樊  波¹   李永軍²   杜雄偉²   郭 戌²  

(1.中鋼設備有限公司  北京100080；2.中冶京誠工程技術有限公司 北京 100176）

摘要：本文概述了我國鋼鐵工業典型大氣污染物的排放現狀，簡要介紹了《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》中的部分內容，以及對完成超低排放改造任務的時間要求，摘錄了對于高爐煉鐵工序，實施超低排放關于有組織排放、無組織排放、清潔運輸、監測監控等方面的要求，重點對高爐工序的主要系統，包括礦、（焦)槽及上料系統、爐頂系統、出鐵場系統、熱風爐系統、渣處理系統等的超低排放技術進行了分析。

關鍵詞：高爐工序；超低排放；有組織排放；無組織排放；節能減排

1  前言

我國作為世界上最大的鋼鐵生產國，2019年粗鋼產量9.963億噸，占全球粗鋼產量的份額達到53.3%。鋼鐵產業在支持中國經濟發展的同時，也產生了大量的大氣污染物，據測算，2017年全國鋼鐵行業二氧化硫、氮氧化物和粉塵排放量分別為32.4萬噸、214萬噸、120.9萬噸 ^[1]，是目前我國主要的大氣污染排放源之一。由于我國鋼鐵行業區域布局集中，從而導致污染物排放集中，遇上靜穩天氣時，區域大氣污染物濃度劇增，隨著電力行業超低排放技術的推廣應用，鋼鐵行業的污染物排放成為主要的工業排放源之一,中國大氣污染防治重點已從電力行業向非電行業轉變，其中，鋼鐵行業是減排重點。鋼鐵工業推進污染防治開展綠色制造，是實現經濟和環境的可持續發展的必由之路。

2019年4月28日生態環境部、發展改革委等五部委聯合印發了《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》 (以下簡稱《意見》)?！兑庖姟穼τ薪M織排放、無組織排放、清潔運輸、監測監控等均提出了超低排放的要求。《意見》提出，對完成超低排放改造的企業，加大稅收、資金、價格、金融、環保等政策支持力度，強化企業主體責任，嚴格評價管理，強化監督執法?！兑庖姟穼ν瓿沙团欧鸥脑烊蝿仗岢隽藭r間要求，其中重點區域鋼鐵企業在2020年底前力爭60%左右產能完成改造，到2025年底前，重點區域基本完成改造，全國力爭80%以上產能完成改造。目前部分鋼鐵企業已開展相關超低排放改造及環保提升工作，且取得積極效果，但大部分鋼鐵企業完成超低排放改造任務仍有很長的路要走。

2 《意見》對高爐工序的要求

2.1  有組織排放

《意見》對有組織排放提出了明確的要求，其中對高爐煉鐵工序有組織排放的控制指標要求如表1所示^[2]：

表1 高爐煉鐵工序有組織排放控制指標要求

2.2無組織排放

《意見》對無組織排放控制措施要求，應全面加強物料儲存、輸送及生產工藝過程無組織排放控制，采取密閉、封閉等有效措施，有效提高廢氣收集率，產塵點及車間不得有可見煙粉塵外逸。其中在物料儲存、物料輸送、生產工藝過程三方便提出了具體要求，其中涉及高爐工序的有

1）物料儲存：除塵灰等粉狀物料，應采用料倉、儲罐等方式密閉儲存。煤、焦炭、燒結礦、球團礦等塊狀或粘濕物料，應采用密閉料倉或封閉料棚等方式儲存。

2）物料輸送：除塵灰等粉狀物料，應采用管狀帶式輸送機、氣力輸送設備、罐車等方式密閉輸送。煤、焦炭、燒結礦、球團礦、高爐渣等塊狀或粘濕物料，應采用管狀帶式輸送機等方式密閉輸送，或采用皮帶通廊等方式封閉輸送；確需汽車運輸的，應使用封閉車廂或苫蓋嚴密，裝卸車時應采取加濕等抑塵措施。物料輸送落料點等應配備集氣罩和除塵設施，或采取噴霧等抑塵措施。料場出口應設置車輪和車身清洗設施。廠區道路應硬化，并采取清掃、灑水等措施，保持清潔。

