我国钢铁行业二氧化硫总量减排对策研究

许艳玲 杨金田 蒋春来

(环境保护部环境规划院，北京 100012)

钢铁行业是国民经济发展的支柱性产业，钢铁材料迄今为止仍是人类社会最重要的基础性、功能性材料。近年来钢铁行业发展迅速，2011年生铁、粗钢产量分别为6.41亿吨和6.85亿吨，相比2000年分别增长了389%和433%。钢铁行业是一个高耗能、高污染的行业。特别是SO2排放量十分可观，2011年排放总量为251万吨，仅次于电力工业，居于全国第二位。此外，钢铁工业的布局长期未能有效改善，16个直辖市和省会城市建有大型钢铁企业，加剧了城市大气环境质量的恶化。特别是今年以来，我国中东部地区PM2.5污染形势日益严峻，持续出现了大规模灰霾污染事件，而SO2是PM2.5的重要组成成分硫酸盐的前体物。因此，钢铁行业SO2的总量减排，不仅是顺利完成《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出的全国SO2排放总量目标的重要保障，也是改善城市和区域大气环境质量的关键。

1 排放特征分析

近年来，我国钢铁行业一直保持着快速发展的态势。由于烧结机SO2治理力度不断加大和脱硫效果逐步显现，钢铁行业SO2排放扭转了“十一五”期间快速增加的趋势。预计2012年我国钢铁行业SO2排放量约为233万吨，相比2010年下降6%。然而钢铁行业依然是我国SO2排放的大户，约占全国排放总量的11%。从区域分布来看，钢铁行业SO2排放量呈现区域集中的特点，其中河北、山西、辽宁、山东、四川的SO2排放量位居全国前五位，五个省的排放量约占全国钢铁行业SO2排放总量的45%，成为控制的重点区域。从产污环节来看，SO2排放十分复杂。烧结、球团、焦化、炼铁、连铸、轧钢和锅炉均会产生二氧化硫。其中，烧结和球团工艺是排放的重点环节，SO2主要来源于铁矿石和固体燃料。焦化、炼铁、连铸、轧钢工艺的SO2主要来源于燃料的燃烧。随着钢铁企业的能源结构趋于合理化，自产煤气利用率提高，煤、重油用量下降，燃料燃烧产生的SO2所占的比例呈下降趋势。到2012年，烧结和球团工艺的SO2排放量约占钢铁行业排放总量的87%。因此，烧结是钢铁行业 SO2排放控制的重点工序。

2 污染减排的成功经验

“十一五”以来，国家加强了对钢铁企业SO2排放的控制，并在2012年排放量首次出现拐点，主要经验包括:国家层面出台的相关环保政策和规划强化环保管理要求、积极开展落后产能的淘汰工作、稳步推进烟气脱硫工程、鼓励能源回收利用等。

第一，污染减排相关政策文件把钢铁行业列为SO2减排的重点领域。《节能减排“十二五”规划》提出了“十二五”期间钢铁行业SO2总量控制目标，要求2015年排放量控制在180万吨以内，《节能减排规划》强调了钢铁行业烧结机脱硫是污染物减排重点工程。同时，90m2以上烧结机烟气脱硫工程已纳入各省“十二五”主要污染物总量减排目标责任书。

第二，淘汰落后产能倒逼钢铁工业结构优化。一些小钢铁企业工艺、设备落后，能源消耗量相对高，单位产品的污染物排放量高于平均水平的3倍以上。国家加大了对钢铁行业的产业结构调整力度，提高了行业准入门槛，发布了《钢铁产业发展政策》、《产业结构调整指导目录》等。2006-2011年间共淘汰落后炼铁能力1.53亿吨，炼钢能力0.98亿吨。

第三，推进烧结机烟气脱硫。“十一五”初期，我国开始开展钢铁烧结机烟气脱硫试点工作。截至2007年底，建成并投运的烧结机烟气脱硫装置仅为两台。但是由于设备调试，基本未运行。随着SO2减排压力加大，各地积极建设烧结机烟气脱硫工程。截至2012年底，我国已建成脱硫装置的烧结机共973台，烧结机总面积6.8万m2，占烧结机总面积的54%;已建成脱硫装置的球团设备共54台，产能1632万吨，占全国球团总产能的8%。已投入运行的烧结烟气脱硫装置采用的工艺主要有石灰石——石膏法、循环流化床法、氨——硫铵法、密相干塔法等。从运行情况来看，脱硫效果并不理想，其中综合脱硫效率在40%以上的仅占已脱硫烧结机总面积的57%。

