李道永

(攀钢集团成都钢钒有限公司,四川成都610300)

钢铁企业全口径二氧化硫排放总量自行核算方法

李道永

(攀钢集团成都钢钒有限公司,四川成都610300)

钢铁企业开展全口径二氧化硫排放总量的自行核算与申报,是国家环保部对企业进行污染物总量减排核查核算的重要依据。综述了攀钢集团成都钢钒有限公司在历年国家污染物总量减排全口径核查工作中采用的自行核算方法,并结合总量核查认定要求提出了技术和管理改进建议。

环保;总量减排;核算方法

1 引言

攀钢集团成都钢钒有限公司(以下简称攀成钢)烧结(球团)工序产生了大量的二氧化硫排放,年排放二氧化硫总量一度占到了成都市的2成以上。作为废气国家重点监控企业,同时也是成都市“十二五”二氧化硫总量减排重点单位,2010年以来国家环保部每年均对攀成钢二氧化硫减排工作进行了全口径核查核算。攀成钢依据国家《“十二五”主要污染物总量减排核算细则》,采取全口径、全流程的方式,从物料平衡、硫平衡的角度,结合主要产品产量、原材料使用量、脱硫剂消耗量、副产品产量和在线监测数据编制了钢铁全口径二氧化硫减排申报材料,科学详尽地完成了公司二氧化硫排放及减排数据统计工作,通过了历次的总量减排年终核查。

2 概论

2.1 主要污染物总量减排核算

近年来,随着国内钢铁产业规模的快速扩张,烧结工序排放的颗粒物、二氧化硫(SO2)和氨氮(N-NH3)等大气污染物,已成为影响区域空气质量指标的重要因素。为贯彻落实《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》、《国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定》(国发[2005]39号)以及《国务院关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知》,国家环保部于2011年制订了《“十二五”主要污染物总量减排核算细则》,决定在“十二五”期间对《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中确定实施排放总量控制的四项污染物,即化学需氧量(COD)、二氧化硫(SO2)、氨氮(N-NH3)、氮氧化物(NOX)开展总量减排核查核算。钢铁企业烧结机(球团)二氧化硫排放总量核定,根据《“十二五”主要污染物总量减排核算细则》确定的统一核算范围、核算方法、认定尺度、取值标准采取全口径核算方式进行。

2.2 钢铁全口径核算

钢铁行业全口径核算是指钢铁联合企业及独立球团(烧结)、炼铁、炼钢企业所有机组和生产线(不含自备电厂)二氧化硫排放量之和。全口径核算按核算期开展,国家环保部以年为单个核算期。单个核算期钢铁企业二氧化硫全口径核算减排量为该核算期末钢铁企业二氧化硫全口径排放量减去上年同期钢铁企业二氧化硫全口径排放量。

钢铁全口径核算基于生产过程燃料、原料的消耗量,含硫率和综合脱硫效率等情况,分机组、分生产线逐一核算二氧化硫排放量,通过累加法核算出行业排放总量。核算过程中重点核实综合脱硫效率和含硫率情况,并利用产品产量等信息对燃料、原料的消耗量进行校核。

3 企业自行核算方法

钢铁企业在钢铁全口径二氧化硫减排申报材料中,根据原材料使用量、产品产量、脱硫剂消耗量、副产物产量和在线监测记录等基础数据,对核算期内减排机组以及整个企业的二氧化硫产生和排放总量开展自行核算,是企业为国家总量核查提供的核定基础。申报材料中的自行核算方法是否科学,采用的基础数据是否准确,直接关系到自行核算结果是否被国家污染物减排核查专家组所认可。

烧结机(球团设备)二氧化硫排放量占攀成钢二氧化硫排放总量的90%,是二氧化硫排放自行核算的重点工序;炼铁、炼钢、轧钢等其他工序二氧化硫排放主要来自于高炉煤气、转炉煤气和天然气等燃料的燃烧,通过煤气和天然气的消耗量统一测算。攀成钢二氧化硫排放量自行核算分为全工序产量及原材料校核、烧结(球团)工序排放量核算、其他工序排放量核算和全口径物料及硫平衡校核四部分进行。

3.1 二氧化硫全工序产量、原材料校核

企业核算期内单机组铁原料、焦炭、燃煤等使用量以及含硫率直接决定其工序硫的带入总量,大气污染减排核查核算表中,对于核算期已投运脱硫设施的企业单机组工序硫带入总量计算公式为:

