八钢公司超低排放改造实践

蒋文中

(宝钢集团八钢公司设备工程部)

引言

中国是世界钢铁业的生产消费中心,钢铁产量已连续26年居全球第一。钢铁行业其他行业相比,具有产业链长、内部工艺复杂、 大气污染物排放点多且污染物产生量大,包括二氧化硫、氮氧化物、粉尘等大气污染物。

2018年6月,国务院出台了《中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》,7月发布《打赢蓝天保卫战三年行动计划》,要求推进重点行业污染治理升级改造,推动实施钢铁等行业超低排放改造。

2019年4月,生态环境部等五部委印发《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》(以下简称《意见》)要求到2020年底前,重点区域钢铁企业超低排放改造取得明显进展,力争 60%产能完成改造,新建企业原则上达到超低排放标准,有序推进其他地区钢铁企业超低排放改造工作。2019年9月9日新疆维吾尔自治区生态环境厅等下发了《关于印发新疆维吾尔自治区推进钢铁行业超低排放实施计划的通知》,要求“乌-昌-石”、“奎-独-乌”地区钢铁企业2025年底前完成超低排放改造,全区60%以上产能完成超低排放改造,力争达到80%。

为加快推进钢铁行业超低排放改造。2020年6月生态环境部印发了《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南(2020年修订版)》(环办大气函〔2020〕340号),对钢铁行业等重点行业实行分级管理,明确提出A级企业在重污染天气自主采取减排措施,其他企业必须分别采取不同的停限产措施。

随着新环保法的施行以及《意见》的要求,我国钢铁业进入强化环保阶段。钢铁企业有序开展超低排放改造,截至2022年9月,我国约有50%的钢铁产能已完成或正在实施超低排放改造。

为实现钢铁生产的超低排放,八钢公司对有关生产环节实施了超低排放改造。

1 钢铁企业超低排放改要求简述

根据《意见》要求,钢铁企业超低排放是指对所有生产环节(含原料场、烧结、球团、炼焦、炼铁、炼钢、轧钢、自备电厂等,以及大宗物料产品运输)实施升级改造。包括大气污染物有组织排放、无组织排放以及物料运输过程。

此次发布的钢铁行业超低排放标准为有史以来最严的标准。与目前正在执行的钢铁工业大气污染物排放标准相比,有组织排放大幅收严了颗粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放标准,明确规定了烧结机头、焦炉烟囱、轧钢热风炉的基准含氧量。无组织排放增加管理要求,要求物料储存、输送采取密闭、封闭方式,并增加了车辆清洗要求;对生产工艺产尘点要求增加密闭设施,配备、完善除尘设施,提高集气能力建设,做到无可见烟尘;明确了焦化VOCs治理环节;增加了清洁运输要求,提出了80%的指标。

1.1 有组织排放

烧结机机头、球团焙烧烟气颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度小时均值分别不高于10、35、50mg/m3;其他主要污染源颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度小时均值原则上分别不高于10、50、200mg/m3, 具体排放标准见表1。

表1 有组织排放标准

1.2 无组织排放控制要求

全面加强物料储存、输送及生产工艺过程无组织排放控制,在保障生产安全的前提下,采取密闭、封闭等有效措施(粉进仓,料进棚,输送全封闭/密闭),有效提高废气收集率,产尘点及车间不得有可见烟粉尘外逸。

其中物料储存环节要求粉状物料采用料仓、储罐等方式密闭储存。块状或粘湿物料采用密闭料仓或封闭料棚等方式储存;物料输送环节要求粉状物料采用管状带式输送机、气力输送设备、罐车等方式密闭输送。块状或粘湿物料采用管状带式输送机等方式密闭输送,或采用皮带通廊等方式封闭输送。物料输送落料点等应配备集气罩和除尘设施,或采取喷雾等抑尘措施,料场出口设置车辆清洗设施,厂区道路采取硬化洁华措施;生产工艺过程中破碎、筛分、混合等设备应设置密闭罩,并配备除尘设施,主要生产设施产尘点应全面加强集气能力建设,确保无可见烟粉尘外逸。炼钢车间应封闭,设置屋顶罩并配备除尘设施。焦化工序对各类贮槽(罐)等产生的有机废气收集净化处理,开展设备和管线泄漏检测与修复(LDAR)工作。

