3.3　钢铁行业

3.3.1　行业概况

钢铁生产过程主要包括炼焦、烧结、高炉炼铁、炼钢、连铸、轧钢等工序。其中炼钢工序又分为转炉和电炉两种工艺。钢铁生产流程见图3-15。

3.3.1.1　炼焦工序

钢铁行业炼焦工序及产污情况与炼焦行业相同，见3.2.1部分相关内容。

3.3.1.2　烧结（球团）工序

（1）生产工艺过程

包括烧结和球团两种生产方法，烧结生产方法主要是带式烧结机法；球团生产方法主要有竖炉、带式焙烧机、链箅机-回转窑三大类。

①烧结工艺过程　烧结生产就是把铁精矿等含铁原料和燃料、熔剂混合在一起，利用其中的燃料燃烧，使部分烧结料熔化，从而使散料粘结成块状，并具有足够的强度和粒度的过程。烧结过程一般包括原料破碎、筛分、配料、混合、布料、点火、烧结、冷却、成品整粒等步骤。工艺流程见图3-16。

②球团生产工艺　球团生产是把铁精矿等原料与适量的膨润土均匀混合后，通过造球机造出生球，然后高温焙烧，使球团氧化固结的过程。球团生产的工艺流程与烧结相似，主要包括含铁原料的干燥、配料、混合、造球、筛分、布料、焙烧冷却和成品输出等工序。工艺流程见图3-17。目前采用较多的球团焙烧方法主要有竖炉法、带式焙烧机法和链箅机-回转窑法。

（2）生产工艺过程产污分析

由于烧结（球团）生产所采用的原料全部为粉状物料，并且粒径很细、含水量小，因此各个生产步骤，即从原燃料进厂至成品外运几乎都有污染物产生。根据污染物的种类和特点不同，按污染源分为以下几类。

①原料准备　在原料场的装卸物料过程中，由于露天作业，产生大量粉尘。如果遇到大风天气，污染会更加严重。原燃料、熔剂的接受卸车过程中，物料翻入料仓时，由于物料落差比较大，上升气流强，会产生大量粉尘。胶带机在运料过程中，以及转运过程中，特别是落差较大及物料含水低时，产生的粉尘很大。转运生石灰时，飞扬的粉尘浓度可达5～10g/m³。熔剂与固体燃料的破碎、筛分等工序均产生大量粉尘，浓度约15g/m³。另外，球团工艺的精矿干燥过程产生含尘热废气。煤粉制备过程中产生大量煤尘。

②配料混合　由于烧结的原料种类比较多，粒度较小（在配料之前，熔剂和燃料经过破碎，使小于3mm的含量大于90%），在运输、配料过程中产生大量粉尘。

为强化烧结过程，在返矿通廊或一次混合机进料口处需加水润湿。热返矿工艺，温度为500℃左右的返矿加水后，产生大量带有粉尘的蒸汽，环境十分恶劣。由于烟气具有高温（50～100℃）、高湿（相对湿度大于80%）、高尘（粉尘浓度8～21g/m³）等特点，是治理的重点。

冷返矿工艺由于温度低，不产生大量的水蒸气，只在物料转运点产生含尘废气。

③烧结（焙烧）　在烧结过程中，由于烧结原料和燃料在台车上的燃烧，将使抽风烟道排出大量含尘废气（一般称机头废气），同时，在卸矿端的破碎、筛分过程中也产生大量的含尘废气，这些含尘废气是烧结厂的主要污染源。

机头废气中颗粒物的粒径及分布呈现两个最大值，一个是粗尘（粒径约为100μm），另一个是细尘，即通常所说的烟尘（粒径为0.1～1μm）；这个特有的“两种成分的混合粉尘”可以解释为存在两种粉尘形成的过程。粗尘是在烧结机开始处产生，在烧结矿给料装置和底层形成的，而细尘是在混合物的水分完全蒸发后在烧结区产生的。

机头废气量与含尘量的大小，随烧结机型式、烧结面积、料床下产生的真空度以及装料颗粒大小等因素有很大变化。每生产一吨烧结矿约产生6000～15000m³的废气，粉尘20～40kg，其废气含尘量一般为1～5g/m³。

烧结矿生产出来后，以块状形式落入烧结机的末端，经过单辊破碎机破碎。在很多烧结厂，烧结矿会经过一个热筛分过程。此过程也会产生大量粉尘。

机尾卸矿端放散的废气量及含尘量，通常与密闭形式、原料组成和操作条件等有关，含尘浓度一般为5～15g/m³。

由于在烧结过程中，发生了很多化学和冶金反应，含尘废气不仅含有大量的烟（粉）尘，还含有SO₂、NO_x、CO₂、CO、HF、二英（PCDD）、呋喃（PCDF）等多种气态污染物。

烧结烟气中的SO₂，主要来源于在烧结矿来料中硫的化合物燃料的结果。这些硫的化合物主要是通过焦炭引入的，而铁矿石中的含量为其的1/10。硫的输入从0.28kg/t到0.81kg/t烧结矿不等。每生产1t烧结矿约产生SO₂ 0.8～2.0kg（视精矿粉和燃料中的含硫量多少有所不同）。

