鋼鐵企業全口徑二氧化硫排放總量自行核算方法

李道永

(攀鋼集團成都鋼釩有限公司,四川成都610300)

鋼鐵企業全口徑二氧化硫排放總量自行核算方法

李道永

(攀鋼集團成都鋼釩有限公司,四川成都610300)

鋼鐵企業開展全口徑二氧化硫排放總量的自行核算與申報,是國家環保部對企業進行污染物總量減排核查核算的重要依據。綜述了攀鋼集團成都鋼釩有限公司在歷年國家污染物總量減排全口徑核查工作中采用的自行核算方法,并結合總量核查認定要求提出了技術和管理改進建議。

環保;總量減排;核算方法

1 引言

攀鋼集團成都鋼釩有限公司(以下簡稱攀成鋼)燒結(球團)工序產生了大量的二氧化硫排放,年排放二氧化硫總量一度占到了成都市的2成以上。作為廢氣國家重點監控企業,同時也是成都市“十二五”二氧化硫總量減排重點單位,2010年以來國家環保部每年均對攀成鋼二氧化硫減排工作進行了全口徑核查核算。攀成鋼依據國家《“十二五”主要污染物總量減排核算細則》,采取全口徑、全流程的方式,從物料平衡、硫平衡的角度,結合主要產品產量、原材料使用量、脫硫劑消耗量、副產品產量和在線監測數據編制了鋼鐵全口徑二氧化硫減排申報材料,科學詳盡地完成了公司二氧化硫排放及減排數據統計工作,通過了歷次的總量減排年終核查。

2 概論

2.1 主要污染物總量減排核算

近年來,隨著國內鋼鐵產業規模的快速擴張,燒結工序排放的顆粒物、二氧化硫(SO2)和氨氮(N-NH3)等大氣污染物,已成為影響區域空氣質量指標的重要因素。為貫徹落實《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》、《國務院關于落實科學發展觀加強環境保護的決定》(國發[2005]39號)以及《國務院關于印發“十二五”節能減排綜合性工作方案的通知》,國家環保部于2011年制訂了《“十二五”主要污染物總量減排核算細則》,決定在“十二五”期間對《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》中確定實施排放總量控制的四項污染物,即化學需氧量(COD)、二氧化硫(SO2)、氨氮(N-NH3)、氮氧化物(NOX)開展總量減排核查核算。鋼鐵企業燒結機(球團)二氧化硫排放總量核定,根據《“十二五”主要污染物總量減排核算細則》確定的統一核算范圍、核算方法、認定尺度、取值標準采取全口徑核算方式進行。

2.2 鋼鐵全口徑核算

鋼鐵行業全口徑核算是指鋼鐵聯合企業及獨立球團(燒結)、煉鐵、煉鋼企業所有機組和生產線(不含自備電廠)二氧化硫排放量之和。全口徑核算按核算期開展,國家環保部以年為單個核算期。單個核算期鋼鐵企業二氧化硫全口徑核算減排量為該核算期末鋼鐵企業二氧化硫全口徑排放量減去上年同期鋼鐵企業二氧化硫全口徑排放量。

鋼鐵全口徑核算基于生產過程燃料、原料的消耗量,含硫率和綜合脫硫效率等情況,分機組、分生產線逐一核算二氧化硫排放量,通過累加法核算出行業排放總量。核算過程中重點核實綜合脫硫效率和含硫率情況,并利用產品產量等信息對燃料、原料的消耗量進行校核。

3 企業自行核算方法

鋼鐵企業在鋼鐵全口徑二氧化硫減排申報材料中,根據原材料使用量、產品產量、脫硫劑消耗量、副產物產量和在線監測記錄等基礎數據,對核算期內減排機組以及整個企業的二氧化硫產生和排放總量開展自行核算,是企業為國家總量核查提供的核定基礎。申報材料中的自行核算方法是否科學,采用的基礎數據是否準確,直接關系到自行核算結果是否被國家污染物減排核查專家組所認可。

燒結機(球團設備)二氧化硫排放量占攀成鋼二氧化硫排放總量的90%,是二氧化硫排放自行核算的重點工序;煉鐵、煉鋼、軋鋼等其他工序二氧化硫排放主要來自于高爐煤氣、轉爐煤氣和天然氣等燃料的燃燒,通過煤氣和天然氣的消耗量統一測算。攀成鋼二氧化硫排放量自行核算分為全工序產量及原材料校核、燒結(球團)工序排放量核算、其他工序排放量核算和全口徑物料及硫平衡校核四部分進行。

