清潔生產(chǎn)在濟源鋼鐵廠的實踐和潛力研究

馬詩院 李凱慧 龔巍崢 程新惠 王家琪 付基

（1.濟源市環(huán)境科學(xué)研究所，河南 濟源 454650；2.華北水利水電大學(xué)，鄭州 450046；3.河南省地質(zhì)環(huán)境勘查院，鄭州 450051）

0 引言

2020年，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上提出：“中國將采取強有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭2030年達到峰值，努力爭取在2060年前實現(xiàn)碳中和”。目前，低碳轉(zhuǎn)型已成為企業(yè)發(fā)展的趨勢［1］，鋼鐵行業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的命脈，由于其高能耗和高碳排放的特點，一直是《大氣污染防治行動計劃》和《水污染防治行動計劃》等污染防治攻堅戰(zhàn)的重點治理對象，所以實施清潔生產(chǎn)審核是鋼鐵行業(yè)逐步實現(xiàn)環(huán)境友好、加快碳中和這一美好愿景步伐的重要途徑［2-4］。

濟源鋼鐵廠始建于1958年，位于河南省濟源市濟水大街以南、焦枝鐵路以西，下屬7個分廠，擁有員工7 000余人，資產(chǎn)總額120億元，現(xiàn)已具備年產(chǎn)鐵水、鋼坯、鋼材各400萬t的生產(chǎn)能力。為響應(yīng)減少碳排放的號召，自2005年起，濟源鋼鐵廠的清潔生產(chǎn)審核周期定為5年一次，特別是2015年和2020年開展的清潔生產(chǎn)審核，充分利用企業(yè)內(nèi)部各工序之間的物流循環(huán)和能流的梯級利用，加大對污染物排放的治理力度，既保證了煉鋼廠的生產(chǎn)指標，也減少了污染物的排放，達到了節(jié)能、降耗、減污、增效的目的，取得了良好的經(jīng)濟、環(huán)境效益。

1 濟源鋼鐵廠清潔生產(chǎn)水平

考慮到長、短流程鋼鐵企業(yè)的實際需要，現(xiàn)階段鋼鐵行業(yè)的清潔生產(chǎn)評價主要以2014年發(fā)布的《鋼鐵行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系》和2018年發(fā)布的《鋼鐵行業(yè)（燒結(jié)、球團）清潔生產(chǎn)評價指標體系》《鋼鐵行業(yè)（高爐煉鐵）清潔生產(chǎn)評價指標體系》《鋼鐵行業(yè)（煉鋼）清潔生產(chǎn)評價指標體系》《鋼鐵行業(yè)（鋼延壓加工）清潔生產(chǎn)評價指標體系》為核心，指標分級加權(quán)評價與限定性指標相結(jié)合，確定鋼鐵廠的清潔生產(chǎn)水平等級。濟源鋼鐵廠為典型的長流程鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，包括原料、煉鐵、煉鋼、軋鋼等生產(chǎn)系統(tǒng)，主要生產(chǎn)工序為燒結(jié)、球團、高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼和熱壓延。

參照《鋼鐵行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系》，2015年濟源鋼鐵廠的煉鐵工序能耗、生產(chǎn)用新鮮水量、產(chǎn)業(yè)政策符合性、達標排放、總量控制、環(huán)境污染事故預(yù)防等6項限定性指標全部達到III級標準要求，綜合評價指標值為89.99，清潔生產(chǎn)水平處于國內(nèi)清潔生產(chǎn)一般水平。參照燒結(jié)、球團、高爐煉鐵、煉鋼、鋼壓延加工等分工序清潔生產(chǎn)指標體系，2020年濟源鋼鐵廠清潔生產(chǎn)審核5個工段的限定性指標全部達到Ⅲ級限定性指標要求；燒結(jié)、球團和高爐煉鐵工序均達到國內(nèi)清潔生產(chǎn)一般水平，轉(zhuǎn)爐煉鋼和熱延壓工序（軋鋼工序）達到國內(nèi)清潔生產(chǎn)先進水平。清潔生產(chǎn)指標完成情況及指標分布如表1所示。