烧结烟气中的NO_x，主要是由烧结固体燃料及含铁原料中的氮和空气中的氧在高温烧结时产生的。在烟气中，由燃料生成的NO_x可以占到80%，在燃烧的空气中氧分子和氮分子反应而产生的NO_x也可能占60%～70%。每生产1t烧结矿约产生NO_x 0.4～0.65kg。烧结烟气中NO_x的浓度一般在200～310mg/m³，也有报道说其浓度达到过700mg/m³，这与燃料中氮的含量有关。

④冷却与余热利用　烧结矿在冷却过程中，产生大量高温废气。鼓风冷却高温段的废气温度较高，达350～450℃，抽风冷却高温段的废气温度较低，一般为200℃左右。这部分高温废气含有大量的湿热，约占烧结全部热支出的30%。因此，国内外烧结技术界越来越重视烧结余热的利用，这样，不仅合理地利用了余热，而且也消除了污染。烧结余热的利用方法主要有：a.将余热直接用于烧结过程；b.将废气余热用来产生蒸汽以代替部分锅炉燃料；c.用余热发电，并入电网。

⑤成品整粒　整粒系统包括破碎和多段筛分，它的除尘抽风点多，风量大，通常设置专门的整粒除尘系统。该系统设置集中式除尘系统，一般采用高效大风量袋式除尘器或电除尘器。

通过以上分析，将烧结（球团）工艺的废气污染源及污染物进行归纳，结果见表3-29。

3.3.1.3　炼铁工序

（1）生产工艺过程

炼铁的主要生产设备为高炉，其生产过程是以烧结矿、球团矿为原料，与燃料焦炭和熔剂石灰石等按一定比例配料、称量后送往高炉炉顶布料，由热风炉向高炉炉缸鼓入热风助焦炭燃烧，炉内原、燃料在高温下熔化而逐渐下降，炉料经过加热、还原、熔化、造渣、渗碳、脱硫等一系列物理化学过程，最后生成液态生铁和液态炉渣。高炉炼铁主要由以下几个生产系统组成：原燃料储运系统、上料系统、炉顶系统、炉体系统、喷煤制粉站、煤粉喷吹系统、风口平台出铁场系统、热风炉系统、炉渣处理系统、煤气除尘系统、公辅设施等。

炼铁工艺流程及排污节点见图3-18。

（2）生产工艺过程产污分析

在高炉炼铁工序中气态污染物主要来源于以下的环节：a.高炉原料、燃料及辅助原料的输送、称量、转运过程中将产生颗粒物；b.在高炉出铁时将产生一些有害废气，该废气主要包括颗粒物、二氧化硫和硫化氢等污染物。

在高炉炼铁工序中，产生的废气污染物见表3-30。

3.3.1.4　炼钢工序

（1）生产工艺过程

炼钢工序目前主要有转炉炼钢和电炉炼钢两大类工艺。

①转炉炼钢　转炉炼钢以铁水及少量废钢为原料，以石灰（活性石灰）、萤石等为熔剂，以氧气作为主要的氧化剂。铁水和废钢加入炉后摇直炉体进行吹炼，根据冶炼时向炉内喷吹氧气、惰性气体的部位，可分为顶吹、底吹转炉和顶底复吹转炉。顶吹就是炉顶吹氧，底吹就是炉底吹氧，顶底复吹是炉顶吹氧、炉底吹惰性气体（如Ar、N₂等），熔剂等辅料由炉顶料仓加入炉内。

转炉吹炼时由于氧气和铁水中的碳发生化学反应，产生含大量CO的炉气（转炉煤气），同时铁水中的杂质与熔剂相结合生产钢渣。当吹炼结束时，倾倒炉体排渣出钢；出钢过程中向钢包加入少量铁合金料使钢水脱氧和合金化。为了冶炼优质钢种，将转炉钢水再送精炼装置（如LF钢包精炼炉、RH、VD真空处理炉等）进行精炼，对钢水进行升温、化学成分调节、真空脱气和去除杂质等。

转炉炼钢工艺流程及排污节点见图3-19。

②电炉炼钢　电炉炼钢以废钢为原料，辅助料有铁合金、石灰、萤石等。炼钢电炉有交流电炉和直流电炉两种，传统的多为三相交流电炉，按其功率大小又可分为普通电炉、高功率电炉和超高功率电炉。

电炉生产工艺流程为：先移开电炉炉盖，将检选合格的废钢料由料罐（篮）加入炉内，将炉盖复位，同时将辅助料由高位料仓通过加料系统经电炉炉盖上的料孔分期分批加入炉内，然后通电开始冶炼。有些电炉先对废钢进行预热，其方式是利用电炉烟气在炉外预热，或直接在电炉上方设预热罐利用电炉烟气预热。

