专家谈钢铁工业的空气消耗与废气排放

“尽管‘污染物排放总量’已成为钢铁工业环保的一项约束性指标，但是我们还是经常用‘污染物排放浓度’指标来评价企业的减排水平。这种忽视废气中污染物排放总量的做法是片面和不切实际的。当企业在‘污染物排放浓度’上实现超低排放时，‘污染物排放总量’将成为影响大气质量的主要因素。”东北大学教授蔡九菊在近日召开的2018钢铁工业绿色制造发展高端论坛暨全国冶金能源环保会议上表示，“钢铁工业实施蓝天工程，单靠末端治理是远远不够的，必须关注源头上的空气消耗量、过程中的废气产生量、末端的污染物排放量三者之间的联系。优化钢铁生产流程、发展全废钢电炉流程、实现部分废气循环再利用等所能达到的事半功倍的减排效果，是任何末端治理技术所不能及的。”

短流程吨钢空气消耗量和废气排放量仅为长流程的1/5

蔡九菊指出，大气环境不堪重负，归根结底是污染物排放总量超出自然界承载力(自净能力)的缘故，是无节制地过量消耗空气资源造成的。

蔡九菊介绍了钢铁工业中空气的使用和排放方式：一是作为氧化剂与燃料一起燃烧，为钢铁生产提供热能，生成的燃烧产物(一次烟尘)经烟囱直接排入环境中;二是作为传递能量或物质的媒介，如高炉鼓风、换热用风、冷却用风、清洁用风和压缩空气，以及氧、氮、氩气体，经使用变为废气(一次烟尘)由烟囱排入环境中;三是作为输送、携带烟粉尘的载体，通过吸尘罩和管道系统把逸出装置之外的大量烟尘或粉尘(二次烟尘)输送至末端治理设施，经烟囱排入环境中。

蔡九菊表示，自2014年起，东北大学承担了国家“十二五”公益性科研专项———“钢铁行业烟粉尘排放特性及监控技术”研究工作，着手研究钢铁企业的空气消耗与废气排放问题，历时3年多，深入调查了23家钢厂、实际测试了1家大型钢铁联合企业，核查并整理了我国钢铁工业的空气消耗和废气排放数据。

蔡九菊对高炉长流程与全废钢电炉短流程的空气消耗量和废气排放量进行了比较。他指出，全废钢电炉短流程的吨钢空气消耗量为6392.5标准立方米，高炉长流程的吨钢空气消耗量为31020.5标准立方米;全废钢电炉短流程的吨钢废气排放量为6837.9标准立方米，高炉长流程的吨钢废气排放量为31249.3标准立方米。短流程的吨钢空气消耗量和废气排放量仅为长流程的1/5。

钢企大气治理要注重3个方面

蔡九菊强调，改善大气质量，一要控制燃料和空气的消耗量，二要减少废气排放量，三要完善末端治理。

在控制燃料和空气消耗量方面，钢铁企业要注重降低烧结机、焦炉、高炉、转炉、加热炉和热处理炉等燃料单耗和空气消耗量;降低高炉鼓风消耗量、烧结机漏风率、一次烟尘逸出率和除尘系统吸风量，降低压缩空气和氧、氮、氩等气体的消耗量;提高助燃空气中氧的含量，实现富氧燃烧乃至纯氧燃烧。

蔡九菊指出，空气不是理想的助燃剂，钢铁工业要尽量用富氧或纯氧进行燃烧。他进一步指出，纯氧燃烧将减少近80%的空气消耗和废气排放量，并节省30%~55%的燃料。

在减少废气产生量方面，钢铁企业要加大废气的循环再利用。蔡九菊介绍了日本新日铁八幡厂的烧结废气分段式循环再利用技术。该技术根据烧结废气成分的区域性变化，将480平方米烧结机32个风箱的烧结废气分成5段4区，根据不同的温度、水分、氧含量和二氧化硫浓度，对废气进行分段循环再利用，大幅度降低了烟气排放量，减轻了后续除尘和脱硫系统的运行负担，有效地控制了环境污染并促进了节能。

蔡九菊表示，与传统工艺相比较，烧结废气分段循环利用技术的废气排放量显著降低。使用传统烧结工艺的粉尘排放量为46千克/小时，使用废气分段循环工艺的粉尘排放量为20千克/小时;使用传统烧结工艺的二氧化硫排放量为24千克/小时，使用废气分段循环工艺的二氧化硫排放量为9千克/小时;使用传统烧结工艺的氮氧化物排放量为377千克/小时，使用废气分段循环工艺的氮氧化物排放量为366千克/小时。

蔡九菊介绍，东北大学基于物质流与能量流协同优化的理念，研发了烧结矿竖式冷却协同换热新工艺，解决了烧结矿环冷机风量大、漏风率高、换热效率低、粉尘排放严重等技术难题。他指出，实现高效冷却换热减排的前提条件，是确保烧结矿竖式冷却换热装置内的烧结矿保持“整体流”流动状态;一旦流动不均匀，就会出现“漏斗流”或“管状流”的现象，最终导致热回收率降低。烧结矿能否实现“整体流”，主要取决于卸料斗的半顶角、风帽的结构尺寸、排料口的大小和换热带的直径及有效高度。

蔡九菊表示，烧结矿竖式冷却换热装置的吨矿空气消耗和废气排放量通常小于1000标准立方米，还不到卧式传统环冷机废气排放量的1/4，同时，吨矿发电量增加了1倍。

此外，蔡九菊认为，钢铁企业要继续完善末端治理。他指出，目前钢铁企业对废气流量、浓度的检测和控制，尚未达到“可测量、可报告、可核查”的程度，仍需进一步完善。