周翔

（冶金工业规划研究院 北京 100013）

1 前言

近年来，我国钢铁工业实现了突飞猛进的发展。2020年，我国粗钢产量10.65亿吨，占全球产量的56.7%。钢铁工业的工艺技术装备、高端产品研发与供给、产品自主供给能力在全球已处于先进水平，尤其是单体设备的生产效率和绿色环保水平更是居于全球领先，钢铁产业成为名副其实的中国最具全球竞争力的产业。由于我国钢铁工业生产规模和生产流程特点，2020年钢铁行业能源消费总量约5.75亿吨标准煤，占全国能耗总量比例达11.6%；碳排放量接近全球钢铁碳排放总量的60%以上，是我国碳排放量最高的制造行业；全年钢铁行业产生高炉渣、钢渣和含铁尘泥量分别约为3.1亿吨、1.3亿吨和0.8亿吨，固废产生量巨大。展望“十四五”乃至到2035年，钢铁行业面临的能源、环境和碳达峰压力仍然很大，超低排放改造要向全行业推广普及，走绿色发展之路是钢铁行业发展必然趋势。

2 发展实践

2.1 相关政策

2012年6 月发布的《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》（GB28662），对钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准提出了明确的指标要求，其中烧结机、球团焙烧设备各类污染物项目限值分别为：颗粒物50mg／m3、二氧化硫200mg／m3、氮氧化物（以NO2计）300mg／m3；烧结机机尾、带式焙烧机机尾、其他生产设备颗粒物30mg／m3。执行大气污染物特别排放限值地区更加严格，烧结机、球团焙烧设备各类污染物项目限值分别为：颗粒物40mg／m3、二氧化硫180mg／m3、氮氧化物（以NO2计）300mg／m3；烧结机机尾、带式焙烧机机尾、其他生产设备颗粒物20mg／m3。同期发布的《炼铁工业大气污染物排放标准》（GB28663）则对炼铁工业大气污染物排放标准提出了明确的指标要求，其中热风炉各类污染物项目限值分别为：颗粒物20mg／m3、二氧化硫100mg／m3、氮氧化物（以NO2计）300mg／m3；原料系统、煤粉系统、高炉出铁场、其他生产设施颗粒物25mg／m3。执行大气污染物特别排放限值地区热风炉各类污染物项目限值分别为：颗粒物15mg／m3、二氧化硫100mg／m3、氮氧化物（以NO2计）300mg／m3；高炉出铁场颗粒物15mg／m3，原料系统、煤粉系统、其他生产设施颗粒物10mg／m3。

2019年12 月，工业和信息化部发布行业标准《钢铁行业绿色工厂评价导则》（YB／T4771—2019），该标准于2020年4月1日开始实施。其中，对钢铁行业绿色工厂定义为实现了用地集约化、原料无害化、生产洁净化、废物资源化、能源低碳化的工厂。涉及炼铁系统的相关要求包括：工厂烧结、炼铁等重要工序生产装备宜无产业机构调整目录中限制类装备；工厂烧结（球团）、炼铁等生产工序应采用先进、适用的节能技术和装备，减少能源消耗；工厂应加强余热余压余能等二次能源回收利用，提高能源效率；工厂的烧结（球团）、炼铁等工序大气污染物排放要求应符合GB28662、GB28663等要求。高炉入炉料、高炉燃料比等原材料消耗指标，高炉渣利用率、高炉煤气利用率等应达到《钢铁行业清洁生产评价指标体系》规定的Ⅲ级指标要求，并努力达到Ⅱ级和Ⅰ级指标要求。烧结、球团、高炉炼铁等工序能耗应达到GB21256等标准限定值要求，并努力达到准入制和先进值指标要求。目前全国钢铁行业6批，共有91家钢铁企业已达到国家级绿色工厂相关标准要求。

2018年12 月，国家发展和改革委员会、生态环境部、工业和信息化部联合发布的2018年第17号《关于发布钢铁行业等14个行业清洁生产评价指标体系的公告》，其中对烧结、球团、炼铁工序能耗分别设置了Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级基准值。烧结工序分别为：≤45kgce／t、≤50kgce／t、≤58kgce／t（不含脱硝）；≤49kgce／t、≤54kgce／t、≤62kgce／t（含脱硝）。球团工序分别为：≤15kgce／t、≤24kgce／t、≤36kgce／t。炼铁工序分别为：≤380kgce／t、≤

390kgce／t、≤400kgce／t。

2019年4 月，生态环境部、国家发展和改革委员会等5部委联合发布《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》（环大气［2019］35号）。其对钢铁企业炼铁系统的工序环节分别从有组织排放、无组织排放以及运输过程提出了具体的排放指标要求，涉及炼铁系统有组织排放控制指标包括：在16%的基准含氧量条件下，烧结机机头颗粒物、二氧化硫、氮氧化物小时均值排放浓度分别不高于10mg／m3、35mg／m3、50mg／m3；炼铁热风炉颗粒物、二氧化硫、氮氧化物小时均值排放浓度分别不高于10mg／m3、50mg／m3、200mg／m3；高炉出铁场、高炉矿槽颗粒物小时均值排放浓度不高于10mg／m3。目前，全国钢铁企业中已有24家企业完成全工序超低排放公示，10家企业达到环保绩效A类企业标准。

