清洁生产在济源钢铁厂的实践和潜力研究

马诗院 李凯慧 龚巍峥 程新惠 王家琪 付基

（1.济源市环境科学研究所，河南 济源 454650；2.华北水利水电大学，郑州 450046；3.河南省地质环境勘查院，郑州 450051）

0 引言

2020年，习近平总书记在第七十五届联合国大会上提出：“中国将采取强有力的政策和措施，二氧化碳排放力争2030年达到峰值，努力争取在2060年前实现碳中和”。目前，低碳转型已成为企业发展的趋势［1］，钢铁行业是国民经济发展的命脉，由于其高能耗和高碳排放的特点，一直是《大气污染防治行动计划》和《水污染防治行动计划》等污染防治攻坚战的重点治理对象，所以实施清洁生产审核是钢铁行业逐步实现环境友好、加快碳中和这一美好愿景步伐的重要途径［2-4］。

济源钢铁厂始建于1958年，位于河南省济源市济水大街以南、焦枝铁路以西，下属7个分厂，拥有员工7 000余人，资产总额120亿元，现已具备年产铁水、钢坯、钢材各400万t的生产能力。为响应减少碳排放的号召，自2005年起，济源钢铁厂的清洁生产审核周期定为5年一次，特别是2015年和2020年开展的清洁生产审核，充分利用企业内部各工序之间的物流循环和能流的梯级利用，加大对污染物排放的治理力度，既保证了炼钢厂的生产指标，也减少了污染物的排放，达到了节能、降耗、减污、增效的目的，取得了良好的经济、环境效益。

1 济源钢铁厂清洁生产水平

考虑到长、短流程钢铁企业的实际需要，现阶段钢铁行业的清洁生产评价主要以2014年发布的《钢铁行业清洁生产评价指标体系》和2018年发布的《钢铁行业（烧结、球团）清洁生产评价指标体系》《钢铁行业（高炉炼铁）清洁生产评价指标体系》《钢铁行业（炼钢）清洁生产评价指标体系》《钢铁行业（钢延压加工）清洁生产评价指标体系》为核心，指标分级加权评价与限定性指标相结合，确定钢铁厂的清洁生产水平等级。济源钢铁厂为典型的长流程钢铁生产企业，包括原料、炼铁、炼钢、轧钢等生产系统，主要生产工序为烧结、球团、高炉炼铁、转炉炼钢和热压延。

参照《钢铁行业清洁生产评价指标体系》，2015年济源钢铁厂的炼铁工序能耗、生产用新鲜水量、产业政策符合性、达标排放、总量控制、环境污染事故预防等6项限定性指标全部达到III级标准要求，综合评价指标值为89.99，清洁生产水平处于国内清洁生产一般水平。参照烧结、球团、高炉炼铁、炼钢、钢压延加工等分工序清洁生产指标体系，2020年济源钢铁厂清洁生产审核5个工段的限定性指标全部达到Ⅲ级限定性指标要求；烧结、球团和高炉炼铁工序均达到国内清洁生产一般水平，转炉炼钢和热延压工序（轧钢工序）达到国内清洁生产先进水平。清洁生产指标完成情况及指标分布如表1所示。

表1 济源钢铁厂清洁生产指标分布

2 清洁生产潜力分析与实施

2.1 清洁生产潜力分析

通过现场调研发现，济源钢铁厂达不到II级基准值的指标项目主要为环保相关指标，主要受到环保设施未更新影响；达不到Ⅲ级基准值的非限定性指标主要涉及装置设备、工艺技术参数等，主要受到公司生产设备、装备投产年限较长及原矿品位等影响。因此，2次清洁生产审核的潜力挖掘主要集中在生产工艺技术提升和废弃物回收2个方面。

2.2 清洁生产实施

济源钢铁厂深挖生产现场清洁生产潜力，结合行业专家意见和环境监测数据，2015年清洁生产审核共产生140项清洁生产方案，其中无低费方案128项、中高费方案12项，实施率均为100%。

在此基础上，2020年清洁生产审核从优化生产工艺的粉尘治理和提高余热余能利用率2个方面继续深挖潜力，促进环境污染物的减量化、再利用、再循环，充分利用物质的闭路循环和能量的多级利用，实现清洁生产和节能减排。最终产生69项清洁生产方案，其中无低费方案64项，中高费方案5项，实施率均为100%。

3 清洁生产主要工艺技术及措施

3.1 优化生产工艺的粉尘治理

2019年国家生态环境部联合多部门共同发布《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》（环大气［2019］35号），钢铁企业均积极开展超低排放改造。2020年济源市钢铁厂清洁生产审核也采取了相应的有效措施。

1）炼钢车间新增三次除尘。济源钢铁厂原炼钢车间的产尘部位较多，一直未得到有效治理。清洁生产审核投入7 000万元对主要的产尘部位设置集气罩，然后将废气引至低压脉冲布袋除尘器处理后高空排放。方案实施后，炼钢车间满足了《河南省2019年工业企业无组织排放治理方案》的要求，减少颗粒物排放约212.02 t/a。

