曹 雄
(宝山钢铁股份有限公司炼铁厂，上海 200941)
摘要: 重点介绍了宝钢烧结工序排放情况和超低排放改造实践及取得的效果。经过改造后，有组织排口的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放质量浓度均小于 10、35、50 mg /m3 ，涉及无组织排放的混合机、卸料点、物料转运点等增设了除尘器，纳入有组织管控，其余点位则通过封闭等举措，均达到了超低排放要求。
关键词: 烧结工序; 超低排放; 改造实践
烧结是将各种粉状含铁原料配入适量的燃料和熔剂，加适量的工业水，经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化的成块过程。该工序是污染物排放最大的环节，其有组织排放的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物约占钢铁全流程的 20% 、60% 、40% 以上，是降低长流程钢铁生产污染物排放总量的重点环节［1－5］。
2018 年 6 月 27 日，国务院印发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，明确了要开展钢铁等重点行业超低排放改造及燃煤锅炉无组织排放排查，对物料( 含废渣) 运输、装卸、储存、转移和工艺过程等无组织排放实施深度治理。紧接着生态环境部等五部委于 2019 年 4 月 28 日联合印发《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》(环大气〔2019〕35 号) ，要求到 2025 年底前，重点区域钢铁企业超低排放改造基本完成，全国力争 80% 以上产能完成改造。其中，烧结工序有组织排放的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放质量浓度小时均值分别不高于 10、35、50 mg /m3 ; 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，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。2019 年到 2022 年，宝钢烧结工序先后策划实施了 4 个有组织和无组织超低排放适应性改造项目，各项有组织排放指标和无组织方面涉及的物料储存、生产工艺及物料输送环节均符合超低排放要求。
1 宝钢烧结工序排放现状
1．1 烧结工序超低排放要求
根据生态环境部印发的《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》、《关于做好钢铁企业超低排放评估监测工作的通知》( 环办大气函〔2019〕922 号) 和中国环境保护产业协会 2020 年组织编制并印发的《钢铁企业超低排放改造技术指南》标准要求，烧结工序有组织排放的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物质量浓度小时均值须分别小于 10、35、50 mg /m3 指标要求，并具备与各个集尘点对应生产设施的连锁条件和数据保存一年以上的记录。无组织排放方面，主要是要求粉状物料储存必须密闭且输送环节采用气力输送或是负压罐车方式，在破碎、环冷、筛分等发生物理变化等重点管控环节安装视频监控并保存 3 个月以上，在物料输送环节采用通廊封闭并安装在线粉尘检测仪等管控措施，同时现场须保持干净、整洁。总而言之，生产过程中的有组织排放通过各个排口的在线检测、无组织排放管控则通过视频监控和在线粉尘监测仪等进行实时监控预警，来判定是否达到超低排放标准，而生产现场是否干净整洁也反映了环保设施有没有、用没用、好不好，如图 1 所示。
需要关注的是，随着国家持续改善生态环境和推动绿色低碳发展，各地陆续对钢铁行业超低排放达 A 级企业的标准提出了更高的要求或是鞭策举措。比如，山西省对钢铁行业超低排放 A级绩效企业指标进行了优化调整( 山西省生态环境厅2022 年《山西省生态环境厅关于优化调整全省重污染天气钢铁焦化行业绩效分级指标推动钢铁焦化行业实现高质量发展的通知》) ，涉及烧结的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放质量浓度分别小于 5、5、35 mg /m3 ，增加了 SCＲ 和 SNCＲ 脱硝设施的氨逃逸质量浓度分别不高于 2． 5、8 mg /m3 等; 而山东省( 山东省发展和改革委员会 2022 年《关于钢铁企业超低排放差别化电价政策有关事项的通知》) 直接对企业“有组织排放、无组织排放、清洁方式运输”其中 1 项未达到超低排放要求的，用电价格每千瓦时加价 0．01 元; 2 项未达超低排放要求的，用电价格加价 0．03 元; 3 项未达超低排放要求的，用电价格加价 0．06 元。因此，超低排放改造需高于标准、严于要求持续进行环保升级。
