6 钢铁行业污染防治综合技术途径-杨晓东

1、第二届钢铁行业烟气超低排放控制技术研讨会2018年t9月16-17日.北京多目标约束集成解决推动行业废气污染综合防治杨晓东中 冶 京 诚 工 业 节 能 与 绿 色 发 展 评 价 中 心冶 金 清 洁 生 产 技 术 中 心北京京诚嘉宇环境科技限公司 主要内容n 钢铁行业废气污染状特征n 构建多目标约束的集成解决对策多目标约束:节能-减排-控煤-低碳-循环-高效全过程统筹综合最优，追求资源环境绩效整体提升实现降本增效，持续稳定经营n 关注行业VOC行业废气污染排放状况特点根据中国钢铁工业环境保护统计(2015)，我国121家重点大中型钢铁企业平均吨钢排放烟粉尘、SO2 和NOx 分别为0.7

2、5 kg/t 、0.81 kg/t 和0.97kg/t ， 同比下降14.24% 、28.15%和2.99%，相比国际先进水平仍有一定差距，见表2。表2 国内钢企与国际先进钢企主要废气污染物排放因子 kg/t钢数据来源：(1)JFE、POSCO、宝钢股份数据来源于各企业年度可持续发展报告；(2)121家重点大中型钢企数据来源于中国钢铁工业环境保护统计(2015)图3为2015 年我国重点大中型钢铁企业各工序主要污染物平均排放比例， 可见烧结工序排放的烟粉尘、SO2和NOx 是钢铁行业排放污染物的主要来源 ， 分 别 占 总 量 的 42 . 83% 、65.75%和54.99%。烟粉尘SO2N

3、Ox控制状况：除尘、脱硫未脱硝污染物JFEPOSCO121家重点大中型钢企宝钢股份2010年2013年2015年2015年烟粉尘SO2NOx0.100.750.380.390.640.810.300.730.910.97/行业废气污染排放状况特点按照环境空气质量标准（GB3095-2012）及相应参考标准的限值计算国内某典型钢铁企业废气污染物等标污染负荷，结果见图4至图6。由图4可知，颗粒物是烧结工序等标污染负荷最高，炼铁和炼钢工序次之；SO2是烧结工序等标污染负荷最高， 球团工序和自备电厂次之； NOx是烧结工序等标污染负荷最高，自备电厂和炼铁工序次之；此外，烧结工序是全厂最大的CO排放源，

4、等标污染负荷比超过90%。由图5可知，烧结工序总的污染负荷最高，是长流程钢铁生产中的最主要废气污染源，自备电厂和焦化次之。由图6看出，新排放标准规定的污染物中，NOx 污染负荷最高，是钢铁生产首要废气污染物， CO次之，然后是SO2、TSP和Bap。由上述分析可以看出，烧结工序是钢铁生产废气排放的重点污染源，在我国长流程钢铁生产占主要地位的情况下，改变高炉炉料结构、降低烧结工序比重是减少钢铁行业废气污染排放的重要途径之一。图4 各工序颗粒物、SO2、NOx和 CO 等标污染负荷比图5各工序废气污染物等标污染负荷比图6 主要废气污染物等标污染负荷比国家绿色制造相关政策要点 工信部、发改委、财政部

5、、科技部联合 的绿色制造工程实施指南（2016-2020年）提清出洁： 效、高效低、碳低、碳循、环循等环等绿 发展展理理念念要求到2020年，与2015年相比，传统制造业物耗、能耗、水耗、污染物和碳排放强度显著下降，重点行业主要污染物排放强度下降20%。单位工业增加值二氧化碳排放量、用水量分别下降22%、23%”。国家当前节能环保政策要点 行业绿色发展面临多种约束和挑战工业绿色发展的节能、控煤、低碳、污染减排要求实施能源总量和强度“双控“、煤炭总量控制、逐年递减的碳排放配额、超低排放 “蓝天保卫战”持续深化，钢企如何适应？调整优化产业结构，推进产业绿色发展p加大区域产业布局调整力度；严控“两高