图1 2012年全国各省钢铁工业SO2排放分布图

图2 2012年烧结机的综合脱硫效率

第四，全面实施炼焦炉煤气脱硫。目前，绝大多数中、大型焦化炉配备了较完善的焦炉煤气净化脱硫系统并使净化后的煤气得以充分利用。炼焦炉脱硫工艺一般分为两大类，如:HPF法、T.H法、F.R.C法、ADA法等湿式氧化脱硫工艺，脱硫效率一般在95%以上;而A.S法、索尔菲班法、真空碳酸盐法等湿式吸收脱硫工艺，脱硫效率也接近90%。

第五，推进高炉、焦炉等煤气的综合利用。炼铁、炼钢、轧钢等工艺基本采用了清洁能源作为燃料，SO2的浓度较低且排放量小，可直接排放。

3 “十二五”减排压力分析

3.1 新的排放标准提出更严格的排放限值要求

一直以来，钢铁行业的污染物排放标准不完善，没有出台针对钢铁厂的行业标准，执行《工业窑炉大气污染物排放标准(GB9078-1996)》和《大气污染物综合排放标准(GB16297-1996)》，排放限值要求宽松。有些企业以生产设备排放的污染物浓度不超标为由，反对国家提出的钢铁烧结机脱硫要求，总量减排遭受阻力。2012年环境保护部正式发布钢铁行业排放标准，包括烧结(球团)、炼铁、轧钢等子标准。新标准的SO2排放限值十分严格，特别是环境承载力弱、环境容量小及易发生环境污染问题等地区，需要执行特别排放限值。目前国内在没有脱硫措施的情况下，可采用降低原料中的硫含量的方式降低SO2排放浓度，但平均排放浓度高达880mg/m3。而现役源限值为600mg/m3，因此部分企业必须采用烧结烟气脱硫法才能达标。到2015年1月1日，现役烧结机要达到200mg/m3的要求，排放限值进一步加严。

3.2 当前SO2控制效果不理想

随着烧结机脱硫工程大规模建设和投运，出现了脱硫设施建设、运行、监测和管理等方面的问题，导致我国烧结机烟气脱硫系统的平均脱硫效率较低，运行效果有待提高。

3.2.1 脱硫设施建设和管理不规范

一些脱硫设施的建筑质量不能达到设计要求。由于脱硫市场鱼龙混杂，一些脱硫施工单位缺少工程经验、偷工减料，导致工程设计和施工上的严重不足，脱硫系统故障率高，增加了脱硫设施停运、维修时间。常见的问题包括塔体、泵、风机、除雾器等脱硫系统设计选型不合理以及防腐、外保温等环节缺失等。另外，脱硫设施运行和维护水平低下。企业环境管理制度欠缺或是不规范，环境管理技术人员的专业知识和运行经验比较薄弱。有些企业的脱硫设施DCS系统(Distributed Control System，分布式控制系统)过于简单，甚至没有配置DCS系统，而不同操作工人技术水平和责任感的差异会给脱硫设施的运行效果带来很大的不确定性。

图3 钢铁行业SO2排放标准

3.2.2 烟气收集率低下

绝大部分烧结机烟气脱硫系统采用半烟气或选择性脱硫方式，全国的烟气收集率仅为50%～80%，导致大量的烟气未经过脱硫处理而直接排放。目前我国还没有出台取消烧结机烟气旁路的相关规定，很多脱硫设施设有烟气旁路。由于旁路未设置流量、温度探头等监测项目，无法估计从旁路排放的烟气量和污染物总量，开启旁路漏排现象严重，且环保监管的难度比较大。

3.2.3 在线监测系统不完善

脱硫设施的在线监测装置不符合国家规定。几乎所有的烧结脱硫设施在线监测系统都安装在净烟道上，无法监控旁路的排放情况。企业未按照规定时间开展校准与参比试验，通常表现在标准气体已过期，量程设置不合理(量程过大或者设置上限等)，没有定期进行维护、比对和校验，监测数据不准确等。此外，企业还存在弄虚作假现象，通过修改电脑程序、篡改监测数据、采用模拟信号等方式，上传给环保部门虚假的在线监测数据。

3.2.4 脱硫副产物利用难度较大

烧结烟气的成分复杂，除了SO2、NOx、颗粒物等，还含有重金属、二恶英、氯化氢、氟化氢等多种污染物，如果不能较好的综合利用和处理，还可能产生不同程度的二次污染。干法半干法脱硫灰的主要成分是CaSO3，不稳定，650℃以上分解出SO2;氨法脱硫副产物中还有PCDD/F等多种POPS和重金属，不能用于农业化肥的生产;石灰石——石膏法的脱硫石膏品质较差，而国内丰富的、高质量天然石膏原料限制了烧结脱硫石膏的综合利用。目前，烧结脱硫副产物安全利用技术存在瓶颈，阻碍了烧结机脱硫技术的推广和应用。

