曹 雄
(寶山鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，上海 200941)
摘要: 重點介紹了寶鋼燒結工序排放情況和超低排放改造實踐及取得的效果。經過改造后，有組織排口的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放質量濃度均小于 10、35、50 mg /m3 ，涉及無組織排放的混合機、卸料點、物料轉運點等增設了除塵器，納入有組織管控，其余點位則通過封閉等舉措，均達到了超低排放要求。
關鍵詞: 燒結工序; 超低排放; 改造實踐
燒結是將各種粉狀含鐵原料配入適量的燃料和熔劑，加適量的工業水，經混合和造球后在燒結設備上使物料發生一系列物理化學變化的成塊過程。該工序是污染物排放最大的環節，其有組織排放的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物約占鋼鐵全流程的 20% 、60% 、40% 以上，是降低長流程鋼鐵生產污染物排放總量的重點環節［1－5］。
2018 年 6 月 27 日，國務院印發《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》，明確了要開展鋼鐵等重點行業超低排放改造及燃煤鍋爐無組織排放排查，對物料( 含廢渣) 運輸、裝卸、儲存、轉移和工藝過程等無組織排放實施深度治理。緊接著生態環境部等五部委于 2019 年 4 月 28 日聯合印發《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》(環大氣〔2019〕35 號) ，要求到 2025 年底前，重點區域鋼鐵企業超低排放改造基本完成，全國力爭 80% 以上產能完成改造。其中，燒結工序有組織排放的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放質量濃度小時均值分別不高于 10、35、50 mg /m3 ; 要求全面加強物料儲存、輸送及生產工藝過程無組織排放控制，在保障生產安全的前提下，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。2019 年到 2022 年，寶鋼燒結工序先后策劃實施了 4 個有組織和無組織超低排放適應性改造項目，各項有組織排放指標和無組織方面涉及的物料儲存、生產工藝及物料輸送環節均符合超低排放要求。
1 寶鋼燒結工序排放現狀
1．1 燒結工序超低排放要求
根據生態環境部印發的《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》、《關于做好鋼鐵企業超低排放評估監測工作的通知》( 環辦大氣函〔2019〕922 號) 和中國環境保護產業協會 2020 年組織編制并印發的《鋼鐵企業超低排放改造技術指南》標準要求，燒結工序有組織排放的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物質量濃度小時均值須分別小于 10、35、50 mg /m3 指標要求，并具備與各個集塵點對應生產設施的連鎖條件和數據保存一年以上的記錄。無組織排放方面，主要是要求粉狀物料儲存必須密閉且輸送環節采用氣力輸送或是負壓罐車方式，在破碎、環冷、篩分等發生物理變化等重點管控環節安裝視頻監控并保存 3 個月以上，在物料輸送環節采用通廊封閉并安裝在線粉塵檢測儀等管控措施，同時現場須保持干凈、整潔。總而言之，生產過程中的有組織排放通過各個排口的在線檢測、無組織排放管控則通過視頻監控和在線粉塵監測儀等進行實時監控預警，來判定是否達到超低排放標準，而生產現場是否干凈整潔也反映了環保設施有沒有、用沒用、好不好，如圖 1 所示。