整个冶炼过程按其先后可分为熔化期、氧化期和还原期。

1）熔化期，使废钢表面的油脂类物质燃烧、金属进行熔化。

2）氧化期，由于大量吹氧，使炉内熔融态金属激烈氧化脱碳，产生大量赤褐色烟气。

3）还原期去除钢液中的氧和硫等杂质，调整钢水成分。

在氧化期和还原期分别产生氧化渣和还原渣，分期排渣。冶炼结束后出钢，钢水如需精炼则送精炼装置进行精炼，情况与转炉钢水精炼相同。

电炉炼钢工艺流程及排污节点见图3-20。

③连铸　连铸生产就是钢水连续铸坯，简化了加工钢材的程序，可以省掉过去采用的钢锭模将钢水铸锭和初轧开坯等工序，可以实现钢坯热送热轧，减少金属损耗、节约大量能源。

连铸生产工艺流程为：合格钢水送连铸钢包回转台，通过钢包滑动水口和钢包长水口进入中间罐，到达一定高度后开浇，经过浸入式水口进入结晶器；由于结晶器不断振动，并在冷却水的间接冷却下使钢水形成坯壳。具有很薄坯壳的金属坯由引锭杆不断拉出，经过结晶器、弯曲段、扇形段，再通过二冷段用水直接喷淋冷却，最后进入矫直段，矫直后的铸坯切割成所需定尺，再经去毛刺和喷号即成为可送轧钢厂使用的连铸坯。

（2）生产工艺过程产污分析

①转炉炼钢　转炉炼钢过程中，高炉铁水兑入、辅料加入、吹氧、出渣、出钢均有大量的含尘烟气产生，烟气中除烟尘之外还有CO等污染物；散状料上料系统有粉尘产生，LF、VD等精炼炉冶炼及铁水预处理过程均有含尘烟气产生。转炉炼钢工艺过程中各步骤产生的废气污染物见表3-31。

②电炉炼钢　电炉及精炼装置在加料、出钢、吹氧和冶炼过程中有大量含CO、CO₂的高温含尘烟气产生，烟气中还含有少量的氟化物（其成分为CaF₂）及二英；原、辅料系统的上料等，也有含尘废气产生。电炉炼钢生产工程中各步骤产生的废气污染物见表3-32。

③连铸　连铸结晶器加保护渣时有少量的烟尘产生，中间罐倾翻及修砌有粉尘产生，火焰清理机作业过程有含尘烟气产生。

3.3.1.5　轧钢工序

（1）生产工艺过程

轧钢工序主要分为热轧工艺和冷轧工艺。

①热轧　一般是将钢坯在加热炉或均热炉中加热到1150～1250℃，然后在轧机中进行轧制。以1580mm热轧为例，原料全部为连铸坯，由毗邻的连铸车间运来，通过辊道和过跨小车送入热轧厂板坯库，分别采用冷装、保温坑热装、直接装炉和直接轧制4种方式；板坯在前3种方式经加热炉加热后出炉，经定宽大侧压机侧压为所需宽度，经粗轧机轧制成厚为35～60mm的中间带坯。带坯经设有保温罩的中间辊道送到切头飞剪输入辊道，如需边部加热则经过电感应加热器，然后进行最佳剪切。经过7架精轧机后轧制成厚度为1.5～12.7mm的带钢。带钢经层流装置冷却到成品带钢规定的卷取温度，由液压式地下卷取机卷取成钢卷。钢卷经卧式打捆后用钢卷小车送到钢卷升降机，再运至钢卷运输系统，分别送至冷轧厂或热轧钢卷库。

②冷轧　是将钢坯热轧到一定尺寸后，在冷态即常温下进行轧制。热轧板经酸洗、冷连轧后热镀锌、热镀锌或经退火后电镀锌。

需要分切的钢卷先卸到分卷跨进行冷却，对分切后的成品经称重、打捆、喷印后吊运至成品库，成品钢卷均用汽车运出厂外。成品一般可分为管材、型钢、板材和线材四大类。

硅钢也属冷轧的一种，它主要由酸洗区、轧钢区、热处理区、精整区等区组成。不锈钢的生产工艺包括了从热轧到冷轧的工艺过程。

（2）生产工艺过程产污分析

热轧和冷轧过程产生的废气污染物主要是颗粒物，还产生部分二氧化硫，各步骤产生的废气污染物见表3-33和表3-34。

3.3.2　主要污染物排放及控制措施

3.3.2.1　烧结（球团）工序

（1）主要排污因子

烧结（球团）厂是钢铁企业的污染大户，为钢铁企业二氧化硫的主要排放源，其中烧结工序二氧化硫排放量占行业二氧化硫排放总量的75%以上。由于烧结（球团）生产所采用的原料全部为粉状物料，并且粒径很细、含水量小，因此，各个生产工序，即从原燃料进厂至成品外运几乎都有污染物产生。

根据污染物的种类和特点不同，按污染源分为以下几类。

①原料场　由于原料场通常为露天作业，扬尘点无法密闭，不能采用机械除尘装置，通常采用在产尘点喷水雾使物料增湿而抑制粉尘飞扬的方法，也有一些企业采用防尘网、喷洒抑尘剂等方法，收到较好效果。

②烧结（球团）设备　烧结机以及球团竖炉、带式焙烧机和链箅机-回转窑产生的废气，其特点是烟气温度高、流量大、成分复杂，除含有大量烟（粉）尘外，还含有SO₂、NO_x、CO₂、CO、HF、多氯代二苯并二英（PCDD）、多氯代二苯并呋喃（PCDF）等多种气态污染物。机头废气含尘浓度一般为1～5g/m³，机尾卸矿端含尘浓度一般为5～15g/m³。

对于这部分烟气的治理，由于烟气量大，温度高（100～180℃），国内约占80%的烧结机采用电除尘器，还有约20%的烧结机机头采用多管除尘器，但平均排放浓度高达280mg/m³，难以达到现行的标准要求，必然遭到淘汰。