式中:Q单机组—企业单机组工序硫带入总量;

QFe—脱硫设施投运后含铁原料使

用量;

PFe—含铁原料含硫率;

QF— 脱硫设施投运后固体燃料使

用量;

PF—固体燃料含硫率。

烧结(球团)矿、生铁、粗钢、钢材等产量则主要用于校核含铁原料使用量,根据《“十二五”主要污染物总量减排核算细则》其校核原则为:

(1)含铁原料用量根据烧结矿(球团矿)产量进行校核。吨烧结矿含铁原料消耗量约为0.9t,吨球团矿含铁原料消耗量约为1t。

(2)烧结矿(球团矿)产量一般采用生铁产量进行校核。校核企业上报的烧结矿(球团矿)产量的通常方法是以企业核算期内生铁产量反算出烧结矿(球团矿)使用量,再减去烧结矿(球团矿)的外购量即可得到企业烧结矿(球团矿)理论产量。反算过程中,吨生铁烧结矿消耗量为1.33t,球团矿或块矿消耗量为0.34t。烧结矿产量也可以采用烧结机面积进行校核,校核公式为:

式中:P烧结—核算期烧结矿产量,t;

S烧结—烧结机面积,m2;

α—烧结机利用系数,一般在1.1t～

1.4 t/m2·h;

t—核算期烧结机运转小时数,h。

(3)烧结固体燃料(焦炭、焦粉等)使用量一般采用烧结矿的产量进行校核。吨烧结矿固体燃料消耗量为40kg～50kg。

(4)高炉煤气产生量一般采用生铁产量进行校核。吨生铁高炉煤气产量为1 700m3～1 800m3。

(5)高炉喷煤量一般采用生铁产量进行校核。吨生铁喷煤量140kg～200kg。

(6)含铁原料含硫率以钢铁企业分批次采购含铁原料含硫率为准,核算核查期平均硫份采用加权方法计算得到,同时应通过现场核查核算期的烟气在线监测脱硫系统入口二氧化硫浓度历史数据进行校核。当含铁原料含硫率为0.1%时,对应的脱硫系统入口二氧化硫浓度约为800mg/m3～1 000mg/m3。

(7)烧结工序固体燃料含硫率和其他工序燃料煤含硫率以钢铁企业分批次采购的物料检验报告数据为准,核算核查期平均硫份采用加权方法计算得到。

企业在开展产品产量及原材料相互校核的过程中应把握的基本原则为:本次核算期与上一核算期物料总量及硫含量的增减总趋势应与工序硫带入总量增减趋势一致。如单项数据增减趋势与总趋势不一致,应通过对其它数据的校核进行验证并说明。

3.2 烧结(球团)二氧化硫排放量核算方法

3.2.1 物料衡算法核算

烧结(球团)二氧化硫排放量主要根据含铁原料和固体燃料用量、含硫率、脱硫设施运行等情况,采用物料衡算法进行核算,大气污染减排核查核算表中,单机组二氧化硫排放量计算公式为:

式中 Bs—单机组二氧化硫排放量;

QFe— 脱硫设施投运后含铁原料使用量;

PFe—含铁原料含硫率;

QF—脱硫设施投运后固体燃料使用量;

PF—固体燃料含硫率;

Ds—综合脱硫效率。

3.2.2 脱硫剂及副产物核算

(1)脱硫剂的核算

攀成钢以氨水作为脱硫剂,折合为纯氨后,根据氨法脱硫工艺反应原理,得到脱硫机组二氧化硫理论最大脱除量计算公式:

式中 Rs—二氧化硫理论脱除量;

Q氨—氨使用量。

(2)副产物核算

攀成钢氨法脱硫工艺副产物主要为硫酸铵、亚硫酸铵和亚硫酸氢铵,分别按浓度折纯后,根据氨法脱硫工艺反应原理,得到脱硫机组理论最大脱除量计算公式:

式中 Rs—二氧化硫理论脱除量;

Q硫酸铵—硫酸铵产量;

Q亚硫酸铵—亚硫酸铵产量;