3）生產工藝過程：物料篩分等設備應設置密閉罩，并配備除塵設施。高爐爐頂上料、礦槽、高爐出鐵場等產塵點應全面加強集氣能力建設，確保無可見煙粉塵外逸。高爐出鐵場平臺應封閉或半封閉，鐵溝、渣溝應加蓋封閉；高爐爐頂料罐均壓放散廢氣應采取回收或凈化措施。

2.3  監控及檢測設施

《意見》要求：鋼鐵企業應依法全面加強污染排放自動監控設施等建設，并與生態環境及有關部門聯網，按照鋼鐵工業自行監測技術指南要求，編制自行監測方案，開展自行監測，如實向社會公開監測信息。

《意見》要求：高爐礦槽、高爐出鐵場排氣筒安裝煙氣排放自動監控設施，安裝分布式控制系統（DCS），記錄企業環保設施運行及相關生產過程主要參數。高爐礦槽和爐頂區域，安裝高清視頻監控設施。在廠區內主要產塵點周邊、運輸道路兩側布設空氣質量監測微站點，監控顆粒物等管控情況。自動監控設施、DCS監控等數據至少要保存一年以上，視頻監控數據至少要保存三個月以上。

3  高爐工序各系統超低排放技術

高爐工序主要系統包括礦焦槽及上料系統、爐頂系統、高爐本體系統、出鐵場系統、熱風爐系統、粗煤氣系統、煤粉噴吹系統、渣處理系統、鑄鐵機系統等，其中大部分系統存在污染物排放問題，以下分別對幾個典型系統如何減少污染物排放及實施超低排放改造進行簡要分析。

3.1  礦焦槽及上料系統

《意見》要求：高爐礦槽產塵點應全面加強集氣能力建設，確保無可見煙粉塵外逸。高爐礦槽安裝高清視頻監控設施。目前很多企業，高爐槽上環境均有待提高，尤其槽上運輸自產干熄焦時揚塵更加嚴重。高爐槽上環境差首要原因是除塵能力不足，再者槽上卸料車密封皮帶、通風槽維護不到位，存在的密封不嚴問題，甚至沒有密封皮帶，除塵時抽野風，影響除塵效果。為達到超低排放要求，建議增加除塵能力，加大設備維護，避免移動通風槽和除塵管道之間、密封皮帶與礦槽卸料口之間密封不嚴抽野風的問題。

高爐礦槽及出鐵場等處的既有布袋除塵器，要達到超低排放對有組織排放的要求，主要措施是擴容，即提高除塵器的過濾面積，降低過濾風速。布袋除塵器的擴容方案多樣，應針對既有除塵器的具體情況，靈活選擇改造方案。其中采用褶皺濾袋等新型濾袋代替傳統濾袋的方式，是短期內顯著提高過濾面積的有效手段。

《意見》要求：物料篩分設備應設置密閉罩，并配備除塵設施。為達到超低排放要求，建議對篩分設備設置密閉罩的同時，對給料機、振動篩、稱量漏斗、除塵管道的進出口用軟接頭密封連接，使整個篩分作業在全密封狀態下進行。

《意見》要求：高爐爐頂上料產塵點應全面加強集氣能力建設，確保無可見煙粉塵外逸。針對部分采用皮帶上料的高爐，在上料時爐頂存在可見煙塵外逸的現象，以及部分采用料車上料的高爐，料車在料坑受料及爐頂卸料時也存在揚塵現象，建議增大主皮帶頭輪罩處的除塵能力，以及對料坑和爐頂設置集塵裝置，甚至可以考慮將上料斜橋全封閉處理。

3.2  爐頂系統

《意見》要求：高爐爐頂料罐均壓放散廢氣應采取回收或凈化措施。均壓煤氣回收技術已經成熟，其典型流程如圖1所示^[3]。

圖1 高爐均壓放散煤氣回收典型流程圖

均壓煤氣回收技術既可以減少粉塵排放量，又可以實現煤氣的增量回收，是一項環保與節能兼具的技術。建設形勢多樣，可采用利舊布袋除塵器方式、新建除塵器方式、利用噴堿脫氯塔方式等。高爐爐頂系統另一個排放治理重點是休風大放散煤氣的治理，部分企業已經計劃實施治理，相關技術正逐漸完善。

