引言《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》印发[1]，截至2022年4月，全国共251家企业、约6.81亿t粗钢产能已完成或正在实施超低排放改造。其中，首钢迁钢、太钢、首钢京唐等25家企业全工序完成评估监测工作，在中钢协官方网站公示。钢铁行业已在烧结烟气脱硫脱硝、焦炉烟气脱硫脱硝、颗粒物超低排放治理等方面取得较大的进展[2-13]，应用了一批可行性技术。但钢铁行业超低排放的改造建成时间较短，部分重点环节技术的成熟稳定性并未得到验证，企业投资后不能达到预期效果，存在重复投资建设的风险。因此，对重点难点环节通过案例的调研分析开展可行性评估，为更多的钢铁企业提供参考。1超低排放改造现状1.1改造进展2020年8月起，中国钢铁工业协会开展钢铁企业超低排放改造和评估监测进展情况公示工作。截至2022年4月13日，已有37家企业在钢协网站进行公示，全工序完成公示的企业共25家。1.2关键环节与难点在各企业及环保设计单位的共同努力研发下，烧结烟气脱硫脱硝、焦炉烟气脱硫脱硝、颗粒物超低排放治理等方面均取得较大进展，钢铁行业已基本建立全流程超低排放治理关键技术体系。但是，钢铁企业超低排放改造建成时间较短，部分重点环节技术的成熟稳定性并未得到验证，部分难点环节技术尚未得到推广。随着现有技术的成熟应用，新的二次污染问题显现，亟须完善治理和管理细节。烧结机、球团等烟气脱硝技术基本成熟，随着二次污染问题显现，如逃逸、可凝结颗粒物等问题亟待突破解决；高炉煤气脱硫治理方面初步形成催化水解与吸附两种技术，受成本高、不稳定等原因影响，技术尚未大范围推广，迫使企业采用末端治理设施，违背超低排放强调源头和过程控制的初衷；具有排放源数量多、布局分散的特点，系统管理控制存在困难；烧结机机头脱硝工艺基本成熟，但运行管理方面需改善。2关键技术应用评估2.1烟气脱硝精准喷氨技术2.1.1治理难点及需求钢铁企业在超低排放改造过程中，烧结机、球团等脱硝技术采用的工艺路线主要为SCR及活性焦，基本具备达到超低排放相关限值要求的能力。但是随着烟气脱硝的实施和运行，氨逃逸二次污染问题逐渐暴露。唐山市大部分钢铁企业SCR脱硝设施氨逃逸在线数据存在异常，首钢迁钢一套SCR脱硝设施氨逃逸数据约10 mg/m3，其他SCR脱硝设施氨逃逸实际浓度均大于20 mg/m3，氨逃逸排放是形成PM2.5的重要原因。企业烧结机机头烟气氮氧化物排放量控制在35 mg/m3左右，但20 mg/m3以上的氨逃逸污染物排放使SCR脱硝效果降低。因此，SCR脱硝治理技术中，烟气排放过程的氨逃逸控制尤为关键，控制不佳可能增加企业环保成本，导致设备出现腐蚀、管道堵塞，氨污染等问题。2.1.2治理技术概述除了操作控制与设备老旧等原因，引起氨逃逸的情况包括脱硝烟气流场不均匀，造成局部喷氨量过大引起氨逃逸偏高；喷氨点设置不合理，造成局部氨分布不均匀。目前，主要通过自动喷氨和精准喷氨控制氨逃逸现象。目前，国内钢铁企业尤其是重点区域企业为实现超低排放或地方限值，存在过量喷氨的情况。首钢迁钢采用氨逃逸精准控制技术，自主研发自动耦合喷氨控制系统，对SCR脱硝系统的整流、导流、混合、喷射装置进行优化，形成SCR高效脱硝精准控制集成技术，实现SCR高效脱硝的精准控制，确保排放量达标的同时大幅降低氨逃逸情况。目前，SCR脱硝氨逃逸情况距离国家及地方要求的2.5 mg/m3仍具有一定差距，需要进一步研究。