煉鐵系統(tǒng)綠色發(fā)展實(shí)踐分析

周翔

（冶金工業(yè)規(guī)劃研究院 北京 100013）

1 前言

近年來(lái)，我國(guó)鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。2020年，我國(guó)粗鋼產(chǎn)量10.65億噸，占全球產(chǎn)量的56.7%。鋼鐵工業(yè)的工藝技術(shù)裝備、高端產(chǎn)品研發(fā)與供給、產(chǎn)品自主供給能力在全球已處于先進(jìn)水平，尤其是單體設(shè)備的生產(chǎn)效率和綠色環(huán)保水平更是居于全球領(lǐng)先，鋼鐵產(chǎn)業(yè)成為名副其實(shí)的中國(guó)最具全球競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)。由于我國(guó)鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)流程特點(diǎn)，2020年鋼鐵行業(yè)能源消費(fèi)總量約5.75億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國(guó)能耗總量比例達(dá)11.6%；碳排放量接近全球鋼鐵碳排放總量的60%以上，是我國(guó)碳排放量最高的制造行業(yè)；全年鋼鐵行業(yè)產(chǎn)生高爐渣、鋼渣和含鐵塵泥量分別約為3.1億噸、1.3億噸和0.8億噸，固廢產(chǎn)生量巨大。展望“十四五”乃至到2035年，鋼鐵行業(yè)面臨的能源、環(huán)境和碳達(dá)峰壓力仍然很大，超低排放改造要向全行業(yè)推廣普及，走綠色發(fā)展之路是鋼鐵行業(yè)發(fā)展必然趨勢(shì)。

2 發(fā)展實(shí)踐

2.1 相關(guān)政策

2012年6 月發(fā)布的《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB28662），對(duì)鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)提出了明確的指標(biāo)要求，其中燒結(jié)機(jī)、球團(tuán)焙燒設(shè)備各類污染物項(xiàng)目限值分別為：顆粒物50mg／m3、二氧化硫200mg／m3、氮氧化物（以NO2計(jì)）300mg／m3；燒結(jié)機(jī)機(jī)尾、帶式焙燒機(jī)機(jī)尾、其他生產(chǎn)設(shè)備顆粒物30mg／m3。執(zhí)行大氣污染物特別排放限值地區(qū)更加嚴(yán)格，燒結(jié)機(jī)、球團(tuán)焙燒設(shè)備各類污染物項(xiàng)目限值分別為：顆粒物40mg／m3、二氧化硫180mg／m3、氮氧化物（以NO2計(jì)）300mg／m3；燒結(jié)機(jī)機(jī)尾、帶式焙燒機(jī)機(jī)尾、其他生產(chǎn)設(shè)備顆粒物20mg／m3。同期發(fā)布的《煉鐵工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB28663）則對(duì)煉鐵工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)提出了明確的指標(biāo)要求，其中熱風(fēng)爐各類污染物項(xiàng)目限值分別為：顆粒物20mg／m3、二氧化硫100mg／m3、氮氧化物（以NO2計(jì)）300mg／m3；原料系統(tǒng)、煤粉系統(tǒng)、高爐出鐵場(chǎng)、其他生產(chǎn)設(shè)施顆粒物25mg／m3。執(zhí)行大氣污染物特別排放限值地區(qū)熱風(fēng)爐各類污染物項(xiàng)目限值分別為：顆粒物15mg／m3、二氧化硫100mg／m3、氮氧化物（以NO2計(jì)）300mg／m3；高爐出鐵場(chǎng)顆粒物15mg／m3，原料系統(tǒng)、煤粉系統(tǒng)、其他生產(chǎn)設(shè)施顆粒物10mg／m3。