3.3  出鐵場系統

《意見》要求：高爐出鐵場應全面加強集氣能力建設，確保無可見煙粉塵外逸。高爐出鐵場平臺應封閉或半封閉，鐵溝、渣溝應加蓋封閉；

高爐出鐵口處煙塵受自身特性及工藝操作等因素影響，是整個出鐵場除塵治理的重點及難點，目前部分企業出鐵場可見煙塵外逸明顯，需加大治理力度。建議合理布置吸塵罩，優化風量分配，有效封閉產塵點，做到以經濟的風量實現對鐵口煙塵的有效控制及捕集。實踐表明，采用鐵口強力抽風+爐前密閉設計是一種有效的鐵口煙氣捕集模式，煙塵捕集效率高，極大改善出鐵場工作環境。

1）鐵口強力抽風

“鐵口強力抽風”煙塵捕集模式，是采用側吸與頂吸的組合并予以大風量排煙，同時利用風口平臺、爐前機械及適當的圍擋輔助, 在出鐵口與各吸塵罩之間形成一個較強的負壓場，強化出鐵口區域的煙塵捕集模式。從生產實踐來看，側吸罩的罩口頂部應緊貼風口平臺梁底，同時還要與鐵口框、爐前封板、主溝上風口平臺護板相互配合，實現鐵口區的有效封閉；頂吸罩則應在滿足爐前設備操作的條件下，與風口平臺和爐前密閉設計統一考慮，隨著風口平臺的加寬，頂吸罩一般布置在風口平臺外側，罩口下部可與風口平臺平齊。

通過側吸罩實現煙塵在出鐵口近端一級捕集，同時可以迅速衰減開、堵出鐵口時爐內噴出煙氣的速率，削弱噴出煙氣的力度, 使煙氣氣流運動軌跡和速度在負壓場作用下發生改變，為頂吸罩的二次捕集創造條件，頂吸罩則借助煙氣本身的熱動力作用和負壓作用實現對煙氣的二次捕集。

2）爐前密閉設計

爐前密閉設計是提高鐵口煙塵捕集效率的有效手段，即使側吸與頂吸一時無法將所有煙塵捕集，也不至于擴散到整個出鐵場。爐前密閉設計是利用風口平臺，同時在出鐵場平臺上設立柱，將泥炮、開鐵口機和主溝前段全部封閉，靠近高爐本體側也進行封閉，爐前操作在密閉小房中進行，在封閉小房屋頂設置頂吸罩，與通風主管連接，捕集到的煙塵進入出鐵場環境除塵系統。

爐前密閉設計應保證與風口平臺間的密封，同時建議另一側封閉至撇渣器除塵罩處，撇渣器除塵罩伸進封閉小屋，形成一個整體的密閉空間。

3.4  熱風爐系統

目前，大部分熱風爐煙氣的SO₂排放數據，達不到超低排放要求。部分熱風爐的NOx及顆粒物排放數據，也達不到超低排放要求，典型高爐熱風爐煙氣排放數值見表2。因此，熱風爐煙氣的治理，是高爐工序實現超低排放的重點。

表2 典型熱風爐煙氣排放數據

熱風爐煙氣排放的治理，有末端控制和源頭控制兩種方式。2020年1月9日，中國環境保護產業協會發布的《鋼鐵企業超低排放改造實施指南》中建議：熱風爐宜采用SO₂、NOx源頭控制技術。由于高爐煤氣中的硫主要來自于焦炭、燒結礦、球團礦和噴吹煤中的硫，因此建議嚴格控制高爐入爐焦炭、噴吹煤含硫率。高爐宜使用干熄焦，焦炭含硫率宜低于0.6%，噴吹煤含硫率宜低于0.4%。研究表明生產每噸熔劑性球團比生產每噸燒結礦產生的SO₂、NO_x分別科降低75％、53％^[4]，同時球團比燒結礦中的硫含量低約50%，因此高爐爐料結構優化是源頭減排的有效手段之一。此外，高爐煤氣凈化系統宜配套脫酸裝置，凈化后H₂S濃度宜小于10mg/m³。鼓勵高爐煤氣有機硫脫除技術的研發和工程應用。建議的控NOx技術：鼓勵采用分級燃燒、煙氣循環燃燒、無焰燃燒等低氮燃燒技術。