6、”行业产能；推进重点行业污染治理升造：重点区域二氧化Jiangxi、氮氧化物、颗粒物、VOCs全面执行大气污染物特别1亿吨以上500级0万吨以上Fujian排放限值。推动实施钢铁等行业超低排放改造，重点区域城市建成区内焦炉实施30005000万吨炉体加罩封闭，并对废气进行收集处理。强化工业企业无组织排放管控。p 加快调整能源结构，构建清洁低碳高效能源体系重点区域继续实施煤炭消费总量控制。到2020年，全国煤炭占能源消费总量比重下降到58%以下；北京、天津、河北、山东、河南五省（直辖市）煤炭消费总量比2015年下降10%，长三角地区下降5%，汾渭平原实现负增长；p 积极调整运输结构，发展绿色交通

7、体系大幅提升铁路货运比例。到2020年，全国铁路货运量比2017年增长30%。大力推进海铁联运。Xinjian钢铁生产布局状况与区域产钢强度钢铁产业布局与区域产钢强度及人均粗钢产量2015年2005年2010年JiangxiFujianJiangxiFujianJiangxiFujian4001000万吨400万吨以下10002000万吨20003000万吨30005000万吨5000万吨以上1亿吨以上2017年 京 津 冀 地 区单 位 粗 2钢01产7年量亚洲前4大粗钢国单位粗钢产量河 北天中津国北京京津冀合 日计本上地印区度韩 国2017年产量(万t)19121.471881321.75

8、35200934293140.407201071.0710407100国土面积(万km2)18.8819.169012.614.7121.3771.80.63249810.022014年人口数量(万人)7519.5211535667.88722117100.753124172.7019321182.3637405042单位国土面积人口密度(人/km2)398.281310486.82291352138.6.0651383.076.263144.4490.39511.68单位国土面积粗钢产量(t/km2)1012.79158263.6.14509.6040.2696427.266.982353.

9、840.03708.58人均粗钢产量(t/人)2.5410.1.5690.10.0861.806.820.660.081.38XinjiangXinjiangXinjiang行业绿色发展面临多种约束和挑战n 钢铁工业发展面临区域环境承载力约束n 工业绿色发展的节能、控煤、低碳、污染减排要求实施能源总量和强度“双控“、煤炭总量控制、逐年递减的碳排放配额n 环保管理方式精细化、政策规章逐步成龙配套“污染物总量控制”转变为“固定源排污许可”、“排污费” 转变为“环保税” “特别排放限值”、“超低排放”n “蓝天保卫战”持续深化，钢企如何适应？构建多目标约束集成解决对策国家生态文明建设及绿色发展的要求

10、、外部资源环境承载力的压力等将深刻影响行业的经营和技术发展，面对多目标约束问题、环境管理日趋“精细化”的形势，行业须探索构建全过程统筹均衡、持续稳定经营的技术支撑体系，采取节能-减排-控煤-低碳多目标约束的集成解决方式，优先源头和工程统筹优化，降低能耗，减少污染物产生，全面提升污染控制技术水平， 实现降本增效，绿色持续发展。n 制造流程的变革n 能源结构调整及进一步挖掘节能潜力n 钢铁工业功能转换n “控煤”对策构建多目标约束集成解决对策n 制造流程的变革p 铁前工艺装备变革 球团替代烧结（高炉炉料结构）、高废钢比的转炉冶炼技术p 界面模式优化： 减少热铁水、钢水和钢坯的温度损失，一罐到底、热