2019年12 月，工業(yè)和信息化部發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼鐵行業(yè)綠色工廠評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（YB／T4771—2019），該標(biāo)準(zhǔn)于2020年4月1日開(kāi)始實(shí)施。其中，對(duì)鋼鐵行業(yè)綠色工廠定義為實(shí)現(xiàn)了用地集約化、原料無(wú)害化、生產(chǎn)潔凈化、廢物資源化、能源低碳化的工廠。涉及煉鐵系統(tǒng)的相關(guān)要求包括：工廠燒結(jié)、煉鐵等重要工序生產(chǎn)裝備宜無(wú)產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)調(diào)整目錄中限制類裝備；工廠燒結(jié)（球團(tuán)）、煉鐵等生產(chǎn)工序應(yīng)采用先進(jìn)、適用的節(jié)能技術(shù)和裝備，減少能源消耗；工廠應(yīng)加強(qiáng)余熱余壓余能等二次能源回收利用，提高能源效率；工廠的燒結(jié)（球團(tuán)）、煉鐵等工序大氣污染物排放要求應(yīng)符合GB28662、GB28663等要求。高爐入爐料、高爐燃料比等原材料消耗指標(biāo)，高爐渣利用率、高爐煤氣利用率等應(yīng)達(dá)到《鋼鐵行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》規(guī)定的Ⅲ級(jí)指標(biāo)要求，并努力達(dá)到Ⅱ級(jí)和Ⅰ級(jí)指標(biāo)要求。燒結(jié)、球團(tuán)、高爐煉鐵等工序能耗應(yīng)達(dá)到GB21256等標(biāo)準(zhǔn)限定值要求，并努力達(dá)到準(zhǔn)入制和先進(jìn)值指標(biāo)要求。目前全國(guó)鋼鐵行業(yè)6批，共有91家鋼鐵企業(yè)已達(dá)到國(guó)家級(jí)綠色工廠相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2018年12 月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、生態(tài)環(huán)境部、工業(yè)和信息化部聯(lián)合發(fā)布的2018年第17號(hào)《關(guān)于發(fā)布鋼鐵行業(yè)等14個(gè)行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的公告》，其中對(duì)燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵工序能耗分別設(shè)置了Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)基準(zhǔn)值。燒結(jié)工序分別為：≤45kgce／t、≤50kgce／t、≤58kgce／t（不含脫硝）；≤49kgce／t、≤54kgce／t、≤62kgce／t（含脫硝）。球團(tuán)工序分別為：≤15kgce／t、≤24kgce／t、≤36kgce／t。煉鐵工序分別為：≤380kgce／t、≤

390kgce／t、≤400kgce／t。

2019年4 月，生態(tài)環(huán)境部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等5部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》（環(huán)大氣［2019］35號(hào)）。其對(duì)鋼鐵企業(yè)煉鐵系統(tǒng)的工序環(huán)節(jié)分別從有組織排放、無(wú)組織排放以及運(yùn)輸過(guò)程提出了具體的排放指標(biāo)要求，涉及煉鐵系統(tǒng)有組織排放控制指標(biāo)包括：在16%的基準(zhǔn)含氧量條件下，燒結(jié)機(jī)機(jī)頭顆粒物、二氧化硫、氮氧化物小時(shí)均值排放濃度分別不高于10mg／m3、35mg／m3、50mg／m3；煉鐵熱風(fēng)爐顆粒物、二氧化硫、氮氧化物小時(shí)均值排放濃度分別不高于10mg／m3、50mg／m3、200mg／m3；高爐出鐵場(chǎng)、高爐礦槽顆粒物小時(shí)均值排放濃度不高于10mg／m3。目前，全國(guó)鋼鐵企業(yè)中已有24家企業(yè)完成全工序超低排放公示，10家企業(yè)達(dá)到環(huán)?？?jī)效A類企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 技術(shù)應(yīng)用

鋼鐵流程綠色化即鋼鐵產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過(guò)程中，通過(guò)低能源消耗、低污染排放、低資源消耗的工藝技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工序環(huán)節(jié)過(guò)程的節(jié)能低碳、環(huán)保減排和循環(huán)利用。鋼鐵流程綠色化應(yīng)用的重點(diǎn)技術(shù)主要有：

（1）燒結(jié)微負(fù)壓點(diǎn)火技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)點(diǎn)火時(shí)采取適宜、穩(wěn)定的微負(fù)壓控制技術(shù)，增加助燃風(fēng)預(yù)熱，對(duì)點(diǎn)火爐燒嘴進(jìn)行改進(jìn)，既能減少漏風(fēng)，節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)綠色減排，同時(shí)也能提高燒結(jié)礦的質(zhì)量，利于整個(gè)工序的節(jié)能降耗。目前，在南鋼、湘鋼等企業(yè)燒結(jié)機(jī)有應(yīng)用實(shí)踐。

