鋼鐵企業全流程超低排放實施路徑探析

盧熙寧，張承舟，賈少華，劉大鈞，王宇航

(1.冶金工業規劃研究院，北京 100013；2.生態環境部環境工程評估中心，北京 100012)

“十三五”中后期，伴隨黨中央、國務院堅決打好污染防治攻堅戰，打贏藍天保衛戰的大政方針指引，《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》(環大氣〔2019〕35號，以下簡稱《意見》)與《鋼鐵企業超低排放評估監測技術指南》(以下簡稱《指南》)等行業重磅文件接踵發布。在京津冀及周邊地區已陸續開展超低排放預評估工作的背景下，面對全流程超低排放評估問題選擇適宜的工藝路線，在經濟可行的前提下，實現逐步達到超低排放要求已成為鋼鐵行業最為關注的問題。本文針對鋼鐵企業，依照全流程超低排放實施路徑，從有組織排放提標工藝選擇、無組織管控治一體化創建、智能化監測監控信息平臺搭建、潔凈化物流運輸體系規劃等多方面提出全流程整改方案，助力企業全方位達到超低排放要求。

1 鋼鐵企業全流程超低排放實施路徑

在國家超低排放政策正式啟動的歷史背景下，眾多重點區域鋼鐵企業紛紛開始實施超低排放改造。但由于一些企業對政策要求的解讀不夠全面，將精力全部投入到重點工序的有組織排放治理上，片面認為項目完成即可滿足超低排放要求。但實際上全流程超低排放改造需統籌兼顧有組織提標、無組織管控、監測監控與清潔化運輸比例等全方位達標要求，因此需要規劃全流程超低排放實施路徑，掃除改造盲點，合理選用可行技術，高質量完成超低排放整改工作。

1.1 有組織排放提標工藝選擇

針對鋼鐵企業主要節點有組織排放限值的大幅度收嚴，鋼鐵企業超低排放改造集中體現在末端治理設施的提標新建與源頭煤氣的凈化。其中燒結機頭煙氣脫硫脫硝改造與高爐煤氣精脫硫作為重要的超低排放實施要點，需要企業結合自身實際，選取達標能力強、可穩定運行、經濟可行的工藝路線實施改造，方可達到超低排放大幅收嚴的限值要求。

1.1.1燒結機頭煙氣脫硫脫硝

當前鋼鐵企業在超低排放改造過程中，應用最廣泛、技術較為成熟的燒結機頭煙氣聯合脫硫脫硝工藝路線主要包括半干法(濕法)/活性炭(焦)脫硫+選擇性催化還原(SCR)脫硝工藝、活性炭/焦協同一體化脫硫脫硝工藝[1]，不同的工藝路線與設計組合方案需結合企業燒結機裝備工況與運維管理水平而定，需統籌考慮每種工藝路線的優劣勢與自身需求予以比選。

半干法(濕法)脫硫+SCR脫硝工藝近年來成功應用于鋼鐵行業燒結超低排放改造過程中，脫硫效率≥95%，脫硝效率在70%～85%之間[2]。該組合工藝技術成熟，污染物脫除效率高，適用性強，可滿足國家與地方超低排放限值要求，尤其適用于目前我國已建成燒結機頭煙氣脫硫提標及配套建設脫硝設施的改造項目。但主要問題是催化劑活性溫度窗口需進行煙氣換熱，尤其是濕法脫硫。因此企業往往會首選前置脫硝，以促進節能降成本，但忽視了機頭靜電除塵顆粒物濃度較高與堿金屬灰的摻入，造成SCR催化劑物理與化學失活，大幅降低脫硝活性，增加系統阻力。所以企業在選擇此種組合工藝時一定要結合自身煙氣工況條件，謹慎選擇SCR脫硝裝置前置的設計。而后置脫硝也需考慮噴氨量較大時所帶來氨逃逸的二次污染問題。此外，在超低排放限值出臺之前，部分企業建設的活性炭/焦脫硫脫硝設施由于脫硫劑裝填量不足、設計排放水平未匹配等問題，導致出口二氧化硫與氮氧化物無法達到超低排放限值要求。因此，鋼鐵企業結合自身工藝路線，在原有一體化脫硫脫硝裝置基礎上，采用串級活性炭/焦裝置或加設SCR來實現氮氧化物的達標排放。且針對排口顆粒物超標問題，可通過調整篩板或加裝除塵設施予以解決。

1.1.2高爐煤氣精脫硫項目建設

高爐煤氣中的硫主要來源于焦炭和煤粉，其中焦炭的含硫量占比較大。高爐煤氣可從源頭控制含硫量，一般建議焦炭含硫率小于0.6%，煤粉含硫率小于0.4%。且為了實現精脫硫往往需要在末端建設治理設施，將煤氣中的有機硫轉化為無機硫后進行脫除，主要有以下幾種工藝路線。

