钢铁企业全流程超低排放实施路径探析

卢熙宁，张承舟，贾少华，刘大钧，王宇航

(1.冶金工业规划研究院，北京 100013；2.生态环境部环境工程评估中心，北京 100012)

“十三五”中后期，伴随党中央、国务院坚决打好污染防治攻坚战，打赢蓝天保卫战的大政方针指引，《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》(环大气〔2019〕35号，以下简称《意见》)与《钢铁企业超低排放评估监测技术指南》(以下简称《指南》)等行业重磅文件接踵发布。在京津冀及周边地区已陆续开展超低排放预评估工作的背景下，面对全流程超低排放评估问题选择适宜的工艺路线，在经济可行的前提下，实现逐步达到超低排放要求已成为钢铁行业最为关注的问题。本文针对钢铁企业，依照全流程超低排放实施路径，从有组织排放提标工艺选择、无组织管控治一体化创建、智能化监测监控信息平台搭建、洁净化物流运输体系规划等多方面提出全流程整改方案，助力企业全方位达到超低排放要求。

1 钢铁企业全流程超低排放实施路径

在国家超低排放政策正式启动的历史背景下，众多重点区域钢铁企业纷纷开始实施超低排放改造。但由于一些企业对政策要求的解读不够全面，将精力全部投入到重点工序的有组织排放治理上，片面认为项目完成即可满足超低排放要求。但实际上全流程超低排放改造需统筹兼顾有组织提标、无组织管控、监测监控与清洁化运输比例等全方位达标要求，因此需要规划全流程超低排放实施路径，扫除改造盲点，合理选用可行技术，高质量完成超低排放整改工作。

1.1 有组织排放提标工艺选择

针对钢铁企业主要节点有组织排放限值的大幅度收严，钢铁企业超低排放改造集中体现在末端治理设施的提标新建与源头煤气的净化。其中烧结机头烟气脱硫脱硝改造与高炉煤气精脱硫作为重要的超低排放实施要点，需要企业结合自身实际，选取达标能力强、可稳定运行、经济可行的工艺路线实施改造，方可达到超低排放大幅收严的限值要求。

1.1.1烧结机头烟气脱硫脱硝

当前钢铁企业在超低排放改造过程中，应用最广泛、技术较为成熟的烧结机头烟气联合脱硫脱硝工艺路线主要包括半干法(湿法)/活性炭(焦)脱硫+选择性催化还原(SCR)脱硝工艺、活性炭/焦协同一体化脱硫脱硝工艺[1]，不同的工艺路线与设计组合方案需结合企业烧结机装备工况与运维管理水平而定，需统筹考虑每种工艺路线的优劣势与自身需求予以比选。

半干法(湿法)脱硫+SCR脱硝工艺近年来成功应用于钢铁行业烧结超低排放改造过程中，脱硫效率≥95%，脱硝效率在70%～85%之间[2]。该组合工艺技术成熟，污染物脱除效率高，适用性强，可满足国家与地方超低排放限值要求，尤其适用于目前我国已建成烧结机头烟气脱硫提标及配套建设脱硝设施的改造项目。但主要问题是催化剂活性温度窗口需进行烟气换热，尤其是湿法脱硫。因此企业往往会首选前置脱硝，以促进节能降成本，但忽视了机头静电除尘颗粒物浓度较高与碱金属灰的掺入，造成SCR催化剂物理与化学失活，大幅降低脱硝活性，增加系统阻力。所以企业在选择此种组合工艺时一定要结合自身烟气工况条件，谨慎选择SCR脱硝装置前置的设计。而后置脱硝也需考虑喷氨量较大时所带来氨逃逸的二次污染问题。此外，在超低排放限值出台之前，部分企业建设的活性炭/焦脱硫脱硝设施由于脱硫剂装填量不足、设计排放水平未匹配等问题，导致出口二氧化硫与氮氧化物无法达到超低排放限值要求。因此，钢铁企业结合自身工艺路线，在原有一体化脱硫脱硝装置基础上，采用串级活性炭/焦装置或加设SCR来实现氮氧化物的达标排放。且针对排口颗粒物超标问题，可通过调整筛板或加装除尘设施予以解决。

1.1.2高炉煤气精脱硫项目建设

高炉煤气中的硫主要来源于焦炭和煤粉，其中焦炭的含硫量占比较大。高炉煤气可从源头控制含硫量，一般建议焦炭含硫率小于0.6%，煤粉含硫率小于0.4%。且为了实现精脱硫往往需要在末端建设治理设施，将煤气中的有机硫转化为无机硫后进行脱除，主要有以下几种工艺路线。

