短流程钢铁企业超低排放技术路径探析.pdf

冶金经济与管理-21 -绿色制造短流程钢铁企业超低排放技术路径探析摘 要：推行实施钢铁行业超低排放是推动行业高质量发展、促进产业转型升级、助力打赢蓝天保卫战的重要举措，聚焦短流程钢铁企业超低排放的实施路径，结合其工艺路线，分别从有组织排放、无组织排放、大宗物料产品清洁运输和监测监控系统4个方面建立短流程钢铁企业超低排放关键技术路径体系。此外，对短流程钢铁企业实施超低排放存在的问题进行分析，并提出相应的解决思路，助力短流程钢铁企业发展。关键词：短流程；电炉炼钢；超低排放；技术路径中图分类号：X757 文献标识码：A宋雪文章编号：1002-1779（2023）04-0021-03一、短流程炼钢发展趋势我国已经做出了力争“2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”的承诺。而钢铁行业实现碳达峰、碳中和目标的一个有效技术方案就是从产业结构调整入手，提升废钢资源的回收利用率，推行全废钢电炉工艺，大力发展短流程炼钢。短流程炼钢较长流程更加清洁，资源能源消耗量、三废产排量及二氧化碳排放量均大幅降低，同时短流程炼钢在工程占地、工程投资方面也具有极大的优势1。近年我国钢铁产量总体稳定，但电炉炼钢的发展比较缓慢。受产量过大、原材料废钢资源有限和循环利用体系不完善、电炉运行成本较高等因素的影响，近年来我国电炉钢占比在10%左右，明显低于世界主要产钢国。而随着国内政策导向及原料、能源的供应保障能力增强，大力发展全废钢电炉短流程炼钢已具备条件，将对我国钢铁行业结构调整、节能环保、低碳绿色发展产生重大影响2，3。二、短流程钢铁企业工艺路线短流程钢铁企业主要涉及废钢加工、炼钢、精炼、连铸、轧钢五大工序，是以全废钢电炉炼钢为核心、使用清洁能源电能为主要能源、利用社会废弃物废钢为主要原料的冶炼方式。短流程钢铁企业生产工艺路线及废气产污节点见图1。图1 短流程钢铁企业生产工艺路线及废气产污节点渣粉钢材渣处理粉尘钢渣、铸余渣储存粉尘转运粉尘废钢铁合金、石灰、白云石等储存粉尘转运粉尘加工粉尘电炉烟气精炼炉烟气连铸烟气轧制废气热处理炉烟气料库、料仓暂存精炼炉精炼物料输送检验、暂存废钢剪切、破碎废钢输送钢渣处理轧机轧制电炉冶炼连铸机浇铸2023年第4期-22 -外购的废钢入厂检验后进行分选、剪切、破碎，粒度合格后送至炼钢车间连续加入电炉中，铁合金、熔剂等辅料经高位料仓称量后加入电炉，入炉的废钢铁通过熔化、吹氧喷碳、脱碳去磷、造渣等一系列操作后出钢。钢水由钢包车送往精炼炉，根据钢种需求选择不同的精炼设备，精炼炉所需辅料经高位料仓称量后加入钢水罐内，使钢水温度及化学成分得到精准调节。精炼完成后的钢水经过钢包长水口流入连铸机中间包，再进入结晶器内冷却形成坯壳的铸坯拉出，经过进一步冷却后再切割成定尺送往轧钢工序。轧钢工序分为热轧和冷轧，热轧工序将铸坯送入加热炉，达到轧制温度要求后经过粗轧、中轧、精轧机组轧制成需要的规格，冷轧工序以热轧产品为原料，主要包括原料准备、酸洗、轧制、脱脂、热处理、涂层、精整等。短流程钢铁企业冶炼过程产生的主要固废为钢渣，首先采用热焖分解法、机械破碎法等方式将液渣变为固态，再进行破碎、筛分、磁选等钢渣二次处理，得到的渣钢返回炼钢综合利用、尾渣进一步粉磨等深加工处理。根据短流程钢铁企业工艺路线，其超低排放的主要管控环节包括物料储存、转运粉尘、废钢加工粉尘、电炉烟尘、精炼炉烟尘、连铸烟尘、轧制废气、热处理炉烟气及渣处理粉尘。三、超低排放关键技术路径钢铁企业超低排放是对所有生产环节实施环保升级，结合短流程钢铁企业的工艺路线，分别从有组织排放、无组织排放、大宗物料产品清洁运输和监测监控系统4个方面进行分析，建立全过程短流程钢铁企业超低排放关键技术路径体系。