楊俊  華建明

（寶山鋼鐵股份有限公司）

摘  要  寶鋼高爐清潔生產(chǎn)的主要理念是:清潔的原料與能源、清潔的生產(chǎn)過(guò)程、清潔的產(chǎn)品，以及貫穿于全過(guò)程的清潔生產(chǎn)控制。近年來(lái)，通過(guò)采取不斷降低污染物排放、多途徑拓展固廢消納、控制有害元素人爐、優(yōu)化能源資源的利用及實(shí)現(xiàn)高爐低燃料比生產(chǎn)等措施，高爐區(qū)域顆粒物及污染物排放濃度、總量均有明顯下降。高爐熱風(fēng)爐煙囪CEMS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上線后，高爐區(qū)域SO2和NOx的排放量也納入管控，2016-2018年3號(hào)高爐SO2和NOx分別為62.2mg/m3和86.9mg/m3。

關(guān)鍵詞  大型高爐  清潔生產(chǎn) 環(huán)保 節(jié)能 減排

鋼鐵行業(yè)是工業(yè)企業(yè)中的能耗和排放大戶，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近幾年中國(guó)鋼鐵工業(yè)能源消耗占全國(guó)總能耗在10％～15％，二氧化碳排放量占全國(guó)總排放量超過(guò)10％，而廢水、廢氣和粉塵排放量占工業(yè)企業(yè)排放總量超過(guò)15％，煙塵和二氧化硫排放占比也接近10％。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，人民群眾對(duì)美好生活環(huán)境的渴望愈加強(qiáng)烈，國(guó)家相關(guān)環(huán)保政策要求也不斷提高，節(jié)能減排將越來(lái)越成為鋼鐵企業(yè)在城市立足和發(fā)展的重要前提。

近年來(lái)，隨著上海的城市發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，寶鋼在城市中的產(chǎn)值貢獻(xiàn)程度逐漸降低，年產(chǎn)值僅占上海工業(yè)企業(yè)的約6％左右，而能源消耗占上海工業(yè)企業(yè)的25％以上、全市的15％以上，污染物排放量和煙粉塵排放占上海城市總量的比例分別約為1/3和2/3，企業(yè)面臨著越來(lái)越大的節(jié)能、減排乃至生存壓力。在企業(yè)內(nèi)部，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，寶鋼三種主要污染物即煙粉塵、二氧化硫和氮氧化物，煉鐵工序的排放量均超過(guò)公司總量的50％以上。寶鋼致力于建設(shè)環(huán)境友好型企業(yè)，必須走可持續(xù)發(fā)展的清潔生產(chǎn)道路，煉鐵乃至高爐工序正是其中的重要環(huán)節(jié)。

1  高爐清潔生產(chǎn)實(shí)踐

《清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》中清潔生產(chǎn)的定義:清潔生產(chǎn)是指不斷采取改進(jìn)設(shè)計(jì)、使用清潔的能源和原料、采用先進(jìn)的工藝技術(shù)與設(shè)備、改善管理、綜合利用等措施，從源頭削減污染，提高資源利用效率，減少或者避免生產(chǎn)、服務(wù)和產(chǎn)品使用過(guò)程中污染物的產(chǎn)生和排放，以減輕或者消除對(duì)人類健康和環(huán)境的危害。

寶鋼高爐清潔生產(chǎn)的主要理念是:清潔的原料與能源、清潔的生產(chǎn)過(guò)程、清潔的產(chǎn)品，以及貫穿于全過(guò)程的清潔生產(chǎn)控制。在這個(gè)理念的指導(dǎo)下，近年來(lái)通過(guò)采取不斷降低污染物排放、多途徑拓展固廢消納、控制有害元素入爐、優(yōu)化能源資源的利用，以及高爐低燃料比生產(chǎn)等措施，高爐區(qū)域顆粒物及污染物排放濃度、總量均有明顯下降。

1.1  工藝設(shè)備改造，降低污染物排放

為了確?？梢曃廴臼芸睾陀行Ы档臀廴疚锱欧趴偭?，寶鋼高爐區(qū)域近幾年已經(jīng)開展或即將推進(jìn)多項(xiàng)工藝設(shè)備改造，如制粉系統(tǒng)環(huán)保改造、煤焦礦皮帶機(jī)環(huán)保改造、除塵器達(dá)標(biāo)排放改造和除塵灰管道氣力輸送改造等。除塵系統(tǒng)排放點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過(guò)一系列改造，高爐減排效果顯著，各除塵系統(tǒng)粉塵排放濃度下降明顯，目前均大大低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)新舊環(huán)保設(shè)備污染因子排放濃度的要求。圖1、圖2分別是2012-2017年寶鋼高爐原料除塵系統(tǒng)、出鐵場(chǎng)除塵系統(tǒng)粉塵排放量監(jiān)測(cè)實(shí)績(jī)。