3.1 二氧化硫全工序產量、原材料校核

企業核算期內單機組鐵原料、焦炭、燃煤等使用量以及含硫率直接決定其工序硫的帶入總量,大氣污染減排核查核算表中,對于核算期已投運脫硫設施的企業單機組工序硫帶入總量計算公式為:

式中:Q單機組—企業單機組工序硫帶入總量;

QFe—脫硫設施投運后含鐵原料使

用量;

PFe—含鐵原料含硫率;

QF— 脫硫設施投運后固體燃料使

用量;

PF—固體燃料含硫率。

燒結(球團)礦、生鐵、粗鋼、鋼材等產量則主要用于校核含鐵原料使用量,根據《“十二五”主要污染物總量減排核算細則》其校核原則為:

(1)含鐵原料用量根據燒結礦(球團礦)產量進行校核。噸燒結礦含鐵原料消耗量約為0.9t,噸球團礦含鐵原料消耗量約為1t。

(2)燒結礦(球團礦)產量一般采用生鐵產量進行校核。校核企業上報的燒結礦(球團礦)產量的通常方法是以企業核算期內生鐵產量反算出燒結礦(球團礦)使用量,再減去燒結礦(球團礦)的外購量即可得到企業燒結礦(球團礦)理論產量。反算過程中,噸生鐵燒結礦消耗量為1.33t,球團礦或塊礦消耗量為0.34t。燒結礦產量也可以采用燒結機面積進行校核,校核公式為:

式中:P燒結—核算期燒結礦產量,t;

S燒結—燒結機面積,m2;

α—燒結機利用系數,一般在1.1t～

1.4 t/m2·h;

t—核算期燒結機運轉小時數,h。

(3)燒結固體燃料(焦炭、焦粉等)使用量一般采用燒結礦的產量進行校核。噸燒結礦固體燃料消耗量為40kg～50kg。

(4)高爐煤氣產生量一般采用生鐵產量進行校核。噸生鐵高爐煤氣產量為1 700m3～1 800m3。

(5)高爐噴煤量一般采用生鐵產量進行校核。噸生鐵噴煤量140kg～200kg。

(6)含鐵原料含硫率以鋼鐵企業分批次采購含鐵原料含硫率為準,核算核查期平均硫份采用加權方法計算得到,同時應通過現場核查核算期的煙氣在線監測脫硫系統入口二氧化硫濃度歷史數據進行校核。當含鐵原料含硫率為0.1%時,對應的脫硫系統入口二氧化硫濃度約為800mg/m3～1 000mg/m3。

(7)燒結工序固體燃料含硫率和其他工序燃料煤含硫率以鋼鐵企業分批次采購的物料檢驗報告數據為準,核算核查期平均硫份采用加權方法計算得到。

企業在開展產品產量及原材料相互校核的過程中應把握的基本原則為:本次核算期與上一核算期物料總量及硫含量的增減總趨勢應與工序硫帶入總量增減趨勢一致。如單項數據增減趨勢與總趨勢不一致,應通過對其它數據的校核進行驗證并說明。

3.2 燒結(球團)二氧化硫排放量核算方法

3.2.1 物料衡算法核算

燒結(球團)二氧化硫排放量主要根據含鐵原料和固體燃料用量、含硫率、脫硫設施運行等情況,采用物料衡算法進行核算,大氣污染減排核查核算表中,單機組二氧化硫排放量計算公式為:

式中 Bs—單機組二氧化硫排放量;

QFe— 脫硫設施投運后含鐵原料使用量;

PFe—含鐵原料含硫率;

QF—脫硫設施投運后固體燃料使用量;

PF—固體燃料含硫率;

Ds—綜合脫硫效率。

3.2.2 脫硫劑及副產物核算

(1)脫硫劑的核算

攀成鋼以氨水作為脫硫劑,折合為純氨后,根據氨法脫硫工藝反應原理,得到脫硫機組二氧化硫理論最大脫除量計算公式:

式中 Rs—二氧化硫理論脫除量;

Q氨—氨使用量。

(2)副產物核算

攀成鋼氨法脫硫工藝副產物主要為硫酸銨、亞硫酸銨和亞硫酸氫銨,分別按濃度折純后,根據氨法脫硫工藝反應原理,得到脫硫機組理論最大脫除量計算公式:

