫率。

燒結(jié)(球團(tuán))礦、生鐵、粗鋼、鋼材等產(chǎn)量則主要用于校核含鐵原料使用量,根據(jù)《“十二五”主要污染物總量減排核算細(xì)則》其校核原則為:

(1)含鐵原料用量根據(jù)燒結(jié)礦(球團(tuán)礦)產(chǎn)量進(jìn)行校核。噸燒結(jié)礦含鐵原料消耗量約為0.9t,噸球團(tuán)礦含鐵原料消耗量約為1t。

(2)燒結(jié)礦(球團(tuán)礦)產(chǎn)量一般采用生鐵產(chǎn)量進(jìn)行校核。校核企業(yè)上報(bào)的燒結(jié)礦(球團(tuán)礦)產(chǎn)量的通常方法是以企業(yè)核算期內(nèi)生鐵產(chǎn)量反算出燒結(jié)礦(球團(tuán)礦)使用量,再減去燒結(jié)礦(球團(tuán)礦)的外購量即可得到企業(yè)燒結(jié)礦(球團(tuán)礦)理論產(chǎn)量。反算過程中,噸生鐵燒結(jié)礦消耗量為1.33t,球團(tuán)礦或塊礦消耗量為0.34t。燒結(jié)礦產(chǎn)量也可以采用燒結(jié)機(jī)面積進(jìn)行校核,校核公式為:

式中:P燒結(jié)—核算期燒結(jié)礦產(chǎn)量,t;

S燒結(jié)—燒結(jié)機(jī)面積,m2;

α—燒結(jié)機(jī)利用系數(shù),一般在1.1t～

1.4 t/m2·h;

t—核算期燒結(jié)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù),h。

(3)燒結(jié)固體燃料(焦炭、焦粉等)使用量一般采用燒結(jié)礦的產(chǎn)量進(jìn)行校核。噸燒結(jié)礦固體燃料消耗量為40kg～50kg。

(4)高爐煤氣產(chǎn)生量一般采用生鐵產(chǎn)量進(jìn)行校核。噸生鐵高爐煤氣產(chǎn)量為1 700m3～1 800m3。

(5)高爐噴煤量一般采用生鐵產(chǎn)量進(jìn)行校核。噸生鐵噴煤量140kg～200kg。

(6)含鐵原料含硫率以鋼鐵企業(yè)分批次采購含鐵原料含硫率為準(zhǔn),核算核查期平均硫份采用加權(quán)方法計(jì)算得到,同時(shí)應(yīng)通過現(xiàn)場核查核算期的煙氣在線監(jiān)測脫硫系統(tǒng)入口二氧化硫濃度歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。當(dāng)含鐵原料含硫率為0.1%時(shí),對(duì)應(yīng)的脫硫系統(tǒng)入口二氧化硫濃度約為800mg/m3～1 000mg/m3。

(7)燒結(jié)工序固體燃料含硫率和其他工序燃料煤含硫率以鋼鐵企業(yè)分批次采購的物料檢驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)為準(zhǔn),核算核查期平均硫份采用加權(quán)方法計(jì)算得到。

企業(yè)在開展產(chǎn)品產(chǎn)量及原材料相互校核的過程中應(yīng)把握的基本原則為:本次核算期與上一核算期物料總量及硫含量的增減總趨勢應(yīng)與工序硫帶入總量增減趨勢一致。如單項(xiàng)數(shù)據(jù)增減趨勢與總趨勢不一致,應(yīng)通過對(duì)其它數(shù)據(jù)的校核進(jìn)行驗(yàn)證并說明。

3.2 燒結(jié)(球團(tuán))二氧化硫排放量核算方法

3.2.1 物料衡算法核算

燒結(jié)(球團(tuán))二氧化硫排放量主要根據(jù)含鐵原料和固體燃料用量、含硫率、脫硫設(shè)施運(yùn)行等情況,采用物料衡算法進(jìn)行核算,大氣污染減排核查核算表中,單機(jī)組二氧化硫排放量計(jì)算公式為:

式中 Bs—單機(jī)組二氧化硫排放量;

QFe— 脫硫設(shè)施投運(yùn)后含鐵原料使用量;

PFe—含鐵原料含硫率;

QF—脫硫設(shè)施投運(yùn)后固體燃料使用量;

PF—固體燃料含硫率;

