曹 雄
(寶山鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，上海 200941)
摘要: 重點(diǎn)介紹了寶鋼燒結(jié)工序排放情況和超低排放改造實(shí)踐及取得的效果。經(jīng)過改造后，有組織排口的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放質(zhì)量濃度均小于 10、35、50 mg /m3 ，涉及無組織排放的混合機(jī)、卸料點(diǎn)、物料轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)等增設(shè)了除塵器，納入有組織管控，其余點(diǎn)位則通過封閉等舉措，均達(dá)到了超低排放要求。
關(guān)鍵詞: 燒結(jié)工序; 超低排放; 改造實(shí)踐
燒結(jié)是將各種粉狀含鐵原料配入適量的燃料和熔劑，加適量的工業(yè)水，經(jīng)混合和造球后在燒結(jié)設(shè)備上使物料發(fā)生一系列物理化學(xué)變化的成塊過程。該工序是污染物排放最大的環(huán)節(jié)，其有組織排放的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物約占鋼鐵全流程的 20% 、60% 、40% 以上，是降低長流程鋼鐵生產(chǎn)污染物排放總量的重點(diǎn)環(huán)節(jié)［1－5］。
2018 年 6 月 27 日，國務(wù)院印發(fā)《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》，明確了要開展鋼鐵等重點(diǎn)行業(yè)超低排放改造及燃煤鍋爐無組織排放排查，對(duì)物料( 含廢渣) 運(yùn)輸、裝卸、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移和工藝過程等無組織排放實(shí)施深度治理。緊接著生態(tài)環(huán)境部等五部委于 2019 年 4 月 28 日聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》(環(huán)大氣〔2019〕35 號(hào)) ，要求到 2025 年底前，重點(diǎn)區(qū)域鋼鐵企業(yè)超低排放改造基本完成，全國力爭(zhēng) 80% 以上產(chǎn)能完成改造。其中，燒結(jié)工序有組織排放的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放質(zhì)量濃度小時(shí)均值分別不高于 10、35、50 mg /m3 ; 要求全面加強(qiáng)物料儲(chǔ)存、輸送及生產(chǎn)工藝過程無組織排放控制，在保障生產(chǎn)安全的前提下，采取密閉、封閉等有效措施，有效提高廢氣收集率，產(chǎn)塵點(diǎn)及車間不得有可見煙粉塵外逸。2019 年到 2022 年，寶鋼燒結(jié)工序先后策劃實(shí)施了 4 個(gè)有組織和無組織超低排放適應(yīng)性改造項(xiàng)目，各項(xiàng)有組織排放指標(biāo)和無組織方面涉及的物料儲(chǔ)存、生產(chǎn)工藝及物料輸送環(huán)節(jié)均符合超低排放要求。
1 寶鋼燒結(jié)工序排放現(xiàn)狀
1．1 燒結(jié)工序超低排放要求
根據(jù)生態(tài)環(huán)境部印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》、《關(guān)于做好鋼鐵企業(yè)超低排放評(píng)估監(jiān)測(cè)工作的通知》( 環(huán)辦大氣函〔2019〕922 號(hào)) 和中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì) 2020 年組織編制并印發(fā)的《鋼鐵企業(yè)超低排放改造技術(shù)指南》標(biāo)準(zhǔn)要求，燒結(jié)工序有組織排放的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物質(zhì)量濃度小時(shí)均值須分別小于 10、35、50 mg /m3 指標(biāo)要求，并具備與各個(gè)集塵點(diǎn)對(duì)應(yīng)生產(chǎn)設(shè)施的連鎖條件和數(shù)據(jù)保存一年以上的記錄。