③其他生产设备　除烧结（球团）设备以外的其他生产设备，主要用于原燃料和熔剂的接受、储存、转运、烘干、破碎、筛分，以及配料、混合造球、烧结（球团）矿的破碎与筛分、冷却、成品整粒与输出等生产过程，该类设备产生的污染物为工业粉尘，为冷态过程和一般热力过程。通常该类废气温度较低或接近常温，流量相对较小，烟气性质稳定、易于处理。对于该类废气的处理，电除尘器约占50%，布袋除尘器约占44%。

（2）污染控制措施

①脱硫技术　烟气脱硫技术在国外已实践了40多年，我国也摸索了近30年，至今已形成五大类基本脱硫工艺。主工艺设备以湿法为例的喷淋塔、填料塔、液柱塔等均已成功地应用于大型工业炉窑的烟气脱硫工程中。

常见的烧结烟气脱硫工艺有以下几种。

1）氨-硫铵法。氨-硫铵法是利用焦炉气中无用的氨与烧结中的SO₂反应回收硫铵。在有焦炉的钢铁厂，烧结废气采用氨-硫铵法脱硫具有经济效益好，脱硫效率高等优点。脱硫效率一般稳定在98%以上，副产品硫酸铵质量好而且稳定，但需提高设备的耐磨性能。

2）石灰-石膏法。脱硫工艺以石灰或石灰石浆液与烟气中的SO₂反应，脱硫产物亚硫酸钙，也可氧化为石膏回收利用。该工艺使用的脱硫剂价廉易得，对于烧结工艺，可以利用石灰除尘系统收集来的石灰粉尘。20世纪70年代开始，日本已经在一部分大型烧结厂先后采用了石灰-石膏法，脱硫效率可以达到95%～99%；并且，可以去除废气中的HCl、HF以及细微粉尘。其缺点是投资及运行费用较高，系统复杂，占地面积大，而且易于腐蚀、磨损以至堵塞管路，从而降低了其运行的可靠性。

3）活性炭吸附法。新日铁于1987年在名古屋第三烧结厂的3号烧结机中设置了利用活性炭的烧结排烟脱硫、脱硝设备，处理能力（标态）9.0×10⁵m³/h，这是一种干法排烟脱硫装置，将烧结机排烟的除尘、脱硫、脱硝三种功能集于一身，使烧结排烟脱硫技术提高到新的阶段。

该脱硫技术的基础是活性炭可以吸收SO₂。重复利用吸收了SO₂的活性炭装置称为再生活性炭（RAC）。该法通常使用高质量的、价格昂贵的活性炭，并且会产生副产品硫酸（H₂SO₄）。炭床通过水和蒸汽达到再生的效果。

再生活性炭技术可以去除废气中的一些有害成分，如SO₂、HCl、HF、Hg和NO_x。当废气被引导着通过活性炭床的时候，污染物即被活性炭吸收。如果要去除废气中的NO_x，需要在废气通过炭床之前向废气中喷洒氨（NH₃）才能实现。

该法可以达到较高的脱硫效率（>95%）。脱氮效率可以达到80%～90%，视运行温度、添加物NH₃以及设计情况不同而异。上面提到的效率是设备每天24h运行情况下的，没有考虑设备闲置。因此，实际运行的效率会相对低一些。

使用再生活性炭设备时，会产生副产品硫酸和少量的废水。因为活性炭是再生的，而且部分可以被燃烧，所以不会产生固体废弃物。

4）密相干塔处理工艺。密相干塔烟气脱硫技术是由北京科技大学环境工程中心和德国福汉燃烧技术股份有限公司针对中国国情开发的一种先进技术，具有脱硫效率高（达99%，同时可以去除HF等）、投资运行费用低、可靠性高、能耗低、维护量小、占地面积小、系统使用寿命长等优点。到目前为止，在德国等一些欧洲国家和地区，已有20多家不同规模的电厂锅炉和工业锅炉应用了密相干塔烟气脱硫技术，其独特的技术优势保证了较高的脱硫效率和良好的信誉。

密相干塔烟气脱硫的主要原理是利用干的熟石灰［Ca（OH）₂］以及密相干塔下部及后部工艺设备布袋除尘器下收集的大量循环灰一起进入加湿器内进行均化，加湿后的大量循环灰由密相干塔上部的布料器进入塔内，含水分的循环灰有极好的反应活性，与塔上部进入的烟气发生反应。最终脱硫产物由灰仓排出循环系统，通过输送装置送入废料仓。

目前，国内针对烧结烟气的脱硫工程已逐渐开展起来，国家要求在“十二五”期间单台烧结面积在90m²以上的烧结机和有条件的球团生产设备实施烟气脱硫，综合脱硫效率达到70%以上。

②脱硝技术　烟气脱硝技术，国外早已有所应用，SCR和SNCR法在大型燃煤电厂获得了较好的商业应用。

1）选择性催化还原（SCR）。SCR法原理是废气中的NO_x被氨（NH₃）和尿素还原为N₂和H₂O。由以钛氧化物（TiO₂）为载体的五氧化二钒（V₂O₅）钨氧化物（WO₃）作催化剂，也可以选择铁氧化物和铂。最佳的运行温度在300～400℃之间。