Ds—綜合脫硫效率。

3.2.2 脫硫劑及副產(chǎn)物核算

(1)脫硫劑的核算

攀成鋼以氨水作為脫硫劑,折合為純氨后,根據(jù)氨法脫硫工藝反應(yīng)原理,得到脫硫機(jī)組二氧化硫理論最大脫除量計(jì)算公式:

式中 Rs—二氧化硫理論脫除量;

Q氨—氨使用量。

(2)副產(chǎn)物核算

攀成鋼氨法脫硫工藝副產(chǎn)物主要為硫酸銨、亞硫酸銨和亞硫酸氫銨,分別按濃度折純后,根據(jù)氨法脫硫工藝反應(yīng)原理,得到脫硫機(jī)組理論最大脫除量計(jì)算公式:

式中 Rs—二氧化硫理論脫除量;

Q硫酸銨—硫酸銨產(chǎn)量;

Q亞硫酸銨—亞硫酸銨產(chǎn)量;

Q亞硫酸氫銨—亞硫酸氫銨產(chǎn)量。

自行核算最終得到的二氧化硫脫除量應(yīng)小于通過脫硫劑和副產(chǎn)物核算得到的二氧化硫理論最大脫除量較小值。

3.2.3 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)核算

在大氣污染減排核查核算表中,單機(jī)組二氧化硫排放量計(jì)算公式(3)中,確定脫硫機(jī)組二氧化硫最終脫除量的系數(shù)為脫硫系統(tǒng)綜合脫硫效率。根據(jù)《“十二五”主要污染物總量減排核算細(xì)則》,在安裝脫硫劑自動(dòng)投加和計(jì)量系統(tǒng)、DCS能反映出脫硫系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際的情況下,氨法脫硫工藝在全煙氣脫硫情況下的綜合脫硫效率按綜合脫硫效率取值原則為:采用氨法脫硫工藝的燒結(jié)機(jī)組的綜合脫硫效率原則上不超過85%,并用副產(chǎn)品產(chǎn)量反推進(jìn)行校核。脫硫系統(tǒng)綜合脫硫效率按此原則以在線監(jiān)測系統(tǒng)DCS記錄數(shù)據(jù)反映的脫硫機(jī)組煙氣收集率、脫硫設(shè)施投運(yùn)率和脫硫島效率綜合確定。

(1)煙氣收集率

燒結(jié)機(jī)(球團(tuán)設(shè)備)脫硫設(shè)施的煙氣收集率,是指脫硫島進(jìn)口實(shí)際煙氣流量與燒結(jié)機(jī)(球團(tuán)設(shè)備)主抽風(fēng)機(jī)煙氣量數(shù)據(jù)之比,有多臺(tái)主抽風(fēng)機(jī)的機(jī)組應(yīng)將每臺(tái)風(fēng)機(jī)的煙氣量進(jìn)行疊加。脫硫島進(jìn)口煙氣流量在核算時(shí)原則上僅采信在線監(jiān)測系統(tǒng)流量計(jì)監(jiān)測數(shù)據(jù),并參照環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告書預(yù)測的系統(tǒng)風(fēng)量進(jìn)行最終取值,監(jiān)督性監(jiān)測報(bào)告和在線系統(tǒng)比對(duì)報(bào)告流量監(jiān)測數(shù)據(jù)僅作為參考。主抽風(fēng)機(jī)工況煙氣量原則上僅采信在線監(jiān)測系統(tǒng)流量計(jì)監(jiān)測歷史數(shù)據(jù),并利用燒結(jié)機(jī)面積進(jìn)行校核,每平方米燒結(jié)機(jī)每小時(shí)產(chǎn)生煙氣量約為5 400m3,校核公式如下:

式中 V主抽風(fēng)機(jī)—主抽風(fēng)機(jī)工況煙氣量,立方米/小時(shí);

S燒結(jié)—燒結(jié)機(jī)面積,平方米。

(2)脫硫設(shè)施投運(yùn)率

脫硫設(shè)施投運(yùn)率是指脫硫設(shè)施投運(yùn)后,脫硫設(shè)施有效運(yùn)行時(shí)間與燒結(jié)機(jī)(球團(tuán)豎爐)實(shí)際運(yùn)行時(shí)間之比,通過在線監(jiān)測系統(tǒng)DCS歷史數(shù)據(jù)、脫硫設(shè)施運(yùn)行記錄以及企業(yè)上報(bào)環(huán)保部門燒結(jié)及脫硫系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)間等綜合確定。