無組織排放方面，主要是要求粉狀物料儲(chǔ)存必須密閉且輸送環(huán)節(jié)采用氣力輸送或是負(fù)壓罐車方式，在破碎、環(huán)冷、篩分等發(fā)生物理變化等重點(diǎn)管控環(huán)節(jié)安裝視頻監(jiān)控并保存 3 個(gè)月以上，在物料輸送環(huán)節(jié)采用通廊封閉并安裝在線粉塵檢測(cè)儀等管控措施，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)須保持干凈、整潔。總而言之，生產(chǎn)過程中的有組織排放通過各個(gè)排口的在線檢測(cè)、無組織排放管控則通過視頻監(jiān)控和在線粉塵監(jiān)測(cè)儀等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警，來判定是否達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，而生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)是否干凈整潔也反映了環(huán)保設(shè)施有沒有、用沒用、好不好，如圖 1 所示。
需要關(guān)注的是，隨著國家持續(xù)改善生態(tài)環(huán)境和推動(dòng)綠色低碳發(fā)展，各地陸續(xù)對(duì)鋼鐵行業(yè)超低排放達(dá) A 級(jí)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求或是鞭策舉措。比如，山西省對(duì)鋼鐵行業(yè)超低排放 A級(jí)績效企業(yè)指標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整( 山西省生態(tài)環(huán)境廳2022 年《山西省生態(tài)環(huán)境廳關(guān)于優(yōu)化調(diào)整全省重污染天氣鋼鐵焦化行業(yè)績效分級(jí)指標(biāo)推動(dòng)鋼鐵焦化行業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的通知》) ，涉及燒結(jié)的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放質(zhì)量濃度分別小于 5、5、35 mg /m3 ，增加了 SCＲ 和 SNCＲ 脫硝設(shè)施的氨逃逸質(zhì)量濃度分別不高于 2． 5、8 mg /m3 等; 而山東省( 山東省發(fā)展和改革委員會(huì) 2022 年《關(guān)于鋼鐵企業(yè)超低排放差別化電價(jià)政策有關(guān)事項(xiàng)的通知》) 直接對(duì)企業(yè)“有組織排放、無組織排放、清潔方式運(yùn)輸”其中 1 項(xiàng)未達(dá)到超低排放要求的，用電價(jià)格每千瓦時(shí)加價(jià) 0．01 元; 2 項(xiàng)未達(dá)超低排放要求的，用電價(jià)格加價(jià) 0．03 元; 3 項(xiàng)未達(dá)超低排放要求的，用電價(jià)格加價(jià) 0．06 元。因此，超低排放改造需高于標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)于要求持續(xù)進(jìn)行環(huán)保升級(jí)。
1．2 寶鋼燒結(jié)工序超低排放差距
為打造城市鋼廠典范、行業(yè)引領(lǐng)示范，并擔(dān)負(fù)起央企應(yīng)有的社會(huì)責(zé)任和歷史使命，寶鋼從 2012年起策劃啟動(dòng)了燒結(jié)工序新一輪改造，均按遠(yuǎn)低于《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》( GB 28662—2012) 中特別限制進(jìn)行設(shè)計(jì)，生產(chǎn)、建設(shè)兩條線同時(shí)運(yùn)作，至 2018 年底形成了 3 臺(tái)600 m2 級(jí)大型燒結(jié)機(jī)，其中環(huán)保投資占 50% 有余。在高效節(jié)能環(huán)保方面采用了一系列新工藝和新裝備，諸如通過增設(shè)強(qiáng)力混合機(jī)，延長二、三混混合時(shí)間以及強(qiáng)化機(jī)頭組合偏析布料的厚料層燒結(jié)技術(shù); 環(huán)冷機(jī)采用新型液密封形式，大幅降低漏風(fēng)率，環(huán)冷機(jī)采用門型罩密封，對(duì)不同溫度廢氣采取梯級(jí)方式回收，提高了余熱回收效率和降低了環(huán)冷風(fēng)機(jī)耗電量，避免了環(huán)冷區(qū)域粉塵無組織排放的現(xiàn)象; 成品系統(tǒng)采用節(jié)能環(huán)保型棒條篩，設(shè)備布置采取篩分樓形式，物流之間主要通過溜槽進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，皮帶機(jī)量減少 70% ，占地面積也大為減少; 采取皮帶通廊封閉和粉塵氣力輸送技術(shù); 采取了目前最先進(jìn)的活性炭煙氣凈化技術(shù)和 SCR 法脫硝技術(shù); 投運(yùn)了國內(nèi)首套粉塵制粒等新技術(shù)，極大地消除了各類污染問題，改善了燒結(jié)工序整體面貌［6］。