1）熱風爐煙氣的末端控制—煙氣脫硫

天津榮程聯合鋼鐵集團有限公司，采用干法脫硫技術，實施了高爐熱風爐脫硫改造項目，    凈化后煙氣中污染物濃度為：SO₂≤10mg/Nm³，粉塵≤10mg/Nm³；達到超低排放標準。山東隆盛鋼鐵，也采用了干法脫硫技術，凈化后SO₂ 達到≦20mg/Nm³，顆粒物濃度達到≦5mg/Nm³，也達到超低排放標準。

2）熱風爐煙氣的源頭控制—煤氣脫硫

高爐煤氣中有機硫和無機硫并存，有機硫的占比約70%以上，故對于高爐煤氣脫硫的關鍵是控制有機硫。能脫除高爐煤氣中有機硫的技術尚未普遍應用，典型的技術有：催化水解+堿液吸收法、加氫水解+金屬氧化物吸附法、活性焦吸附法、分子篩吸附法、微晶吸附法、納米材料選擇吸附法等。其中微晶吸附法是是依靠微晶材料高效吸附，將有機硫及無機硫、氯離子等雜質濃縮在解吸氣中，然后進行集中高效處理的一套新型煤氣源頭治理方案，典型流程圖見圖2，此技術可確保煤氣用戶煙氣SO₂含量不超過35mg/m³，達到超低排放的要求。相比傳統的末端煙氣治理，效率高、占地小、運維方便，運行成本不到末端治理的60%。

圖2 微晶吸附法脫硫的典型流程圖

2019年12月，山西晉南鋼鐵集團高爐煤氣脫硫脫氯系統建成投用，該技術選擇采用“前置凈化處理+干式催化+濕法化學吸收”脫硫工藝，無機硫脫除系統釆用濕法脫硫工藝，脫硫劑采用NaOH溶液，脫硫效率可達90%以上。經過脫硫凈化處理的高爐煤氣，送到熱風爐燃燒后的煙氣SO₂排放濃度低于50mg/Nm³，達到國家超低排放標準要求。

3）熱風爐煙氣的源頭控制—噴堿除酸脫硫

實踐表明，本來為解決煤氣管道腐蝕問題而開發的高爐煤氣噴堿除酸技術，可以脫除高爐煤氣中的一部分硫。噴堿除酸工藝有管道噴堿工藝和塔式噴堿工藝兩種，管道噴堿工藝對無機硫脫除效率～70%，對有機硫脫除效率～10%；塔式噴堿工藝對無機硫脫除效率～90%，對有機硫脫除效率～30%, 此技術對有機硫脫除效果并不理想，總脫硫率一般不到45%，因此需要再結合高爐原燃料綜合控硫手段，才能保證煤氣用戶的SO₂排放滿足超低要求。

4）熱風爐煙氣的源頭控制—低氮燃燒

當熱風爐拱頂溫度超過 1420℃時，NOx生成量會迅速增加，個別熱風爐煙氣NOx超標的企業，可考慮調整燃燒模式。通過控制燃燒區域的溫度和空氣量，降低著火區的氧濃度和溫度，以阻止氮氧化物的生成。采用熱風爐自動燒爐控制模型，可基于程序算法控制拱頂溫度，精準控制空燃比及煙氣中含氧量，有助于低氮燃燒。關于熱風爐的低氮燃燒技術，還需要從燃燒器的結構等方面加大創新研發。