除了改造項(xiàng)目外，還進(jìn)行了一些環(huán)保設(shè)備的功能優(yōu)化改善。如:重新調(diào)整高爐爐頂除塵管道走向和布局設(shè)計(jì)，避免大顆粒爐料進(jìn)人除塵管道而引起管道堵塞、變形等問(wèn)題；增設(shè)熱風(fēng)爐煙囪在線監(jiān)測(cè)器，設(shè)置煙氣中SO2和氮氧化物含量超標(biāo)報(bào)警，制訂應(yīng)對(duì)預(yù)案，通過(guò)調(diào)整燒爐空燃比、煤氣種類比例和調(diào)節(jié)富氧燒爐等手段，確保煙囪排放達(dá)標(biāo)。下一步繼續(xù)探索新的技術(shù)手段，如低氮燒爐、增設(shè)脫硫裝置等，以滿足國(guó)家關(guān)于鋼鐵企業(yè)超低排放的相關(guān)要求。

1.2  多途徑拓展固廢消納

近幾年，積極探索和推進(jìn)公司內(nèi)、廠際間的資源回收利用和廢棄物處置消納，利用不同工序的優(yōu)勢(shì)和有利條件處置消化含鐵塵泥甚至是無(wú)價(jià)塵泥。截至2017年底，高爐在出鐵場(chǎng)擺動(dòng)溜嘴處試驗(yàn)處理陶瓷管、鐵皮渣等公司內(nèi)化工廢棄物近80t。

隨著城市鋼廠建設(shè)的推進(jìn)，在產(chǎn)城共融的模式上也在積極探索和邁進(jìn)。2016年下半年，高爐進(jìn)行了城市飛灰噴吹試驗(yàn):將城市垃圾焚燒爐的煙氣凈化系統(tǒng)收集的殘余物一一城市飛灰，由噴吹系統(tǒng)噴入高爐風(fēng)口，通過(guò)風(fēng)口前高溫分解和熔融造渣，分解飛灰中的毒性有機(jī)物，并將大部分重金屬固化在水渣中，達(dá)到無(wú)害化處置的目的。試驗(yàn)過(guò)程中共處置城市飛灰約200t。2018年高爐區(qū)域開始試驗(yàn)噴吹廢輪胎粉、紐扣粉等城市廢棄物，實(shí)現(xiàn)了城市廢棄物在高爐工序安全、環(huán)保處置的目標(biāo)。

目前，寶山基地生產(chǎn)過(guò)程中每年產(chǎn)生塵泥約150萬(wàn)t，其中有利用價(jià)值的含鐵塵泥大部分返回?zé)掕F循環(huán)利用，循環(huán)過(guò)程中部分有害雜質(zhì)在高爐工序不斷富集，會(huì)提高爐襯損壞、爐內(nèi)結(jié)瘤和系統(tǒng)內(nèi)煤氣管道腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)程度。為了合理回收利用有價(jià)塵泥，進(jìn)一步提高廢棄物處置能力，目前正推進(jìn)新增治金含鐵塵泥資源化再生裝置，未來(lái)將通過(guò)集中整合固廢資源、優(yōu)化固廢處置利用方式，采用專業(yè)而環(huán)保的處置工藝，科學(xué)有效地落實(shí)固廢處置管理，控制有害物質(zhì)的污染風(fēng)險(xiǎn)。

1.3  有害元素控制

(1)控制入爐總量。在原燃料質(zhì)量上歷來(lái)重視精料方針，確保原燃料品種和成分穩(wěn)定，在源頭上減少有害元素的入爐量。圖3是近3年寶鋼高爐入爐有害元素負(fù)荷實(shí)績(jī)，其中入爐鋅負(fù)荷基本控制在0.1kg/t左右，人爐堿金屬負(fù)荷在1kg/t以下，入爐硫負(fù)荷在3kg/t以下，都顯著低于行業(yè)有害元素控制規(guī)范。

(2)協(xié)同相關(guān)工序，優(yōu)化配料結(jié)構(gòu)。在增加廢棄物回收利用和減少高爐入爐有害元素之間保持平衡。如統(tǒng)籌安排高爐除塵灰在燒結(jié)工序的物流去向和比例分配，以保持4座高爐入爐鋅含量的均勻和穩(wěn)定，同時(shí)在操業(yè)上采取開放中心氣流、提高爐頂煤氣溫度等相應(yīng)措施增加高爐自身的排鋅力度，以最大程度地降低有害元素在高爐治煉過(guò)程中可能產(chǎn)生的危害。