（2）厚料層燒結(jié)、降低漏風(fēng)率技術(shù)。燒結(jié)使用厚料層通過(guò)料層燃燒時(shí)產(chǎn)生自動(dòng)蓄熱效益，可有效減少漏風(fēng)，降低能耗，并提升燒結(jié)礦的品質(zhì)［1］。采取厚料層燒結(jié)技術(shù)和降低漏風(fēng)率措施，可實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)、節(jié)能減耗以及提高燒結(jié)礦質(zhì)量，目前在全國(guó)90%以上企業(yè)的燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中有所應(yīng)用。

（3）燒結(jié)煙氣綜合治理技術(shù)。燒結(jié)煙氣污染治理是整個(gè)鋼鐵流程實(shí)現(xiàn)超低排放最重要的工序之一，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》中對(duì)燒結(jié)機(jī)頭煙氣的排放提出嚴(yán)格要求。目前，燒結(jié)工序脫硫脫硝一體化技術(shù)的應(yīng)用從末端治理的方式來(lái)達(dá)到相關(guān)要求，應(yīng)用較為廣泛的工藝路線包括電除塵器＋活性焦脫硫脫硝技術(shù)工藝和循環(huán)流化床脫硫＋SCR脫硝技術(shù)等。山鋼日照公司、首鋼京唐公司、新興鑄管等企業(yè)應(yīng)用實(shí)施后，相關(guān)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)開(kāi)展的連續(xù)性有組織污染源評(píng)估監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，完全可以達(dá)到超低排放有關(guān)要求。

（4）高爐煤氣精脫硫技術(shù)。高爐煤氣中的有機(jī)硫含量較高，是環(huán)保治理中的難點(diǎn)。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，其用戶分布于鋼鐵廠各個(gè)區(qū)域，采用常規(guī)末端治理的方式會(huì)存在點(diǎn)位多、投資高、影響高爐煉鐵生產(chǎn)等弊端，為解決以上問(wèn)題，采取源頭控制方式，實(shí)施高爐煤氣精脫硫，是有效的治理技術(shù)路徑之一。

（5）余熱余能回收技術(shù)。余熱余能回收是全廠性的節(jié)能減排、綠色發(fā)展的重要手段?；厥蘸Y選后焦粉二次利用、利用高爐爐頂煤氣余壓回收透平（TRT）發(fā)電、高爐煤氣干法布袋除塵回收煤氣顯熱、水渣余熱回收利用，提升二次能源利用效率［2］等均是節(jié)能與循環(huán)利用，踐行綠色化發(fā)展的理念。

（6）資源綜合利用技術(shù)。開(kāi)展資源綜合利用，多種方式回收利用工業(yè)副產(chǎn)品如高爐渣、除塵灰等可助力煉鐵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。高爐渣是煉鐵工序產(chǎn)生量最大的固體廢棄物資源，通過(guò)水沖冷卻是目前常用的爐渣處理方式，將煉鐵產(chǎn)生的大量水渣制成礦渣微粉替代水泥使用是廢渣利用的重要手段。對(duì)于各類除塵灰，由于其產(chǎn)生的工序環(huán)節(jié)不同，綜合利用的方式也有所區(qū)別。一般除塵灰經(jīng)收集后，或再次配料、或采取冷壓球團(tuán)調(diào)配使用等方式進(jìn)行循環(huán)利用。

3 路徑分析

在長(zhǎng)流程鋼鐵生產(chǎn)工序中，煉鐵系統(tǒng)能耗和污染物、碳排放占比較大，占鋼鐵全流程總能耗和排放70%左右［3，4］，其綠色發(fā)展指標(biāo)基本能代表全流程工序的整體水平。進(jìn)一步提升煉鐵系統(tǒng)的綠色發(fā)展水平，探索分析有效路徑，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.1 利用數(shù)字化、智能化工具，實(shí)施綠色智能交叉應(yīng)用

綠色發(fā)展需要數(shù)字、智能工具來(lái)進(jìn)行支撐、促進(jìn)與提升。節(jié)能減碳、綠色環(huán)保、資源綜合利用等綠色發(fā)展實(shí)踐與數(shù)字化、智能化工具之間，煉鐵系統(tǒng)與鋼鐵全流程之間都是整體性關(guān)系，不能孤立地對(duì)待。