式中 Rs—二氧化硫理論脫除量;

Q硫酸銨—硫酸銨產量;

Q亞硫酸銨—亞硫酸銨產量;

Q亞硫酸氫銨—亞硫酸氫銨產量。

自行核算最終得到的二氧化硫脫除量應小于通過脫硫劑和副產物核算得到的二氧化硫理論最大脫除量較小值。

3.2.3 在線監測數據核算

在大氣污染減排核查核算表中,單機組二氧化硫排放量計算公式(3)中,確定脫硫機組二氧化硫最終脫除量的系數為脫硫系統綜合脫硫效率。根據《“十二五”主要污染物總量減排核算細則》,在安裝脫硫劑自動投加和計量系統、DCS能反映出脫硫系統運行實際的情況下,氨法脫硫工藝在全煙氣脫硫情況下的綜合脫硫效率按綜合脫硫效率取值原則為:采用氨法脫硫工藝的燒結機組的綜合脫硫效率原則上不超過85%,并用副產品產量反推進行校核。脫硫系統綜合脫硫效率按此原則以在線監測系統DCS記錄數據反映的脫硫機組煙氣收集率、脫硫設施投運率和脫硫島效率綜合確定。

(1)煙氣收集率

燒結機(球團設備)脫硫設施的煙氣收集率,是指脫硫島進口實際煙氣流量與燒結機(球團設備)主抽風機煙氣量數據之比,有多臺主抽風機的機組應將每臺風機的煙氣量進行疊加。脫硫島進口煙氣流量在核算時原則上僅采信在線監測系統流量計監測數據,并參照環境影響評價報告書預測的系統風量進行最終取值,監督性監測報告和在線系統比對報告流量監測數據僅作為參考。主抽風機工況煙氣量原則上僅采信在線監測系統流量計監測歷史數據,并利用燒結機面積進行校核,每平方米燒結機每小時產生煙氣量約為5 400m3,校核公式如下:

式中 V主抽風機—主抽風機工況煙氣量,立方米/小時;

S燒結—燒結機面積,平方米。

(2)脫硫設施投運率

脫硫設施投運率是指脫硫設施投運后,脫硫設施有效運行時間與燒結機(球團豎爐)實際運行時間之比,通過在線監測系統DCS歷史數據、脫硫設施運行記錄以及企業上報環保部門燒結及脫硫系統停運時間等綜合確定。

(3)脫硫島效率

脫硫島效率是指脫硫系統入口與基準氧含量煙氣出口二氧化硫濃度差與入口二氧化硫濃度之比。

基準氧含量二氧化硫濃度按下列公式換算:

式中 ρ、ρ'—分別為基準氧含量和實測二

氧化硫濃度,mg/m3;

O2—基準氧含量,%。取值8%;

O'2—實測情況下煙氣含氧量,%。

(4)其它影響因素

燒結煙氣在線監測設施發生故障未修復前不能正常運行期間,核查中將按脫硫設施未運行對投運率進行扣減,計算綜合脫硫效率;煙氣在線監測歷史數據在DCS系統中存儲或通過數采儀傳輸至環保部門信息平臺存在缺失的,缺失數據時段出口二氧化硫濃度取當月在線記錄數據最大值,入口二氧化硫濃度取當月平均值,計算綜合脫硫效率。燒結機脫硫設施未實現全煙氣脫硫,設有煙氣旁路的,核查中將根據旁路擋板是否鉛封、鉛封開啟情況、密封風機運行情況、旁路煙氣在線監測流量、溫度監測數據等因素,對綜合脫硫效率進行扣減。

(5)綜合脫硫效率計算

在不受其它因素影響的情況下,綜合脫硫效率計算公示如下:

式中 Ds—綜合脫硫效率;

C煙氣—煙氣收集率;

O脫硫—脫硫設施投運率;

E脫硫島—脫硫島效率率。

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燒結(球團)、自備電廠以外的所有工序排放的二氧化硫,根據攀成鋼公司實際生產設施情況分三部分進行核算,分別為其它工序燃燒高爐煤氣、轉爐煤氣、天然氣等排放的二氧化硫,攀成鋼除燒結(豎爐)和高爐噴煤用煤外,無其它工序直接燃煤排放。其計算公式分別為:

式中 E高爐—其它工序燃燒高爐煤氣二氧

化硫排放量;

