第九章－钢铁工业清洁生产

－289－第九章钢铁工业清洁生产第一节钢铁工业生产概述一．钢铁工业在国民经济中的作用及发展现状钢铁工业是采、选、冶及金属加工的工业，是国民经济中的重要基础产业，在我国现代化经济建设中具有极为重要的战略地位，为国民经济各生产部门提供钢铁等黑色金属材料。我国钢铁工业经过了建国后50多年来的发展，特别是近十余年的快速发展，也成为世界第一产钢大国。到1998年底，我国钢铁工业重要产品年生产能力为：钢1.34亿吨，生铁1.2亿吨、成材1.38亿吨。当年实际产钢1.145亿吨、生铁1.185亿吨、钢材1.074亿吨。预计2003年我国钢铁需求将突破2亿吨大关。达到2.15亿吨，比2002年增长10.3%。据此，2003年我国钢产量将比2002年增加19.4%，达到2.15亿吨。二．钢铁工业产业特点钢铁工业是资源—能源密集型产业，开发的主要对象是黑色金属和非金属矿物资源。从选矿、烧煤、炼铁、炼钢到轧钢，每个生产工序都要消耗大量的能源和辅助原材料。我国钢铁工业每生产1吨钢需消耗6～7吨原料和燃料，其中80%以上，即5～6吨以各种废物形式排入环境。因此，钢铁工业又是国民经济各部门中的重污染行业，废气、废水、废渣排放量占全国工业“三废”排放总量的10～15%。我国钢铁工业能耗高，能源消耗占全国的10%以上，1998年全行业吨钢综合能耗1290kgce，比世界先进水平高出20～40%，能源的适量消耗，更加剧了钢铁工业对环境的污染。我国钢铁工业铁金属一次综合收得率为54.45%，比世界先进水平的72.88%相差18.43个百分点。由于铁金属综合收得率低，要生产更多的钢材，就必须多采矿、多选矿、多烧结、多炼铁、多炼钢，投入多、产出少，必然流失大，从而造成恶性循环。特别应当指出的是，由于落后的技术装备仍占有相当比重，加上管理不善，我国钢铁工业各工序现有生产能力中有相当一部分属于资源（特别是能源）消耗高、金属收得率低、污染严重的生产工艺。其中，炼铁约有4000万吨生产能力属于污染严重、浪费资源的小高炉，约占炼铁能力的1/3；炼钢采用落后工艺装备应尽快淘汰的生产能力约2700万吨，约占总能力的20%；轧钢（不含初轧开坯）中属落后工艺装备应淘汰的生产能力约3250万吨，属应更新改造的生产能力约4700万吨，合计占总能力的58%。三．钢铁工业污染物排放及其特点（一）钢铁工业污染物排放情况：钢铁工业生产要消耗大量的资源和能源，而金属收得率相对较低，这就决定了在钢铁生产整个过程中将会有大量的废气、废水、废渣及其他污染物的排出（参阅图9－1）。换言之，每生产出一吨钢铁产品，将伴随着大量的污染环境的各种废物排出。表9－1为联合图环境规划署提供的“钢铁工厂环境管理指南”中列举的钢铁厂每吨轧材（钢铁工业最终产品）所排放的污染物。－290－飘尘颗粒物、噪声水蒸汽颗粒物CO、NH3、SO2NOxH2SSS、BOD碳氢化合物NH3、CN焦炭、烧结矿或球团颗粒物酚颗粒物、CO、SOxNOxHFNOxSOx碳氢化合物、噪声颗粒物渣颗粒物]高炉渣炼钢炉渣泥渣渣颗粒物、噪声泥渣SS、油蒸汽SOx、NOx、颗粒物运输及贮存破碎石灰矿石煤石灰焙烧烧结或球团炼焦破碎或筛分炼铁颗粒物、CO、SOx、NOx、Zno、碳氢化合物SS、BOD、NH3、氯化物、氰化物、硫酸盐、泥浆冷却或成粒H2S、水蒸汽SS、BOD铁水预处理铸造生铁热铁水破碎破碎炼钢备料废钢噪声SS、BOD、氯化物泥渣钢水钢包处理铸锭或连铸加热火焰清理热轧和冷轧钢产品SS、BOD、铬酸盐、磷酸盐、油、氯化物、硫酸盐噪声颗粒物、噪声泥渣铁皮含油废物图例大气污染物水污染物固体废物图9－1钢铁联合企业主要工艺及其污染物排放颗粒物颗粒物颗粒物Zn、CO、SOx、NOx、HP、碳氢化合物－291－表9－1钢铁厂吨轧材排放的污染物kg/t材污染物因子烧结炼焦炼铁炼钢轧钢综合总量颗粒物粉尘3120.50.6—7.1烟尘烟气SOx40.30.320.22.0—7.0NOx10.20.20.10.5—2.0CO400.35150.33—60.63HF0.04微量微量0.01不定—0.05CxHr0.10.20.050.050.2—0.60废水SS0.280.060.240.070.20—0.85COD0.050.080.160.200.14—0.63NH3—0.030.08———0.11酚—0.005————0.005氰化物—0.020.03———0.05氯化物——0.050.050.20—0.30硫酸盐0．