一是水解催化轉化工藝。目前鋼鐵行業已建成或正在實施的羰基硫水解工藝，在常溫或中溫、中低壓工況下實現羰基硫、二硫化碳等小分子有機硫向無機硫的轉化，布置于高爐煤氣余壓透平發電裝置(TRT)或高爐能量回收機組(BPRT)之前，壓損小于10kPa，設備、管線等工藝裝置投資較低，對高爐TRT/BPRT煤氣發電的影響降至最低。

二是加氫催化轉化工藝。加氫催化轉化工藝主要用于化工行業制甲醇等深加工過程，在較高的操作壓力和中高溫操作條件下，將有機硫徹底轉化為無機硫。提高壓力可增加正反應速度。加氫轉化工藝不僅對羰基硫、二硫化碳等小分子有機硫能進行高精度轉化，對硫醇、硫醚、噻吩等大分子有機硫組分也能有效轉化，加氫轉化率高，但由于加氫反應的設備和管線均為中高溫、中高壓系統[3]，因此裝置投資與運行費用較高，鋼鐵企業實施動力不足。

三是吸附轉化工藝。該工藝主要采用比表面積很大的分子篩或微晶材料作為吸附劑，吸附煤氣中的有機硫和無機硫[3]，用于煤氣精制，通過提升物料的比表面積及其對多種硫化物的吸附性能，提高吸附傳質速度及硫容等關鍵參數，從而提高脫硫效率。但由于吸附材料價格較為昂貴，設備投資較高，占地面積大，即使材料理論使用壽命較長，但針對動輒數十萬煤氣量的高爐煤氣精脫硫工藝，整體經濟可行性欠佳，企業投資負擔較大。

四是干法脫硫工藝。以氧化鐵、氧化鋅、活性炭/焦等作為脫硫劑的固定床式干法脫硫技術，此種工藝在實際生產當中存在廢棄脫硫劑的處理困難等問題, 容易對環境造成二次污染，因此此類脫硫工藝通常用于較小氣量煤氣的深度脫硫[3]。特別是對于自有活性炭/焦生產線與一體化脫硫脫硝設施的鋼鐵企業，建議可嘗試用于中小規模高爐的煤氣精脫硫項目。

五是催化氧化法工藝。以含催化劑的弱堿液作為吸收劑，將煤氣中有機硫轉化為硫化氫以實現高比例脫除的工藝路線[4]，常見的有以氨或鈉源為吸收劑，應關注最終脫硫廢液的處置，處理后廢液用作高爐沖渣水時，要加強監管，防止脫硫廢液違法排放，造成環境污染。

六是化學吸收工藝。以堿液作為吸收劑，將煤氣中有機硫轉化形成的硫化氫與原有硫化氫一并通過堿液淋洗實現高比例脫除。此工藝路線的重點在于需考慮后續脫硫廢液的達標處理問題，直接匯入生產廢水將對后續綜合污水處理廠的進水水質造成影響，或不處理直接用于高爐水沖渣環節，將導致廢水無法滿足《鋼鐵工業水污染物排放標準》(GB 13456)達標排放或正常回用要求。

1.2 無組織管控治一體化系統創建

無組織管控治一體化系統通過原料庫封閉與煤筒倉技術，在受卸料、供給料過程如汽車受料槽、火車翻車機、鏟車上料、皮帶轉運點等易產塵點位采用抽風除塵或抑塵的方式優化作業環境，輔以噴淋或干霧抑塵，確保原料系統儲運粉塵排放得到有效控制。同時，封閉料棚出口處帶抖水或烘干功能的洗車機裝置，實現對貨運車輛帶料遺撒的有效控制。通過大數據、機器視覺、源解析、擴散模擬、污染源清單、智能反饋等技術，如利用鷹眼設施實現封閉料場內裝載車輛運動與抑塵措施的聯動。開展全廠無組織塵源點的清單化管理，將治理設施與生產設施、監測數據聯動，對無組織治理設施工作狀態和運行效果進行實時跟蹤，實現無組織治理向有組織治理轉變[5]。

1.3 智能化監測監控信息平臺搭建

1.3.1大氣污染物實時監測數據

智能化監測監控信息平臺能夠對標超低排放要求，全面提升自證清白能力與監管效能。該平臺能夠對各工藝生產狀態數據進行采集，并打通各區域管控平臺間的網絡通信布設。在系統界面上用戶可以自主添加無組織排放、有組織排放和生產設施監測點、監測參數，以周期性報告方式統計各監測點的超低排放達標比例，直觀顯示超低排放的完成度，系統中詳實的數據將可作為超低監測評估依據之一。

1.3.2無組織管控治實現一體化

無組織管控治一體化項目建立三維立體的網格化監測監控體系，對鋼鐵企業全廠密閉料棚生產作業區域、物料轉運點區域、廠區道路環境和焦化生產區域的無組織排放過程、治理設施運行狀態和重點區域顆粒物濃度等進行了全方位監控。搭配封(密)閉、收塵、抑塵等技術措施對所有覆蓋范圍內的生產工藝環節、物料密閉存儲和運輸、物料封閉儲存和運輸以及全廠道路環境等無組織排放粉塵污染源進行全面治理，并對所有治理設備的運行狀態參數進行集中管控。此外，系統結合大數據分析及模型擬合，還可實現數據詳情與對比、污染熱力圖分析、污染物擴散預測預警、污染物溯源、視頻記錄庫、智能分析報告、車輛違章管理和廠內車輛智能調度等多項數據應用分析功能。