需要關注的是，隨著國家持續改善生態環境和推動綠色低碳發展，各地陸續對鋼鐵行業超低排放達 A 級企業的標準提出了更高的要求或是鞭策舉措。比如，山西省對鋼鐵行業超低排放 A級績效企業指標進行了優化調整( 山西省生態環境廳2022 年《山西省生態環境廳關于優化調整全省重污染天氣鋼鐵焦化行業績效分級指標推動鋼鐵焦化行業實現高質量發展的通知》) ，涉及燒結的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放質量濃度分別小于 5、5、35 mg /m3 ，增加了 SCＲ 和 SNCＲ 脫硝設施的氨逃逸質量濃度分別不高于 2． 5、8 mg /m3 等; 而山東省( 山東省發展和改革委員會 2022 年《關于鋼鐵企業超低排放差別化電價政策有關事項的通知》) 直接對企業“有組織排放、無組織排放、清潔方式運輸”其中 1 項未達到超低排放要求的，用電價格每千瓦時加價 0．01 元; 2 項未達超低排放要求的，用電價格加價 0．03 元; 3 項未達超低排放要求的，用電價格加價 0．06 元。因此，超低排放改造需高于標準、嚴于要求持續進行環保升級。
1．2 寶鋼燒結工序超低排放差距
為打造城市鋼廠典范、行業引領示范，并擔負起央企應有的社會責任和歷史使命，寶鋼從 2012年起策劃啟動了燒結工序新一輪改造，均按遠低于《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》( GB 28662—2012) 中特別限制進行設計，生產、建設兩條線同時運作，至 2018 年底形成了 3 臺600 m2 級大型燒結機，其中環保投資占 50% 有余。在高效節能環保方面采用了一系列新工藝和新裝備，諸如通過增設強力混合機，延長二、三混混合時間以及強化機頭組合偏析布料的厚料層燒結技術; 環冷機采用新型液密封形式，大幅降低漏風率，環冷機采用門型罩密封，對不同溫度廢氣采取梯級方式回收，提高了余熱回收效率和降低了環冷風機耗電量，避免了環冷區域粉塵無組織排放的現象; 成品系統采用節能環保型棒條篩，設備布置采取篩分樓形式，物流之間主要通過溜槽進行轉運，皮帶機量減少 70% ，占地面積也大為減少; 采取皮帶通廊封閉和粉塵氣力輸送技術; 采取了目前最先進的活性炭煙氣凈化技術和 SCR 法脫硝技術; 投運了國內首套粉塵制粒等新技術，極大地消除了各類污染問題，改善了燒結工序整體面貌［6］。各類污染物排放實績見表 1，均低于上海市特別限值，遠低于國家標準。
對照超低排放標準，寶鋼燒結工序有組織排放實績仍有一定差距，主要是顆粒物和氮氧化物。需通過工藝源頭減排，對環保設施升級改造，技術路線選擇是難點。無組織管控方面，重點需對混合機進出料端、燒結機頭布料裝置、機尾熱破、卡排口、通廊邊縫等生產工藝和物料輸送環節增設環保設施或綜合治理。
2 寶鋼燒結工序超低排放改造
2018 年 5 月，生態環境部發布“鋼鐵企業超低排放改造工作方案”征求意見稿后，寶鋼燒結工序就開始了相應的項目策劃和實施。至 2020年，有組織排放基本改造完成，2022 年全面完成所有的超低排放改造。
2．1 有組織超低排放改造
2．1．1 機頭有組織排放改造
寶鋼二、三燒結機頭配備兩系列兩級活性炭煙氣凈化設施，各類排放指標如上文所述，遠低于國家標準，但顆粒物和氮氧化物不能達到超低排放的標準要求。因為保證運行安全，活性炭煙氣凈化設施入口煙道均設置了風量 20 萬 m3 /h 冷風閥，在正常工況下保持 50%～ 80% 開度、異常工況下基本全開狀態，從而增加了煙氣流量、流速和氧含量，縮短了煙氣中污染物在活性炭煙氣凈化設施中停留時間，不利于污染物去除及 16% 基準氧含量污染物排放濃度折算達標。為此，通過工藝流程再梳理和排放標準研判，寶鋼在配套活性炭煙氣凈化的燒結機大煙道高溫段增設蒸發量為24 t /h 的 1 套余熱鍋爐設施，主抽風機前煙氣溫度由現有的 150 ℃左右降至 126 ℃左右。因主排風機做功導致煙氣溫度上升，故同步在主排風機后的水平煙道上增設了 2 臺 30 t /h 可生產 90 ℃以上生活水的熱管換熱器，煙氣溫度最終降至138 ℃左右，其布置如圖 2 所示。主排風機后冷風閥基本處于常閉狀態，取消了攙兌冷風降溫的工藝，煙氣流量、氧含量和流速均不同程度降低，16% 基準氧含量下氮氧化物排放質量濃度低至30 ～ 40 mg /m3 。