1.3 大宗物料产品清洁运输要求

大宗物料产品清洁方式运输比例不低于80%。达不到的汽车运输部分应全部采用新能源汽车或达到国六排放标准的汽车。清洁方式运输方式包括铁路、水路、管道或管状带式输送机等。

1.4 企业污染排放监测监控要求

烧结机机头、烧结机机尾排气筒等均应安装自动监控设施。配套的染源污染治理设施应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主要参数。料场出入口、焦炉炉体等易产尘点,应安装高清视频监控设施。在厂区内主要产尘点周边、运输道路两侧布设空气质量监测微站点,监控颗粒物等管控情况。建设门禁系统和视频监控系统,监控运输车辆进出厂区情况。

2 八钢公司超低排放改造策划

2.1 预评估

超低排放改造覆盖有组织排放、无组织排放及清洁运输,改造工作量大,改造周期长,投资巨大。初步测算,具备国内先进环保水平的 500 万吨钢铁企业完成超低排放改造的一次性建设投资约 20亿元,完成超低排放改造后,环保运行成本超过250元/t钢。

根据八钢实际情况,八钢公司慎重策划改造工作,按照充分评估、科学规划,分步建设,稳步推进,开展超低排放改造工作。2021年4月委托国内有实力的钢铁行业环境咨询机构,开展超低排放预评估,评估范围包括原料、焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢、石灰、热电、钢渣处理、废钢管理区等。按照超低排放标准要进行全面诊断,覆盖有组织、无组织、清洁运输、环境管理及台账记录,7月完成预评估工作。评估结果显示,八钢有组织排放口71个,符合超低排放标准的21个排放口,占比30%;无组织排放源近3883个,不满足或不完全满足超低排放要求的排放源占比超过80%;清洁运输评估结果,2021年3月至5月大宗物料和产品的清洁方式运输比例分别为38.84%、38.04%、33.61%,门禁和视频监控系统无法识别车辆排放阶段。八钢现状距离超低排放标准差距较大。

2.2 全面启动与推进

2021年9月八钢公司成立超低排放改造项目工程指挥部。八钢公司主要领导分别担任总指挥、副总指挥,成员由各职能部门的部门长组成,下设指挥部办公室。指挥部负责审议超低排放改造工作方案和安排重要工作,协调跨单位重要事项,组织对重要事项落实情况的督促检查。

针对超低排放改造存在无组织治理的重点及难点,八钢委托冶金工业规划院对原料、焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢、石灰、热电无组织治理项目,编制可研报告,确定治理方案、工艺路线及主要工艺参数,2021年底完成了各项目的可研报告。

八钢通过预评估报告及无组织治理可研报告,对照超低排放标准查漏补缺,开展总体策划,全面梳理了超低排放改造项目清单。按照《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南(2020年修订版)》绩效分级要求,对项目进行分类,C类项目52项,B-类项目38项,B类项目10项,A类项目1项。按照分步推进,分级实施原则,计划先完成C类项目,达到C级绩效,并以此类推,最终全面完成超低排放改造。

八钢建立超低排放改造推进机制,项目化推进超低排放改造工作。编制超低排放改造项目两表一图,挂图作战,按照工程项目规范化管理要求,识别BPMS系统流程中的关键节点45个,编制了两表一图,既超低排放改造招标前工作推进表、超低排放改造整改点销号管理表及超低排放改造项目推进网络图。高度重视项目前期策划阶段工作,对项目技术方案进行充分可研、对比、论证,选择先进、成熟、可靠的技术路线,按改造招标前工作推进表完成项目前期工作;针对识别出3059个不能达到或稳定达到超低排放标准的无组织排放源,建立销号台账,逐一落实治理措施及责任人;根据超低排放改造项目完成时间,倒排工期,从策划、立项、技术附件、招标及施工等关键节点编制网络图,细化节点,压实责任,按图推进项目。

对个别投资大、难度大、影响大的项目,提级管控,成立公司项目组负责推进。坚持超低排放改造例会制度,定期推进超低排放改造工作。其中公司超低排放改造推进会召开了6次,专题研讨会2次,从公司高层推动超低排放改造重要事项的落实;指挥部办公室每周组织召开超低排放改造推进会,安排布置工作任务,检查落实完成情况,协调跨单位、跨部门相关事宜,解决各项目组难点问题,并编制八钢公司超低排项目工程推进简报35期,有力推动超低排放改造项目推进。