1.3.3生產與環保設施聯動監管機制

將有組織排放監測點監測參數的數據趨勢曲線、環保設備的電流曲線、生產過程記錄等信息進行聯動分析，使現有數據不再是沉睡的記錄，而是基于各個生產工序特征所賦予系統之間互聯及管理紐帶。環保智能化管理將不僅僅局限于現有治理措施的運行和記錄，而是更加注重于生產系統和物流系統的深度匹配，提升節能降耗水平，優化生產過程節奏，成為提升環保績效管理和輔助生產的智能化全局管理平臺。

1.3.4門禁及物流系統統一管理接口

將鋼鐵企業廠區門禁及物流運輸管理系統統一納入智能化監測監控信息系統進行管理。當車輛進入廠區時，能夠通過門禁系統判斷車輛排放標準、對應車牌及運送物料信息，并上傳至智能化管理系統中，用于后續查詢、匯總、分析與考核。廠區內運送物料時，對貨運車輛進行實時監控，對污染違規行為實時監控，發現污染行為直接通過系統進行識別判定與考核內容下發，大幅提高時效性與實時監管力度。

1.4 源頭實施清潔化運輸結構變革

對標《意見》中對于鋼鐵企業清潔化運輸的整體要求，通過卓越環保績效管理模式對鋼企進行貨運線路、倉儲、皮帶或管帶機結構性優化改造，解決 “車輪上的鋼鐵企業”在綠色物流運輸層面的先天短板。汽運短倒車輛輛次的壓減方面，利用皮帶通廊與管帶機實現鐵精礦、焦炭、噴吹煤、塊礦等大宗原燃料的清潔化運輸，大幅減少內部短倒車輛輛次。

此外，規劃廠外汽運車輛受限點旨在減少貨運車輛穿越廠區內部道路倒運。利用受卸料槽與皮帶上料系統的組合搭配，實現對燒結、煉鐵用原輔燃料的清潔化運輸，同時保證廠區內無貨運車輛進入，廠容廠貌與環保6S管理得到明顯改善，將從源頭大幅減少由于汽運進廠帶來的無組織逸散問題。

2 鋼鐵企業全流程超低排放相關建議

鋼鐵企業全流程超低排放改造需結合自身現存問題進行系統方案設計，涵蓋有組織、無組織、監控監測與清潔化運輸等項目形式。除了環保設施硬件投入，也需要通過智能環保綜合管控平臺的決策輔助，全流程卓越環保績效管理體系動態實施，確保企業持續保持超低排放成果。

2.1 堅持因企施策，制定可行性超低排放改造方案

遵循《意見》與《指南》全流程超低排放改造項目實施要求，企業應自行或聘請權威第三方機構，深入現場剖析問題，梳理污染防治設施與監控監管、清潔運輸等方面潛在隱患。根據企業規模、生產裝備與工況條件、場地現狀與人員技術管理水平等要素因企施策，制定可滿足排放水平要求、經濟可行性較佳、技術較為成熟且有成功案例的燒結機頭煙氣脫硫脫硝、高爐煤氣精脫硫、無組織管控治一體化、鐵運或水運及管帶機等全方位整改方案，以此助力鋼鐵企業超低排放改造項目高質量落地。

2.2 創建綜合管控平臺，有效助力企業環境管理升維

將全廠有組織排放管理、無組織管控治一體化、生產與環保設施聯動監控監管、門禁及物流運輸體系清潔化等措施均引入智慧環保管控平臺，通過智能分布式控制系統實現在線監測、無組織排放聯動控制、視頻監控與監測點位、門禁物流運輸管控數據的實時分析與問題上報，并可根據網格化責任區域劃分考核到人。為企業環保管理人員實現快速反應、精準調度與科學決策提供智能管理抓手，在滿足超低排放監管要求的基礎上，真正解決企業環保裝備“用不用”與效果“好不好”的根本問題，實現鋼鐵企業環境管理績效水平的維度提升。

2.3 持續卓越環保績效管理，長效保持超低排放成果

鋼鐵企業應從工藝裝備經濟適用性、環保指標先進和穩定性、前沿環保技術跟蹤研發、組織管控模式、人力配備、運營操作規范、檢測反饋、績效激勵、智能系統集成創新、管理者與一線員工宣傳培訓等方面全面提升環保績效管理水平，在硬實力全面達到超低排放的基礎上，實現卓越績效管理體系的貫標執行，確保企業環保績效指標持續一流與環境治理指標穩定運行，一體化智能環保綜合管控系統應用效果凸顯。通過環保硬實力與軟實力的有機結合，才能真正將企業全方位超低排放改造成果長效保持、經得起歷史檢驗。