2016年四川省钢铁行业大气污染防治现状研究——以炼铁工段和炼钢工段为例

姜 涛，熊文朋，陈军辉，梅林德，李 媛，骆丽红

(1.四川省生态环境科学研究院，成都 610041;2.四川省环保科技工程有限责任公司，成都 610041)

前 言

《2016年四川省环境状况公报》显示，2016年全省空气质量总体改善，平均达标天数为287d，总体超标天数比例为21.2%，其中严重污染占0.1%，PM2.5年均浓度为47μg/m3，距离环境空气质量达标还有较大差距。

“十一五”期间四川省电力、钢铁、非金属制造、化工4个行业二氧化硫排放量占工业排放的86%；电力、非金属制造、化工、钢铁4个行业氮氧化物排放量占工业排放量93.4%[1]。根据2016年中国钢铁工业年鉴统计分析，四川省钢铁企业数量占全国钢铁企业数量的5%。从产量来看， 2016年，四川省生铁、粗钢、钢材产量分别为1 733.20万t、2 007.74万t以及2 837.21万t[2]，较2015年相比，同比分别减少0.8%、增加3.1%、增加4.98%，2015年、2016年四川省粗钢产量位于全国第12位[3]。根据2016年环统数据，四川省工业企业共排放了331 856.025t二氧化硫，222 665.806t氮氧化物，198 519.269t烟粉尘，钢铁行业二氧化硫、氮氧化物、烟粉尘排放量分别占总排放量的28.35%、9.07%、22.63%，长三角产量仅次于河北省[4]，远大于四川省，但是钢铁行业排放的二氧化硫、氮氧化物、烟粉尘在清单中的占比是4.39%、5.98%、5.76%，均低于四川省的占比，另外钢铁行业对四川省二氧化硫、氮氧化物、PM2.5的年均浓度贡献分别为1.68%、1.80%、0.77%[5]，因此，钢铁行业已经成为四川省重要的污染物排放行业，发展水平落后于长三角地区。

2019年8月四川省发布了《四川省推动钢铁行业超低排放改造实施清单》，有助于加快四川省开展钢铁行业整治工作，促进钢铁产业升级，减少污染物排放量，提高环境空气质量，因此摸清四川省钢铁行业主要产能产量分布、污染物排放量分布、治理措施现状有重要意义。

1 四川省钢铁行业总体现状

1.1 四川省钢铁行业产量分布

根据2017年污染源普查数据，四川省钢铁企业(不包括铁合金)共240家，其中长流程钢铁企业5家，短流程235家。短流程中单独轧钢企业109家(有产量)，独立球团企业有7家。

根据二污谱数据，四川省钢铁行业产量分布以及占比如下图1所示。攀枝花市、内江市、凉山州、达州市、乐山市烧结(球团)矿占比分别为 45%、19%、16%、10%、10%；攀枝花市、内江市、凉山州、达州市、乐山市、泸州市生铁产量占比分别为32%、21%、20%、14%、12%、1%；四川省粗钢主要分布在攀枝花市、内江市、凉山州、达州市、乐山市，占比分别为26%、17%、16%、13%、13%；钢材主要产量主要分布在攀枝花市、凉山州、乐山市、内江市、达州市、成都市分别占全省钢材产量的26%、21%、14%、13%、11%、10%。

图1 2017年四川省钢铁产量分布 Fig.1 Distribution of steel output in Sichuan Province,2007

1.2 钢铁行业排放现状

2015年以及2016年四川省环境统计中规模以上钢铁行业污染物排放量如表1所示。根据2016年环统数据，四川省共有钢铁企业32家(包含炼铁(3 110)或炼钢(3 120)工段)，其中有排污数据的企业一共有19家，另外13家企业处于关停或全年停产的状态。19家企业废气排放总量约33 102 833.16万m3/年；二氧化硫排放总量94 077.25t，平均处理效率54.62%；氮氧化物排放总量20 197.23t，平均处理率4.16%；烟粉尘污染物排放总量44 923.8t，平均处理效率95.76%。与2015年相比，实际废气量减少2 204 697.44万m3，二氧化硫排放量下降26 340.15t，减少21.87%，平均处理效率增加11.40%；氮氧化物排放量下降656.03t，减少3.15%，平均处理效率增加4.16%；烟粉尘实际排放量降低26 768.66t，减少37.34%，平均处理效率增加0.55%。

