鋼鐵工業(yè)實施超低排放改造技術(shù)要點分析

張 翀

(忻州市審批服務(wù)綜合受理中心，山西 忻州 034000)

引 言

鋼鐵行業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，是國民經(jīng)濟發(fā)展重要的基礎(chǔ)工業(yè)。我國的鋼鐵產(chǎn)能、產(chǎn)量均位居世界第一，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，粗鋼產(chǎn)能約在10 億t/a左右。鋼鐵企業(yè)分布的地域主要為京津冀及周邊地區(qū)、長三角和汾渭平原，占我國鋼鐵產(chǎn)量的55%。鋼鐵企業(yè)集中分布區(qū)域同樣是我國的環(huán)境空氣重點控制區(qū)域，在鋼鐵企業(yè)產(chǎn)量排名前20的城市，位于環(huán)境空氣重點控制區(qū)域的有13個，環(huán)境空氣中PM2.5平均質(zhì)量濃度50 μg/m3，遠(yuǎn)高出全國PM2.5平均濃度，由此可以看出，目前鋼鐵企業(yè)的高能耗、高污染是引起環(huán)境空氣質(zhì)量居高不下的因素之一，同時鋼鐵企業(yè)的地域分布與環(huán)境空氣質(zhì)量具有一定的相關(guān)性。

伴隨著歷史的發(fā)展，我國的鋼鐵企業(yè)涵蓋面很廣，既有單獨的或者涉及幾個工序的企業(yè)，也有長流程的鋼鐵企業(yè)，這些企業(yè)基本包含了所有生產(chǎn)工序，從原輔材料的生產(chǎn)到最終鋼產(chǎn)品，具備了煉焦、活性石灰、球團、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼(熱軋、冷軋)及其下游產(chǎn)品加工等主要生產(chǎn)工序。以長流程的鋼鐵企業(yè)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(jù)一些鋼鐵企業(yè)的實際調(diào)查情況，有組織排放源在一百個以上；物料儲存、轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)有上千條皮帶，相應(yīng)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(yè)行業(yè)中的前三位。當(dāng)然，不同的鋼鐵企業(yè)的污染防治措施管控水平和環(huán)境管理水平差異很大，但目前整體的排放水平已經(jīng)成為影響區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量的重要因素。

根據(jù)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄，180 m2以下燒結(jié)機、1 200 m3以下煉鐵高爐與100 t以下煉鋼轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐達不到環(huán)保、能耗、安全等強制性標(biāo)準(zhǔn)同樣列入限制類，從對鋼鐵行業(yè)的整體要求來看，提高鋼鐵企業(yè)裝備水平升級，滿足日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求已經(jīng)是大勢所趨。實施鋼鐵行業(yè)超低排放改造同時也是推動行業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展，推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要保證。

在此背景下，生態(tài)環(huán)境部會同發(fā)展改革委員會、工業(yè)和信息化部、財政部、交通運輸部五部委于2019年4月聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》(環(huán)大氣[2019]35號)，由此開始，鋼鐵超低排放改造進入了實質(zhì)性的實施階段。為進一步指導(dǎo)、細(xì)化超低改造過程的技術(shù)要求，規(guī)范超低排放評估監(jiān)測工作，統(tǒng)一超低排放認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)和評估監(jiān)測程序和方法，生態(tài)環(huán)境部于2019年12月印發(fā)了《關(guān)于做好鋼鐵企業(yè)超低排放評估監(jiān)測工作的通知》(環(huán)辦大氣函[2019]922號)，詳細(xì)制定了《鋼鐵企業(yè)超低排放評估監(jiān)測技術(shù)指南》。隨后，中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會于2020年1月編制了《鋼鐵企業(yè)超低排放改造技術(shù)指南》(中環(huán)協(xié)〔2020〕4號)。由此，鋼鐵工業(yè)超低排放的政策要求、技術(shù)路線、技術(shù)指標(biāo)、技術(shù)措施基本形成系統(tǒng)性、專業(yè)性的體系[1-3]。

鋼鐵工業(yè)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(yè)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(shù)要點

1.1 標(biāo)準(zhǔn)體系

根據(jù)鋼鐵行業(yè)超低排放濃度限值，燒結(jié)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(jié)機頭煙氣基準(zhǔn)含氧量16%、球團焙燒煙氣基準(zhǔn)含氧量18%。對比鋼鐵行業(yè)特別排放限值，燒結(jié)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(yán)格了75%、81%、83%。

有組織排放限值達到超低，技術(shù)要點應(yīng)關(guān)注：所有生產(chǎn)設(shè)施末端治理措施的提標(biāo)改造以及煤氣的精脫硫，其中選擇經(jīng)濟可行、穩(wěn)定運行、穩(wěn)定達標(biāo)的燒結(jié)機頭煙氣除塵、脫硫、脫硝及煤氣精脫硫的工藝技術(shù)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(shù)體系的支撐分析，鋼鐵行業(yè)的污染防治可行性技術(shù)主要是針對達到鋼鐵工業(yè)特排限值，尚沒有具備操作性的鋼鐵超低排放可行性技術(shù)規(guī)范，應(yīng)借鑒火電行業(yè)超低排放改造的經(jīng)驗，出臺指導(dǎo)鋼鐵行業(yè)超低排放的最佳可行性技術(shù)規(guī)范等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 燒結(jié)(球團)超低排放技術(shù)要點