(3)脫硫島效率

脫硫島效率是指脫硫系統(tǒng)入口與基準(zhǔn)氧含量煙氣出口二氧化硫濃度差與入口二氧化硫濃度之比。

基準(zhǔn)氧含量二氧化硫濃度按下列公式換算:

式中 ρ、ρ'—分別為基準(zhǔn)氧含量和實(shí)測二

氧化硫濃度,mg/m3;

O2—基準(zhǔn)氧含量,%。取值8%;

O'2—實(shí)測情況下煙氣含氧量,%。

(4)其它影響因素

燒結(jié)煙氣在線監(jiān)測設(shè)施發(fā)生故障未修復(fù)前不能正常運(yùn)行期間,核查中將按脫硫設(shè)施未運(yùn)行對(duì)投運(yùn)率進(jìn)行扣減,計(jì)算綜合脫硫效率;煙氣在線監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)在DCS系統(tǒng)中存儲(chǔ)或通過數(shù)采儀傳輸至環(huán)保部門信息平臺(tái)存在缺失的,缺失數(shù)據(jù)時(shí)段出口二氧化硫濃度取當(dāng)月在線記錄數(shù)據(jù)最大值,入口二氧化硫濃度取當(dāng)月平均值,計(jì)算綜合脫硫效率。燒結(jié)機(jī)脫硫設(shè)施未實(shí)現(xiàn)全煙氣脫硫,設(shè)有煙氣旁路的,核查中將根據(jù)旁路擋板是否鉛封、鉛封開啟情況、密封風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況、旁路煙氣在線監(jiān)測流量、溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)等因素,對(duì)綜合脫硫效率進(jìn)行扣減。

(5)綜合脫硫效率計(jì)算

在不受其它因素影響的情況下,綜合脫硫效率計(jì)算公示如下:

式中 Ds—綜合脫硫效率;

C煙氣—煙氣收集率;

O脫硫—脫硫設(shè)施投運(yùn)率;

E脫硫島—脫硫島效率率。

3.3 其他工序二氧化硫排放量核算方法

其他工序二氧化硫排放是指除燒結(jié)(球團(tuán))、自備電廠以外的所有工序排放的二氧化硫,根據(jù)攀成鋼公司實(shí)際生產(chǎn)設(shè)施情況分三部分進(jìn)行核算,分別為其它工序燃燒高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、天然氣等排放的二氧化硫,攀成鋼除燒結(jié)(豎爐)和高爐噴煤用煤外,無其它工序直接燃煤排放。其計(jì)算公式分別為:

式中 E高爐—其它工序燃燒高爐煤氣二氧

化硫排放量;

C高爐—其它工序高爐煤氣消耗量;

P高爐—高爐煤氣硫化氫含量。

式中 E轉(zhuǎn)爐—其它工序燃燒轉(zhuǎn)爐煤氣二氧

化硫排放量;

C轉(zhuǎn)爐—其它工序轉(zhuǎn)爐煤氣消耗量;

P轉(zhuǎn)爐—轉(zhuǎn)爐煤氣硫化氫含量。

式中 E天然氣—其它工序燃燒天然氣二氧化

硫排放量;

C天然氣—其它工序天然氣氣消耗量;

P天然氣—天然氣氣硫化氫含量。

3.4 全口徑物料及硫平衡校核

全口徑物料及硫平衡校核是根據(jù)全工序所有原料消耗、產(chǎn)品產(chǎn)量、硫帶入量、工序排放量自行核算結(jié)果,以平衡圖表的形式,對(duì)單機(jī)組或整個(gè)企業(yè)的硫帶入和排放情況進(jìn)行的整體校核。

3.4.1 單機(jī)組校核

攀成鋼結(jié)合核查具體要求,對(duì)燒結(jié)機(jī)和豎爐分別開展了全口徑物料及硫平衡校核,示意圖見圖1。

圖1中含鐵原料總用量為普粉礦、進(jìn)口粉礦、精礦粉、釩鈦精粉礦以及含鐵塵泥合計(jì)總用量,含硫率為以上物料的含硫率加權(quán)平均值;固體燃料總用量為焦粉用量,含硫率為焦粉的平均含硫率;溶劑總用量為石灰石和生石灰的合計(jì)總用量,含硫率為以上物料的含硫率加權(quán)平均值。

