鋼鐵行業大氣污染物減排方法分析

呂國紅(濟南市生態環境監控中心，山東 濟南 250102)

0 引言

自新中國成立以來，中國成為公認的鋼鐵大國。中國的鋼鐵業是我國國民經濟的命脈，同時也是其他重化工、相關產業的發展基石。但是隨著我國鋼鐵工業的迅速發展，出現了一系列問題，不僅制約了鋼鐵工業的發展，而且給人民生活的空氣質量帶來了很大的影響。由于鋼鐵行業其排放的二氧化氮、二氧化碳和二氧化硫等污染物，不但會產生酸雨，還會對大氣中的臭氧產生危害，從而危及到人類的生活。同時，也給空氣環境帶來了很大的壓力。

現在，國家出于可持續發展方面的考慮，要求在各行各業中做到節能減排，對此，積極地推動鋼鐵行業的大氣污染物治理，推進對大氣污染排放的改善，促進社會經濟的快速轉變；在減排的同時，可以淘汰落后的生產能力；加快轉型升級，推動綠色技術創新，建立減排體系，加強源頭治理，成為必須要高度注重的一項環節。

要推動鋼鐵工業的健康發展，就需要對其存在的種種不利因素進行全面的剖析，制定一套行之有效的減排方案，以促使各鋼鐵公司主動擔當起環保的重任，從而推動鋼鐵企業的健康、可持續發展。

1 中國鋼鐵企業的廢氣排放量

1.1 鋼鐵行業的廢氣排放量

鋼鐵行業屬于勞動力密集型、能源密集型產業，高度依賴于資金、技術、人力和能源。由于我國的鋼鐵廠在使用礦物燃油時，會產生許多的排煙和尾氣，嚴重影響環境，嚴重威脅著人們的生命安全。中國鋼鐵業正處在高速發展階段，其釋放出的氮氧化物氣體、二氧化硫和煙塵是導致大氣環境質量惡化的重要因素，在我國的空氣污染因子中占有很大比重。

1.2 鋼鐵企業在上游產生的污染物

鋼鐵工業是我國國民經濟的一個重要組成部分，它的發展速度很快。改革開放初期，我們把重工業作為例子，把發展重工業作為一個史無前例的戰略，由此形成了一個穩定、可靠的鋼鐵廠的生產鏈條。因此，要想進一步強化鋼鐵工業的環境污染治理，就不能把目光局限在鋼鐵企業的生產和污染的控制上[1]。

2 中國鋼鐵企業減排的對策

空氣污染是一種環境中某些污染物濃度高到一定水平并超過了環境的自我調控能力范圍而導致環境惡化、影響環境和人的健康發展的一種環境現象?？諝庵写嬖诙喾N類型的空氣污染，其中二氧化硫、氮氧化物和煙塵是構成PM2.5最主要的物質。

從20世紀70年代開始，中國的污染防治工作歷經“控制酸雨”“大氣十條”和“藍天保衛戰”的發展，從燃煤發電到脫硝脫硫除塵，到其他行業的減排，再到目前的無電力系統的改造，從最初的SO2，到現在的五種主要污染物的綜合防治，方法的選擇、技術的成熟和廣泛的應用，使中國在這四十多年里在應對空氣污染方面取得了迅速的發展[2]。

煉鋼廠的生產中產生了很多的氣體；高爐渣土、煙塵等產品大多都含有高熱量，占了全部耗能的29%～39%，因此，對各個工序進行二次能量和排放物的綜合處理方式是節約用電；減少污染，實施清潔生產是必需之路，所以大力推行清潔生產工藝替代，如：CDQ、 TRT等新設備的應用，加速發展新的清潔能源為燃料原料的冶煉技術，將推動鋼鐵行業的節能和減排任務完成。為了達到環保節能目標，目前煉鋼廠只能加大環保投入和設備技術改造，環保設備或將成為今后五年內新的經濟增長點。

2.1 推進產業轉型的循環經濟體系

鋼鐵行業生產的終端產品已廣泛應用于國民經濟的各個領域，但其發展過程中產生的環境污染問題，對鋼鐵工業的可持續發展產生了不利影響。所以，當前我國鋼鐵工業的轉型升級勢在必行。通過構建循環經濟體系，可以對我國鋼鐵產業進行有效改造。循環經濟既能有效地解決我國鋼鐵工業的環境污染問題，又能在一定程度上減少鋼鐵企業的生產成本，保證其合理使用。

2.2 淘汰落后產能，強化環保監管

我國鋼鐵工業在長期發展中，主要依靠大量的能源投資，需要不斷地改進生產技術，轉變生產技術工藝；在減排上所作的努力非常有限。然而，由于我國鋼鐵工業在設備、工藝等方面不斷改進，目前鋼鐵工業生產中的老舊生產設備正在逐步淘汰，并加速新工藝的投入與應用，將會在一定程度上推動鋼鐵工業的轉型與升級，從而降低工業廢氣的排放。另外，政府加大環保監管，可以在一定程度上限制我國鋼鐵企業的生產與污染排放，并以強制手段限制其生產[3]。

2.3 強化源頭控制，建立減少排放系統

鋼廠生產中伴隨著很多副產品，將各項能利用的副產品均利用起來，例如：副產的煤氣提供給發電廠，廢渣可以提供給水泥廠，水的再生和循環利用，高爐渣氧化鐵含量低、凝膠性高，細磨后大都用于生產較高附加值的硅酸鹽水泥；煉鋼渣由于氧化鐵含量高，可用于填埋和修路，既是完成廢物利用，也是帶來二次效益。