004—0.003—0.40—0.407固体物粉尘循环利用21230——79泥渣121510—渣——300100——400氧化铁皮————30—30含油废物————10—10其它耐火材料—————2020工业垃圾—————4040生活垃圾—————1010（二）烟气排放及其特点钢铁厂的烧结、球团、炼焦、化学付产、炼铁、炼钢、轧钢、锻压、金属制品与铁合金、耐火材料、碳素制品及动力等生产环节，拥有排放大量烟尘的各种窑炉。全国钢铁工业每年废气排放量可达12000亿m3左右，其中，二氧化硫等外排放废气约占全国1/6，排放量仅次于电力工业，居全国第二位。钢铁工业在各工业部门中是废气污染环境的大户之一。根据钢铁企业排放的废气，大体可分为三类：第一类是生产工艺过程化学反应中排放的废气，如冶炼、烧焦、化工产品和钢材酸洗过程中产生的烟尘和有害气体；第二类是燃料在炉、窑中燃烧产生的烟气和有害气体；第三类是原料、燃料运输，装卸和加工等过程产生的粉尘。现将排放量大的烟尘、粉尘和二氧化硫的来源列于表9－2。－292－表9－2铁钢企业烟尘、粉尘、二氧化硫的主要来源一览表生产工艺主要污染物排放源一、原料处理二、烧结（球团）三、炼铁四、炼钢五、轧钢六、铁合金粉尘粉尘粉尘粉尘烟尘、二氧化硫烟尘，二氧化硫粉尘粉尘粉尘粉尘粉尘粉尘烟尘烟尘烟尘烟尘烟尘、二氧化硫烟尘烟尘烟尘烟尘烟尘烟尘烟尘粉尘粉尘烟尘、二氧化硫粉尘粉尘粉尘烟尘粉尘烟尘烟尘烟尘烟尘原料堆场原料运输机转运矿石破碎筛分设备煤粉碎设备烧结机机关带式（或竖炉）球团设备烧结机机尾烧结矿筛分系统贮矿槽粉焦粉碎系统炉前原料贮存槽原料转运站高炉出铁场高炉煤气放散铸铁机混铁炉平炉（吹氧平炉）转炉（顶吹氧转炉）连铸、火焰清理机电炉炉外精炼炉化铁炉混铁炉铁水脱硫散状料转运站辅助物料破碎加热炉（烧煤）钢坯火焰清理机机械清理机热带连轧、精轧机冷带连轧、双平整机敞开式电炉封闭式电炉精炼电弧炉回转窑熔炼炉－293－生产工艺主要污染物排放源七、炼焦八、耐火九、炭素制品十、机修十一、动力十二、辅助原料加工烟尘烟尘烟尘烟尘烟尘烟尘烟尘烟尘粉尘粉尘烟尘烟尘烟尘烟尘粉尘烟尘烟尘、二氧化硫烟尘烟尘粉尘焦炉装煤设备出焦设备熄焦设备焦炉煤及焦粉碎、筛分、转运点竖窑回转窑隧道室破碎、筛分设备运输系统锻烧炉焙烧炉石墨化炉浸焙炉原料破碎、筛分转运点化铁炉锅炉石灰窑白云石窑矿石破碎、筛分、转运点钢铁工业废气的物点是：1、排放量大、污染面广钢铁工业生产过程中释放的废气，每吨钢的废气排放量约为20000m3（标）,在全国40个行业中，钢铁工业废气年排放量占全国总排放量的18%，位居第二。钢铁企业的工业窑炉规模庞大、设备集中。全国40个行业中，废气排放量在100万m3（标）以上的76个大户中，钢铁企业即有14户，占18.4%。2、烟尘颗粒细，吸附力强钢铁冶炼过程中排放的多为氧化铁烟尘，其粒径在1µ以下的占多数。由于尘粒细，比表面积大，吸附力强，易成为吸附有害气体的载体。3、废气温度高，治理难度大冶金窑炉排出的废气温度一般为400～1000℃，最高可达1400～1600℃。在钢铁企业中，有1/3烟气净化系统处理高温烟气，处理烟气量占整个钢铁企业总烟气量的2/3。由于烟气温度高，对管道材质、构件结构，以及净化设备的选择均有特殊要求；高温烟气中含硫、一氧化碳，使烟气在净化处理时，必须妥善处理好“露点”及防火、防爆问题。所有这些特点，构成了高温烟气治理中的艰巨性和复杂性，使处理技术难度大、设备投资高。