由于SCR装置要求处理的气体必须非常洁净，粉尘含量小于40mg/m³，所以，在烧结厂中，通常被用在除尘和脱硫之后。而且温度要求在300℃左右，因此需要加热气体。

在烧结厂应用这项装置可以消除90%的NO_x。这取决于催化剂的类型、运行温度，以及添加剂NH₃。由于SCR是干法技术，所以不会产生废水。所产生的唯一废弃物是失活催化剂。此废弃物可以由催化剂生产厂家进行回收再处理。

2）选择性非催化还原（SNCR）。SNCR法原理是在烟气的高温区加入氨、尿素、焦炉气、天然气等还原性物质，不需要催化剂，使NO_x还原为氮气。

使用SNCR法的脱氮效率可达到50%～80%，由于不采用催化剂，操作费用较低，但温度控制较难，仅在950～1050℃这一狭窄范围内脱氮有效，不在该温度范围时氨气容易氧化，造成NO浓度增加。

SNCR法投资少，费用低，但适用范围窄，要有良好的混合及反应空间、时间条件。当要求较高的脱除率时会造成氨泄漏过大。

③除尘技术　目前，除尘技术已处于成熟阶段，烧结（球团）尘气治理（包括机头废气），国外越来越趋于采用布袋除尘器，出口浓度普遍达到30mg/m³以下。国内机头废气治理还仍然采用电除尘器，就目前的技术水平，电除尘器出口浓度做到50mg/m³是完全可行的，能够满足行业标准排放限值的要求。

3.3.2.2　炼铁工序

（1）主要排污因子

我国炼铁工业产业集中度低，目前处于先进的炼铁技术装备与落后的装备并存。炼铁工序的废气污染物主要为颗粒物，此外废气中还含有二氧化硫。

颗粒物主要来源于炉前原料储存槽，原料转运站，高炉出铁场，高炉煤气放散和铸铁机，污染治理设备主要有袋式除尘器和电除尘器，其中以袋式除尘器占主导（为90%以上）。目前对炼铁工序二氧化硫尚无污染控制要求。

（2）污染控制措施

①运输及装料废气　高炉压力高于大气压力，所以使用“钟形”或“无钟”的密闭装料系统。原料经矿槽、皮带、振动筛、上料小车储运、装料系统进入高炉，这一过程排放的主要污染物是粉尘。污染物特点是：冷态源（常温），无组织排放，产尘点多而分散，有的产尘点上百个，粉尘原始浓度大。

对各产尘点，通常采用密闭收尘罩或移动通风槽等尘源控制技术，经袋式除尘器除尘后排放。

②热风炉的废气　热风炉通常是以高炉煤气混合焦炉煤气（COG）或天然气、重油、煤炭为燃料的，这一过程排放的主要污染物是粉尘、SO₂、NO_x。污染物特点是：热态源（高温），高温燃烧，烟气温度达1000℃。

这一过程的污染控制主要是采用清洁的燃料，比如净化后的高炉煤气、焦炉煤气等。

③出铁场排放废气　出铁场出铁时，在出铁口、撇渣器、铁水沟、渣沟、生铁装入铁水罐时会排放出颗粒物（炉尘）。这些颗粒物主要是铁水、炉渣与周围氧的相互作用产生的。污染物特点是：热态源（高温），烟气温度达1000℃，尘源控制难度大。

为了排除高炉出铁时所形成的炉尘，主要控制方法是在出铁口、撇渣器、铁水沟、生铁装入铁水罐的罐位（或摆动流嘴）设置密闭收尘罩收尘，再经袋式除尘器除尘后排放。

④渣处理排放废气　目前，高炉渣的处理有渣的粒化、渣坑处理和渣的球团化3种工艺。高炉渣通常采用水进行冲制冷却处理，水与熔渣，特别是与硫化物（基于CaS与MnS）的反应，会产生蒸汽与扩散的H₂S与SO₂气体。污染物特点：浓度较低，间断的无组织排放。

这部分废气通常经排气筒或无组织直接排入大气。

⑤高炉煤气放散废气　由于煤气管网不平衡，高炉煤气处理系统无法及时处理高炉产生的煤气，高炉煤气将从高炉顶向大气放散，此过程主要排放CO、粉尘等。

目前主要通过采用重力除尘+两文一塔湿法除尘，提高煤气回收率，减少放散。

⑥煤粉制备系统排放废气　煤粉制备系统主要产生煤尘，一般经布袋除尘后排往大气，主要污染物是煤尘。污染物特点是：冷态源（常温），无组织排放，产尘点多，粉尘原始浓度大。

对各产尘点，通常采用密闭收尘罩等尘源控制技术，经袋式除尘器除尘后排放。

3.3.2.3　炼钢工序

（1）主要排污因子

炼钢工序的废气污染物主要是烟尘，来源于混铁炉，转炉，连铸，火焰清理机，电炉，炉外精炼炉，散状料转运站和辅助物料破碎。

（2）污染控制措施

①转炉炼钢　转炉炼钢废气污染特点是：a.吹炼时原始烟气中含尘浓度可高达100～150g/m³，烟尘粒度50%以上小于30μm；b.吹炼时原始烟气中CO高达90%、毒性大；c.原始烟气温度高达1400～1600℃，使废气净化增加了复杂性；d.高温烟气中的热能、CO以及烟尘中的铁（总铁高达60%～70%），均具有较高的回收综合利用价值。