11、装热送p 薄带铸轧技术、无头轧制通过流程变革，实现节能、减少污染物产生、节地、连续紧凑、高效 p 高炉、焦炉煤气深度净化n 能源结构调整进一步挖掘节能潜力：焦炉煤气显热回收、罐式烧结矿余热回收、高炉熔渣显热回收、高炉炉顶煤气净化回收、规模化清洁能源（风、光电）.n 与城市及其它产业间的工业生态链构建：可再生资源、煤气资源化利用铁前工艺优化实施源头与过程控制烧结工序废气总的污染负荷最高，占长流程钢铁生产中的50%以上，是最主要废气污染源，在我国长流程钢铁生产占主要地位的情况下，改变高炉炉料结构、降低烧结工序生产比重是行业节能减排的重要途径之一。p 重点区域不再新建烧结机，烧结矿产量逐步减少p 现

12、有烧结机节能减排升级改造烧结烟气循环技术、烧结料面喷吹蒸汽技术、烧结余热利用（含竖罐式）技术、多功能高效环冷机技术、主风频控制技术等p 重点区域不再新建焦炉，焦炭产量逐步减少焦炉大型化、焦炉煤气上升管余热回收焦炉大型化，生产运行减少了装煤、出焦次数，可大幅减 少废 气 污 染 物（苯并芘等有害物质）的产生！厂家奥格斯特蒂森施韦尔根焦炭产量，万吨/年250250炭化室354140推焦次数，20小时560235炉门数，个708280装煤孔数量1620560铁 烧 球 工 序 工 艺 优 化 调 整铁烧球工序吨产品废气污染物排放因子。烧结工序除排放TSP、SO2、NOx常规污染物外，也是钢铁企业二噁

13、英、VOC、氟化物和CO等特征污染物的主要排放源， 在数量级上是钢铁企业排放量最大的废气污染物。铁烧球工序吨产品废气污染物排放因子kg/t产品粗钢生产主要工序单位产品能源消耗限额要求单位：kgce/t产品重点统计钢铁企业烧结和球团工序能耗指标单位：kgce/t产品指标名称限定值准入值先进值指标名称2015201420132012烧结工序能耗555045烧结工序能耗47.2048.9049.9850.42球团工序能耗362415球团工序能耗27.6527.4928.4728.84工 序污 染 物烧结工序球团工序炼铁工序颗粒物SO2 NOX F二噁英CO0.0710.850.0140.150.00

14、540.200.220.970.0110.210.0090.340.311.030.150.550.00080.170.00040.0082/0.1516/8.78370.010.41/球团替代烧结经济环境效益分析高炉炉料结构主要取决于原料资源情况、配套生产工艺、操作技术水平、操作习惯和理念、生产成本、环保要求等多方面因素。日本、韩国高炉以烧结矿为主，高炉以球团矿为主。欧盟由于环保要求，烧结厂的生产和建设受到了严格的限制，以球团矿为主。欧美高炉球团矿使用比例一般都较高，个别的高炉达100%，其中一部分高炉使用熔剂性球团矿，另一部分高炉以酸性球团矿为主。球团替代烧结工程案例工程方案原设计方案（情

15、景I） 提高球团比方案（情景II） 高炉 （现 2 个，续建 1 个）球团 （现 1 个，续建 2 个）高炉 （现 2 个，续建 1 个）生产工序烧结（现有）烧结（续建）球团（现有）烧结（现有）主体设施2500m21600m21504m235500m32500m23504m235500m3产量(万 t/年)1015.3590400135058.751015.31200135062.02品位(%)炉料结构56.6756.3865.2456.6765.24烧结73.62%+球团18.34%+块矿8.04%烧结45.8%+球团 54.2%球团替代烧结经济环境效益分析指标名称增减率原设计方案（情景I）

16、提高球团比方案（情景II）生产设施总投资(万元) 入炉矿品位(%)球团工序能耗(kgce/t产品)烧结工序能耗(kgce/t产品) 炼铁工序能耗(kgce/t产品) 球团+烧结+炼铁总能耗(tce)球团+烧结+炼铁总排放量 (万tCO2)烟粉尘排放量(t/年) SO2排放量(t/年) NOx排放量(t/年) 二噁英排放量(t/年) 氟化物排放量(t/年)CO(万t/年)100560058.7519.9749.503785976213113414962.0219.9749.50367571681613%5.57%0.00%0.00%-2.89%-4.34%713.45634.09-11.12%2