4、烟气阵发性强，无组织排放多金属冶炼是非常复杂的反应过程。其间，烟气的产生具有阵发性，而且随着冶炼过程的不同，－294－散发烟气的成分及数量也不同，波动极大。一般净化系统主要是控制烟气最大的冶炼过程（即一次烟气），而对一次集尘系统未捕集到以及其它辅助工艺过程所散发的烟气（即二次烟气），形成了无组织地通过厂房或天窗外逸。二次烟气中的烟尘虽一般仅占总烟尘量的7～10%左右，但其尘粒细、分散度高，对环境的污染影响更大。5、废气具有回收价值钢铁生产排出的废气虽然对环境有害，但高温烟气中的余热可通过热能回收装置转换为蒸汽或电能；可燃成分如煤气可作为燃料；净化过程收集的尘泥多数富含氧化铁，可以回收利用。（三）废水排放及其特点钢铁工业用水量很大，每炼一吨钢，约用200～250m3水，外排废水量约占全国的1/7，仅次于化工，位居第二。钢铁生产过程中排出的废水，主要来源于生产工艺过程用水、设备与产品冷却水、设备和场地清洗水等。70%的废水来源于冷却用水，生产工艺过程排出的只占一小部分。废水含有随水流失的生产用原料、中间产物和产品以及生产过程中产生的污染物。钢铁工业废水通常按下述方法分为三类：第一类，按所含的主要污染物性质，可分为含有机污染物为主的有机废水和含无机污染物（主要为悬浮物）为主的无机废水以及仅受热污染的冷却水；第二类，按所含污染物的主要成分，可分为含酚氰污水、含油废水、含铬废水、酸性废水、碱性废水和含氟废水等；第三类，按生产和加工对象，可分为烧结厂废水、焦化厂废水、炼铁厂废水、炼钢厂废水和轧钢厂废水等。各厂又有几种主要废水以及这些废水处理工艺的选择，如表9－3所示。表9－3钢铁企业主要废水及其单元处理工艺选择一览表排放废水的工厂按污染物主要成份分类的废水单元处理工艺选择含酚氰废水含氟废水含油废水重金属废水含悬浮物废水热废水酸废∧液∨水碱废水沉淀混凝沉淀过滤冷却中和气浮化学氧化生物处理离子交换膜分离活性炭磁分离蒸发结晶化学沉淀混凝气浮萃取烧结厂●●●●●●焦化厂●●●●●●●●●●●●●炼铁厂●●●●●●●炼钢厂●●●●●●●●●轧钢厂●●●●●●●●●●●●●●●●●●铁合金●●●●●●●●●●●●●其它●●●●●●●●●●●●●●●钢铁工业废水的特点是：1、废水量大，污染面广钢铁工业生产过程中，从原料准备到钢铁冶炼以至成品轧制的全过程中，几乎所有工序都要用水，都有废水排放。2、废水成分复杂、污染物质多表9－4列出了钢铁工业废水的污染特征和主要污染物质。从中可以看出钢铁工业废水污染特征不仅多样，而且往往含有严重污染环境的各种重金属和多种化学毒物。－295－表9－4钢铁工业废水的污染特征和主要污染物排放废水的单元（车间）污染特征主要污染物浑浊臭味颜色有机污染物无机污染染热污染酚苯硫化物氟化物氰化物油酸碱锌镉砷铅铬镍铜锰钒烧结●●●焦化●●●●●●●●●●●●●●炼铁●●●●●●●●●●炼钢●●●●●●轧钢●●●●●酸洗●●●●●●●●●●●铁合金●●●●●●●●●3、废水水质变化大，造成废水处理难度大钢铁工业废水的水质因生产工艺和生产方式不同而有很大的差异。有的即使采用同一种工艺，水质也有很大变化。如氧气顶吹转炉除尘污水，在同一炉钢的不同吹炼期，废水的pH值可在4～13之间，悬浮物可在250～25000mg/L之间变化。间接冷却水在使用过程中仅受热污染，经冷却后即可回用。直接冷却水因与物料等直接接触，含有同原料、燃料、产品等成分有关的各种物质。由于钢铁工业废水水质的差异大、变化大，无疑加大废水处理工艺的难度。（四）固体废物排放及其特点钢铁工业固体废物（即冶金渣或废渣）是指钢铁生产过程中产生的固体、半固体或泥浆废弃物。主要包括：采矿废石、矿石洗选过程排出的尾矿、冶炼过程产生的各种冶炼矿渣、轧钢过程中产生的氧化铁皮和各生产环节净化装置收集的各种粉尘、污泥以及工业垃圾。此外，按固体废物管理范畴还包括容器盛装的酸洗废液和废油等。钢铁工业固体废物产生于钢铁生产的各个环节，换言之，伴随着从矿石的