目前国内的实用可行技术有转炉一次烟气（转炉煤气）回收有干法和湿法两种。回收煤气的转炉90%以上采用湿法除尘系统回收煤气，一般为二文一塔，其优点是技术上十分成熟、运行稳定而可靠，净化后放散废气中的烟尘浓度一般低于100mg/m³；其缺点是配套的污水处理系统占地面积大，运行能耗成本较高，污泥的处理也比较复杂，容易导致二次粉尘污染，向下游用户供应煤气需要进一步除尘。该除尘方式自动化控制水平较低，煤气回收量偏小，出煤气后还需增设湿式电除尘，回收系统能耗较大。

由于湿法除尘系统存在能耗高、环保治理难度大、废物利用率低等缺点，所以解决其主要措施之一应是推广转炉煤气干法除尘技术。例如LT法（电除尘），其具有节水、节电、除尘效率高、降低生产成本的优点，煤气回收量为95～100mg/m³以上，煤气热值为8360kJ/m³左右，可以实现回收煤气含尘量小于10mg/m³，排放废气含尘量可小于20mg/m³，收集的除尘灰干燥、可以加热后直接压制成块体回转炉得到更好的利用；其缺点是系统相对复杂，对运行和维护要求高。

转炉二次烟气、上料系统含尘废气、铁水预处理烟气、混铁炉烟气，以及LF、VD等精炼炉烟气，通常采用高效布袋除尘器净化，排放废气中的烟粉尘浓度一般可低于20mg/m³。

②转炉炼钢　电炉炼钢过程中，废钢及辅料加入、吹氧、出渣、出钢均有含尘烟气产生，烟气中除尘之外还有CO、二英等污染物；散状料上料系统有粉尘产生，LF、VD等精炼炉冶炼过程均有含尘烟气产生。

该过程污染特点为：a.烟气阵发性强、烟气量波动大；b.电炉炼钢烟气散发点多、烟气收集难度大；c.烟气温度高达1200～1500℃，增加了除尘系统设计的复杂性；d.烟尘粒径细小，氧化期90%左右小于10μm、50%左右小于2μm，对布袋除尘器滤料要求高；e.烟尘中的氧化铁含量高、有些电炉氧化期烟尘中氧化铁含量高达80%左右，具有较高的回收综合利用价值。

目前，电炉一、二次烟气通常采用第四孔（直流电炉为第二孔）抽吸+大密闭罩和屋顶烟罩相结合的方式捕集，捕集后的烟气采用大布袋高效除尘器净化，烟尘排放浓度通常可以低于20mg/m³。上料系统含尘废气、精炼炉烟气等，通常采用高效布袋除吸尘器净化，有的并入电炉烟气除尘器净化。

③连铸工艺　连铸机结晶器加保护渣时有少量烟尘产生，铸坯火焰清理有烟尘产生；中间罐倾翻和修砌有粉尘产生，其特点是产生量比较大且不连续。

对于结晶器废气，由于烟气量比较小、含尘浓度比较低，通常通过排烟装置将其排入二冷室机械去除；中间罐倾翻和修砌含尘废气，通常采用布袋除尘器净化，排放浓度一般可低于20mg/m³；铸坯火焰清理烟气，通常根据烟气的性质采用湿式电除尘器净化，粉尘排放浓度一般在30mg/m³以下。

④焙烧烟气　含尘废气主要产生于窑前原料准备、焙烧窑本体和出料（成品）系统，石灰粉尘属亲水性、黏结性粉尘。原料准备系统、出料（成品）系统含尘废气，普遍采用高效布袋除尘器净化。普通石灰竖窑，烟气温度150～250℃，含尘浓度1～2g/m³、有时最高可达4～6g/m³。目前国内普遍采用高效布袋除尘净化，排放浓度一般可低于20mg/m³。

活性石灰竖窑烟气温度较高、300～600℃不等，通常经降温后再送布袋除尘器净化。对于悬浮窑，烟气温度400～500℃，含尘浓度20～50g/m³，烟气降温后送布袋除尘器净化。

对于回转窑，烟气温度更高、可达1000℃，含尘浓度15～25g/m³；可以降温后送布袋除尘器净化，也有的采用电除尘器净化。

3.3.2.4　轧钢工序

（1）主要排污因子

轧钢工序的废气污染物主要是颗粒物和酸雾。颗粒物主要来源于轧机制气、钢锭和钢坯的加热过程及炉内燃烧时产生的大量烟气。酸雾主要来源于钢材酸洗过程。

（2）污染控制措施

①热轧钢厂主要污染控制措施

1）加热炉燃烧烟气。产生的污染物主要是烟尘、SO₂、NO_x。由于燃料为精脱硫后的煤气，烟气中含尘、SO₂浓度很低，满足《工业炉窑大气污染物排放标准》的要求。热镀锌机组的各热处理炉分别以精脱硫后的煤气为燃料。为了控制NO_x，可在设计阶段采用先进的烧嘴、最优燃烧控制等措施，减少NO_x的产生。其排放烟气中二氧化硫小于国家允许排放标准所以一般不做处理直接排入大气。