3 超低排放改造技术应用

3.1 源头减排

源头减排可大大减少末端治理的难度,提高治理设施的稳定性。

(1)八钢烧结工序采取了环冷机烟气再循环技术,充分利用烟气余热;焦化装煤过程采用高压氨水喷射技术减少装煤废气产生量;焦炉煤气计划采用压力平衡技术,减少车间VOCs无组织排放。熄焦工艺在原有两套干熄焦基础上,计划再增加一套干熄焦装置,实现全部干熄焦,减少湿熄焦过程中的颗粒物、VOCs等无组织排放;焦炉煤气在HPF法脱硫基础上,增加干法吸附精脱硫成熟工艺,减少末端二氧化硫排放。

(2)实施氮氧化物源头减排技术。通过合理分配煤气利用途径,降低燃气锅炉煤气热值,减少氮氧化物产生。以巴州钢铁180吨燃气锅炉为例,锅炉燃料为混合煤气(转炉煤气与高炉煤气),配套了脱硫设施,无脱硝设施。烟气中氮氧化物浓度在10～119mg/m3波动,无法满足50mg/m3超低排放标准。原计划采用SCR脱硝治理工艺,经过调查分析,锅炉烟气中的氮氧化物浓度与燃气热值成正比,由于煤气配比不稳定,烟气中氮氧化物浓度随之波动。通过合理分配不同热值的煤气,高热值转炉煤气调整到轧钢加热炉,将进入锅炉的煤气调整为低热值的高炉煤气,巴州钢铁锅炉烟气中氮氧化物浓度稳定下降,通过近4个月观测,锅炉95%以上时段的小时均值排放浓度低于50mg/m3,达到超低排放标准。通过调整煤气配比降低氮氧化物的源头技术,不仅实现了锅炉烟气达到超低排放标准,同时节约SCR投资1000万元。此项改造对巴州钢铁球团工序及其他基地的燃气锅炉脱硝治理均有借鉴意义。

(3)实施氨分解炉废气污染物资源化利用技术。原八钢本部焦炉煤气净化过程采用洗氨氨分解工艺,将脱除的氨通过氨分解炉焚烧分解成氮气和水汽,排放到大气中,存在氨分解排放尾气中氮氧化物超标,未分解的氨异味重。在超低排放治理过程中,将洗氨氨分解工艺改成磷酸洗氨制无水氨工艺,见图1。按照12万m3/h焦炉煤气规模,建设两台磷酸洗氨塔及配套的解析精馏装置,将脱除的氨全部回收,制成99.8%的无水氨,可生产20%的浓氨水21900吨,品质达到《工业氨水国家标准》(HG/T5353),用于烧结、焦炉、锅炉脱硝剂活性焦及SCR脱硝工艺。不仅实现了废气污染物二氧化硫、氮氧化物零排放,同时变废为宝,将氨气回收作为产品循环利用,每年产生经济效益800多万元。

图1 八钢本部焦炉磷酸洗氨制无水氨工艺

3.2 有组织治理技术应用

八钢有组织治理依据《钢铁超低排放改造技术指南》,选择目前较为成熟、先进的技术。

八钢本部430m2烧结机在建的烟气脱硫设施采用石灰-石膏湿法工艺,配套湿法电除尘,脱硝采用SCR(选择性催化还原)工艺;265m2烧结机采用双级错流式活性炭脱硫脱硝工艺。机头除尘均采用四电场配高频电源的除尘器;焦炉烟囱烟气脱硫脱硝采用逆流活性炭工艺 ;烧结筛分除尘器采用电袋复合技术;120吨转炉三次除尘项目采用了预荷电袋滤器技术等。

3.3 无组织排放治理技术应用

钢铁企业在各个生产环节均会产生大量无组织排放,整体排放量大。无组织排放源多、散、阵发性强(时间不规律,空间不规律)、 相互影响,难以有效治理和监管,是超低排放改造的难点与重点。治理的总体思路为优先开展源头减排,排查梳理无组织排放源,优化生产工艺流程、设备和作业方式,减少无组织排放源头的数量和排放强度;对生产过程的无组织污染行为和治理过程实时记录和精细化管控;采取全厂系统治理,配合全厂颗粒物监测网络,建设系统化管理平台,实现无组织排放的“有组织化”集中管控。