3.3 未来排放量上涨压力大

未来钢铁行业SO2的排放主要与钢铁行业发展和污染物控制水平等因素有关。本文设计了三个不同的行业发展情景，其中情景1是基于《钢铁工业“十二五”发展规划》的预测结果，2015年粗钢产量达到7.5亿吨;情景2根据“十二五”前两年粗钢产量增速进行预测，年均增速6.04%;情景3根据“十一五”粗钢产量增速进行预测，年均增速12.52%。根据排放标准的要求，考虑脱硫设施运行和超标排放情况，按照SO2排放绩效1.4千克/吨粗钢来预测SO2新增量，则三个情景的预测结果显示:《钢铁工业“十二五”发展规划》对钢铁行业发展的预测较为保守，“十二五”期间新增粗钢产量1.1亿吨，即2013-2015年SO2新增量为4万吨;但由于国内经济社会发展对钢铁产品的需求旺盛，实际粗钢产量必然会远远超过预期值。若按照“十二五”前两年钢铁行业发展态势，2013-2015年粗钢产量增加1.38亿吨，SO2新增量为19万吨;若“十二五”的后三年国内经济快速发展，粗钢产量必将快速增加，预计2013-2015年粗钢产量增加3.04亿吨，SO2新增量为43万吨。要完成《节能减排“十二五”规划》中规定的钢铁行业二氧化硫排放总量控制目标，2015年钢铁行业SO2排放量要比2010年削减27%。但是，2011-2012年间由于粗钢产量的快速增长和排放控制效果不理想，SO2排放未得到有效控制，没有达到削减11%的要求，这就导致了“十二五”后期的减排压力增加。在抵消因产量增加带来的新增排放量的前提下，三个情景中2013-2015年间现役源需要削减的SO2排放量分别为52万吨、67万吨和91万吨，即在2012年排放量的基础上再削减23%、30%和40%。

表1 钢铁行业SO2减排压力预测

4 “十二五”减排对策与措施

4.1 建立和完善行业总量控制体系

“十二五”期间，我国首次提出实施钢铁行业SO2总量控制。为了促进总量减排工作，我国应在当前的大气污染物总量控制框架下，结合钢铁行业特点，设计钢铁行业SO2总量控制体系。

第一，构建行业总量减排指标分配的政策体系。通过分析排放指标量、分配方法和分配模式之间的逻辑关系和设计思路，建立基于钢铁行业SO2排放、控制和管理特点的分配方法，将SO2排放指标合理分解到钢铁企业，有利于强化减排责任和环境监管。

第二，实施目标责任制。筛选大型钢铁企业集团，考虑环境质量要求、排放基数、新增量、减排潜力等因素，结合总量指标分配的SO2指标量，确定企业集团的SO2总量削减目标和重点减排任务，编制目标责任书。环境保护部将与企业集团签订主要污染物总量削减目标责任书，每个SO2减排项目均要有时限要求和控制水平要求，达不到要求的应对该企业集团实行“环评限批”。

第三，完善钢铁行业SO2总量考核。进一步完善钢铁行业SO2排放量核算和现场核查技术方法，建立和规范钢铁集团的SO2总量考核方法。考核方式主要是依据各省总量考核的结果和现场检查情况，确定各企业集团SO2排放量，并将总量目标的完成情况向社会公布。

第四，开展排污权有偿使用和排污交易。排污权有偿使用和交易制度是我国环境资源领域一项重大的、基础性的制度改革和机制创新，可以发挥市场配置资源的基础性作用、提高环境治理效率，降低环境治理成本，是实行主要污染物排放总量控制的有效手段。实施钢铁行业SO2排污权有偿使用和排污交易，应建立交易制度框架，设计涵盖目标确定——指标分配——有偿核定——交易规则——市场培育——监督处罚——政策衔接等系统化的排污交易技术方法体系，出台排污交易管理办法等相关配套政策。

4.2 加快淘汰落后产能

按照国家产业政策，加快淘汰钢铁行业落后生产工艺装备和落后产品。为了切实落实淘汰落后计划，严禁落后产能转移，必须采用“上大与压小”相结合策略，淘汰落后与新建项目相结合的工作方式，同时综合运用差别电价、财政奖励、考核问责等手段。淘汰90平方米以下烧结机，土烧结矿、热烧结矿工艺，8平方米以下球团竖炉，土法炼焦(含改良焦炉)，炭化室高度4.3米(捣固焦炉3.8米)以下常规机焦炉、400立方米及以下炼铁高炉及30吨及以下转炉、电炉等落后工艺和设备，预计“十二五”期间共淘汰落后烧结机0.5万平方米、落后炼铁能力4800万吨、落后炼钢能力4800万吨。