2.2 技术应用

钢铁流程绿色化即钢铁产品在生产制造过程中，通过低能源消耗、低污染排放、低资源消耗的工艺技术及相关应用，实现工序环节过程的节能低碳、环保减排和循环利用。钢铁流程绿色化应用的重点技术主要有：

（1）烧结微负压点火技术。该技术通过点火时采取适宜、稳定的微负压控制技术，增加助燃风预热，对点火炉烧嘴进行改进，既能减少漏风，节约能源，实现绿色减排，同时也能提高烧结矿的质量，利于整个工序的节能降耗。目前，在南钢、湘钢等企业烧结机有应用实践。

（2）厚料层烧结、降低漏风率技术。烧结使用厚料层通过料层燃烧时产生自动蓄热效益，可有效减少漏风，降低能耗，并提升烧结矿的品质［1］。采取厚料层烧结技术和降低漏风率措施，可实现增产、节能减耗以及提高烧结矿质量，目前在全国90%以上企业的烧结生产过程中有所应用。

（3）烧结烟气综合治理技术。烧结烟气污染治理是整个钢铁流程实现超低排放最重要的工序之一，生态环境部发布的《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》中对烧结机头烟气的排放提出严格要求。目前，烧结工序脱硫脱硝一体化技术的应用从末端治理的方式来达到相关要求，应用较为广泛的工艺路线包括电除尘器＋活性焦脱硫脱硝技术工艺和循环流化床脱硫＋SCR脱硝技术等。山钢日照公司、首钢京唐公司、新兴铸管等企业应用实施后，相关监测机构开展的连续性有组织污染源评估监测结果显示，完全可以达到超低排放有关要求。

（4）高炉煤气精脱硫技术。高炉煤气中的有机硫含量较高，是环保治理中的难点。在生产环节中，其用户分布于钢铁厂各个区域，采用常规末端治理的方式会存在点位多、投资高、影响高炉炼铁生产等弊端，为解决以上问题，采取源头控制方式，实施高炉煤气精脱硫，是有效的治理技术路径之一。

（5）余热余能回收技术。余热余能回收是全厂性的节能减排、绿色发展的重要手段。回收筛选后焦粉二次利用、利用高炉炉顶煤气余压回收透平（TRT）发电、高炉煤气干法布袋除尘回收煤气显热、水渣余热回收利用，提升二次能源利用效率［2］等均是节能与循环利用，践行绿色化发展的理念。

（6）资源综合利用技术。开展资源综合利用，多种方式回收利用工业副产品如高炉渣、除尘灰等可助力炼铁系统实现绿色发展。高炉渣是炼铁工序产生量最大的固体废弃物资源，通过水冲冷却是目前常用的炉渣处理方式，将炼铁产生的大量水渣制成矿渣微粉替代水泥使用是废渣利用的重要手段。对于各类除尘灰，由于其产生的工序环节不同，综合利用的方式也有所区别。一般除尘灰经收集后，或再次配料、或采取冷压球团调配使用等方式进行循环利用。

3 路径分析

在长流程钢铁生产工序中，炼铁系统能耗和污染物、碳排放占比较大，占钢铁全流程总能耗和排放70%左右［3，4］，其绿色发展指标基本能代表全流程工序的整体水平。进一步提升炼铁系统的绿色发展水平，探索分析有效路径，具有十分重要的现实意义。

3.1 利用数字化、智能化工具，实施绿色智能交叉应用

绿色发展需要数字、智能工具来进行支撑、促进与提升。节能减碳、绿色环保、资源综合利用等绿色发展实践与数字化、智能化工具之间，炼铁系统与钢铁全流程之间都是整体性关系，不能孤立地对待。

目前，炼铁系统绿色智能交叉应用较为成熟普遍的场景包括能源管控中心对能源系统的生产、输配和消耗环节实施集中统一扁平化、数字化管理。例如，高炉操作过程应用专家控制系统［5］，预测高炉煤气等关键介质的产出，并实时开展平衡调度；对过程数据进行分析和管理，反向给予生产主工艺运行提供优化操作参考和决策支持。将数字化手段与环保无组织排放治理结合起来，以管控治一体化平台架构为核心，采用大数据分析技术，将原料场、烧结、炼铁等区域无组织排放源实现可视化、清单化，开展智能图像识别，运用集中控制系统，将识别模块与相对应的污染治理手段形成闭环联动，实现精准治理。此外，随着国家提出双碳任务目标，钢铁行业作为碳排放量最高的制造业行业，炼铁系统首当其冲。以智能采集核算技术、优化分析模型及云环境部署设计，构建“数据监测—集成化对标—工序目标考核分解—预测及潜力分析”相耦合的动态碳排放全过程管控与评估平台，可实现监测、报告与核查全过程管控，有效推动钢铁企业实现绿色低碳、智能转型升级。