燒結(jié)機(jī)總物料帶入量為含鐵原料、固體燃料和溶劑的總用量加上燒結(jié)機(jī)自反礦和豎爐返礦量,也應(yīng)等于燒結(jié)機(jī)產(chǎn)量(含返礦量)與燒結(jié)煙氣中顆粒物總量之和。物料總硫帶入量除以上物料硫帶入量之和,高爐煤氣含硫量通過燃燒后進(jìn)入燒結(jié)煙氣硫總量。

圖1 攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司210m2燒結(jié)機(jī)硫平衡圖

燒結(jié)機(jī)脫硫系統(tǒng)外排煙氣含硫量為根據(jù)物料衡算法核算的單機(jī)組硫排放量,脫除二氧化硫總量應(yīng)為燒結(jié)煙氣中硫總量減去除塵灰硫含量、脫硫后煙氣中顆粒物含硫量以及燒結(jié)機(jī)脫硫系統(tǒng)外排煙氣含硫量。

3.4.1 企業(yè)全流程校核

圖2中燒結(jié)、豎爐工序物料及硫平衡由單機(jī)組平衡圖組成。

高爐工序,入爐物料總量和總硫量由礦槽輸入的礦石(燒結(jié)機(jī)、豎爐總產(chǎn)量扣除返礦量,以及塊礦、外購球團(tuán)礦組成),焦倉輸入的焦炭,高爐噴煤量以及溶劑加入量構(gòu)成。原料及輔料中的硫大部分進(jìn)入鐵水中,其余進(jìn)入高爐煤氣,經(jīng)干法除塵后(扣除瓦斯灰排放量),參與煤氣用戶硫平衡核算。鐵水經(jīng)脫硫扒渣工序,絕大部分來自于原料的硫隨脫硫渣被脫除。

轉(zhuǎn)爐工序,入爐物料量由鐵水、廢鋼、合金、鐵礦石和溶劑等構(gòu)成,經(jīng)爐內(nèi)脫硫,原料及輔料中的硫大部分進(jìn)入鋼渣中,少量進(jìn)入轉(zhuǎn)爐煤氣,經(jīng)濕法除塵后(扣除除塵污泥排放量),參與煤氣用戶硫平衡核算,其余隨鋼水進(jìn)入連鑄工序。

連鑄及軋鋼工序,經(jīng)脫硫后的鋼水中硫含量極低,工序硫排放主要為燃燒天然氣、高爐煤氣進(jìn)行切割、加熱作業(yè)的廢氣排放,硫脫除途徑主要為廢鋼料返回廢鋼料場和氧化鐵皮返回?zé)Y(jié)、豎爐料場重新參與硫平衡。

4 總結(jié)及建議

4.1 總結(jié)

根據(jù)企業(yè)實(shí)際工藝流程,以及大氣污染物減排核查核算表的核定項(xiàng)目,攀成鋼全流程二氧化硫排放總量自行核算結(jié)果為燒結(jié)、豎爐單機(jī)組核算排放量,與其它工序燃燒高爐煤氣二氧化硫核算排放量之和。

圖2 攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司物料及硫平衡圖

4.2 建議

近幾年的污染物總量減排核查工作中,在線監(jiān)測系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)以及DCS圖表的完整性已成為確定機(jī)組綜合脫硫效率高低的最關(guān)鍵的因素,企業(yè)在開展自行核算時(shí),應(yīng)充分考慮在線數(shù)據(jù)記錄和傳輸實(shí)際情況,對(duì)綜合脫硫效率計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正,避免自行校核計(jì)算出的排放總量與環(huán)保部最終的核定結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差。

The Self-accounting Methods of Full Aperture SO2Emissions Quantity for the Iron and Steel Enterprise

LI Dao-yong

(Pangang Group Chengdu Steel&Vanadium Co.,LTD,Chengdu,610300,Sichuan,China)

The iron and steel enterprise carrying out self-accounting and self-declaring of full aperture SO2emissions quantity,that is important evidence for Ministry of Environmental Protection to account and verify the enterprise quantity reduction of pollutants discharge.The paper reviews the self-accounting methods adopting by Pan Gang Group Chengdu Steel& Vanadium Co.,LTD in the National Quantity Reduction of Pollutants discharge full aperture verification over the years,meanwhile proposes technical and management suggestions for improvement combined with the total Quantity verifying and identifying requirements.

environmental protection;total amount pollution reductio;accounting methods

1001—5108(2016)03—0089—07

{X323}

A

李道永,工程師,從事環(huán)保技術(shù)管理工作。