1．2 宝钢烧结工序超低排放差距
为打造城市钢厂典范、行业引领示范，并担负起央企应有的社会责任和历史使命，宝钢从 2012年起策划启动了烧结工序新一轮改造，均按远低于《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》( GB 28662—2012) 中特别限制进行设计，生产、建设两条线同时运作，至 2018 年底形成了 3 台600 m2 级大型烧结机，其中环保投资占 50% 有余。在高效节能环保方面采用了一系列新工艺和新装备，诸如通过增设强力混合机，延长二、三混混合时间以及强化机头组合偏析布料的厚料层烧结技术; 环冷机采用新型液密封形式，大幅降低漏风率，环冷机采用门型罩密封，对不同温度废气采取梯级方式回收，提高了余热回收效率和降低了环冷风机耗电量，避免了环冷区域粉尘无组织排放的现象; 成品系统采用节能环保型棒条筛，设备布置采取筛分楼形式，物流之间主要通过溜槽进行转运，皮带机量减少 70% ，占地面积也大为减少; 采取皮带通廊封闭和粉尘气力输送技术; 采取了目前最先进的活性炭烟气净化技术和 SCR 法脱硝技术; 投运了国内首套粉尘制粒等新技术，极大地消除了各类污染问题，改善了烧结工序整体面貌［6］。各类污染物排放实绩见表 1，均低于上海市特别限值，远低于国家标准。
对照超低排放标准，宝钢烧结工序有组织排放实绩仍有一定差距，主要是颗粒物和氮氧化物。需通过工艺源头减排，对环保设施升级改造，技术路线选择是难点。无组织管控方面，重点需对混合机进出料端、烧结机头布料装置、机尾热破、卡排口、通廊边缝等生产工艺和物料输送环节增设环保设施或综合治理。
2 宝钢烧结工序超低排放改造
2018 年 5 月，生态环境部发布“钢铁企业超低排放改造工作方案”征求意见稿后，宝钢烧结工序就开始了相应的项目策划和实施。至 2020年，有组织排放基本改造完成，2022 年全面完成所有的超低排放改造。
2．1 有组织超低排放改造
2．1．1 机头有组织排放改造
宝钢二、三烧结机头配备两系列两级活性炭烟气净化设施，各类排放指标如上文所述，远低于国家标准，但颗粒物和氮氧化物不能达到超低排放的标准要求。因为保证运行安全，活性炭烟气净化设施入口烟道均设置了风量 20 万 m3 /h 冷风阀，在正常工况下保持 50%～ 80% 开度、异常工况下基本全开状态，从而增加了烟气流量、流速和氧含量，缩短了烟气中污染物在活性炭烟气净化设施中停留时间，不利于污染物去除及 16% 基准氧含量污染物排放浓度折算达标。为此，通过工艺流程再梳理和排放标准研判，宝钢在配套活性炭烟气净化的烧结机大烟道高温段增设蒸发量为24 t /h 的 1 套余热锅炉设施，主抽风机前烟气温度由现有的 150 ℃左右降至 126 ℃左右。因主排风机做功导致烟气温度上升，故同步在主排风机后的水平烟道上增设了 2 台 30 t /h 可生产 90 ℃以上生活水的热管换热器，烟气温度最终降至138 ℃左右，其布置如图 2 所示。主排风机后冷风阀基本处于常闭状态，取消了搀兑冷风降温的工艺，烟气流量、氧含量和流速均不同程度降低，16% 基准氧含量下氮氧化物排放质量浓度低至30 ～ 40 mg /m3 。
同步根据烟气净化两个系列出口颗粒物取样分析，灰分较高，见表 2。通过在活性炭解析塔下方增设活性炭筛分风选装置，如图 3 所示，利用高压气体与活性炭强力接触，使活性炭在风选装置中处于流化状态，气体与活性炭、活性炭与活性炭之间强力接触，将附着在活性炭颗粒上的粉尘去除，颗粒物排放质量浓度降至 9 mg /m3 以下。
宝钢四烧结机头配备半干法循环流化床脱硫、SCR 脱硝烟气净化设施，各类排放指标也如上文所述，远低于国家标准，但颗粒物和氮氧化物不能达到超低排放的标准要求。主要通过对布袋除尘器增加仓室扩容改造，使得过滤风速低于0． 7 m /min、滤袋采用 PPS 滤料 + PTFE 特殊超低排放袋、原设计的脱硝塔备用层增设一层催化剂达到 4 层后，颗粒物和氮氧化物均达到了小于10、50 mg /m3 超低排放指标要求，脱硝反应器如图 4 所示。
2．1．2 机尾及其他设施有组织排放改造
机尾及其他设施有组织排放物为颗粒物，均为布袋式除尘形式。根据排放监测数据、日常布袋破损情况分析和除尘器设计差异来看，除尘器的颗粒物排放质量浓度在 10 ～ 20 mg /m3 ，基本是因设计过滤风速大于 0． 7 m /min、或因布袋底部与灰斗顶部悬浮灰反复摩擦后逐步破损、或因关闭分仓室离线检修时风量过大风速过快等所致。基于此，宝钢对不能稳定达到 10 mg /m3 超低排放指标的布袋除尘器根据实际情况逐一进行改造。一是对于在线过滤风速在 0． 7 m /min 以上的进行扩容，在原有除尘器入口侧增设仓室，增加过滤面积，降低在线过滤风速至 0． 7 m /min 以下，同步对除尘器内部风道及导流板等做相应改造，使得气流在除尘器内部分配均匀、平缓，有利于尘粒的自由沉降和捕集; 为确保布袋垂直度，将上箱体整体更换，避免现场焊接施工的热应力等因素影响花板水平度。