各類污染物排放實(shí)績見表 1，均低于上海市特別限值，遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)照超低排放標(biāo)準(zhǔn)，寶鋼燒結(jié)工序有組織排放實(shí)績?nèi)杂幸欢ú罹?，主要是顆粒物和氮氧化物。需通過工藝源頭減排，對(duì)環(huán)保設(shè)施升級(jí)改造，技術(shù)路線選擇是難點(diǎn)。無組織管控方面，重點(diǎn)需對(duì)混合機(jī)進(jìn)出料端、燒結(jié)機(jī)頭布料裝置、機(jī)尾熱破、卡排口、通廊邊縫等生產(chǎn)工藝和物料輸送環(huán)節(jié)增設(shè)環(huán)保設(shè)施或綜合治理。
2 寶鋼燒結(jié)工序超低排放改造
2018 年 5 月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布“鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案”征求意見稿后，寶鋼燒結(jié)工序就開始了相應(yīng)的項(xiàng)目策劃和實(shí)施。至 2020年，有組織排放基本改造完成，2022 年全面完成所有的超低排放改造。
2．1 有組織超低排放改造
2．1．1 機(jī)頭有組織排放改造
寶鋼二、三燒結(jié)機(jī)頭配備兩系列兩級(jí)活性炭煙氣凈化設(shè)施，各類排放指標(biāo)如上文所述，遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，但顆粒物和氮氧化物不能達(dá)到超低排放的標(biāo)準(zhǔn)要求。因?yàn)楸ＷC運(yùn)行安全，活性炭煙氣凈化設(shè)施入口煙道均設(shè)置了風(fēng)量 20 萬 m3 /h 冷風(fēng)閥，在正常工況下保持 50%～ 80% 開度、異常工況下基本全開狀態(tài)，從而增加了煙氣流量、流速和氧含量，縮短了煙氣中污染物在活性炭煙氣凈化設(shè)施中停留時(shí)間，不利于污染物去除及 16% 基準(zhǔn)氧含量污染物排放濃度折算達(dá)標(biāo)。為此，通過工藝流程再梳理和排放標(biāo)準(zhǔn)研判，寶鋼在配套活性炭煙氣凈化的燒結(jié)機(jī)大煙道高溫段增設(shè)蒸發(fā)量為24 t /h 的 1 套余熱鍋爐設(shè)施，主抽風(fēng)機(jī)前煙氣溫度由現(xiàn)有的 150 ℃左右降至 126 ℃左右。因主排風(fēng)機(jī)做功導(dǎo)致煙氣溫度上升，故同步在主排風(fēng)機(jī)后的水平煙道上增設(shè)了 2 臺(tái) 30 t /h 可生產(chǎn) 90 ℃以上生活水的熱管換熱器，煙氣溫度最終降至138 ℃左右，其布置如圖 2 所示。主排風(fēng)機(jī)后冷風(fēng)閥基本處于常閉狀態(tài)，取消了攙兌冷風(fēng)降溫的工藝，煙氣流量、氧含量和流速均不同程度降低，16% 基準(zhǔn)氧含量下氮氧化物排放質(zhì)量濃度低至30 ～ 40 mg /m3 。
同步根據(jù)煙氣凈化兩個(gè)系列出口顆粒物取樣分析，灰分較高，見表 2。通過在活性炭解析塔下方增設(shè)活性炭篩分風(fēng)選裝置，如圖 3 所示，利用高壓氣體與活性炭強(qiáng)力接觸，使活性炭在風(fēng)選裝置中處于流化狀態(tài)，氣體與活性炭、活性炭與活性炭之間強(qiáng)力接觸，將附著在活性炭顆粒上的粉塵去除，顆粒物排放質(zhì)量濃度降至 9 mg /m3 以下。
寶鋼四燒結(jié)機(jī)頭配備半干法循環(huán)流化床脫硫、SCR 脫硝煙氣凈化設(shè)施，各類排放指標(biāo)也如上文所述，遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，但顆粒物和氮氧化物不能達(dá)到超低排放的標(biāo)準(zhǔn)要求。主要通過對(duì)布袋除塵器增加倉室擴(kuò)容改造，使得過濾風(fēng)速低于0． 7 m /min、濾袋采用 PPS 濾料 + PTFE 特殊超低排放袋、原設(shè)計(jì)的脫硝塔備用層增設(shè)一層催化劑達(dá)到 4 層后，顆粒物和氮氧化物均達(dá)到了小于10、50 mg /m3 超低排放指標(biāo)要求，脫硝反應(yīng)器如圖 4 所示。