3 國內外鋼鐵行業脫硫脫硝協同控制技術

3.1 活性炭吸附法

采用活性碳吸收劑對燒結煙氣進行凈化；三項技術的結合，使得燒結煙氣的脫除工藝達到了一個新的水平。這里介紹的工藝是，將煙氣經過放置氨水的吸收塔處理，使其在氨水中生成硫酸銨((NH4)2SO4)、硫酸氫銨(NH4HSO4)等，并用有效活性碳進行吸附。將含硫酸鹽和氨酸鹽的活性碳送入脫吸塔中，在400 ℃的高溫下，將其解吸出來，并將其轉化為氮氣和水氣。將脫附后的高含SO2送入副產物再循環再利用，可得到99.9%或98%的高純度硫黃。經過過濾，將再生過的活性碳回收到吸附塔中。盡管該工藝的脫硝率只有40%，但是其脫硫率在95%以上。該工藝的投入很大，例如在年產5萬立方米/小時的燒結爐中，總的投資約為1～2千萬元，目前太原鋼鐵的450 m2燒結廠已經在2009年投入使用[4]。

采用活性碳吸附技術，對二惡英進行了脫硝和脫硫的聯合治理，另外，對污染物質如重金屬也有一定的抑制效果，該工藝可以滿足燒結煙氣流動的要求，該工藝對于高溫操作和SO2的回收率都比較好，不排放廢水、廢渣和尾氣，不產生二次環境污染，是一種與燒結煙氣脫硫、除氮的綜合利用技術相結合的新型綠色技術，但是其缺點是投入及運行費用較高。

3.2 循環流化床法

采用 FCC技術進行脫硫，是一種較為適合于燃煤電廠的脫硝技術，該技術與常規的石灰石石膏法相比，具有設備結構簡單、工程投資少、運行維護成本低、占用空間少、設備投資少、運行成本高等優點，且設備投資和運行成本只是石灰石石膏法的60%。

由于 CFB具有較高的換熱率、較好的溫度場，且具有較大的氣體-固相間的接觸區域，因而被廣泛地用于煙氣的凈化當中。在循環流化床中(4～6 m/s)的循環流態下，可以得到比單個粒子的滑降速率幾十到數百倍的氣液-固體滑動速率。循環流化床內SO2和NOx的反應是一個由外向的擴散作用所引起的化學反應，它可以使氣體和固體之間的傳質、傳熱速率、氣固混合得到增強，達到SO2與 Ca(OH)2的有效反應。但是，對氮氧化物的去除作用并不顯著，其原因在于，90%的 NOx都是 NO，其溶解程度比NO2、HNO2和HNO3低得多。所以，在脫硫過程中，實現氮氧化物的高效還原是實現脫硫的重要技術[5]。

3.3 煙氣脫硫法

目前，煙氣脫硫技術的研究主要有濕法、半干法、活性炭等。濕法工藝主要有：石灰-石膏法、氨-硫銨法、海水脫硫法、鎂法、鈉法等。半干法按生產工藝流程可分為循環、流化床等。

3.3.1 CFB工藝

優點：占用空間少，使用方便，節約能源。該裝置具有較低的電阻和較低的功耗，在電力方面的投入比較少。

缺點：與濕法煙氣相比，其對于煙氣的脫硫效果較差。脫硫效率低下，脫硫體系對煙塵環境的影響不大。鈣-硫比例為2.0～2.5，吸附劑加入量大，操作費用高。更多的是脫硫劑的高磨損率。煙氣中的脫硫副產品不能回收利用。

CFB工藝圖如圖1所示。

圖1 CFB工藝圖

3.3.2 吸附活性炭

利用比表面積大的活性炭進行吸附處理。

優點：無用水，無污水排放。通過對活性炭的再生，可以進行回收，沒有二次污染。具有良好的脫硫效果和良好的環境保護效果。整體運營費用低廉，在脫硫脫硝、重金屬、二英類等方面都有較強的脫硫脫硝性能。

缺點：對硫磺有一定的回收要求。不宜用于低濃度的煙塵。投入和操作成本較高，是常規煙氣脫硫技術的5～6倍[6]。

3.3.3 氨-硫銨法

其中，脫硫的原料為液態氨氣或高濃度的氨氣，而副產品為硫酸銨。

優點：快速的反應，較高的吸附能力，較高的脫硫率。該裝置具有很好的降噪性能。

缺點：氨具有極高的腐蝕性，其初始投入和運營成本都很高。液氨是一種吸收劑，其價格昂貴，對脫硫來說有一定的不利作用。所以，液態氨是一種具有一定技術風險的危險品。

3.3.4 石灰石-石膏工藝

優點：此技術經過我國不斷完善和發展，使整個系統更加簡單，價格更合理，配合石灰石的供給也逐步走向了市場化，具有較高的脫硫效果。該方法具有成本低廉、操作成本低廉等特點。能有效地除去各種雜質，如一些重金屬。副產品脫硫石膏具有一定的應用前景，它的回收利用不僅有力地促進了國家環保循環經濟的進一步發展，而且還大大降低了礦石膏的開采量，保護了資源。

缺點：操作占用空間太大，會產生工業廢水。

4 結語

對上述技術進行了比較可以發現，每種技術都是各有利弊，缺點如：投入高、運營成本高、能源依賴性高、消耗大等，都會對環境造成壓力。所以，發展與國內國情相適應的脫硫脫硝技術，減低成本、減少能源依賴，而且對環境和經濟效益有益是技術的主要發展方向。