表1 濟源鋼鐵廠清潔生產(chǎn)指標分布

2 清潔生產(chǎn)潛力分析與實施

2.1 清潔生產(chǎn)潛力分析

通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，濟源鋼鐵廠達不到II級基準值的指標項目主要為環(huán)保相關(guān)指標，主要受到環(huán)保設(shè)施未更新影響；達不到Ⅲ級基準值的非限定性指標主要涉及裝置設(shè)備、工藝技術(shù)參數(shù)等，主要受到公司生產(chǎn)設(shè)備、裝備投產(chǎn)年限較長及原礦品位等影響。因此，2次清潔生產(chǎn)審核的潛力挖掘主要集中在生產(chǎn)工藝技術(shù)提升和廢棄物回收2個方面。

2.2 清潔生產(chǎn)實施

濟源鋼鐵廠深挖生產(chǎn)現(xiàn)場清潔生產(chǎn)潛力，結(jié)合行業(yè)專家意見和環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，2015年清潔生產(chǎn)審核共產(chǎn)生140項清潔生產(chǎn)方案，其中無低費方案128項、中高費方案12項，實施率均為100%。

在此基礎(chǔ)上，2020年清潔生產(chǎn)審核從優(yōu)化生產(chǎn)工藝的粉塵治理和提高余熱余能利用率2個方面繼續(xù)深挖潛力，促進環(huán)境污染物的減量化、再利用、再循環(huán)，充分利用物質(zhì)的閉路循環(huán)和能量的多級利用，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排。最終產(chǎn)生69項清潔生產(chǎn)方案，其中無低費方案64項，中高費方案5項，實施率均為100%。

3 清潔生產(chǎn)主要工藝技術(shù)及措施

3.1 優(yōu)化生產(chǎn)工藝的粉塵治理

2019年國家生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合多部門共同發(fā)布《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），鋼鐵企業(yè)均積極開展超低排放改造。2020年濟源市鋼鐵廠清潔生產(chǎn)審核也采取了相應(yīng)的有效措施。

1）煉鋼車間新增三次除塵。濟源鋼鐵廠原煉鋼車間的產(chǎn)塵部位較多，一直未得到有效治理。清潔生產(chǎn)審核投入7 000萬元對主要的產(chǎn)塵部位設(shè)置集氣罩，然后將廢氣引至低壓脈沖布袋除塵器處理后高空排放。方案實施后，煉鋼車間滿足了《河南省2019年工業(yè)企業(yè)無組織排放治理方案》的要求，減少顆粒物排放約212.02 t/a。

2）燒結(jié)機煙氣超低排放。濟源鋼鐵廠原有燒結(jié)機頭共用1套四電場電除塵器+石灰石-石膏法脫硫設(shè)施，燒結(jié)機尾廢氣分別經(jīng)靜電除塵器處理。清潔生產(chǎn)審核投入3 650萬元對燒結(jié)機進行裝備大型化升級改造，拆除4#、5#燒結(jié)機及其配套設(shè)施，并改建1臺300 m2燒結(jié)機（1#燒結(jié)機）及輔助設(shè)施。方案實施后，在燒結(jié)機頭排放的污染物中，顆粒物減少了1.11 t/a，SO2減少了43.94 t/a，NOx減少了312.9 t/a，氟化物減少了0.23 t/a，二噁英減少了0.83 t/a；燒結(jié)機尾廢氣顆粒物減少了7.76 t/a。

3）轉(zhuǎn)爐一次煙氣超低排放。濟源鋼鐵廠投入3 500萬元在4座轉(zhuǎn)爐一次煙氣除塵設(shè)施后各增設(shè)1臺濕式靜電除塵器，方案實施后，轉(zhuǎn)爐一次煙氣排放滿足了《河南省2019年非電行業(yè)提標治理方案》（豫環(huán)文［2019］84號）中排放標準限值要求，減少顆粒物排放約24 t/a。

3.2 提高余熱余能利用

1）高爐沖渣水余熱利用工程。濟源鋼鐵廠利用2#高爐（1 200 m3）和3#高爐（508 m3）的沖渣水作為熱源，建設(shè)2座熱交換站和總循環(huán)泵站，采用間接供熱方式，將熱量傳遞給二次冷媒（被加熱水），供暖面積達45萬m2，用于家屬區(qū)、周邊村莊和企業(yè)辦公場所的集中供暖，實現(xiàn)了污染物處理能耗和排放量雙降低。此項技術(shù)改造實施后，可節(jié)能約3 685 kgce/h，可產(chǎn)生經(jīng)濟效益約586萬元/a。