17、499.996017.7017617.750.0000113.5136.652647.825197.2918522.750.0000072.2223.185.91%-13.63%5.14%-36.75%-36.75%-36.75%首 钢 烧 结 料 面 喷 吹 蒸 汽 技 术节能减排原理：水蒸汽会在燃烧带发生反应，加速烧结燃烧带中C 的燃烧和充分燃尽一方面热减少工序能耗，另一方面从源头上减少了二噁英生成的碳源。与此同时，喷吹水蒸汽，同料层中的碱金属和碱土金属反应后，游离的单质Cl2 转变为以HCl 的形式存在。HCl 气体同Cl2 气相比，HCl 气体结合苯环的能力比Cl2 气体的结合能力小，

18、氯气容易形成氯的自由基，易于苯环结合形成二噁英。因此，控制了二噁英生成的两大前体物碳和氯，从而减少二噁英产生。该技术在550m2 烧结机应用表明，喷吹蒸汽后烧结废气中CO显著降低，CO2 /(CO+CO2)从80%提到85%水平，提高约5%；工业试验表明降低固体燃耗1.64kg/t。2017 年进一步优化喷吹制度后，燃耗降低2.26kg/t，降低4.4%，烧结提产2.37%，吨矿废气减排6.7%，SO2 、NOx和二噁英吨矿分别减排2.9%、7.9%和49.5%。烧结料面喷吹蒸汽技术投资费用低，在550m2 烧结机应用年化效益在1000 万以上；回收期短，运行费用少，低压蒸汽成本0.3 元/t

19、，而降燃耗收益1.2 元/t。通过改善烧结机中部燃料燃烧效果，既可节能、提产又减少污染物排放。铁钢、钢轧界面技术经济环境分析高炉 - 转炉流程“一罐到底”模式：实现高炉与转炉生产热衔接，完成铁水，铁素物质流与能量流的协同运行14501380扒渣脱硫扒渣转炉受铁罐高炉出铁90min运输20min 等待45min扒渣10min运输+脱硫扒渣25min翻铁10minn “一罐到底”技术，是指取消传统的“混铁炉”和“鱼雷罐车”装置，直接采用“铁水罐”运输铁水，将铁水的承接、运输、缓冲储存、铁水预处理、转炉兑铁、容器快速周转、铁水保温等功能集为一体；n 取消了炼钢车间倒罐坑、减少一次铁水的倒罐作业，具有

20、缩短工艺流程、紧凑总图布置、降低能耗、减少铁损、减少烟尘排放等多重优势，是今后新建钢铁厂高炉-转炉界面模式的发展方向。铁钢、钢轧界面技术经济环境分析123456首钢京唐在高炉 转炉流程采用 “一罐到底”先进技术，缩短了工艺流程，取消了传统的鱼雷罐车和炼钢倒罐坑，减少一次铁水倒罐作业及所产生的烟尘污染，降低能耗， 减少铁损，铁水温降减少50以上，具有缩短冶炼周期、节能高效等多项优点。年节能1.69万吨标煤，减排CO25.32万吨，粉尘产生减少4700吨。减少占地1150m2；降低投资4158万元；减少定员108人；减少烟尘排放约4700t/a节约电耗1139万kWh/a(387万tce/a)减少

21、铁水温度损失3050(0.771.29万tce/a)铁钢、钢轧界面技术经济环境分析“连铸连轧、热装热送”。首钢京唐炼钢 热轧两个工序之间采用连铸坯热送热装先进工艺，热送热装率可达到70%，热装板坯温度为600-800，板坯加热燃料消耗仅为1.0GJ/t，大幅度降低了能源消耗，减少NOX 产生。深入挖掘节能减排潜力n 高炉炉顶均压煤气回收煤气回收中率冶京诚开发的炉顶均压煤% 气回收系7统7已.49应用于多家企82业.1，6 其工艺过程8：4.5料7罐泄压煤气经控制阀组将系统切换至3 均压煤气回收通道，通过固定该控制阀组的开关小时煤气回收量Nm50112352222时间，对料罐均压煤气进行部分回收