3.5  沖渣系統

高爐熔渣在水沖?；^程中會產生一定數量的渣棉，沖渣水吸收熔渣顯熱會產生大量的蒸汽，在?；蚺艢馔藏搲旱沫h境下，渣棉與蒸汽向上流動，在向上流動的過程中蒸汽凝結成小液滴，與渣棉混合在一起，不僅形成視覺上的白色煙羽，且其中含有顆粒物，及少量有害氣體H₂S、SO₂等^[5]，某企業檢測的沖渣粒化塔煙氣中顆粒物濃度約1～6g/m³, 其主要成分見表3，折算煙氣中SO₂排放濃度達18～106mg/m³?！兑庖姟窙]有對沖渣氣體排放做明確要求，但部分地區對沖渣蒸汽提出了“消白”的要求。

表3 某企業沖渣?；煔庵兄饕w粒物成分

白色煙羽是由飽和濕煙氣與溫度較低的環境大氣混合，煙氣中的水蒸氣遇冷凝結為小液滴，經光線的折射或散射作用，從而形成視覺上的“白色煙羽”；“消白”的原理是通過采用特定工藝，改變濕煙氣排出時的初始狀態點，使煙氣在擴散過程中始終為非飽和狀態，來實現“消白”；

現有典型“消白”措施有： 1）煙氣冷凝技術：通過冷卻蒸汽，使其凝結成水，排放時不發生“濕煙羽”現象。煙氣冷凝方式可采用水冷、空冷、熱泵技術冷卻等；2）煙氣再熱技術，通過加熱升溫等方式提高擴散效果，實現“消白”；3）煙氣稀釋技術：通過引入過量其他干燥或低濕度氣體與煙氣混合，實現在擴散過程中保持非飽和狀態。

實踐表明，水渣蒸汽“消白”采用冷凝技術，不僅可以實現視覺上的“消白”，而且可以減少沖渣過程中污染物的排放。采用冷凝技術“消白”設計時要要避免消白噴淋水的酸性富集，減少對相關管道及設備的腐蝕，噴淋水及冷凝下來的冷凝水，應考慮酸堿中和回路的設計。

3.6  其他系統

《意見》要求對于塊狀物料，應采用密閉料倉或封閉料棚等方式儲存，因此部分企業半封閉的干煤棚需要全封閉改造，并建議在干煤棚設置噴霧降塵設施?！兑庖姟芬螅撼龎m灰等粉狀物料，應采用氣力輸送設備、罐車等方式密閉輸送。目前有部分企業采用火車、敞篷汽車等運輸除塵灰，不封閉運輸會造成運輸過程中的遺撒及揚塵。甚至有的企業除塵灰直接落地，然后鏟車裝汽車運輸，都不同程度的存在無組織排放的現象。

此外，在運輸鐵水過程中的污染物排放也要重視，鐵水罐和魚雷罐如果敞口，不僅有熱量散失，同時還有可見煙塵外逸。建議對鐵水罐和魚雷罐加蓋，既能減少熱量散失，又能有效減少煙塵的無組織排放，具有節能環保的雙重效果。 

4  結語

推動實施鋼鐵流程的超低排放，是鋼鐵企業實現環境績效評價A級標準的基礎，企業需要認識到環保工作的重要性，深入分析和研判環保工作面臨的新形勢、新任務，大力消減污染物排放量，改善職工作業環境，提高企業形象。但也需要認識到，現有高爐工序相關的環保提升工作，除了煤氣精脫硫外，很多都是細小的，具體到點及設備的，要花細功夫精準實施。新建、擴建、改建的高爐，從設計及建設開始，應充分理解超低排放標準的要求，按超低排放標準來考慮，減少或避免后期的改造工作。

參考文獻:

[1]于勇,朱廷鈺,劉霄龍.中國鋼鐵行業重點工序煙氣超低排放技術進展[J].鋼鐵,2019,54(9):1-11.

[2]生態環境部.關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見.[EB/OL].[2019.04.28]. http://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk03/201904/t20190429_701463.html

[3]李永軍,羅思紅,呂宇來等.高爐均壓煤氣回收技術的改進及應用[J].煉鐵,2019,38(1)：10-13.

[4]王新東,李建新,胡啟晨.基于高爐爐料結構優化的源頭減排技術及應用[J].鋼鐵,2019,54(12)：104-110.

[5]石崢.高爐沖渣乏汽煙囪排煙除塵及凝結水回收實驗研究[D].邯鄲.河北工程大學.2019:35-38.