目前，煉鐵系統(tǒng)綠色智能交叉應(yīng)用較為成熟普遍的場(chǎng)景包括能源管控中心對(duì)能源系統(tǒng)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實(shí)施集中統(tǒng)一扁平化、數(shù)字化管理。例如，高爐操作過(guò)程應(yīng)用專家控制系統(tǒng)［5］，預(yù)測(cè)高爐煤氣等關(guān)鍵介質(zhì)的產(chǎn)出，并實(shí)時(shí)開(kāi)展平衡調(diào)度；對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理，反向給予生產(chǎn)主工藝運(yùn)行提供優(yōu)化操作參考和決策支持。將數(shù)字化手段與環(huán)保無(wú)組織排放治理結(jié)合起來(lái)，以管控治一體化平臺(tái)架構(gòu)為核心，采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，將原料場(chǎng)、燒結(jié)、煉鐵等區(qū)域無(wú)組織排放源實(shí)現(xiàn)可視化、清單化，開(kāi)展智能圖像識(shí)別，運(yùn)用集中控制系統(tǒng)，將識(shí)別模塊與相對(duì)應(yīng)的污染治理手段形成閉環(huán)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治理。此外，隨著國(guó)家提出雙碳任務(wù)目標(biāo)，鋼鐵行業(yè)作為碳排放量最高的制造業(yè)行業(yè)，煉鐵系統(tǒng)首當(dāng)其沖。以智能采集核算技術(shù)、優(yōu)化分析模型及云環(huán)境部署設(shè)計(jì)，構(gòu)建“數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)—集成化對(duì)標(biāo)—工序目標(biāo)考核分解—預(yù)測(cè)及潛力分析”相耦合的動(dòng)態(tài)碳排放全過(guò)程管控與評(píng)估平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、報(bào)告與核查全過(guò)程管控，有效推動(dòng)鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色低碳、智能轉(zhuǎn)型升級(jí)。

3.2 鼓勵(lì)成熟、可靠的工藝技術(shù)路線，走出高效綠色發(fā)展路徑

煉鐵系統(tǒng)的工藝技術(shù)發(fā)展是一個(gè)逐步創(chuàng)新、優(yōu)化提升的過(guò)程，其中不乏層出不窮的新工藝、新技術(shù)。鼓勵(lì)前沿性的技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)，在大規(guī)模的應(yīng)用實(shí)踐推廣時(shí)，要確保應(yīng)用工藝原理、操作過(guò)程、工程實(shí)踐的成熟可靠，做到大膽創(chuàng)新、謹(jǐn)慎試驗(yàn)、高效推廣，促進(jìn)行業(yè)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型升級(jí)。

提高入爐品位、優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)有利于提高生產(chǎn)和能源利用效率，綜合入爐品位升高1%，綜合焦比可降低1% ～1.5%，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量提升2%～2.5%。推行動(dòng)態(tài)有序、協(xié)同連續(xù)、精準(zhǔn)高效的現(xiàn)代高爐操作理念，提升高爐操作水平有利于煉鐵系統(tǒng)節(jié)能減排。開(kāi)展關(guān)鍵節(jié)能減污技術(shù)創(chuàng)新，持續(xù)優(yōu)化終端用能結(jié)構(gòu)，通過(guò)采用先進(jìn)生產(chǎn)工藝、技術(shù)措施及管理手段，避免或減少生產(chǎn)過(guò)程中消耗的不合理能源介質(zhì)。其他成熟可靠的節(jié)能減排技術(shù)還有富氧鼓風(fēng)、脫濕鼓風(fēng)、低硅冶煉、高爐熱風(fēng)爐智能燃燒系統(tǒng)、加熱爐黑體強(qiáng)化輻射等。尤其是富氧鼓風(fēng)技術(shù)對(duì)于高爐煉鐵節(jié)能減排優(yōu)點(diǎn)眾多，提高高爐富氧率可以有效提高高爐產(chǎn)量和噴煤量，降低焦比，提升高爐生產(chǎn)綜合經(jīng)濟(jì)性。鋼鐵生產(chǎn)具備能源加工轉(zhuǎn)換功能，煉鐵系統(tǒng)應(yīng)充分利用廢熱、廢氣和余壓等二次能源，如設(shè)置熱風(fēng)爐余熱利用裝置回收熱風(fēng)爐煙氣余熱，利用高爐沖渣水余熱產(chǎn)生熱水和蒸汽用于供熱、發(fā)電，通過(guò)TRT技術(shù)回收爐頂煤氣余壓，回收爐頂均壓等。