2）鍋爐煙氣余熱利用。為充分利用鍋爐煙氣熱能，2015年濟源鋼鐵廠分別在3臺鍋爐煙氣進入引風(fēng)機前的水平煙道上安裝“智能換熱器”，回收煙氣熱量加熱水用作鍋爐補水和生活用水。方案實施后，可節(jié)能4 827 tce/a，節(jié)約電費52萬元/a，增加發(fā)電量210萬（kW·h）/a，可產(chǎn)生經(jīng)濟效益為437.8萬元/a。

4 效益分析

4.1 目標完成分析

目前，濟源鋼鐵廠2020年清潔生產(chǎn)審核的各項指標均已完成，清潔生產(chǎn)審核前后指標對比如表2所示。

表2 濟源鋼鐵廠清潔生產(chǎn)審核前后指標對比

4.2 清潔生產(chǎn)水平

濟源鋼鐵廠清潔生產(chǎn)審核前后各項指標的達標水平如表3所示。由表可知，燒結(jié)工序中燒結(jié)礦品位指標由低于Ⅲ級標準水平提升至Ⅰ級標準水平，氮氧化物排放量指標由Ⅲ級標準水平提升至Ⅰ級標準水平；轉(zhuǎn)爐煉鋼工序的除塵設(shè)施指標由Ⅲ級標準水平提升至Ⅰ級標準水平。

表3 濟源鋼鐵廠各工序清潔生產(chǎn)水平情況

4.3 經(jīng)濟、環(huán)境效益分析

濟源鋼鐵廠以清潔生產(chǎn)為契機，從被動治理污染到主動消除污染，抓住廠區(qū)環(huán)境的核心問題，針對“水、氣”環(huán)境元素重點治理，強化生產(chǎn)全過程控制，提升資源能源利用效率。目前清潔生產(chǎn)審核提出的目標指標已全部實現(xiàn)，節(jié)能減排效果顯著。

2015年清潔生產(chǎn)審核方案實施后，濟源鋼鐵廠年節(jié)電950.13萬kW·h；年節(jié)約新鮮水19.15萬m3；年節(jié)約燃煤5 960 t、焦炭5 500 t，年減排煙粉塵18.6 t。2020年清潔生產(chǎn)方案實施后，濟源鋼鐵廠燒結(jié)礦品位提升至Ⅲ級標準水平，節(jié)約水資源用量約45.62萬t/a；直接減排煤氣11.6×106m3/a、顆粒物308.58 t/a、二氧化硫33.89 t/a、氮氧化物485.55 t/a、二噁英1.17g/a、氟化物9.81 t/a、COD 15.2 t/a、氨氮0.376 t/a；間接減排顆粒物99.14 t/a、二氧化硫170.4 t/a、氮氧化物161.1 t/a；可產(chǎn)生經(jīng)濟效益6 506.27萬元/a。

通過對比發(fā)現(xiàn)，2020年清潔生產(chǎn)審核方案實施后，節(jié)約水資源量有了明顯提升，并且對于特征污染物特別是溫室氣體的去除有了很大改善，有效減少了濟源鋼鐵廠的碳排放。

5 結(jié)語

鋼鐵行業(yè)作為高能耗、重污染行業(yè)，在實際生產(chǎn)過程中存在巨大的節(jié)能降耗潛力。2018年鋼鐵行業(yè)5個分工序的清潔生產(chǎn)評價指標體系出臺，根據(jù)近些年鋼鐵企業(yè)發(fā)展的技術(shù)水平對各指標進行了更新，進一步引導(dǎo)了鋼鐵企業(yè)清潔生產(chǎn)水平的全面提升。濟源鋼鐵廠清潔生產(chǎn)審核的開展，不僅取得明顯的經(jīng)濟、環(huán)境效益，為企業(yè)持續(xù)開展清潔生產(chǎn)積累了經(jīng)驗，而且可為國內(nèi)其他鋼鐵企業(yè)開展清潔生產(chǎn)審核工作提供參考。基于此，以清潔生產(chǎn)審核為減少碳排放的重要抓手，促進綠色、低碳、循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，是加快國家溫室氣體減排計劃實施的有利舉措，對實現(xiàn)碳達峰碳中和的美好愿景具有重要作用。