表1 2015年、2016年四川省钢铁行业污染物排放量Tab.1 Pollutant emission of the steel smelting enterprises in Sichuan Province in 2015 and 2016

根据2016年环统数据，各市州钢铁行业污染物的排放占比如图2所示，攀枝花市、内江市、乐山市和凉山州是污染物的主要贡献城市。攀枝花市、内江市和凉山州三个市州合计排放的二氧化硫、氮氧化物、分别占全省钢铁钢铁行业的 92.44%、87.24%，攀枝花市、凉山州、乐山市三个市州合计排放的烟粉尘占全省钢铁钢铁行业的90.19%。

图2 各市州污染物排放占比Fig.2 Proportion of pollutants discharged by city and state

如表2所示，攀枝花市、内江市、凉山州钢铁行业的二氧化硫排放量分别贡献了四川省钢铁行业二氧化硫排放量的41.75%、27.33%、23.35%，相比与2015年分别降低了39.02%、5.37%、33.37%；攀枝花市、内江市、凉山州钢铁行业的氮氧化物排放量分别贡献了四川省钢铁行业氮氧化物排放量的35.07%、17.25%、34.93%，相比与2015年，攀枝花和凉山州排放量分别减少了12.39%和8.18%，内江增加了25.17%；攀枝花市、乐山市、凉山州钢铁行业的烟粉尘排放量分别贡献了四川省钢铁行业烟粉尘排放量的59.39%、11.55%、19.35%，相比与2015年，攀枝花市和乐山市分别增加了10.19%、23.56%、凉山州减少了77.20%。排放量的的增减的原因是新标准是的实施与产能增加的叠加影响

表2 攀枝花市、凉山州、乐山市、内江市污染物排放量及同比变化Tab.2 Pollutant emissions and changes in Panzhihua City, Liangshan Prefecture, Leshan City, and Neijiang City

1.3 污染物治理措施

钢铁行业二氧化硫和氮氧化物主要集中在球团工段、烧结工段，颗粒物主要在球团工段、烧结工段、炼铁和炼钢工段[6]，因此脱硫脱硝治理设施集中在球团和烧结工段[7-8]，其他工段主要是除尘设施。从2015年环统、2016年环统、2017年污普数据看，四川省钢铁行业基本没有末端脱硝设施。

根据2017年污普数据，按照钢铁行业生产工段统计了烧结(球团)工段、炼铁工段、炼钢工段的污染物治理措施，如下表3、4、5所示。

表3 烧结(球团)工段污染物治理措施及数量分布Tab.3 Pollutant control measures and quantity distribution in sintering (pelleting) section (%)

表4 炼铁工段污染物治理措施及数量分布Tab.4 Pollutant control measures and quantity distribution in ironmaking section (%)

表5 炼钢工段污染物治理措施及数量分布Tab.5 Pollutant control measures and quantity distribution in steelmaking section (%)

如表3所示，烧结(球团)工段的脱硫措施主要是石灰石/石膏法，占脱硫设施的75%，双碱法和半干法分别占21%和4%，并且半干法主要应用在凉山州的西昌攀钢二基地。机头(球团)除尘方式主要为静电除尘，占除尘方式的55%，机尾除尘的主要除尘方式是布袋除尘占66%，除尘效率较低多管旋风除尘占机头(球团)除尘的4%，其他均是组合式除尘技术。炼铁工段的主要产污节点是高炉矿槽和出铁场，如表4所示，使用的均是布袋除尘技术。炼钢工段的除尘技术如表5所示，主要使用的是布袋除尘或复合除尘技术，但是在转炉二次除尘中有3%的文丘里除尘技术，在电炉除尘中有1%的喷淋塔除尘技术。因此，四川省钢铁行业的有组织产污节点基本都有污染物治理措施，但仍存在部分效率较低的污染物治理设施。