2）含尘烟气。精轧机在轧制过程中将产生含氧化金属粉尘、油雾及水蒸气，烟气含尘约3000mg/m³。可用湿式电除尘器或朔烧板除尘器等设备净化后，达标排入大气。

②冷轧主要气体污染控制措施　冷轧工艺过程中主要产生含酸废气、含碱废气和含油废气，一般设有酸雾洗涤系统、碱雾吸收塔和排雾及净化系统，排放气体可满足《大气污染物综合排放标准》的要求。

3.3.3　初始权核定方法

通过分析钢铁行业主要污染物产排污情况和污染控制措施，得出以下结论。

①钢铁生产过程工序较长，产污环节众多。其中二氧化硫排放主要来源于烧结、炼铁和轧钢工序，氮氧化物排放主要来源于烧结工序，颗粒物排放主要来源于烧结、高炉炼铁、炼钢和轧钢等工序。因此，钢铁企业二氧化硫、氮氧化物的排污权为企业各工序污染物排污权之和。

②目前就污染控制措施技术成熟度来说，烧结工序二氧化硫污染控制技术和钢铁生产各工序颗粒物的污染控制技术较成熟，已大量应用于实践中，炼铁高炉、轧钢工序的二氧化硫控制及钢铁工业的氮氧化物污染控制尚待进一步探索。

③据统计，全国烧结工序的二氧化硫排放量占全国行业排放总量的75%以上。“十二五”期间国家对钢铁行业二氧化硫实施总量控制，要求对烧结机进行二氧化硫治理工程。

④目前国家尚未对炼铁和轧钢工序二氧化硫提出总量控制要求，即炼铁和轧钢工序二氧化硫排放满足钢铁行业排放标准即可。

⑤目前国家尚未对钢铁行业氮氧化物、颗粒物提出总量控制要求，即钢铁企业各工序氮氧化物、颗粒物排放满足钢铁行业排放标准即可。

综上所述，可以得出以下结论。

①钢铁行业炼焦工序二氧化硫、氮氧化物、颗粒物的初始排污权核定方法可以参照炼焦行业各主要污染物初始排污权核定方法。

②钢铁企业二氧化硫排污权总量初始核定方法建议采用绩效法，其中烧结工序初始排污权核定方法采用绩效法，炼铁和轧钢工序二氧化硫初始排污权核定方法采用标准法，且各工序二氧化硫排污权之和不得超过用绩效法计算得出的企业排污权总量。

③钢铁企业各工序氮氧化物的初始排污权核定方法采用标准法，即按照现有的国家行业污染物排放标准中规定的废气排放标准为依据确定企业初始排污权。

④烟粉尘为我省地方性总量控制指标，为进一步加强钢铁企业颗粒物污染控制，钢铁企业烟粉尘初始排污权核定方法采用绩效法，且以企业为单位进行计算，不再划分至各工序。

钢铁企业二氧化硫、氮氧化物初始排污权核定量计算公式如下：

式中　M——某个钢铁企业二氧化硫、氮氧化物、颗粒物初始排污权核定总量，t/a；

M_i——第i个工序的二氧化硫、氮氧化物、颗粒物初始排污权核定量，t/a；

应用排放绩效法进行初始排污权核定的计算公式如下：

M_i=A_iGPS_i·10

式中　A_i——第i个工序的主要产品生产能力，10⁴t/a；

GPS_i——第i个工序的排放绩效值，kg/t。

应用标准法进行初始排污权核定的计算公式如下：

M_i=B_iC_i·10^-9

式中　B_i——第i个工序满负荷条件下的废气排放量，m³/t；

C_i——钢铁行业废气执行排放浓度，mg/m³。

B_i=A_iG_i

式中　A_i——第i个工序的主要产品产能，t/a；

G_i——第i个工序的吨产品废气排放量，m³/t。

3.3.4　初始权核定示例

对山西省钢铁行业初始排放权核定的关键问题进行实例研究。

3.3.4.1　基本情况

山西省2005～2010年钢铁行业生铁产量和粗钢产量如图3-21所示。由图3-21可以看出，全省2005～2010年的生铁产量除了2008年有所下降外，基本呈现增长趋势，粗钢产量从2005年到2010年也呈逐年增长的趋势。

钢铁生产过程包括烧结、炼铁、炼钢和轧钢等工序，其中烧结工序包括烧结生产和球团生产两种工艺。根据部门数据，全省钢铁企业烧结机规模和炼铁高炉规模见表3-35和表3-36。

截至2010年，山西省共有烧结机174台、球团生产竖炉40台和链蓖机回转窑2台。烧结机占烧结工序总产能的87.55%，球团占烧结工序总产能的12.45%。烧结机烧结面积S≥180m²、30m²<S<90m²和90m²≤S<180m²所占比例较多。全省共有炼铁高炉169台，容积400～1000m³的高炉所占比例较大。

3.3.4.2　排污控制现状

（1）二氧化硫主要控制措施

烧结（球团）工序是钢铁生产工序中SO₂排放量所占比例最大的环节，“十二五”期间钢铁行业脱硫将首先对烧结工序二氧化硫治理提出要求。2011年，山西省钢铁行业脱硫情况见表3-37和表3-38。全省钢铁企业使用的主要脱硫技术是湿法石灰石-石膏工艺，其脱硫效率约为70%。

