我国钢铁工业能耗与大气污染物排放量

我国钢铁工业能耗与大气污染物排放量
摘要：本文对我国钢铁工业能耗影响因素进行分析，接着探讨了钢铁工业大气
污染物排放量构成，以供参考。

关键词：钢铁工业，能耗，大气污染，排放量
自 2000 年以来，我国钢铁行业以年均 18.5%的高速增长，产量约占世界总产
量的 40%，其能耗占全国工业能耗的比例超过 25%，占全国总能耗的比例超过17%，碳排放量居世界之首，具有“高投入、高消耗、高排放”的“三高”特征。

然而，按照占主导地位的长流程生产工艺来测算，我国钢铁流程的能源利用率仅为27%，其余73% 主要以余能余热的形式存在，而我国对余能余热平均回收率仅为45.6%，与国际先进水平 92% 相差甚远，且流程总体能耗差距也在 11% 左右，极大制约了行业的竞争力和可持续发展。

1我国钢铁工业能耗影响因素分析
1.1钢铁厂的规模与内部技术设备的影响
生产规模与技术设备这两个因素直接对钢铁企业的内部能耗水平产生影响。

一些小规模企业，其技术设备的水平比较低，且设备普遍不具有大型化的特点，
因而更容易出现能耗高的的现象。

就我国的钢铁企业来说，总体上生产规模都比
较小，绝大多数的企业都低于 500万 t。

此外，国内设备的能耗量相较于国际先
进设备水平存在非常大的差距。

1.2生产工艺的发展程度
近些年来，高炉精料、造泡沫渣、富氧喷煤等先进技术不断改善了钢厂能源
结构、工序物料的条件、操作水平等，实质上优化了物质流和能量流等因素在生
产中的效果，有效降低了工序能耗。

实现钢铁高效生产的基础性因素就是工艺技术，对各个工序运行中所产生的“无效时间”以及“温降”等开展精准的管控工作，
尽可能的从源头降低能耗。

1.3生产布局是否具有合理性
一个企业的生产布局对其自身的发展来说是非常重要的。

不仅决定着企业内
部的生产流程具有紧凑性、连续性与否，还对钢铁企业厂内的运输距离、方式、
能耗等都产生着决定性的作用。

工艺流程在其发展中逐渐为企业生产布局增加了
新的特点，其中表现最为明显的就是高炉和转炉之间的布置，此二者布局遵循着
两者间距离尽量短的发展趋势。

尽可能通过缩减盛铁水的容器数量及种类，达到
铁水高速、精准、高温的兑入转炉中。

2钢铁工业大气污染物排放量构成
2.1颗粒物排放系数
计算中，工业粉尘和工业烟尘合称为颗粒物。

2016年，大中型钢铁企业高炉
煤气放散率为12.81%，焦炉煤气放散率为 2.598%。

也就是说这两种煤气得到了
充分利用，因此不考虑这两种煤气包含的颗粒物。

但是，高炉和炼焦工序的无组
织排放源治理率很低，如高炉出铁场烟尘治理率为 41%，高炉矿槽粉尘治理率为32%，焦炉装煤烟尘净化系统的配置率仅为 7%，推焦烟尘治理率仅为12.3%，因
此炼焦和高炉炼铁工序颗粒物的排放主要是由间歇性无组织排放源引起的，相应地，在计算这两工序的排放量时只考虑其无组织排放源的排放量。