2 钢铁行业污染物排放绩效评估

2.1 钢铁行业二氧化硫排放绩效评估

2016年全省环境统计中钢铁行业(炼铁(3110)或炼钢(3120)工段)二氧化硫排放量为94 077.25t，较2015年全省环境统计减少21.87%，二氧化硫平均处理效率达到54.62%，较上年增加了11.45%。2015年和2016年四川省钢铁行业二氧化硫排放指标如表6所示，2016年全省钢铁冶炼平均万元工业产值二氧化硫排放量19.63kg，与上年同比下降60.87%；吨钢二氧化硫排放量6.80kg，与上年同比下降27.2%；二氧化硫平均处理费用7.74元/kg，较2015年下降13.2%。按照2014年全国吨钢二氧化硫排放量1.128kg评价，四川省吨钢二氧化硫排放量是全国平均吨钢二氧化硫排放量的6倍。整体来看，四川省2016年二氧化硫污染防治绩效水平较2015年有提升，但相对于全国平均水平而言，尚有较大差距。

表6 四川省钢铁行业二氧化硫排放指标Tab.6 List of SO2 emission indexes of iron and steel smelting enterprises in Sichuan Province

影响中国烧结烟气脱硫技术应用的主要障碍之一就是脱硫成本问题[9]，在满足减排SO2总量及达标的条件下，企业会合理、慎重地选择烧结烟气脱硫工艺。四川省钢铁行业烧结(球团)工段脱硫技术大部分为石灰石/石膏法，平均效率为54.62%，脱硫成本为7.74元/kg，吴丹等[10]对京津冀和珠三角的研究中发现，当石灰石/石膏法的脱硫效率为94.83%时，脱硫成本大致为10.72元/kg。由此看，四川省钢铁行业还拥有脱硫空间，但需要技术和资金的支持。

根据2016年环统数据，四川省各区域万元产值二氧化硫如下图3所示，内江市、达州市、攀枝花市万元产值二氧化硫排放量分别是全省的平均值的5.54倍、1.89倍 、1.15倍。二氧化硫在钢铁行业主要来源是烧结矿生产和球团矿生产，因此内江市、达州市、攀枝花市钢铁企业在产品生产上偏重烧结矿、球团矿等基础产品，并且二氧化硫的控制水平有待提高。

图3 2016年各区域万元产值二氧化硫排放情况Fig.3 The output of SO2 emissions per 10 000 yuan in 2016

2.2 钢铁行业氮氧化物排放绩效评估

2016年全省环境统计中，氮氧化物排放量为20 197.23t，较2015年四川省环境统计减少3.15%，氮氧化物处理效率较上年增加4.16%(因为西昌钢钒有限公司炼铁原料矿中含有钒钛--脱硝催化剂的原料，因此氮氧化物排放会降低)。全省氮氧化物排放量虽然有所下降，但全省钢铁行业脱硝工作尚未广泛开展，企业均未安装脱硝设施。钢铁行业烟气治理最大的难点是脱硝，氮氧化物排放限值从300mg/m3降到50mg/m3，市场上的主要烟气脱硝技术方案有活性炭法、SCR法和氧化法等，但应用较多是SCR技术[11]。

2015年和2016年四川省钢铁冶炼企业氮氧化物排放指标如表7所示。2016年全省钢铁冶炼平均万元工业产值氮氧化物排放量为4.21kg，较2015年下降了17.49%；吨钢氮氧化物排放1.46kg，较2015年下降9.76%。按照2014年全国吨钢氮氧化物排放1.0kg评价[12]，四川省吨钢氮氧化物排放量还未达到全国平均水平。整体来看，全省氮氧化物污染防治绩效水平有所提高，但还未达到全国平均水平。

表7 四川省钢铁冶炼企业氮氧化物排放指标一览表Tab.7 list of nitrogen dioxide emission indexes of iron and steel smelting enterprises in Sichuan Province

根据2016年环统数据，四川省各区域万元产值氮氧化物如下图4所示，达州市、内江市、凉山州万元产值氮氧化物排放量分别是全省的平均值的4.43倍、3.50倍、1.37倍。钢铁行业氮氧化物的产生来源于烧结工段和球团工段，主要是烧结工段和球团工段，因此内江市、达州市、攀枝花市钢铁企业在产品生产上偏重烧结矿或球团矿产品。其中烧结工段以燃料型氮氧化物为主，球团工段以热力型氮氧化物为主[13]，因此烧结(球团)工段脱硝可应用不同的技术手段。