22、（回收率70）。料罐内残余煤气则通过正年煤气回收量Nm342121111037644318664374常煤气放散通路，经过消声后排空。回收部分的均压煤气经回收管道引至回收除尘年器减中少，粉经尘回排收放除量尘器二次精除尘t，最后并入4公2司净煤气管网1回04收。经处理的1煤8气7 粉减尘少含碳量排可放以量满足10mg/m3的t/a环保和用户4使12用要求。除尘1灰01输4 送经中间灰1仓82通4过年吸经排济车效排益出（。按在煤气除价尘格器）贮灰段万设元置/a蒸汽伴热63装.6置0 ，以防均压15煤6.气68经历降温降28压1，.83煤煤气气水用分于析发出电，经使济除效尘益器中煤气万灰元结/a块无

23、法排9出8.2。8242.12435.5国内大多数企业的高炉炉顶均压煤气未回收，有些是经指过标除尘后放散，多数是直接放散项，尽目管炉顶均压煤气单量位很少，不到总煤气量的1%，但仍造成二次能源损失和环境空气污染。1000m3 高炉2500m3高炉3200m3高炉深 入 挖 掘 节 能 减 排 潜 力n 高炉煤气喷碱除酸传统的高炉煤气净化方式是采用文氏管洗涤湿法净化，优点是性能稳定，在除尘的同时还可去除煤气中的“氯”和“硫”。在过去的排放标准下，使用湿法净化后的高炉煤气的燃气设施废气排放可以达到排放标准。随着行业推行“三干”，全国的高炉煤气净化基本上都改为干式袋除尘净化，对尘的净化效率大幅提升，降

24、低了水耗、消除废水及污泥的处置。但是高炉煤气全干法净化也带来了一些新问题。一是近年来钢铁企业大量使用进口矿，矿石中氯元素增加；二是采用干法净化，煤气中硫（尽管绝对量很少）的问题没有解决，煤气的酸性介质大量富集，溶于 低温煤气管网产生的冷凝水中，对管道及波纹管及燃气设备产生严重腐蚀；三是随着环境管理的逐渐深入，排放标准日趋严格，燃气设施的排放标准的提高，目前很多企业燃用高炉煤气的设备（燃气锅炉）出现。深 入 挖 掘 节 能 减 排 潜 力冶金清洁生产技术中心经过对五家钢铁企业的高炉煤气（其中两家是湿法高炉煤气净化）中有机硫的测试分析发现，湿法净化的高炉煤气中H2S和有机硫都很低，而干法净化的煤气

25、中主要含硫有机物为COS，占有机硫的绝大部分，含量普遍较高，个别样本浓度甚至高达数百mg/m3。有机硫经燃烧氧化后，虽然经助燃空气稀释，仍有可能导致其排放浓度。中冶京诚研发一项专有技术 高炉煤气喷碱除酸装置，同时去除煤气中的氯气、H2S和COS，以解决煤气管道的腐蚀和燃气设施排放。其原理为：喷淋塔内设喷碱液（NaOH）及喷水装置，煤气逆向通过，氯气、H2S发生中和反应，COS则是先水解反应生成H2S和CO，H2S再发生中和反应，从而达到除酸目的。高 炉 煤 气 喷 碱 除 酸 技 术目前世界最大高炉韩国浦项6000m3高炉配套应用。投产时间： 2013年10月23关注钢铁生产VOC S 问题焦化中冶京诚冶金清洁生产技术中心与北京大学环境科学与工程学院合作，选择国内某工艺装备水平较先进的独立焦化厂的VOCs排放进行了系统调研和测试2016年该焦化厂全年焦炭产量为219 万吨。煤气158400 m3/h、粗焦油