1.有组织排放管控技术路线电炉和轧钢热处理炉烟气是短流程钢铁企业有组织超低排放的主要管控对象。电炉烟气主要污染物为颗粒物和二噁英。针对电炉烟气，短流程钢铁企业应采用炉内排烟+密闭罩+屋顶罩的捕集方式，炉内排烟优先采用烟气急冷加高效袋式除尘技术；烟气急冷是将超过800的烟气在23 s内快速冷却至200以下，以避开二噁英“从头合成”的温度区间，减少二噁英的产生；高效袋式除尘器则是在去除颗粒物的同时协同去除二噁英。为稳定达到颗粒物排放浓度不高于10 mg/m3的要求，袋式除尘器应采用覆膜滤料，并保证过滤风速不超过0.8 m/min。若场地受限，可选用滤筒除尘器，并保证过滤风速不超过0.7 m/min。轧钢热处理炉应燃用清洁能源并采用低氮燃烧技术，燃用清洁能源可从源头控制各类污染物的生成，配套低氮燃烧技术则可抑制各类氮氧化物的产生，在低氮燃烧技术的选择上可选用分级燃烧、低过量空气燃烧、预混燃烧等。从国内实践现状看，电炉和轧钢热处理炉污染控制技术已相对成熟，可实现各类污染物稳定达到超低排放管控要求。2.无组织排放管控技术路线短流程钢铁企业应对全厂无组织排放源进行全面排查，建立全覆盖的无组织排放源清单，以此为基础落实各无组织排放源的污染防治措施。首先，短流程钢铁企业物料储存与输送方面涉及的主要原辅料包括废钢、石灰、白云石、铁合金、碳粉等，中间产物及副产物包括钢渣、氧化铁皮、各类除尘灰等。除尘灰、碳粉属于粉状物料，应采用密闭料仓或储罐等方式密闭储存，采用管状带式输送机、气力输送设备、罐车等方式密闭输送。废钢、石灰、白云石、铁合金、钢渣、氧化铁皮等块状或粘湿物料采用密闭料仓或封闭料棚等储存，优先采用管状带式输送机等方式密闭输送或皮带通廊等方式封闭输送，条件不允许时可使用封闭车厢或苫盖严密的汽车运输。采用皮带输送物料或汽车运输时，各落料点应配备收尘除尘设施或抑尘措施。对于固定或连续式作业的产尘点，如皮带输送落料点等，优先采取收尘技术，并尽量提高收尘罩的密闭性；对于移动式卸料尘源可采用移动式收尘罩，收尘罩罩面风速宜大于1.5 m/s；对于间歇式、非固定的产尘点，如废钢进厂卸料等，可采用干雾等抑尘技术，喷雾应明显覆盖产尘区域。此外，厂区道路应硬化，配备足够的洒水车等清洁车辆，料场出口设置车轮和车身清洗设施。其次，短流程钢铁企业生产工艺过程中涉及的无组织排放源主要有废钢加工、电炉加料及冶炼、精炼炉加料及冶炼、连铸机大包浇注及火焰切割、钢包热修、翻包及拆包、中间罐翻包及拆包、渣处理、精轧机轧制、轧钢涂层等。按照超低排放管控要求，除生产车间/空间应封闭外，针对上述产尘点均应优先设置集气罩和除尘设施，全面加强集气能力建设，确保无可见烟粉尘外逸。除尘技术的选择主要考虑工况条件、废气特征等因素，含湿废气如精轧机轧制（棒、线材除外）宜选用塑烧板除尘，钢渣热焖宜选用高效湿式电除尘技术，其余除尘技术可选用覆膜滤料袋式除尘、滤筒除尘等技术；轧钢涂层机组可选用高温焚烧、催化焚烧净化、活性炭（焦）吸附等技术。3.清洁运输技术路线清洁运输是运用公转铁、公转水、机械输送、多式联运和新能源替代等措施减少柴油货车使用数量。短流程绿色制造冶金经济与管理-23 -绿色制造钢铁企业进出厂区的大宗物料包括废钢、铁合金、石灰等，产品包括钢材、钢渣等，各类物料和产品优先采用铁路、水路、管道或管状带式输送机等清洁方式运输，若条件不允许，上述运输比例低于80%，或全部采用新能源汽车或达到国六排放标准的汽车。沿海沿江等具备水运条件的企业首选水路运输，同时通过新建或利用已有铁路专用线等方式提高铁路运输比例，短距离运输则可采用管道或管状带式输送机转运物料，减少公路运输量。厂内非道路移动机械选用应满足地方非道路移动机械排放控制区的相关要求，鼓励采用新能源或达到国三排放标准。