同步根據煙氣凈化兩個系列出口顆粒物取樣分析，灰分較高，見表 2。通過在活性炭解析塔下方增設活性炭篩分風選裝置，如圖 3 所示，利用高壓氣體與活性炭強力接觸，使活性炭在風選裝置中處于流化狀態，氣體與活性炭、活性炭與活性炭之間強力接觸，將附著在活性炭顆粒上的粉塵去除，顆粒物排放質量濃度降至 9 mg /m3 以下。
寶鋼四燒結機頭配備半干法循環流化床脫硫、SCR 脫硝煙氣凈化設施，各類排放指標也如上文所述，遠低于國家標準，但顆粒物和氮氧化物不能達到超低排放的標準要求。主要通過對布袋除塵器增加倉室擴容改造，使得過濾風速低于0． 7 m /min、濾袋采用 PPS 濾料 + PTFE 特殊超低排放袋、原設計的脫硝塔備用層增設一層催化劑達到 4 層后，顆粒物和氮氧化物均達到了小于10、50 mg /m3 超低排放指標要求，脫硝反應器如圖 4 所示。
2．1．2 機尾及其他設施有組織排放改造
機尾及其他設施有組織排放物為顆粒物，均為布袋式除塵形式。根據排放監測數據、日常布袋破損情況分析和除塵器設計差異來看，除塵器的顆粒物排放質量濃度在 10 ～ 20 mg /m3 ，基本是因設計過濾風速大于 0． 7 m /min、或因布袋底部與灰斗頂部懸浮灰反復摩擦后逐步破損、或因關閉分倉室離線檢修時風量過大風速過快等所致。基于此，寶鋼對不能穩定達到 10 mg /m3 超低排放指標的布袋除塵器根據實際情況逐一進行改造。一是對于在線過濾風速在 0． 7 m /min 以上的進行擴容，在原有除塵器入口側增設倉室，增加過濾面積，降低在線過濾風速至 0． 7 m /min 以下，同步對除塵器內部風道及導流板等做相應改造，使得氣流在除塵器內部分配均勻、平緩，有利于塵粒的自由沉降和捕集; 為確保布袋垂直度，將上箱體整體更換，避免現場焊接施工的熱應力等因素影響花板水平度。二是對于除塵器原有的大倉室大灰斗改造為小倉室小灰斗，見圖 5 所示。原灰斗與中箱體保留，即每個倉室和灰斗進行分隔，一分為二，避免離線檢修期間大風量、高風速對布袋的損傷或破損帶來的環保隱患，同樣對上箱體整體更換。三是布袋長度縮短 500 mm，避免灰斗高料位時積灰渦旋對布袋底部的摩擦; 濾袋材質由原來的滌綸針刺氈改為超細纖維梯度滌綸針刺氈，袋身熱熔處理，袋口及袋底縫線涂密封膠，濾料克重 600 g /m2 。經改造后，寶鋼燒結機機尾及其他設施顆粒物的有組織排放均遠低于 10 mg /m3 的超低排放指標要求，見表 3。此外，對于如機尾等重點除塵器還增設了遠程站布袋破損檢漏儀及檢漏分析系統。檢漏儀后通過測定各分室凈化后氣體的濃度可快速精準地確定出現破損濾袋的分室，可以及時更換或封堵單元室局部濾袋，減少對已破濾袋周邊的濾袋負荷，降低除塵器日常維護費用，保證除塵器排放穩定。
2．2 無組織超低排放改造
如上文所述，寶鋼得益于新一輪的燒結工序大修升級改造，采取了諸多環保技術，因此無組織超低排放綜合治理點相對較少。但對照標準，重點對混合機進出料端、燒結機頭布料裝置、物料應急卡排口等處增設了除塵設施，機尾熱破、皮帶機受料及通廊邊縫等生產工藝和物料輸送環節進行封閉、增設環保導料槽等措施進行綜合治理。
2．2．1 混合機無組織排放改造
寶鋼 3 臺燒結機均配備了 3 臺混合機，其中強力混合機，二、三燒結二次和三次混合機設置了塑燒板除塵器，四燒結二次和三次混合機無除塵設施。由于燒結配料中的生石灰隨著 3 臺混合機依次加水后消化放熱，造成混合機無組織排放高濕且黏性大。強力混合機為一次混合，加水量少，小于 10 t /h，塑燒板除塵器效果良好。而二、三次混合機的加水量增加，原設計的塑燒板除塵器因過濾板及除塵管內壁易黏附濕料，運行阻力大，集塵效果不佳，需定期清堵。后經在塑燒板入口前增設了兩級常規除霧器后，上述問題基本得到了解決。