图4 2016年各地市州单位产值氮氧化物排放情况Fig.4 The output of NOx emissions per 10 000 yuan in 2016

2.3 钢铁行业烟粉尘污染物排放绩效评估

2016年全省环境统计中，烟粉尘排放量为44 923.85t，较2015年减少26 768.66万t，烟粉尘处理率达到95.76%，较上年增加0.56%。

2015年和2016年四川省炼钢企业烟粉尘排放指标如表8所示。2016年全省钢铁冶炼平均万元工业产值烟粉尘排放9.37kg，较2015年下降46.62%；吨钢排放3.25kg烟粉尘，较2015年下降41.61%。按照2014年全国吨钢排放0.87kg烟粉尘评价，四川省平均吨钢烟粉尘排放量是全国平均水平的3.74倍。2016年四川省钢铁冶炼企业烟粉尘整体防治水平较2015年有较大进步，各项指标均有提升。

表8 四川省炼钢炼铁企业烟粉尘排放指标一览表Tab.8 List of smoke and dust emission indexes of iron and steel smelting enterprises in Sichuan Province

根据2016年环统数据，四川省各区域万元产值烟粉尘如下图5所示，达州市、内江市、凉山州万元产值颗粒物排放量分别是全省的平均值的4.56倍、1.41 倍 、1.30倍。由此，达州市、内江市、凉山州钢铁企业对颗粒物为的控制水平急需提高。

图5 各市州单位产值烟粉尘排放量Fig.5 The output of particulate matter emissions per 10 000 yuan in 2016

3 钢铁行业减排分析

使四川省二氧化硫排放绩效达到全国平均水平，即1.128kg/t钢，则四川省钢铁行业需减排二氧化硫78 470.69t，全省二氧化硫平均处理效率达到92.47%，较2016年脱硫效率提高37.85%。

四川省氮氧化物排放绩效达到全国平均水平，即1.0kg/t钢，则四川省需减排氮氧化物6 361.62t，全省氮氧化物平均处理效率达到34.35%，较2016年脱硝效率提高30.19%。四川省钢铁企业尚未建设脱硝设施，因此四川省应首先提高脱硝设施安装率。

四川省烟尘排放绩效达到全国平均水平，即0.87kg/t钢，则四川省需减排烟尘32 886.87t，全省烟尘平均处理效率需达到98.86%，除尘效率较2016年提高3.10%。

4 结 语

4.1 2016年四川省钢铁行业(炼铁工段和炼钢工段)共排放二氧化硫、氮氧化物、烟粉尘分别为94 077.25t、20 197.23t、44 923.85t，较2015年排放量分别减少了33.19%、3.15%和37.34%，污染防治水平有效提升。

4.2 2016年全省钢铁冶炼平均万元工业产值二氧化硫排放量19.63kg，万元工业产值氮氧化物排放量4.21kg，万元工业产值烟粉尘排放量为9.37kg；吨钢二氧化硫排放量为6.80kg，吨钢氮氧化物排放量1.46kg，吨钢烟粉尘排放量3.25kg。整体上看，四川省钢铁行业污染防治水平尚未达到全国平均水平。四川省内污染防治绩效差异较大，达州市和内江市污染防治绩效较差，尚未达到全省平均水平。

4.3 四川省钢铁行业污染防治绩效达到全国平均水平，需减排二氧化硫78 470.69t，减排氮氧化物6 361.62t，减排烟尘32 886.87t。二氧化硫污染防治绩效水平最差，需要优化脱硫设施，提高脱硫效率；其次是氮氧化物，需要提高脱硝设施安装率；颗粒物污染防治绩效水平虽然已经有了很大的提升，但还未达到全国平均水平，需继续深化提高。

4.4 2019年4月，五部委联合发布《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，四川省钢铁行业污染物排放治理将在“十四五”期间面临巨大挑战。有组织排放方面，颗粒物要从50mg/m3降低到10mg/m3以内，降幅至少达到80%，二氧化硫从200mg/m3降低到35mg/m3以内，降幅达到82.5%，氮氧化物从300mg/m3降低到50mg/m3以内，降幅达到83.3%；因此，四川省钢铁行业需要在现有设施基础上继续优化，提高脱硫除尘效率，普及脱硝设施。无组织方面也要加强管理，实施封闭或密闭措施。