2．1．2 機(jī)尾及其他設(shè)施有組織排放改造
機(jī)尾及其他設(shè)施有組織排放物為顆粒物，均為布袋式除塵形式。根據(jù)排放監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、日常布袋破損情況分析和除塵器設(shè)計(jì)差異來看，除塵器的顆粒物排放質(zhì)量濃度在 10 ～ 20 mg /m3 ，基本是因設(shè)計(jì)過濾風(fēng)速大于 0． 7 m /min、或因布袋底部與灰斗頂部懸浮灰反復(fù)摩擦后逐步破損、或因關(guān)閉分倉室離線檢修時(shí)風(fēng)量過大風(fēng)速過快等所致?；诖耍瑢氫搶?duì)不能穩(wěn)定達(dá)到 10 mg /m3 超低排放指標(biāo)的布袋除塵器根據(jù)實(shí)際情況逐一進(jìn)行改造。一是對(duì)于在線過濾風(fēng)速在 0． 7 m /min 以上的進(jìn)行擴(kuò)容，在原有除塵器入口側(cè)增設(shè)倉室，增加過濾面積，降低在線過濾風(fēng)速至 0． 7 m /min 以下，同步對(duì)除塵器內(nèi)部風(fēng)道及導(dǎo)流板等做相應(yīng)改造，使得氣流在除塵器內(nèi)部分配均勻、平緩，有利于塵粒的自由沉降和捕集; 為確保布袋垂直度，將上箱體整體更換，避免現(xiàn)場(chǎng)焊接施工的熱應(yīng)力等因素影響花板水平度。二是對(duì)于除塵器原有的大倉室大灰斗改造為小倉室小灰斗，見圖 5 所示。原灰斗與中箱體保留，即每個(gè)倉室和灰斗進(jìn)行分隔，一分為二，避免離線檢修期間大風(fēng)量、高風(fēng)速對(duì)布袋的損傷或破損帶來的環(huán)保隱患，同樣對(duì)上箱體整體更換。三是布袋長度縮短 500 mm，避免灰斗高料位時(shí)積灰渦旋對(duì)布袋底部的摩擦; 濾袋材質(zhì)由原來的滌綸針刺氈改為超細(xì)纖維梯度滌綸針刺氈，袋身熱熔處理，袋口及袋底縫線涂密封膠，濾料克重 600 g /m2 。經(jīng)改造后，寶鋼燒結(jié)機(jī)機(jī)尾及其他設(shè)施顆粒物的有組織排放均遠(yuǎn)低于 10 mg /m3 的超低排放指標(biāo)要求，見表 3。此外，對(duì)于如機(jī)尾等重點(diǎn)除塵器還增設(shè)了遠(yuǎn)程站布袋破損檢漏儀及檢漏分析系統(tǒng)。檢漏儀后通過測(cè)定各分室凈化后氣體的濃度可快速精準(zhǔn)地確定出現(xiàn)破損濾袋的分室，可以及時(shí)更換或封堵單元室局部濾袋，減少對(duì)已破濾袋周邊的濾袋負(fù)荷，降低除塵器日常維護(hù)費(fèi)用，保證除塵器排放穩(wěn)定。
2．2 無組織超低排放改造
如上文所述，寶鋼得益于新一輪的燒結(jié)工序大修升級(jí)改造，采取了諸多環(huán)保技術(shù)，因此無組織超低排放綜合治理點(diǎn)相對(duì)較少。但對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)對(duì)混合機(jī)進(jìn)出料端、燒結(jié)機(jī)頭布料裝置、物料應(yīng)急卡排口等處增設(shè)了除塵設(shè)施，機(jī)尾熱破、皮帶機(jī)受料及通廊邊縫等生產(chǎn)工藝和物料輸送環(huán)節(jié)進(jìn)行封閉、增設(shè)環(huán)保導(dǎo)料槽等措施進(jìn)行綜合治理。
2．2．1 混合機(jī)無組織排放改造
寶鋼 3 臺(tái)燒結(jié)機(jī)均配備了 3 臺(tái)混合機(jī)，其中強(qiáng)力混合機(jī)，二、三燒結(jié)二次和三次混合機(jī)設(shè)置了塑燒板除塵器，四燒結(jié)二次和三次混合機(jī)無除塵設(shè)施。由于燒結(jié)配料中的生石灰隨著 3 臺(tái)混合機(jī)依次加水后消化放熱，造成混合機(jī)無組織排放高濕且黏性大。強(qiáng)力混合機(jī)為一次混合，加水量少，小于 10 t /h，塑燒板除塵器效果良好。而二、三次混合機(jī)的加水量增加，原設(shè)計(jì)的塑燒板除塵器因過濾板及除塵管內(nèi)壁易黏附濕料，運(yùn)行阻力大，集塵效果不佳，需定期清堵。后經(jīng)在塑燒板入口前增設(shè)了兩級(jí)常規(guī)除霧器后，上述問題基本得到了解決。