四燒結二、三次混合機增設了 1 臺 10 萬 m3 /h濕法除塵器，其由混風箱、蜂窩狀螺旋管束除塵器、除霧器 3 部分組成，如圖 6 所示。含塵氣從混合機進出料端設置的集塵罩先經一定傾角的除塵管道里的噴淋組件，主要目的是防止管道內壁黏附石灰等物料; 噴淋水和含塵氣隨管道一同進入混風箱，與混風板碰撞，大顆粒粉塵隨混風板沖洗水進入集水池; 然后再進入蜂窩狀螺旋管束除塵器，自下而上經過 36 組離心管束，沖洗水則自上而下將附著在管束的粉塵帶至集水池; 最后經除霧器兩級過濾，過濾水自流至集水池，潔凈煙氣通過引風機后達標排放。上述4處沖洗用水約25 t /h，作為強力混合機和二次混合機添加水使用，不足量補充工業水，該部分添加水管道設置有過濾器。由于混合機無組織排放點含塵量低，以生石灰消化產生的水汽為主，沖洗水與添加水量基本平衡，集水池盡管設置了攪拌器但可觀水質比較清澈，故未發生混合機內部添加水噴頭堵塞現象，運行效果良好，但 3 個月定修時需對除霧器過濾芯進行沖洗維護，目前均達到了低于 10 mg /m3 的超低排放要求。
2．2．2 物料卸點和轉運點無組織排放改造
寶鋼燒結涉及有粉焦、粗焦、電除塵等物料卸點，均為異常情況下的應急途徑，卸點處經過改造后均做了完全封閉且配備了布袋除塵器。卸料作業時，卡車進入封閉空間、開始卸料連鎖除塵器啟動、卷簾門關閉。上述點位和環冷機等位置均配備了視頻監控，且保存數據 1 年以上。此外，梭式布料小車和混合料槽二者整體封閉，并單獨配備了袋式除塵器; 混合機下游皮帶機每個轉運點配備 1 臺單體除塵器和在線粉塵檢測儀，同步從第一個單體除塵器至梭式布料小車的皮帶機除原有通廊外，在皮帶機桁架兩側加裝擋塵板、頂部增設防塵罩。
3 結語
寶鋼燒結工序歷經新一輪大修改造完成后，恰逢國家提出超低排放推進政策，遂立即結合政策要求，依托各類項目實施改造、開展全員環境集中整治以驗證改造實效，及時完善相應的環保管理體系、強化環保管理，達到了超低排放的標準，區域環境明顯改善，員工對工作環境的滿足感顯著增強。
從各家鋼鐵企業迎接超低排放評估的情況及部分地方出臺的更加嚴格的超低排放達 A 指標來看，未來要求將愈來愈嚴、標準將愈來愈高、評審將愈來愈細。因此企業在進行超低排放改造時，應該更加注重實效。正如中國鋼鐵工業協會節能環保工作委員會在撤銷某公司超低排放改造評估監測公示的通知中指出，超低排放不局限于末端治理，而是一場全周期、全過程、全工序的持續性環保設施升級，以及企業生產理念、生產方式不斷轉變的綠色革命。因此，只有不斷從根本上找到污染源，采用適宜的環保技術，盡最大可能將無組織納入有組織管控，同時加強環保設施日常運行維護，才能取得實效，達到真正的超低排放，這也是切實貫徹落實 2021 年 11 月《中共中央國務院關于深入打好污染防治攻堅戰的意見》的必由之路。
參考文獻
［1］ 張承舟，劉大鈞，鄒世英，等． 我國鋼鐵行業超低排放實施現狀分析與建議［J］． 環境影響評價，2020，42( 4) : 1 － 5．
［2］ 劉大鈞，魏有權，楊麗琴． 我國鋼鐵生產企業氮氧化物減排形勢研究［J］． 環境工程，2012，30( 5) : 118 － 123．
［3］ 田澍，劉濤． 打贏藍天保衛戰背景下的鋼鐵行業超低排放政策探討［J］． 環境保護，2019，47( 10) : 20 － 22．
［4］ 史夏逸，董艷蘋，崔巖． 燒結煙氣脫硝技術分析及比較［J］． 中國冶金，2017，27( 8) : 56 － 59．
［5］ 闕志剛，王金生，艾仙斌，等． 基于固體燃料粒度優化的燒結過程 NOx 減排［J］． 中國冶金，2019，29( 8) : 8 － 13．
［6］ 王躍飛． 寶鋼綠色燒結的創建與設想［J］． 寶鋼技術，2019 ( 1) : 1 － 6．