2.2 烧结工序
烧结机头和烧结机尾烟尘治理率分别为99.82% 和 99.87%，计算中认为烧
结过程废气都经过消烟除尘。

2.3炼焦工序
颗粒物排放系数取为 5 kg/t。

2.4炼铁工序
无组织排放源的排放系数大致为 1.45～6.0kg/t，本文取为 3.7 kg/t。

2.5 SO2排放系数
SO2的排放主要是由燃料的使用引起的，在本文中，将含硫副产煤气燃烧引
起的 SO2排放量计入产生副产煤气的工序，并将其中的 H2S折算为 SO2。

2.6焦化工序
焦炉煤气脱硫处理率为 30%。

2.7炼铁工序
炼铁工序中，由铁矿石、熔剂及焦炭带入高炉的硫中，大约有 10%～15% 进
入高炉煤气中，并最终排放到大气中。

1996年重点钢铁企业高炉熟料率90.07%，矿石及石灰中所含硫在烧结工序已经排出，因此在计算中仅考虑焦炭和喷煤带入
的硫分。

重点钢铁企业入炉焦比平均为495 kg/t，煤比平均为72.0 kg/t，按照10%的硫分进入高炉煤气，则炼铁工序的 SO2排污系数为 0.79 kg/t。

2.8烧结工序
烧结过程产生的 SO2基本还没有治理。

其主要来源于燃料及矿石、石灰等原料，根据文献，烧结工序 SO2的排污系数为 3.3 kg/t。

在烧结矿的生产中，除燃
煤外一般还需要一定数量的煤气。

由于在炼铁和焦化工序 SO2 的排放量中已经包
括了供应给烧结的煤气中的 SO 2，因此如果以 3.3 kg/t计算排放量时，就会存在SO2的重复计算问题。

本文认为烧结工序因燃烧高炉和焦炉煤气引起的 SO2排放
属于炼铁和炼焦工序排放量的转移，不应计入烧结工序中。

从烧结工序 SO2的排
放总量中扣除这部分 SO2后的结果即为烧结工序的排放量。

根据前文，烧结工序
煤气消耗量占副产煤气的 5.2%。

烧结工序 SO2排污系数= 烧结工序 SO2排污总系数- 煤气燃烧 SO2排污系数烧结工序 SO2 排污系数为 3.22 kg/t。

2.9发电及其他燃煤工序
根据我国调查，将硫的转化率取为 85%，则燃烧吨煤的 SO2排污系数为 17.00 kg/t。

根据以上讨论，计算钢铁工业各生产工序 SO2和颗粒物排放量，结果分别
如表1、2所示。

由这两表可以看出 1996年全国钢铁工业 SO2和颗粒物排放量分
别为 140.1万 t和 175.1万 t， SO2排放量与颗粒物排放量的数据均高于文献[1]中
相应的统计数据 97.8万 t和 149.3万 t，这是由于统计数据为炼焦业、黑色金属冶炼及压延工业、金属制品业排放量的合计值，与本文的计算范围不完全相同。

表1 钢铁工业 SO2 排放量构成
表2 钢铁工业颗粒物排放量构成
由表2可见，在我国钢铁工业 SO2排放量中，焦化工序所占比例最大，为 34.40%，其次
为烧结工序，为 33.26%，动力及发电燃煤占 26.27%。

由表3可见，在我国钢铁工业颗粒物排
放量中，焦化工序所占比例最大，为 38.95%，其次为炼铁工序，为22.67%，动力及发电燃煤
占 7.08%，炼钢工序由于存在电炉和比较落后的平炉，排放量占 7.03%，烧结工序所占比例也
较大，为6.62%，其他辅助工序占17.65%。

如果将烧结、焦化、炼铁三个工序作为炼铁系统，那么炼铁系统 SO2和颗粒物排放量将分别占整个钢铁工业相应排放量的 73.73%和68.24%，
这与炼铁系统在钢铁工业的能源消耗流向中所占比例比较接近。

以 1t铁为基准，则主要大气污染物的排放量按下式计算:
排放量=焦比×炼焦排污系数+ 矿耗×熟料率×烧结排污系数+高炉炼铁排污系数
按照重点钢铁企业生产数据，可以计算得 SO2和颗粒物的排放量分别为 7.66 kg/t和 7.45 kg/t。

根据以上分析和讨论，可以得到当前我国炼铁系统生产 1t生铁时的物料、能量和污染物
平衡简图，结果如图1所示。

图1 生产吨铁的物料、能量、大气污染物平衡简图
可以看出，炼铁系统既消耗大量能源，又引起非常严重的污染，但是，从末端治理环境
污染不仅需要大量的投资，而且需要大量的运行和维护费用。

根据美国统计，钢铁工业中15%的投资用于环保，这大致上相当于吨钢生产能力需要增加投资 70～80美元，运转这些设备
的费用为吨钢 10～25美元，
特别是在焦炭生产中，为了满足环保要求，每吨焦炭需要至少增加投资11.5美元。

因此，解决钢铁工业的污染应重点考虑工艺流程的革新，也就是通过清洁生产，从源上控制污染物
的产生。

值得指出的是缩短生产流程，可以减少大量无组织排放源污染物的产生。

参考文献：
[1]赵子良.钢铁生产能耗的分析及调度优化研究[J].建材与装饰，2016(10).
[2]沈勋，陈林根，夏少军，孙丰瑞.钢铁流程能耗分析及节能技术的研究进展[J].节能，2015(8).。