1.4  優(yōu)化能源資源的利用

(1)限煤條件下生產(chǎn)組織。從2016年開始削效減用煤總量，為平衡自備電廠發(fā)電用煤量和自產(chǎn)焦炭生產(chǎn)用煤量，積極探索噴吹煤、冶金焦替代資源的造開發(fā)利用:除了繼續(xù)使用干熄焦除塵焦粉混合煤粉噴吹外，高爐逐步改進(jìn)自產(chǎn)焦炭和小塊焦篩網(wǎng)，增加小塊焦使用比例，提高自產(chǎn)焦炭的利用率；高爐增加外購(gòu)焦炭的使用，通過(guò)提前測(cè)算和合理規(guī)劃，保證四座高爐之間平衡分配，確保在完成限煤政策的前提下，高爐爐況和燃料消耗在原有基礎(chǔ)上不發(fā)生大的波動(dòng)。至2018年，寶鋼高爐小塊焦比接近30kg/t外購(gòu)焦炭使用超過(guò)15kg/t。

(2)高爐低燃料比生產(chǎn)。寶鋼高爐工序能耗的消耗部分中，焦炭、煤粉等固體燃料所占比例目前在85％左右。保持低燃料比生產(chǎn)運(yùn)行，是降低高爐工序能耗的關(guān)鍵。通過(guò)堅(jiān)持精料方針、確保入爐原燃料質(zhì)量穩(wěn)定，在生產(chǎn)組織上做好計(jì)劃和周期管理，在高爐操作爐型維護(hù)上，持續(xù)優(yōu)化兩股氣流調(diào)劑模式，保持相對(duì)高而穩(wěn)定的煤氣利用率，確保了高爐爐況穩(wěn)定順行和長(zhǎng)期低燃料比生產(chǎn)。圖4是寶鋼高爐近5年來(lái)固體燃料消耗和煤氣利用率等指標(biāo)實(shí)績(jī)。

(3)能效提升和余能回收利用。高爐是耗能大戶，同時(shí)也是產(chǎn)能大戶，區(qū)域內(nèi)產(chǎn)出的高溫高壓的高爐煤氣、高溫液態(tài)的熔渣等資源，均有較大的余能回收潛力。提升高爐區(qū)域節(jié)能水平，一方面應(yīng)提高能源使用效率、降低能介單耗，另一方面應(yīng)大力提高區(qū)域內(nèi)余能回收利用能力。近幾年，寶鋼高爐區(qū)域在這兩方面開展了一系列的改造項(xiàng)目，如除塵系統(tǒng)節(jié)能改造、熱風(fēng)爐富氧燒爐改造、爐頂均壓煤氣回收改造和高爐煤氣除塵干法運(yùn)行改造等。圖5是寶鋼高爐近5年噸鐵回收高爐煤氣量和TRT發(fā)電量實(shí)績(jī)。

寶鋼高爐都裝備了熱風(fēng)爐煙氣余熱回收系統(tǒng)，采用熱管式換熱器，利用熱風(fēng)爐燒爐廢氣來(lái)預(yù)熱燒爐用的空氣和煤氣，進(jìn)而減少熱風(fēng)爐煤氣消耗，同時(shí)有效降低高溫廢氣排放。近幾年為了提高余熱利用效率，幾座高爐陸續(xù)進(jìn)行了余熱回收系統(tǒng)改造。2017年8-12月，4號(hào)高爐余熱回收進(jìn)行了提效改造，改造后高爐煤氣預(yù)熱溫升由改造前的131℃提高至146℃，廢氣溫降則由改造前的120℃提高至165℃。圖6是改造前后高爐煤氣預(yù)熱后溫升及廢氣溫降實(shí)績(jī)比較。

另外，寶鋼還開展了高爐沖渣水余熱利用示范項(xiàng)目和高爐紅渣余熱利用科研項(xiàng)目，未來(lái)將進(jìn)一步擴(kuò)大和提高高爐區(qū)域內(nèi)的余熱利用范圍和效率。