4.3 强化源头预防和过程控制

钢铁行业产业链长，生产工艺复杂，物料转化过程、排污节点多，污染控制难度大，应推动SO2总量减排从以末端治理为主的方式向源头预防和过程控制转变，包括严格市场准入、清洁能源利用、节能降耗、技术进步等。第一，提高新建项目准入门槛，抑制产能过剩地区钢铁产业的盲目扩张。把污染物总量指标作为环评审批的前置条件，新增产能实行产能规模减量置换。对于环境形势严峻的环渤海、长三角等地区，不再布局新建钢铁基地。新建项目要充分考虑当地环境质量和区域主要污染物总量减排要求，按照先进生产工艺和最严格的环境保护要求控制SO2排放总量。 “十二五”期间，新建烧结机应配套安装脱硫设施，脱硫效率达到80%以上。第二，强化燃料和原料管理。适当地选择和配入含硫低的原料，鼓励有条件的企业使用进口低硫矿和低硫煤，促进采选矿技术升级和降低国产矿含硫率。充分利用钢铁生产过程中的余热余能，优先回收和利用高炉、转炉和铁合金电炉的煤气，降低烧结、炼铁、炼钢等工序能耗，同时大力发展燃气——蒸汽联合循环发电技术。第三，加强技术管理，促进产业结构的优化。加快应用新技术、新工艺、新装备，对企业现有生产设施、装备、生产工艺条件进行改造，不断优化生产流程，升级企业技术装备，提高资源综合利用水平。强化对重点行业的强制性清洁生产审核，积极推进结构调整和产业升级。

4.4 加大末端治理力度

全面推进钢铁行业SO2工程减排，严格监管，充分发挥工程减排效果。到“十二五”末，所有烧结机和位于城市建成区的球团生产设备建设烟气脱硫设施，共计530台烧结机(7.8万平方米)。能否实现SO2排放量的真正下降，关键还是脱硫设施建成后的运行和管理。对在运行过程中发现脱硫设施不能稳定达标排放的、实际使用原料硫分超过设计硫分的，应进行脱硫设施改造，提高脱硫能力;部分烟气脱硫的鼓励改造为全烟气脱硫方式，取消烟气旁路，提高烟气收集率，尽量避免SO2未经治理而直接排放;脱硫效率达不到设计要求的烧结烟气脱硫设施，通过加强管理等措施，提高脱硫设施的投运率和污染物的去除效果，要求脱硫效率达到80%以上。鉴于烧结烟气中NOx、烟尘、二恶英等污染物浓度也比较高，对环境和人体健康危害大，且有害物质可能进入脱硫副产物造成二次污染物，烧结烟气脱硫工艺应充分考虑脱硫副产物的安全利用和多污染物的脱除。加强焦炉煤气中硫的控制，硫化氢去除率低下的装置采用脱硫技术改造、尾部加装二级脱硫装置或加强脱硫运行等方式，提高焦炉煤气脱硫效果，从而降低作为燃料的焦炉煤气燃烧时所产生的二氧化硫。

4.5 完善环境监管体系

加强排放监督管理是实现钢铁行业SO2总量减排的重要手段。环境监管涵盖了环境执法、环境监测、公众监督等多方面内容。第一，环境保护主管部门要加强环境执法工作。对于未执行相关环保制度、烧结机烟气脱硫设施运行不规范或者污染物浓度超标的钢铁企业，必须进行停产整顿，加大经济处罚力度，并追究相关人员的法律责任。第二，推进在线监测的精细化管理。具体管理方式为:各企业的在线监测体系应该与地方及国家环保部门联网，并确保系统正常、稳定运行。环保部门将在线监测设备纳入污染治理设施进行管理，负责对在线连续监测系统进行校正、标定和计量认证，以此建立起控制SO2污染的长效机制。第三，提高企业环境管理水平。企业要建立和完善SO2总量减排相关管理制度，建立减排台帐，定期收集、整理、分析监测数据和资料，全面掌握原料、能源消耗和污染物排放情况。开展培训和交流，提高环保技术人员的素质。第四，充分利用信息公开制度，利用社会舆论压力以提高减排任务的执行力度。环境保护主管部门要定期公布钢铁企业SO2总量减排相关信息，包括:SO2排放指标、排放和超标情况、重点工程项目落实情况、管理部门执法检查以及社会公众反馈等内容，调动全社会力量加强监督。

4.6 完善配套政策

建立落后产能退出机制，有条件的地方要安排专项资金支持淘汰落后产能，中央财政通过增加转移支付，对经济欠发达地区给予适当补助。建立烧结机脱硫激励机制，综合采用财税、金融、价格、行政等手段，充分发挥价格杠杆作用，推进烧结机烟气脱硫装置建设，国家和地方财政给予资金支持。出台激励政策，促进煤气-蒸汽联合循环发电、高炉余压发电、汽化冷却及能源资源回收再利用技术等节能减排技术的推广和应用。

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