2.2高炉煤气精脱硫技术2.2.1治理难点及需求高炉煤气热值气体主要为CO（20%~25%）、H2（1%），含有少量硫化物。经过色谱取样检测，高炉煤气中硫化物主要包括硫化氢、羰基硫、二硫化碳等。其中，有机硫约占70%~80%，无机硫占20%~30%。羰基硫分子式为COS或OCS，氧碳硫原子之间以双键相连，化学性质比较稳定，不易离解及液化，较难脱除。钢铁企业采用高炉煤气为燃料的热风炉、加热炉等，烟气SO2排放浓度为168~180 mg/m3，与国家超低标准50 mg/m3差距较大。增设末端治理投资大、运行成本高、占地面积大，并且增加能耗不利于协同减污降碳。因此，需对高炉煤气进行精脱硫处理，从用户燃料源头减排，实现企业绿色高质量发展。2.2.2治理技术概述目前高炉煤气脱硫工艺主要有吸附法及催化水解法[14]，两种工艺均有投产装置，但均存在一定局限性。刘光辉[15]研究发现，水解脱硫工艺投资低、占地面积小，但催化剂更换周期短，会产生脱硫废水，脱硫剂使用氢氧化钠，高炉煤气中二氧化碳含量为15%~20%、硫含量为100~200 mg/m3，二氧化碳和硫化氢与氢氧化钠同时反应，生成碳酸钠和硫化钠进入废水，增加废水处理成本。吸附法脱硫工艺投资高，运行费用较低，无废水产生，脱硫精度高，总硫含量小于500 mg/m3，更适吸附法，对煤气中硫含量波动不敏感，但未彻底解决有机硫的问题，将问题浓缩送至下一用户。目前国内精脱硫投产的钢铁企业较少，已完成有组织部分评估监测公示的钢铁企业中，4家企业建有高炉煤气精脱硫设施，工艺如下：2家催化水解+碱液吸收、1家微晶吸附、1家中晶环境干法水解+吸收。未公示企业共10余家钢铁企业已配套建设高炉煤气精脱硫设施，其他难以达标的企业采用末端治理技术。高炉煤气中含有水、尘、氯离子（8 000×10-6~9 000×10-6）等杂质，严重影响水解催化剂和吸附剂的寿命，早期无预处理设施的精脱硫装置的脱硫效率在30~100 d大幅下降；水解法产生的废水尚无有效处理方法，多用于高炉冲渣或其他厂内用水，存在二次污染风险；部分企业未计量，煤气是否全部进行精脱硫无法确定，且热风炉及加热炉尚未要求安装在线监测设施，无法实时核验精脱硫效果，导致监测结果不能稳定满足超低排放要求，达标排放情况有待考究。2.3无组织一体化管控平台技术2.3.1治理难点及需求无组织排放治理是钢铁企业超低排放的共性难题，排放颗粒物占比超过50%，源自企业原料、生产、运输等各个环节，具有排放源数量多、布局分散等特点，难以实现有效的系统治理和管控，需要对大量的治理技术进行系统集成和优化。2.3.2治理技术概述钢铁企业超低排放缺少一体化管控平台技术，将大数据、模型优化算法、机器学习自适应算法等信息技术成功应用于无组织系统化管理，主要涵盖物料储存管控制一体化技术、物料输送管控制一体化技术和厂区环境道路管控制一体化技术等。通过平台搭建，对厂内无组织排放源进行集中管控，记录各无组织排放源相关生产设施运行状况，治理设施运行数据，监测颗粒物数据等，判断无组织治理措施效果。已完成公示企业基本具备自证无组织治理达标的能力，但其他部分企业未做好内部数据关联，大部分企业未真正在环保管理中用起来新技术，因此，平台搭建的同时还需企业管理模式转变。某企业污染源清单管理方面，包括污染源基本静态信息收集和展示、污染源动态“生产－治理－监测”数据链采集及同屏展示的思路，形式上符合超低排放污染源管理的基本逻辑。