1.5  可視化環(huán)境改善

寶鋼高爐無(wú)組織排放管控重點(diǎn)在兩個(gè)區(qū)域，即出鐵場(chǎng)廠房冒黃煙和排灰排料口冒灰揚(yáng)塵。

出鐵場(chǎng)方面優(yōu)化除塵風(fēng)量和閥門開度控制，增設(shè)閥門顯示和控制面板，通過(guò)精細(xì)化管理提高除塵設(shè)備運(yùn)行效率。放殘鐵作業(yè)中使用可伸縮除塵管和移動(dòng)蓋板進(jìn)行除塵創(chuàng)新改造，杜絕殘鐵溝煙氣溢出。推進(jìn)出鐵場(chǎng)平臺(tái)平整化整治，增設(shè)資材軌道實(shí)現(xiàn)平板車輸送，并投入使用爐臺(tái)吸塵車、布置綠色盆栽，打造樣板高爐出鐵場(chǎng)。

對(duì)高爐區(qū)域內(nèi)排灰和受料點(diǎn)進(jìn)行了一些環(huán)境改造，確保作業(yè)中無(wú)冒灰和揚(yáng)塵。如粉礦斗和粉焦斗的卡車排放點(diǎn)外圍設(shè)置密封防護(hù)，安裝膠帶擋塵裝置;在重力除塵和干法除塵的卸灰點(diǎn)增設(shè)微霧抑塵裝置等。大力開展道路污染防控，推進(jìn)成品水渣皮帶輸送改造、杜絕車輛運(yùn)輸過(guò)程灑水漏渣，試用和推進(jìn)新型道路吸塵車，區(qū)域內(nèi)面貌煥新。

另外，結(jié)合近幾年建設(shè)和改造項(xiàng)目的推進(jìn)，對(duì)區(qū)域內(nèi)綠化環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)整合和效果提升改造。打造了1號(hào)高爐大修紀(jì)念廣場(chǎng)、4號(hào)高爐周邊景觀群和高爐控制中心立體綠化，結(jié)合公司推進(jìn)的辦公和體息場(chǎng)所改造，營(yíng)造高爐高效、和諧、優(yōu)雅的作業(yè)和辦公環(huán)境。

2  高爐清潔生產(chǎn)績(jī)效

2.1  環(huán)?？?jī)效

高爐區(qū)域顆粒物及污染物排放濃度、總量均有明顯下降:大氣降塵量近2年降至10t/km2·30d以下，煙粉塵排放量降至60g/t左右，與5年前相比二者下降幅度分別為13％和35％。

隨著幾座高爐熱風(fēng)爐煙囪CEMS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的陸續(xù)上線，高爐區(qū)域SO2和NOx的排放也納入管控，系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳聯(lián)網(wǎng)的3號(hào)高爐2016-2018年平均分別為62.2mg/m3和86.9mg/m3，均低于國(guó)家大氣污染物特別排放限值要求。圖7是寶鋼高爐近年大氣降塵量和噸鐵煙粉塵排放實(shí)績(jī)，圖8是3號(hào)高爐CEMS系統(tǒng)上線后SO2和NOx排放濃度監(jiān)測(cè)實(shí)績(jī)。

2.2  節(jié)能績(jī)效

通過(guò)維持穩(wěn)定順行的爐況、合理的煤氣流分布和煤氣利用率，保持低燃料比生產(chǎn)，確保高爐工序耗始終保持在行業(yè)領(lǐng)先水平，一直以來(lái)均低于國(guó)清潔生產(chǎn)要求中的工序能耗先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)值，圖9是近5年寶鋼高爐工序能耗實(shí)績(jī)。

通過(guò)利用CDQ和其他冶金焦粉混合煤粉噴吹，以及改進(jìn)篩網(wǎng)提高焦炭利用率，寶鋼高爐小塊焦用量30kg/t左右，外購(gòu)焦用量提高至15kg/t以上，近2年高爐用煤量從每年240萬(wàn)t/a以上降至210萬(wàn)ta左右，降幅12.5％(如圖10所示)。

3  未來(lái)展望及規(guī)劃

(1)能源利用方面。開發(fā)與應(yīng)用低碳替代能源，如天然氣、蘭炭及富氫含碳噴吹物等；在高爐冶煉技術(shù)上繼續(xù)挖潛，進(jìn)一步降低燃料消耗；在確保高爐穩(wěn)定順行的前提下，合理使用外購(gòu)焦炭，做好粉率和水分控制。

(2)超低排放方面。結(jié)合煤氣進(jìn)一步凈化措施，大力推進(jìn)熱風(fēng)爐煙氣污染物超低排放管控。結(jié)合當(dāng)下的生產(chǎn)模式，不斷提高環(huán)保技術(shù)水平。

(3)工藝前瞻探索。在工藝層面上從全社會(huì)的前沿發(fā)展中進(jìn)行借鑒，挖掘和探索新的高爐工藝，如爐頂煤氣循環(huán)氧氣高爐等。