燒結(jié)(球團)是一種人工的提高鐵礦石品味的工藝，燒結(jié)機排放的污染物總量約占鋼鐵行業(yè)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(yè)大氣污染排放量最大的工序。燒結(jié)機機頭廢氣流量大、煙溫較低(80 ℃～200 ℃)、含濕量大(約10%)、二氧化硫質(zhì)量濃度在1 000 mg/m3～10 000 mg/m3，氮氧化物質(zhì)量濃度在150 mg/m3～600 mg/m3。通過對現(xiàn)有的除塵、脫硫設(shè)施進行提標(biāo)改造，相對來說較容易達到超低排放。在脫硝方面，傳統(tǒng)熱電行業(yè)脫硝技術(shù)無法直接移植，開展過程控制和末端治理相互耦合的關(guān)鍵技術(shù)，已成為燒結(jié)煙氣超低排放技術(shù)的關(guān)鍵[1-3]。球團煙氣與燒結(jié)煙氣排放特征較為相似，末端治理技術(shù)可以互為借鑒。

目前燒結(jié)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(fēng)機+SSC燒結(jié)煙氣干式超凈工藝(脫硫反應(yīng)塔+脫硫布袋除塵器)+SCR脫硝+引風(fēng)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(fēng)機+煙囪排放。除塵、脫硫、脫硝各部分技術(shù)已經(jīng)比較成熟，根據(jù)鐵精粉來料含硫量、運行工況，綜合確定合理的工藝技術(shù)路線，是確保達到超低排放的重要保證。

1.2.1 燒結(jié)機頭除塵

燒結(jié)機除塵技術(shù)已經(jīng)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(jié)機頭煙氣脫硫

目前，燒結(jié)機頭煙氣脫硫主要采用的濕法、半干法或者協(xié)同脫硫脫硝工藝，已經(jīng)實際運行的有太鋼公司的活性炭干法脫硫脫硝設(shè)施、寶鋼公司的循環(huán)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3種常用方法的技術(shù)經(jīng)濟比較見表1。

表1 燒結(jié)機頭煙氣脫硫方法技術(shù)經(jīng)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(shù)經(jīng)濟對比，鋼鐵企業(yè)超低改造脫硫設(shè)施應(yīng)綜合考慮原輔材料含硫量及鐵礦的預(yù)混調(diào)節(jié)范圍、實測煙氣二氧化硫濃度、脫硫劑的采購條件及企業(yè)周邊的綜合利用區(qū)位優(yōu)勢等因素，綜合考慮以上因素，在設(shè)計階段確定脫硫效率、工藝技術(shù)參數(shù)是十分重要的。

1.2.3 燒結(jié)機頭脫硝工藝

我國的燒結(jié)廢氣脫硝起步較晚，采用的工藝技術(shù)路線不盡相同。由于燒結(jié)機頭煙氣煙溫較低，目前主流的燒結(jié)機頭煙氣脫硝主要采用的是中高溫SCR脫硝工藝。該工藝目前已在大型火力發(fā)電廠、鋼鐵企業(yè)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排放要求?？傮w工藝布置為SCR反應(yīng)器布置在脫硫、除塵系統(tǒng)、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(nèi)，還原劑NH3選擇性地將煙氣中的NOx還原成N2和H2O。

1.3 高爐煤氣精脫硫工藝

高爐煤氣精脫硫是鋼鐵企業(yè)內(nèi)燃燒設(shè)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(biāo)排放的重要保證。近兩年，高爐煤氣的精脫硫才剛起步，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(zhuǎn)化+濕法脫硫”為例，探討高爐煤氣精脫硫的工藝技術(shù)路線。

高爐煤氣精脫硫擬采用“水解轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為無機硫，后端的濕法脫硫借鑒了焦?fàn)t煤氣的PDS栲膠濕法脫硫工藝。根據(jù)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(tǒng)技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 煤氣精脫硫凈化系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)表

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(dǎo)致運行成本較大，另外，濕法脫硫產(chǎn)生的廢液，廢液如何處理還存在一定的困難。脫硫后產(chǎn)生的硫膏和脫硫廢液的屬性還需要進一步調(diào)查，按《危險廢物鑒別技術(shù)規(guī)范》(HJ/T298)、《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)通則》(GB5085.7-2019)等國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和方法對所產(chǎn)生的固體廢物開展危險特性鑒別，并根據(jù)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。

2 無組織超低排放技術(shù)要點

由于鋼鐵聯(lián)合企業(yè)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(yè)普遍花費巨資正在建立管控治一體化系統(tǒng)，可以實現(xiàn)產(chǎn)塵點、視頻監(jiān)控、治理設(shè)施、生產(chǎn)設(shè)施的聯(lián)動。同時建立無組織源排放清單是實現(xiàn)聯(lián)動系統(tǒng)的基礎(chǔ)工作，詳細(xì)認(rèn)真的現(xiàn)場調(diào)查，上千個無組織源的確定，需要付出艱辛的勞動。

3 清潔運輸技術(shù)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(yīng)大于80%。對于較大規(guī)模的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，具備經(jīng)濟實力和條件建設(shè)鐵路專用線運輸大宗物料和產(chǎn)品，但對于大多數(shù)獨立的鋼鐵企業(yè)，必須在汽車運輸(包括廠內(nèi)非道路移動機械)上制定嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，從外部運輸、內(nèi)部運輸(包括廠內(nèi)物料轉(zhuǎn)運)、車輛監(jiān)管系統(tǒng)平臺、門禁系統(tǒng)制定方案。

4 結(jié)語

鋼鐵超低排放改造工作是一個大的系統(tǒng)性工程，涉及內(nèi)容廣，內(nèi)涵豐富，需要統(tǒng)籌的工作基本涵蓋了鋼鐵廠所有的生產(chǎn)、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(jīng)取得了較好的治理效果。實施鋼鐵工業(yè)的全面超低排放，應(yīng)首先著手經(jīng)濟可行、可靠的污染治理工藝技術(shù)，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(xiàn)全流程、系統(tǒng)性的鋼鐵超低排放。