C高爐—其它工序高爐煤氣消耗量;

P高爐—高爐煤氣硫化氫含量。

式中 E轉爐—其它工序燃燒轉爐煤氣二氧

化硫排放量;

C轉爐—其它工序轉爐煤氣消耗量;

P轉爐—轉爐煤氣硫化氫含量。

式中 E天然氣—其它工序燃燒天然氣二氧化

硫排放量;

C天然氣—其它工序天然氣氣消耗量;

P天然氣—天然氣氣硫化氫含量。

3.4 全口徑物料及硫平衡校核

全口徑物料及硫平衡校核是根據全工序所有原料消耗、產品產量、硫帶入量、工序排放量自行核算結果,以平衡圖表的形式,對單機組或整個企業的硫帶入和排放情況進行的整體校核。

3.4.1 單機組校核

攀成鋼結合核查具體要求,對燒結機和豎爐分別開展了全口徑物料及硫平衡校核,示意圖見圖1。

圖1中含鐵原料總用量為普粉礦、進口粉礦、精礦粉、釩鈦精粉礦以及含鐵塵泥合計總用量,含硫率為以上物料的含硫率加權平均值;固體燃料總用量為焦粉用量,含硫率為焦粉的平均含硫率;溶劑總用量為石灰石和生石灰的合計總用量,含硫率為以上物料的含硫率加權平均值。

燒結機總物料帶入量為含鐵原料、固體燃料和溶劑的總用量加上燒結機自反礦和豎爐返礦量,也應等于燒結機產量(含返礦量)與燒結煙氣中顆粒物總量之和。物料總硫帶入量除以上物料硫帶入量之和,高爐煤氣含硫量通過燃燒后進入燒結煙氣硫總量。

圖1 攀鋼集團成都鋼釩有限公司210m2燒結機硫平衡圖

燒結機脫硫系統外排煙氣含硫量為根據物料衡算法核算的單機組硫排放量,脫除二氧化硫總量應為燒結煙氣中硫總量減去除塵灰硫含量、脫硫后煙氣中顆粒物含硫量以及燒結機脫硫系統外排煙氣含硫量。

3.4.1 企業全流程校核

圖2中燒結、豎爐工序物料及硫平衡由單機組平衡圖組成。

高爐工序,入爐物料總量和總硫量由礦槽輸入的礦石(燒結機、豎爐總產量扣除返礦量,以及塊礦、外購球團礦組成),焦倉輸入的焦炭,高爐噴煤量以及溶劑加入量構成。原料及輔料中的硫大部分進入鐵水中,其余進入高爐煤氣,經干法除塵后(扣除瓦斯灰排放量),參與煤氣用戶硫平衡核算。鐵水經脫硫扒渣工序,絕大部分來自于原料的硫隨脫硫渣被脫除。

轉爐工序,入爐物料量由鐵水、廢鋼、合金、鐵礦石和溶劑等構成,經爐內脫硫,原料及輔料中的硫大部分進入鋼渣中,少量進入轉爐煤氣,經濕法除塵后(扣除除塵污泥排放量),參與煤氣用戶硫平衡核算,其余隨鋼水進入連鑄工序。

連鑄及軋鋼工序,經脫硫后的鋼水中硫含量極低,工序硫排放主要為燃燒天然氣、高爐煤氣進行切割、加熱作業的廢氣排放,硫脫除途徑主要為廢鋼料返回廢鋼料場和氧化鐵皮返回燒結、豎爐料場重新參與硫平衡。

4 總結及建議

4.1 總結

根據企業實際工藝流程,以及大氣污染物減排核查核算表的核定項目,攀成鋼全流程二氧化硫排放總量自行核算結果為燒結、豎爐單機組核算排放量,與其它工序燃燒高爐煤氣二氧化硫核算排放量之和。

圖2 攀鋼集團成都鋼釩有限公司物料及硫平衡圖

4.2 建議

近幾年的污染物總量減排核查工作中,在線監測系統記錄的數據以及DCS圖表的完整性已成為確定機組綜合脫硫效率高低的最關鍵的因素,企業在開展自行核算時,應充分考慮在線數據記錄和傳輸實際情況,對綜合脫硫效率計算結果進行修正,避免自行校核計算出的排放總量與環保部最終的核定結果出現較大的偏差。

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,工程師,從事環保技術管理工作。