4.监测监控技术路线所有废气排放口应按相关标准规范设置监测采样口位置和采样平台，电炉烟气和燃用发生炉煤气的轧钢热处理炉排气筒安装自动监控设施（CEMS），污染治理设施安装分布式控制系统（DCS），记录企业环保设施运行及相关生产过程的主要参数。炼钢车间顶部、钢渣处理车间、废钢车间等易产尘点安装高清视频监控设施；生产工艺中破碎、筛分、精炼炉等主要产尘点及含水率小于6%的物料转运收尘罩或抑尘设施处设TSP浓度监测设施；废钢、炼钢、钢渣车间周边、厂内道路路口、长度超过200 m的道路中部等设空气质量监测微站。建立进出厂大宗物料和产品运输基础台账，安装门禁和视频监控系统监控并记录进出厂运输车辆的完整车牌号、车辆排放阶段，厂内运输车辆和非道路移动机械应编码登记。建设集中管控平台，记录所有无组织排放源监测、监控和治理设施运行情况及空气质量监测微站监测数据。鼓励利用物联网、大数据等技术手段，将有组织监控模块、清洁运输监控模块等全部融合，实现一体化、智能化的污染物排放管控和治理。四、超低排放重难点分析及解决思路1.无组织排放的有效管控钢铁企业无组织排放管控是超低排放中的共性难题，来自企业储存、运输、生产等各个环节，具有源头多且散、单源小但总量大等特点，难以实现对系统的有效管控与治理4。这需要短流程钢铁企业在设计阶段充分考量，并在实施阶段组织管理与技术人员协同开展全过程的无组织排放源清单建立工作，对各类物料的储存场地、物料的输送路线及生产工艺过程系统全方位地排查排放源点，并提出经济技术可行的管控与治理方案。管控平台的建立是对无组织排放监控的关键，通过记录各类环境监控数据及治理设施运行数据等，及时排查和应对无组织源异常排放而导致的环境污染问题。2.清洁运输的充分满足欠缺水运、铁运条件的短流程钢铁企业普遍存在清洁方式运输比例低的问题，与清洁运输比例大于80%的超低排放要求还有一定的距离。短流程钢铁企业在选址时需充分考虑运输条件，分析原料来源、产品去处，充分利用社会化运输体系，提高清洁运输比例。若达不到要求，则与承担物料运输的单位约定汽车运输进厂要求，并落实运输基础台账和监控系统的建立。3.管理水平的持续提升钢铁企业环保管理水平参差不齐，仍然存在环保意识薄弱和环境管理重视程度不够的现象及对超低排放认识不全面的问题，因而要全方位、全周期、全过程、全覆盖实现超低排放，仅靠治理工程是不够的，还需要环境管理能力的持续提升5。短流程钢铁企业应因厂制宜选取先进的治理技术、成熟的工艺路线和有针对性的设计方案，严把工程质量关，同时强化自身环境管理能力建设，配备专业的环保管理、技术人才，制定严格的环境管理制度，建立健全环保责任制，加强日常环境管理，运用信息化、智能化的方式实施环境管理，确保企业全面实现超低排放。五、结束语推进钢铁企业全面实施超低排放是推动我国钢铁行业掀起一场绿色革命，同时助力持续深入打好打赢“蓝天保卫战”的重要举措。短流程钢铁企业应结合自身工艺路线，从有组织排放、无组织排放、大宗物料产品清洁运输和监测监控系统4个方面建立全流程的超低排放路径，并强化自身环境管理能力建设，促进钢铁行业绿色高质量发展，助力碳达峰、碳中和目标实现。参考文献：1操龙虎.现代电炉炼钢技术发展趋势分析J.工业加热，2019（48）.2上官方钦，殷瑞钰，李煜，等.论中国发展全废钢电炉流程的战略意义J.钢铁，2021（8）.3张福君，杨树峰，李京社，等.“双碳”背景下低碳排炼钢流程选择及关键技术J.工程科学学报，2022（44）.4杨越，弓原，李妤，等.钢铁行业超低排放改造关键技术评估建议J.节能，2022（9）.5弓原，李晓新.钢铁行业超低排放改造现状分析及对策建议J.冶金经济与管理，2021（1）.（作者单位：中冶南方工程技术有限公司，湖北武汉430223）