首先,八钢按照生产工艺过程、物料密闭储存、物料密闭输送、物料封闭储存、物料封闭运输建立了全覆盖的无组织排放源清单,见表2,共辨识无组织排放源3883个,完成了治理排放源的重要一步。

表2 无组织排放源清单

第二,因地制宜选择无组织排放控制技术无组织排放源治理。八钢针对3059个达不到超低排放标准的无组织排放源,根据产尘点的情况和扬尘污染的特点,选取封(密)闭、抑尘、收尘、降尘、冲洗等技术措施预防和治理粉尘污染。每个排放源均制定了治理项目或项目化管理措施,完成了无组织排放源整改销号台账,逐一落实治理要求。

第三,建立无组织排放监控体系。对无组织排放过程、治理设施运行状态、重点产尘区域颗粒物浓度、厂区环境质量等进行全方位监控。在此基础上,建设全厂无组织排放集中控制系统(无组织排放源清单的信息化)。

八钢计划建设无组织排放治理集中控制系统改造项目,目前已经完成项目可研报告编制与审查。项目建设内容主要包括两个方面:

(1)全厂监测监控体系建设。在料场出入口、烧结环冷区域、高炉矿槽和炉顶区域、炼钢车间顶部、焦炉炉顶、含锌尘泥处理等易产尘点等区域部署视频监控设施,共计79套(少量利旧)。

产尘源TSP监测站点部署原则参考《钢铁企业超低排放改造技术指南》:含水率小于6%的物料转运、混合、破碎、筛分等主要产尘点,布设单点颗粒物浓度监测设备TSP 209套,布设遥感在线颗粒物浓度监测监测设备VDM-100和VDM-150共计42套。

环境空气质量监测微站布设在厂区边界、重点污染区域、周边敏感点、厂区道路等地方,共计57个,焦化化工区域布设VOCs在线监测装置10套。

(2)无组织排放集中控制系统搭建。建设无组织排放集中控制系统,确保实现所有环保要求的排放源点全覆盖管控及打通生产、监测、治理数据关联关系,实现污染“发现——处理——反馈”过程的闭环管理。其中数据管理模块包括排放源清单管理、重点污染区域视频监控数据管理、环境空气质量监测微站数据集中管理、TSP监测站点数据集中管理、治理设备运行状态数据集中管理、生产设备运行状态数据集中管理、有组织数据集中管理、门禁车辆运输数据集中管理及统计等。

3.4 清洁运输

八钢地处乌鲁木齐,乌鲁木齐市属于内陆城市,无水路运输条件。清洁运输只能通过“公转铁”,增加铁路运输比例,或采用电卡运输方式实现。在原料、产品运输上按照“应铁尽铁”策划,部分铁路受限区域,考虑公铁联运方式。运输距离在150km以内,且运输地点固定,可以采用电卡方式运输。在厂内积极推进电卡运输,目前已经建设了换电站,实现8分钟内完成电池更换。

4 结束语

钢铁企业超低排放改造是系统性工程,无法一蹴而就,应科学制定超低排放改造实施规划,充分学习标杆企业的改造经验,加强技术交流和案例考察。

提出以下建议:(1)按照“一厂一策”因地制宜采用成熟可靠技术,在选择总包单位、设计单位、施工单位、监测设备厂商时,考虑有业绩、信用好,已得到行业普遍认可的企业,经得起历史的考验。

(2)统筹减污降碳,落实源头减排。积极落实国家钢焦融合、钢化联产政策;优先通过长流程改为短流程工艺、燃煤炉窑清洁能源替代、提高绿电使用比例、高炉煤气和焦炉煤气精脱硫等方式进行源头治理和过程控制,减少污染物的排放。

(3)要时间服从质量。超低排放改造,做到成熟一个实施一个。力求“四真”,即企业领导真重视、资金真投入、实施真工程、管理水平真提升。在实施过程中,加强工程的过程管控与质量监督,坚决杜绝豆腐渣工程。其次,要强化企业环境管理能力建设,提升环保管理与技术能力。可以通外聘有实力的第三方运行机构,对环保设施进行专业化的运营管理。运用现代化、信息化、智能化的手段实施环境管理,提升管理效能,确保超低排放工程保持长期稳定运行。