四燒結(jié)二、三次混合機(jī)增設(shè)了 1 臺(tái) 10 萬 m3 /h濕法除塵器，其由混風(fēng)箱、蜂窩狀螺旋管束除塵器、除霧器 3 部分組成，如圖 6 所示。含塵氣從混合機(jī)進(jìn)出料端設(shè)置的集塵罩先經(jīng)一定傾角的除塵管道里的噴淋組件，主要目的是防止管道內(nèi)壁黏附石灰等物料; 噴淋水和含塵氣隨管道一同進(jìn)入混風(fēng)箱，與混風(fēng)板碰撞，大顆粒粉塵隨混風(fēng)板沖洗水進(jìn)入集水池; 然后再進(jìn)入蜂窩狀螺旋管束除塵器，自下而上經(jīng)過 36 組離心管束，沖洗水則自上而下將附著在管束的粉塵帶至集水池; 最后經(jīng)除霧器兩級(jí)過濾，過濾水自流至集水池，潔凈煙氣通過引風(fēng)機(jī)后達(dá)標(biāo)排放。上述4處沖洗用水約25 t /h，作為強(qiáng)力混合機(jī)和二次混合機(jī)添加水使用，不足量補(bǔ)充工業(yè)水，該部分添加水管道設(shè)置有過濾器。由于混合機(jī)無組織排放點(diǎn)含塵量低，以生石灰消化產(chǎn)生的水汽為主，沖洗水與添加水量基本平衡，集水池盡管設(shè)置了攪拌器但可觀水質(zhì)比較清澈，故未發(fā)生混合機(jī)內(nèi)部添加水噴頭堵塞現(xiàn)象，運(yùn)行效果良好，但 3 個(gè)月定修時(shí)需對(duì)除霧器過濾芯進(jìn)行沖洗維護(hù)，目前均達(dá)到了低于 10 mg /m3 的超低排放要求。
2．2．2 物料卸點(diǎn)和轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)無組織排放改造
寶鋼燒結(jié)涉及有粉焦、粗焦、電除塵等物料卸點(diǎn)，均為異常情況下的應(yīng)急途徑，卸點(diǎn)處經(jīng)過改造后均做了完全封閉且配備了布袋除塵器。卸料作業(yè)時(shí)，卡車進(jìn)入封閉空間、開始卸料連鎖除塵器啟動(dòng)、卷簾門關(guān)閉。上述點(diǎn)位和環(huán)冷機(jī)等位置均配備了視頻監(jiān)控，且保存數(shù)據(jù) 1 年以上。此外，梭式布料小車和混合料槽二者整體封閉，并單獨(dú)配備了袋式除塵器; 混合機(jī)下游皮帶機(jī)每個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)配備 1 臺(tái)單體除塵器和在線粉塵檢測(cè)儀，同步從第一個(gè)單體除塵器至梭式布料小車的皮帶機(jī)除原有通廊外，在皮帶機(jī)桁架兩側(cè)加裝擋塵板、頂部增設(shè)防塵罩。
3 結(jié)語
寶鋼燒結(jié)工序歷經(jīng)新一輪大修改造完成后，恰逢國家提出超低排放推進(jìn)政策，遂立即結(jié)合政策要求，依托各類項(xiàng)目實(shí)施改造、開展全員環(huán)境集中整治以驗(yàn)證改造實(shí)效，及時(shí)完善相應(yīng)的環(huán)保管理體系、強(qiáng)化環(huán)保管理，達(dá)到了超低排放的標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)域環(huán)境明顯改善，員工對(duì)工作環(huán)境的滿足感顯著增強(qiáng)。
從各家鋼鐵企業(yè)迎接超低排放評(píng)估的情況及部分地方出臺(tái)的更加嚴(yán)格的超低排放達(dá) A 指標(biāo)來看，未來要求將愈來愈嚴(yán)、標(biāo)準(zhǔn)將愈來愈高、評(píng)審將愈來愈細(xì)。因此企業(yè)在進(jìn)行超低排放改造時(shí)，應(yīng)該更加注重實(shí)效。正如中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)節(jié)能環(huán)保工作委員會(huì)在撤銷某公司超低排放改造評(píng)估監(jiān)測(cè)公示的通知中指出，超低排放不局限于末端治理，而是一場(chǎng)全周期、全過程、全工序的持續(xù)性環(huán)保設(shè)施升級(jí)，以及企業(yè)生產(chǎn)理念、生產(chǎn)方式不斷轉(zhuǎn)變的綠色革命。因此，只有不斷從根本上找到污染源，采用適宜的環(huán)保技術(shù)，盡最大可能將無組織納入有組織管控，同時(shí)加強(qiáng)環(huán)保設(shè)施日常運(yùn)行維護(hù)，才能取得實(shí)效，達(dá)到真正的超低排放，這也是切實(shí)貫徹落實(shí) 2021 年 11 月《中共中央國務(wù)院關(guān)于深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見》的必由之路。
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