2 000个静态信息无法提供用于无组织超低排放评估的直接信息，缺少污染点封闭、收尘或其他措施实际情况；TSP监测布点不合理、治理设备未采集运行信号等参数；“生产-治理-监测”数据链未形成，但清单管理仍然显示为“同步”，系统内判定逻辑不合理。生产信息选取不能反映生产负荷、治理信息选取不能反映治理程度、监测布点不合理（粉尘浓度不具备代表性），污染源管理仅在形式上符合超低排放逻辑，本质上无法满足超低排放有效治理、持续改进的精髓。2.4烧结机脱硝系统运行管理2.4.1评估对象重点为唐山市16台烧结机，其中，除九江线材4台和首钢迁钢2台采用活性焦脱硫脱硝一体化治理工艺，其余均为SCR（催化剂）氨法脱硝工艺，内部结构设计3层催化剂反应床，使用二层，空置备用一层。2.4.2运行管理问题钢铁烧结机、焦化等行业SCR催化剂已超过设计使用寿命或即将达到设计使用寿命，脱硝效率得不到保证。部分企业脱硝设施催化剂实际运行温度普遍低于设计运行温度，280~330 ℃温度区间的催化剂活性最强，效率最高，低于260 ℃时，催化剂脱硝效率明显降低，导致氨逃逸增加和氮氧化物排放浓度增加。SCR脱硝设施高效使用必须依托较高的操作管理水平，包括脱硝剂反应区温度控制、脱硝剂表面粉尘的及时清灰操作管理、实际喷氨量控制、烟气升温加热炉的炉温控制等。3企业超低排放建议3.1制定氨逃逸控制标准和可行技术规范为解决烧结机、球团等烟气脱硝二次污染问题，建议制定氨逃逸控制标准和可行技术规范，指导企业或相关技术公司采用精准喷氨等技术，减少氨逃逸。推进企业实施精准喷氨，实现喷氨控制系统与进口原烟气氮氧化物浓度变化的自动连锁控制。3.2鼓励高炉煤气精脱硫加快推广应用煤气精脱硫可以实现源头治理，避免煤气用户的分头治理，符合减污降碳协同理念。目前，水解工艺和吸附工艺均可以实现高炉煤气精脱硫，在技术方面不存在障碍。因此，下一步应全面推广高炉煤气精脱硫，同时设置预处理设施，以提高系统的脱除效果，降低运行成本；为便于环保部门监管及企业自治，建议企业对精脱硫煤气进行计量，确保全部煤气经精脱硫送往下游用户，使用户排放满足超低要求；针对煤气用户的热风炉和加热炉，选取具有代表性的部分点位安装在线监测，实时监控二氧化硫的排放浓度。3.3真正将无组织一体化管控平台“用起来”通过一体化管控平台强化无组织管控与治理效果，建议各企业转变管理理念，增设除尘、抑尘治理设施，检测运行情况，评价治理效果。平台帮助企业合理、科学、系统、高效地实施环保治理和监管。3.4全面加强脱硝设施运行管理要求SCR脱硝设施催化剂反应区温度必须设置在设计厂家明确的最佳温度区间，DCS系统设置催化剂温度曲线和喷氨量曲线，可追溯可核查。加强催化剂清灰系统操作管理，催化剂每层压差大于200 Pa时，及时启动清灰程序或停产检修。及时维修运行中存在的各种问题，保证各类仪器仪表准确、灵活、有效；建立脱硝设施催化剂活性定期检测制度。脱硝设施自建成投运或新更换催化剂之日起1.5年开始，每半年开展一次催化剂活性检测，出具CMA检测证明（非送检证明），催化效率低于70%时，必须及时淘汰更新。4结语近年来钢铁行业已在烧结烟气脱硫脱硝、焦炉烟气脱硫脱硝、颗粒物超低排放治理等方面取得较大的进展，形成一批可行性技术，但同时面临一些技术难点，在超低排放改造的同时，结合双碳目标的要求，应注重源头治理，对于末端治理应重视二次污染问题。本文提出长流程钢铁企业重点污染源超低治理技术难点，开展关键技术应用评估，分析目前存在的问题，为钢铁企业实施超低排放改造提供技术路线指导，为国家进一步完善钢铁行业环保体系提供参考。