Q亚硫酸氢铵—亚硫酸氢铵产量。

自行核算最终得到的二氧化硫脱除量应小于通过脱硫剂和副产物核算得到的二氧化硫理论最大脱除量较小值。

3.2.3 在线监测数据核算

在大气污染减排核查核算表中,单机组二氧化硫排放量计算公式(3)中,确定脱硫机组二氧化硫最终脱除量的系数为脱硫系统综合脱硫效率。根据《“十二五”主要污染物总量减排核算细则》,在安装脱硫剂自动投加和计量系统、DCS能反映出脱硫系统运行实际的情况下,氨法脱硫工艺在全烟气脱硫情况下的综合脱硫效率按综合脱硫效率取值原则为:采用氨法脱硫工艺的烧结机组的综合脱硫效率原则上不超过85%,并用副产品产量反推进行校核。脱硫系统综合脱硫效率按此原则以在线监测系统DCS记录数据反映的脱硫机组烟气收集率、脱硫设施投运率和脱硫岛效率综合确定。

(1)烟气收集率

烧结机(球团设备)脱硫设施的烟气收集率,是指脱硫岛进口实际烟气流量与烧结机(球团设备)主抽风机烟气量数据之比,有多台主抽风机的机组应将每台风机的烟气量进行叠加。脱硫岛进口烟气流量在核算时原则上仅采信在线监测系统流量计监测数据,并参照环境影响评价报告书预测的系统风量进行最终取值,监督性监测报告和在线系统比对报告流量监测数据仅作为参考。主抽风机工况烟气量原则上仅采信在线监测系统流量计监测历史数据,并利用烧结机面积进行校核,每平方米烧结机每小时产生烟气量约为5 400m3,校核公式如下:

式中 V主抽风机—主抽风机工况烟气量,立方米/小时;

S烧结—烧结机面积,平方米。

(2)脱硫设施投运率

脱硫设施投运率是指脱硫设施投运后,脱硫设施有效运行时间与烧结机(球团竖炉)实际运行时间之比,通过在线监测系统DCS历史数据、脱硫设施运行记录以及企业上报环保部门烧结及脱硫系统停运时间等综合确定。

(3)脱硫岛效率

脱硫岛效率是指脱硫系统入口与基准氧含量烟气出口二氧化硫浓度差与入口二氧化硫浓度之比。

基准氧含量二氧化硫浓度按下列公式换算:

式中 ρ、ρ'—分别为基准氧含量和实测二

氧化硫浓度,mg/m3;

O2—基准氧含量,%。取值8%;

O'2—实测情况下烟气含氧量,%。

(4)其它影响因素

烧结烟气在线监测设施发生故障未修复前不能正常运行期间,核查中将按脱硫设施未运行对投运率进行扣减,计算综合脱硫效率;烟气在线监测历史数据在DCS系统中存储或通过数采仪传输至环保部门信息平台存在缺失的,缺失数据时段出口二氧化硫浓度取当月在线记录数据最大值,入口二氧化硫浓度取当月平均值,计算综合脱硫效率。烧结机脱硫设施未实现全烟气脱硫,设有烟气旁路的,核查中将根据旁路挡板是否铅封、铅封开启情况、密封风机运行情况、旁路烟气在线监测流量、温度监测数据等因素,对综合脱硫效率进行扣减。

(5)综合脱硫效率计算

在不受其它因素影响的情况下,综合脱硫效率计算公示如下:

式中 Ds—综合脱硫效率;

C烟气—烟气收集率;

O脱硫—脱硫设施投运率;

E脱硫岛—脱硫岛效率率。

3.3 其他工序二氧化硫排放量核算方法

其他工序二氧化硫排放是指除烧结(球团)、自备电厂以外的所有工序排放的二氧化硫,根据攀成钢公司实际生产设施情况分三部分进行核算,分别为其它工序燃烧高炉煤气、转炉煤气、天然气等排放的二氧化硫,攀成钢除烧结(竖炉)和高炉喷煤用煤外,无其它工序直接燃煤排放。其计算公式分别为:

式中 E高炉—其它工序燃烧高炉煤气二氧

化硫排放量;

C高炉—其它工序高炉煤气消耗量;

P高炉—高炉煤气硫化氢含量。

式中 E转炉—其它工序燃烧转炉煤气二氧

化硫排放量;

C转炉—其它工序转炉煤气消耗量;

P转炉—转炉煤气硫化氢含量。

式中 E天然气—其它工序燃烧天然气二氧化

硫排放量;

C天然气—其它工序天然气气消耗量;