一是水解催化转化工艺。目前钢铁行业已建成或正在实施的羰基硫水解工艺，在常温或中温、中低压工况下实现羰基硫、二硫化碳等小分子有机硫向无机硫的转化，布置于高炉煤气余压透平发电装置(TRT)或高炉能量回收机组(BPRT)之前，压损小于10kPa，设备、管线等工艺装置投资较低，对高炉TRT/BPRT煤气发电的影响降至最低。

二是加氢催化转化工艺。加氢催化转化工艺主要用于化工行业制甲醇等深加工过程，在较高的操作压力和中高温操作条件下，将有机硫彻底转化为无机硫。提高压力可增加正反应速度。加氢转化工艺不仅对羰基硫、二硫化碳等小分子有机硫能进行高精度转化，对硫醇、硫醚、噻吩等大分子有机硫组分也能有效转化，加氢转化率高，但由于加氢反应的设备和管线均为中高温、中高压系统[3]，因此装置投资与运行费用较高，钢铁企业实施动力不足。

三是吸附转化工艺。该工艺主要采用比表面积很大的分子筛或微晶材料作为吸附剂，吸附煤气中的有机硫和无机硫[3]，用于煤气精制，通过提升物料的比表面积及其对多种硫化物的吸附性能，提高吸附传质速度及硫容等关键参数，从而提高脱硫效率。但由于吸附材料价格较为昂贵，设备投资较高，占地面积大，即使材料理论使用寿命较长，但针对动辄数十万煤气量的高炉煤气精脱硫工艺，整体经济可行性欠佳，企业投资负担较大。

四是干法脱硫工艺。以氧化铁、氧化锌、活性炭/焦等作为脱硫剂的固定床式干法脱硫技术，此种工艺在实际生产当中存在废弃脱硫剂的处理困难等问题, 容易对环境造成二次污染，因此此类脱硫工艺通常用于较小气量煤气的深度脱硫[3]。特别是对于自有活性炭/焦生产线与一体化脱硫脱硝设施的钢铁企业，建议可尝试用于中小规模高炉的煤气精脱硫项目。

五是催化氧化法工艺。以含催化剂的弱碱液作为吸收剂，将煤气中有机硫转化为硫化氢以实现高比例脱除的工艺路线[4]，常见的有以氨或钠源为吸收剂，应关注最终脱硫废液的处置，处理后废液用作高炉冲渣水时，要加强监管，防止脱硫废液违法排放，造成环境污染。

六是化学吸收工艺。以碱液作为吸收剂，将煤气中有机硫转化形成的硫化氢与原有硫化氢一并通过碱液淋洗实现高比例脱除。此工艺路线的重点在于需考虑后续脱硫废液的达标处理问题，直接汇入生产废水将对后续综合污水处理厂的进水水质造成影响，或不处理直接用于高炉水冲渣环节，将导致废水无法满足《钢铁工业水污染物排放标准》(GB 13456)达标排放或正常回用要求。

1.2 无组织管控治一体化系统创建

无组织管控治一体化系统通过原料库封闭与煤筒仓技术，在受卸料、供给料过程如汽车受料槽、火车翻车机、铲车上料、皮带转运点等易产尘点位采用抽风除尘或抑尘的方式优化作业环境，辅以喷淋或干雾抑尘，确保原料系统储运粉尘排放得到有效控制。同时，封闭料棚出口处带抖水或烘干功能的洗车机装置，实现对货运车辆带料遗撒的有效控制。通过大数据、机器视觉、源解析、扩散模拟、污染源清单、智能反馈等技术，如利用鹰眼设施实现封闭料场内装载车辆运动与抑尘措施的联动。开展全厂无组织尘源点的清单化管理，将治理设施与生产设施、监测数据联动，对无组织治理设施工作状态和运行效果进行实时跟踪，实现无组织治理向有组织治理转变[5]。

1.3 智能化监测监控信息平台搭建

1.3.1大气污染物实时监测数据

智能化监测监控信息平台能够对标超低排放要求，全面提升自证清白能力与监管效能。该平台能够对各工艺生产状态数据进行采集，并打通各区域管控平台间的网络通信布设。在系统界面上用户可以自主添加无组织排放、有组织排放和生产设施监测点、监测参数，以周期性报告方式统计各监测点的超低排放达标比例，直观显示超低排放的完成度，系统中详实的数据将可作为超低监测评估依据之一。

1.3.2无组织管控治实现一体化

无组织管控治一体化项目建立三维立体的网格化监测监控体系，对钢铁企业全厂密闭料棚生产作业区域、物料转运点区域、厂区道路环境和焦化生产区域的无组织排放过程、治理设施运行状态和重点区域颗粒物浓度等进行了全方位监控。搭配封(密)闭、收尘、抑尘等技术措施对所有覆盖范围内的生产工艺环节、物料密闭存储和运输、物料封闭储存和运输以及全厂道路环境等无组织排放粉尘污染源进行全面治理，并对所有治理设备的运行状态参数进行集中管控。此外，系统结合大数据分析及模型拟合，还可实现数据详情与对比、污染热力图分析、污染物扩散预测预警、污染物溯源、视频记录库、智能分析报告、车辆违章管理和厂内车辆智能调度等多项数据应用分析功能。