3.3 探索前沿、突破性技術(shù)，打造綠色創(chuàng)新發(fā)展模式

探索研究煉鐵系統(tǒng)突破性的綠色發(fā)展新技術(shù)如新能源可再生能源應(yīng)用、氫冶金、全氧高爐等，是未來(lái)煉鐵綠色發(fā)展的方向和趨勢(shì)。加快發(fā)展新能源和可再生能源的應(yīng)用，積極推進(jìn)清潔能源替代，提高使用占比，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)，是鋼鐵工業(yè)推動(dòng)綠色發(fā)展的必要手段。

應(yīng)積極采用太陽(yáng)能、氫能等清潔能源，如建設(shè)屋頂光伏電站，這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)能源的就近高效利用，還可以降低環(huán)境污染；高爐采用富氫焦?fàn)t煤氣噴吹技術(shù)，替代部分噴吹煤，可降低碳排放。目前，正在研究并取得一定進(jìn)展的氫冶金技術(shù)路線主要包括：開(kāi)展焦?fàn)t煤氣低成本制富氫、純氫氣體技術(shù)，形成適合發(fā)展不同氫冶金技術(shù)的低成本制氫技術(shù)路線。以發(fā)展高爐富氫還原煉鐵技術(shù)應(yīng)用為重點(diǎn)，充分利用焦化副產(chǎn)焦?fàn)t煤氣資源，開(kāi)展高爐噴吹焦?fàn)t煤氣高效替代噴吹煤工業(yè)應(yīng)用。非高爐煉鐵工藝不依賴于焦炭，能源選擇范圍廣，環(huán)境負(fù)荷低、流程短，從根本意義上減少燒結(jié)、球團(tuán)、焦化等作業(yè)工序中產(chǎn)生和排放各種污染物的現(xiàn)象［6］。迄今為止，全球已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的熔融還原、直接還原等非高爐煉鐵工藝技術(shù)有十余種。

3.4 配套強(qiáng)有力的政策保障，提高綠色發(fā)展的經(jīng)濟(jì)性和競(jìng)爭(zhēng)力

開(kāi)展鋼鐵流程的綠色發(fā)展轉(zhuǎn)型工作，尤其是針對(duì)煉鐵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色發(fā)展離不開(kāi)政策支持，提升其比較優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)性、競(jìng)爭(zhēng)力。從政策層面、戰(zhàn)略層面鼓勵(lì)支持原始創(chuàng)新以及技術(shù)改造，將綠色發(fā)展的工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)突出體現(xiàn)出來(lái)，提升企業(yè)主體的積極性和主動(dòng)性，更好地促使相關(guān)技術(shù)落實(shí)應(yīng)用到生產(chǎn)工序一線。

在一系列的引導(dǎo)性、差別化、傾向性政策上，分類施策、差異化引導(dǎo)，讓實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型的企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中受到鼓勵(lì)和支持，得到實(shí)實(shí)在在的效益。如部分省區(qū)市針對(duì)綠色績(jī)效企業(yè)、綠色工廠實(shí)施差別電價(jià)、水價(jià)政策，錯(cuò)峰限產(chǎn)方案制定過(guò)程中將綠色發(fā)展作為重要考核因素，實(shí)施綠色信貸，降低發(fā)展融資成本等措施手段已經(jīng)起到了十分明顯的效果，帶動(dòng)了煉鐵系統(tǒng)以及鋼鐵企業(yè)整體綠色發(fā)展水平的轉(zhuǎn)變和提升。

4 結(jié)論

綠色轉(zhuǎn)型是未來(lái)一段時(shí)間鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的重要方向之一。作為主要綠色指標(biāo)占比最高的煉鐵系統(tǒng)，需要結(jié)合日益嚴(yán)格的綠色發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)、政策、要求，繼續(xù)強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新，在已有綠色技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐的基礎(chǔ)上不斷探索新的實(shí)施路徑。立足于發(fā)揮數(shù)字化、智能化手段，促進(jìn)綜合交叉應(yīng)用的倍增作用；致力于成熟、可靠的工藝技術(shù)路線，蹚出經(jīng)濟(jì)高效的實(shí)施路徑；面向于前沿、新興研究領(lǐng)域，打造革命性的綠色創(chuàng)新發(fā)展模式；基于配套一系列針對(duì)性、可落地的政策措施，提升綠色發(fā)展的積極性和動(dòng)力。科技創(chuàng)新、行業(yè)引導(dǎo)、企業(yè)實(shí)施、政策支撐，必將為鋼鐵工業(yè)，尤其是煉鐵系統(tǒng)綠色發(fā)展描繪出更為清晰、有效、高質(zhì)量的路線圖。