P天然气—天然气气硫化氢含量。

3.4 全口径物料及硫平衡校核

全口径物料及硫平衡校核是根据全工序所有原料消耗、产品产量、硫带入量、工序排放量自行核算结果,以平衡图表的形式,对单机组或整个企业的硫带入和排放情况进行的整体校核。

3.4.1 单机组校核

攀成钢结合核查具体要求,对烧结机和竖炉分别开展了全口径物料及硫平衡校核,示意图见图1。

图1中含铁原料总用量为普粉矿、进口粉矿、精矿粉、钒钛精粉矿以及含铁尘泥合计总用量,含硫率为以上物料的含硫率加权平均值;固体燃料总用量为焦粉用量,含硫率为焦粉的平均含硫率;溶剂总用量为石灰石和生石灰的合计总用量,含硫率为以上物料的含硫率加权平均值。

烧结机总物料带入量为含铁原料、固体燃料和溶剂的总用量加上烧结机自反矿和竖炉返矿量,也应等于烧结机产量(含返矿量)与烧结烟气中颗粒物总量之和。物料总硫带入量除以上物料硫带入量之和,高炉煤气含硫量通过燃烧后进入烧结烟气硫总量。

图1 攀钢集团成都钢钒有限公司210m2烧结机硫平衡图

烧结机脱硫系统外排烟气含硫量为根据物料衡算法核算的单机组硫排放量,脱除二氧化硫总量应为烧结烟气中硫总量减去除尘灰硫含量、脱硫后烟气中颗粒物含硫量以及烧结机脱硫系统外排烟气含硫量。

3.4.1 企业全流程校核

图2中烧结、竖炉工序物料及硫平衡由单机组平衡图组成。

高炉工序,入炉物料总量和总硫量由矿槽输入的矿石(烧结机、竖炉总产量扣除返矿量,以及块矿、外购球团矿组成),焦仓输入的焦炭,高炉喷煤量以及溶剂加入量构成。原料及辅料中的硫大部分进入铁水中,其余进入高炉煤气,经干法除尘后(扣除瓦斯灰排放量),参与煤气用户硫平衡核算。铁水经脱硫扒渣工序,绝大部分来自于原料的硫随脱硫渣被脱除。

转炉工序,入炉物料量由铁水、废钢、合金、铁矿石和溶剂等构成,经炉内脱硫,原料及辅料中的硫大部分进入钢渣中,少量进入转炉煤气,经湿法除尘后(扣除除尘污泥排放量),参与煤气用户硫平衡核算,其余随钢水进入连铸工序。

连铸及轧钢工序,经脱硫后的钢水中硫含量极低,工序硫排放主要为燃烧天然气、高炉煤气进行切割、加热作业的废气排放,硫脱除途径主要为废钢料返回废钢料场和氧化铁皮返回烧结、竖炉料场重新参与硫平衡。

4 总结及建议

4.1 总结

根据企业实际工艺流程,以及大气污染物减排核查核算表的核定项目,攀成钢全流程二氧化硫排放总量自行核算结果为烧结、竖炉单机组核算排放量,与其它工序燃烧高炉煤气二氧化硫核算排放量之和。

图2 攀钢集团成都钢钒有限公司物料及硫平衡图

4.2 建议

近几年的污染物总量减排核查工作中,在线监测系统记录的数据以及DCS图表的完整性已成为确定机组综合脱硫效率高低的最关键的因素,企业在开展自行核算时,应充分考虑在线数据记录和传输实际情况,对综合脱硫效率计算结果进行修正,避免自行校核计算出的排放总量与环保部最终的核定结果出现较大的偏差。

The Self-accounting Methods of Full Aperture SO2Emissions Quantity for the Iron and Steel Enterprise

LI Dao-yong

(Pangang Group Chengdu Steel&Vanadium Co.,LTD,Chengdu,610300,Sichuan,China)

The iron and steel enterprise carrying out self-accounting and self-declaring of full aperture SO2emissions quantity,that is important evidence for Ministry of Environmental Protection to account and verify the enterprise quantity reduction of pollutants discharge.The paper reviews the self-accounting methods adopting by Pan Gang Group Chengdu Steel& Vanadium Co.,LTD in the National Quantity Reduction of Pollutants discharge full aperture verification over the years,meanwhile proposes technical and management suggestions for improvement combined with the total Quantity verifying and identifying requirements.

environmental protection;total amount pollution reductio;accounting methods

1001—5108(2016)03—0089—07

{X323}

A

李道永,工程师,从事环保技术管理工作。