2）烧结机烟气超低排放。济源钢铁厂原有烧结机头共用1套四电场电除尘器+石灰石-石膏法脱硫设施，烧结机尾废气分别经静电除尘器处理。清洁生产审核投入3 650万元对烧结机进行装备大型化升级改造，拆除4#、5#烧结机及其配套设施，并改建1台300 m2烧结机（1#烧结机）及辅助设施。方案实施后，在烧结机头排放的污染物中，颗粒物减少了1.11 t/a，SO2减少了43.94 t/a，NOx减少了312.9 t/a，氟化物减少了0.23 t/a，二噁英减少了0.83 t/a；烧结机尾废气颗粒物减少了7.76 t/a。

3）转炉一次烟气超低排放。济源钢铁厂投入3 500万元在4座转炉一次烟气除尘设施后各增设1台湿式静电除尘器，方案实施后，转炉一次烟气排放满足了《河南省2019年非电行业提标治理方案》（豫环文［2019］84号）中排放标准限值要求，减少颗粒物排放约24 t/a。

3.2 提高余热余能利用

1）高炉冲渣水余热利用工程。济源钢铁厂利用2#高炉（1 200 m3）和3#高炉（508 m3）的冲渣水作为热源，建设2座热交换站和总循环泵站，采用间接供热方式，将热量传递给二次冷媒（被加热水），供暖面积达45万m2，用于家属区、周边村庄和企业办公场所的集中供暖，实现了污染物处理能耗和排放量双降低。此项技术改造实施后，可节能约3 685 kgce/h，可产生经济效益约586万元/a。

2）锅炉烟气余热利用。为充分利用锅炉烟气热能，2015年济源钢铁厂分别在3台锅炉烟气进入引风机前的水平烟道上安装“智能换热器”，回收烟气热量加热水用作锅炉补水和生活用水。方案实施后，可节能4 827 tce/a，节约电费52万元/a，增加发电量210万（kW·h）/a，可产生经济效益为437.8万元/a。

4 效益分析

4.1 目标完成分析

目前，济源钢铁厂2020年清洁生产审核的各项指标均已完成，清洁生产审核前后指标对比如表2所示。

表2 济源钢铁厂清洁生产审核前后指标对比

4.2 清洁生产水平

济源钢铁厂清洁生产审核前后各项指标的达标水平如表3所示。由表可知，烧结工序中烧结矿品位指标由低于Ⅲ级标准水平提升至Ⅰ级标准水平，氮氧化物排放量指标由Ⅲ级标准水平提升至Ⅰ级标准水平；转炉炼钢工序的除尘设施指标由Ⅲ级标准水平提升至Ⅰ级标准水平。

表3 济源钢铁厂各工序清洁生产水平情况

4.3 经济、环境效益分析

济源钢铁厂以清洁生产为契机，从被动治理污染到主动消除污染，抓住厂区环境的核心问题，针对“水、气”环境元素重点治理，强化生产全过程控制，提升资源能源利用效率。目前清洁生产审核提出的目标指标已全部实现，节能减排效果显著。

2015年清洁生产审核方案实施后，济源钢铁厂年节电950.13万kW·h；年节约新鲜水19.15万m3；年节约燃煤5 960 t、焦炭5 500 t，年减排烟粉尘18.6 t。2020年清洁生产方案实施后，济源钢铁厂烧结矿品位提升至Ⅲ级标准水平，节约水资源用量约45.62万t/a；直接减排煤气11.6×106m3/a、颗粒物308.58 t/a、二氧化硫33.89 t/a、氮氧化物485.55 t/a、二噁英1.17g/a、氟化物9.81 t/a、COD 15.2 t/a、氨氮0.376 t/a；间接减排颗粒物99.14 t/a、二氧化硫170.4 t/a、氮氧化物161.1 t/a；可产生经济效益6 506.27万元/a。

通过对比发现，2020年清洁生产审核方案实施后，节约水资源量有了明显提升，并且对于特征污染物特别是温室气体的去除有了很大改善，有效减少了济源钢铁厂的碳排放。

5 结语

钢铁行业作为高能耗、重污染行业，在实际生产过程中存在巨大的节能降耗潜力。2018年钢铁行业5个分工序的清洁生产评价指标体系出台，根据近些年钢铁企业发展的技术水平对各指标进行了更新，进一步引导了钢铁企业清洁生产水平的全面提升。济源钢铁厂清洁生产审核的开展，不仅取得明显的经济、环境效益，为企业持续开展清洁生产积累了经验，而且可为国内其他钢铁企业开展清洁生产审核工作提供参考。基于此，以清洁生产审核为减少碳排放的重要抓手，促进绿色、低碳、循环经济发展，是加快国家温室气体减排计划实施的有利举措，对实现碳达峰碳中和的美好愿景具有重要作用。