二是对于除尘器原有的大仓室大灰斗改造为小仓室小灰斗，见图 5 所示。原灰斗与中箱体保留，即每个仓室和灰斗进行分隔，一分为二，避免离线检修期间大风量、高风速对布袋的损伤或破损带来的环保隐患，同样对上箱体整体更换。三是布袋长度缩短 500 mm，避免灰斗高料位时积灰涡旋对布袋底部的摩擦; 滤袋材质由原来的涤纶针刺毡改为超细纤维梯度涤纶针刺毡，袋身热熔处理，袋口及袋底缝线涂密封胶，滤料克重 600 g /m2 。经改造后，宝钢烧结机机尾及其他设施颗粒物的有组织排放均远低于 10 mg /m3 的超低排放指标要求，见表 3。此外，对于如机尾等重点除尘器还增设了远程站布袋破损检漏仪及检漏分析系统。检漏仪后通过测定各分室净化后气体的浓度可快速精准地确定出现破损滤袋的分室，可以及时更换或封堵单元室局部滤袋，减少对已破滤袋周边的滤袋负荷，降低除尘器日常维护费用，保证除尘器排放稳定。
2．2 无组织超低排放改造
如上文所述，宝钢得益于新一轮的烧结工序大修升级改造，采取了诸多环保技术，因此无组织超低排放综合治理点相对较少。但对照标准，重点对混合机进出料端、烧结机头布料装置、物料应急卡排口等处增设了除尘设施，机尾热破、皮带机受料及通廊边缝等生产工艺和物料输送环节进行封闭、增设环保导料槽等措施进行综合治理。
2．2．1 混合机无组织排放改造
宝钢 3 台烧结机均配备了 3 台混合机，其中强力混合机，二、三烧结二次和三次混合机设置了塑烧板除尘器，四烧结二次和三次混合机无除尘设施。由于烧结配料中的生石灰随着 3 台混合机依次加水后消化放热，造成混合机无组织排放高湿且黏性大。强力混合机为一次混合，加水量少，小于 10 t /h，塑烧板除尘器效果良好。而二、三次混合机的加水量增加，原设计的塑烧板除尘器因过滤板及除尘管内壁易黏附湿料，运行阻力大，集尘效果不佳，需定期清堵。后经在塑烧板入口前增设了两级常规除雾器后，上述问题基本得到了解决。
四烧结二、三次混合机增设了 1 台 10 万 m3 /h湿法除尘器，其由混风箱、蜂窝状螺旋管束除尘器、除雾器 3 部分组成，如图 6 所示。含尘气从混合机进出料端设置的集尘罩先经一定倾角的除尘管道里的喷淋组件，主要目的是防止管道内壁黏附石灰等物料; 喷淋水和含尘气随管道一同进入混风箱，与混风板碰撞，大颗粒粉尘随混风板冲洗水进入集水池; 然后再进入蜂窝状螺旋管束除尘器，自下而上经过 36 组离心管束，冲洗水则自上而下将附着在管束的粉尘带至集水池; 最后经除雾器两级过滤，过滤水自流至集水池，洁净烟气通过引风机后达标排放。上述4处冲洗用水约25 t /h，作为强力混合机和二次混合机添加水使用，不足量补充工业水，该部分添加水管道设置有过滤器。由于混合机无组织排放点含尘量低，以生石灰消化产生的水汽为主，冲洗水与添加水量基本平衡，集水池尽管设置了搅拌器但可观水质比较清澈，故未发生混合机内部添加水喷头堵塞现象，运行效果良好，但 3 个月定修时需对除雾器过滤芯进行冲洗维护，目前均达到了低于 10 mg /m3 的超低排放要求。
2．2．2 物料卸点和转运点无组织排放改造
宝钢烧结涉及有粉焦、粗焦、电除尘等物料卸点，均为异常情况下的应急途径，卸点处经过改造后均做了完全封闭且配备了布袋除尘器。卸料作业时，卡车进入封闭空间、开始卸料连锁除尘器启动、卷帘门关闭。上述点位和环冷机等位置均配备了视频监控，且保存数据 1 年以上。此外，梭式布料小车和混合料槽二者整体封闭，并单独配备了袋式除尘器; 混合机下游皮带机每个转运点配备 1 台单体除尘器和在线粉尘检测仪，同步从第一个单体除尘器至梭式布料小车的皮带机除原有通廊外，在皮带机桁架两侧加装挡尘板、顶部增设防尘罩。
3 结语
宝钢烧结工序历经新一轮大修改造完成后，恰逢国家提出超低排放推进政策，遂立即结合政策要求，依托各类项目实施改造、开展全员环境集中整治以验证改造实效，及时完善相应的环保管理体系、强化环保管理，达到了超低排放的标准，区域环境明显改善，员工对工作环境的满足感显著增强。
从各家钢铁企业迎接超低排放评估的情况及部分地方出台的更加严格的超低排放达 A 指标来看，未来要求将愈来愈严、标准将愈来愈高、评审将愈来愈细。因此企业在进行超低排放改造时，应该更加注重实效。正如中国钢铁工业协会节能环保工作委员会在撤销某公司超低排放改造评估监测公示的通知中指出，超低排放不局限于末端治理，而是一场全周期、全过程、全工序的持续性环保设施升级，以及企业生产理念、生产方式不断转变的绿色革命。因此，只有不断从根本上找到污染源，采用适宜的环保技术，尽最大可能将无组织纳入有组织管控，同时加强环保设施日常运行维护，才能取得实效，达到真正的超低排放，这也是切实贯彻落实 2021 年 11 月《中共中央国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》的必由之路。
参考文献
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