3.2 鼓励成熟、可靠的工艺技术路线，走出高效绿色发展路径

炼铁系统的工艺技术发展是一个逐步创新、优化提升的过程，其中不乏层出不穷的新工艺、新技术。鼓励前沿性的技术创新和研发，在大规模的应用实践推广时，要确保应用工艺原理、操作过程、工程实践的成熟可靠，做到大胆创新、谨慎试验、高效推广，促进行业高质量转型升级。

提高入炉品位、优化炉料结构有利于提高生产和能源利用效率，综合入炉品位升高1%，综合焦比可降低1% ～1.5%，同时可实现产量提升2%～2.5%。推行动态有序、协同连续、精准高效的现代高炉操作理念，提升高炉操作水平有利于炼铁系统节能减排。开展关键节能减污技术创新，持续优化终端用能结构，通过采用先进生产工艺、技术措施及管理手段，避免或减少生产过程中消耗的不合理能源介质。其他成熟可靠的节能减排技术还有富氧鼓风、脱湿鼓风、低硅冶炼、高炉热风炉智能燃烧系统、加热炉黑体强化辐射等。尤其是富氧鼓风技术对于高炉炼铁节能减排优点众多，提高高炉富氧率可以有效提高高炉产量和喷煤量，降低焦比，提升高炉生产综合经济性。钢铁生产具备能源加工转换功能，炼铁系统应充分利用废热、废气和余压等二次能源，如设置热风炉余热利用装置回收热风炉烟气余热，利用高炉冲渣水余热产生热水和蒸汽用于供热、发电，通过TRT技术回收炉顶煤气余压，回收炉顶均压等。

3.3 探索前沿、突破性技术，打造绿色创新发展模式

探索研究炼铁系统突破性的绿色发展新技术如新能源可再生能源应用、氢冶金、全氧高炉等，是未来炼铁绿色发展的方向和趋势。加快发展新能源和可再生能源的应用，积极推进清洁能源替代，提高使用占比，实现多能互补，是钢铁工业推动绿色发展的必要手段。

应积极采用太阳能、氢能等清洁能源，如建设屋顶光伏电站，这样不仅可以实现能源的就近高效利用，还可以降低环境污染；高炉采用富氢焦炉煤气喷吹技术，替代部分喷吹煤，可降低碳排放。目前，正在研究并取得一定进展的氢冶金技术路线主要包括：开展焦炉煤气低成本制富氢、纯氢气体技术，形成适合发展不同氢冶金技术的低成本制氢技术路线。以发展高炉富氢还原炼铁技术应用为重点，充分利用焦化副产焦炉煤气资源，开展高炉喷吹焦炉煤气高效替代喷吹煤工业应用。非高炉炼铁工艺不依赖于焦炭，能源选择范围广，环境负荷低、流程短，从根本意义上减少烧结、球团、焦化等作业工序中产生和排放各种污染物的现象［6］。迄今为止，全球已实现工业化生产的熔融还原、直接还原等非高炉炼铁工艺技术有十余种。

3.4 配套强有力的政策保障，提高绿色发展的经济性和竞争力

开展钢铁流程的绿色发展转型工作，尤其是针对炼铁系统实现节能减排、绿色发展离不开政策支持，提升其比较优势和经济性、竞争力。从政策层面、战略层面鼓励支持原始创新以及技术改造，将绿色发展的工艺技术经济性优势突出体现出来，提升企业主体的积极性和主动性，更好地促使相关技术落实应用到生产工序一线。

在一系列的引导性、差别化、倾向性政策上，分类施策、差异化引导，让实现绿色转型的企业在市场竞争中受到鼓励和支持，得到实实在在的效益。如部分省区市针对绿色绩效企业、绿色工厂实施差别电价、水价政策，错峰限产方案制定过程中将绿色发展作为重要考核因素，实施绿色信贷，降低发展融资成本等措施手段已经起到了十分明显的效果，带动了炼铁系统以及钢铁企业整体绿色发展水平的转变和提升。

4 结论

绿色转型是未来一段时间钢铁企业实现高质量发展的重要方向之一。作为主要绿色指标占比最高的炼铁系统，需要结合日益严格的绿色发展标准、政策、要求，继续强化技术创新，在已有绿色技术应用实践的基础上不断探索新的实施路径。立足于发挥数字化、智能化手段，促进综合交叉应用的倍增作用；致力于成熟、可靠的工艺技术路线，蹚出经济高效的实施路径；面向于前沿、新兴研究领域，打造革命性的绿色创新发展模式；基于配套一系列针对性、可落地的政策措施，提升绿色发展的积极性和动力。科技创新、行业引导、企业实施、政策支撑，必将为钢铁工业，尤其是炼铁系统绿色发展描绘出更为清晰、有效、高质量的路线图。