（2）氮氧化物主要控制措施

“十一五”时期国家尚未对钢铁行业氮氧化物提出污染控制要求，在《国家环境保护“十二五”规划》中提出加快非电重点行业脱硝进程，要求东部地区单台烧结面积大于180m²以上的烧结机建设低氮燃烧工程，并示范推广；对于新建烧结机必须配套脱硝设施，建设脱硫脱硝一体化示范工程。“十二五”期间山西省也将在烧结机氮氧化物污染方面控制工作。

2011年山西省太钢正式投运了国内首个烧结烟气活性炭脱硫脱硝与制酸一体化工程太钢450m²烧结机配套的脱硫脱硝装置，采用日本住友重机械工业株式会社的活性炭移动层方式的干式脱硫脱硝装置。活性炭干法脱硫脱硝系统共分为7个子系统，包括除尘系统，卸灰系统，吸附、解析及活性炭运输系统，活性炭补给系统，热循环及富SO₂输送系统，烟气系统以及注氨系统。烧结废气中的有害杂质，通过吸附塔吸附，可去除粉尘、重金属、SO₂、NO_x；解析塔可去除二英、并将富集SO₂输送到制酸系统，生产98%浓硫酸。活性炭的脱硝反应包括与SCR脱硝同样的触媒反应和活性炭特有的还原反应。NH₃与被活性炭吸附的SO₂反应，生产酸性硫氨或者硫氨，称之为碱性化合物或者还原性物质。活性炭在再生后，在含有该碱性化合物的状态下循环至吸附反应塔，与废气中的NO直接反应还原生成N₂。

（3）烟尘、粉尘主要控制措施

2010年，全省钢铁企业烧结工序颗粒物污染控制主要采用的除尘设施为湿法除尘器，除尘效率约为90%；炼铁工序颗粒物污染控制主要采用的除尘方法为过滤式除尘法和重力沉降法，除尘效率分别为99%、90%；炼钢工序颗粒物污染控制主要采用的除尘方法为湿法除尘和过滤除尘，除尘效率分别为92%、93%，此外还有少量企业采用重力沉降法和多管旋风除尘法等；轧钢工序未设除尘装置的企业占多数。钢铁联合企业采用的除尘装置包括静电除尘器、湿法除尘器、过滤式除尘器等。

3.3.4.3　钢铁行业初始排污权核定关键参数

（1）现状参数情况

将全省钢铁行业分别按照烧结（球团）、炼铁、炼钢和轧钢工序分类，进行二氧化硫、氮氧化物、烟尘和工业粉尘的排污绩效分析，结果见表3-39～表3-41。

（2）不同控制要求下的参数情况

2012年《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB 28662—2012）、《炼铁工业大气污染物排放标准》（GB 28663—2012）、《炼钢工业大气污染物排放标准》（GB 28664—2012）和《轧钢工业大气污染物排放标准》（GB 28665—2012）正式颁布实施，对钢铁企业烧结（球团）、炼铁、炼钢和轧钢各工序的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物的排放浓度限值做出新的规定，具体限值见表3-42。

根据《国家环境保护“十二五”规划》中要求，“十二五”期间总量控制规划要求：按单台烧结面积90m²以上的烧结机及有条件的球团生产设备实施烟气脱硫，综合脱硫效率达到70%以上。

2011年环保部下发《关于加强建设项目主要污染物排放总量指标管理工作的通知》（征求意见稿），对全国现有钢铁企业“十二五”期间二氧化硫总量指标，按照所在区域和生产工序情况，采取绩效方法进行计算，具体绩效值见表3-43。

按照以上要求计算得出的钢铁企业主要污染物排放绩效值见表3-43。

（3）参数的确定

①排放绩效　钢铁行业整体企业二氧化硫初始排污权核定的排放绩效值采用行业排放标准取值，其中由于“十二五”期间对烧结工序二氧化硫排放有总量控制要求，因此烧结工序二氧化硫排放绩效值取各项要求中的小值；“十二五”期间全省对烟粉尘分别进行总量控制，钢铁行业烟尘、工业粉尘排放绩效值以排放标准为依据，参考全省钢铁联合企业烟粉尘排放现状进行确定，结果如表3-44所列。

②排放浓度限值　钢铁行业各工序废气主要污染物排放浓度采用钢铁工业污染物排放标准中各规定浓度限值，具体取值见表3-45。

③吨产品废气排放量　吨产品废气排放量取值参考钢铁行业排放标准、“十二五”期间国家对钢铁行业的总量控制要求及全省钢铁行业各工序废气排放情况予以确定。

《钢铁工业大气污染物排放标准烧结、炼铁、炼钢、轧钢（征求意见稿）编制说明》中，各工序吨产品废气排放量取值情况见表3-46。

《“十二五”主要污染物总量减排核算细则》中，每吨生铁产生的高炉煤气的参考值为1700～1800m³。

对全省钢铁企业废气排放量进行统计，具体结果见表3-47。

由表3-47可知，全省钢铁行业烧结（球团工序）平均吨产品废气排放量约为1.0×10⁴m³，将此数据带入烧结工序氮氧化物浓度排放标准，得出每生产1t烧结矿将产生3.0kg氮氧化物，这与我省目前烧结工序氮氧化物平均排放绩效0.27kg/t和全国烧结工序氮氧化物平均排放绩效0.4～0.65kg/t存在较大差距，因此对烧结工序吨产品废气排放量进行修正。由此得出钢铁行业主要污染物初始排污权核定中使用的各工序废气排放量如表3-48所列。