1.3.3生产与环保设施联动监管机制

将有组织排放监测点监测参数的数据趋势曲线、环保设备的电流曲线、生产过程记录等信息进行联动分析，使现有数据不再是沉睡的记录，而是基于各个生产工序特征所赋予系统之间互联及管理纽带。环保智能化管理将不仅仅局限于现有治理措施的运行和记录，而是更加注重于生产系统和物流系统的深度匹配，提升节能降耗水平，优化生产过程节奏，成为提升环保绩效管理和辅助生产的智能化全局管理平台。

1.3.4门禁及物流系统统一管理接口

将钢铁企业厂区门禁及物流运输管理系统统一纳入智能化监测监控信息系统进行管理。当车辆进入厂区时，能够通过门禁系统判断车辆排放标准、对应车牌及运送物料信息，并上传至智能化管理系统中，用于后续查询、汇总、分析与考核。厂区内运送物料时，对货运车辆进行实时监控，对污染违规行为实时监控，发现污染行为直接通过系统进行识别判定与考核内容下发，大幅提高时效性与实时监管力度。

1.4 源头实施清洁化运输结构变革

对标《意见》中对于钢铁企业清洁化运输的整体要求，通过卓越环保绩效管理模式对钢企进行货运线路、仓储、皮带或管带机结构性优化改造，解决 “车轮上的钢铁企业”在绿色物流运输层面的先天短板。汽运短倒车辆辆次的压减方面，利用皮带通廊与管带机实现铁精矿、焦炭、喷吹煤、块矿等大宗原燃料的清洁化运输，大幅减少内部短倒车辆辆次。

此外，规划厂外汽运车辆受限点旨在减少货运车辆穿越厂区内部道路倒运。利用受卸料槽与皮带上料系统的组合搭配，实现对烧结、炼铁用原辅燃料的清洁化运输，同时保证厂区内无货运车辆进入，厂容厂貌与环保6S管理得到明显改善，将从源头大幅减少由于汽运进厂带来的无组织逸散问题。

2 钢铁企业全流程超低排放相关建议

钢铁企业全流程超低排放改造需结合自身现存问题进行系统方案设计，涵盖有组织、无组织、监控监测与清洁化运输等项目形式。除了环保设施硬件投入，也需要通过智能环保综合管控平台的决策辅助，全流程卓越环保绩效管理体系动态实施，确保企业持续保持超低排放成果。

2.1 坚持因企施策，制定可行性超低排放改造方案

遵循《意见》与《指南》全流程超低排放改造项目实施要求，企业应自行或聘请权威第三方机构，深入现场剖析问题，梳理污染防治设施与监控监管、清洁运输等方面潜在隐患。根据企业规模、生产装备与工况条件、场地现状与人员技术管理水平等要素因企施策，制定可满足排放水平要求、经济可行性较佳、技术较为成熟且有成功案例的烧结机头烟气脱硫脱硝、高炉煤气精脱硫、无组织管控治一体化、铁运或水运及管带机等全方位整改方案，以此助力钢铁企业超低排放改造项目高质量落地。

2.2 创建综合管控平台，有效助力企业环境管理升维

将全厂有组织排放管理、无组织管控治一体化、生产与环保设施联动监控监管、门禁及物流运输体系清洁化等措施均引入智慧环保管控平台，通过智能分布式控制系统实现在线监测、无组织排放联动控制、视频监控与监测点位、门禁物流运输管控数据的实时分析与问题上报，并可根据网格化责任区域划分考核到人。为企业环保管理人员实现快速反应、精准调度与科学决策提供智能管理抓手，在满足超低排放监管要求的基础上，真正解决企业环保装备“用不用”与效果“好不好”的根本问题，实现钢铁企业环境管理绩效水平的维度提升。

2.3 持续卓越环保绩效管理，长效保持超低排放成果

钢铁企业应从工艺装备经济适用性、环保指标先进和稳定性、前沿环保技术跟踪研发、组织管控模式、人力配备、运营操作规范、检测反馈、绩效激励、智能系统集成创新、管理者与一线员工宣传培训等方面全面提升环保绩效管理水平，在硬实力全面达到超低排放的基础上，实现卓越绩效管理体系的贯标执行，确保企业环保绩效指标持续一流与环境治理指标稳定运行，一体化智能环保综合管控系统应用效果凸显。通过环保硬实力与软实力的有机结合，才能真正将企业全方位超低排放改造成果长效保持、经得起历史检验。