朱廷钰 中国科学院过程工程研究所研究员，博士生导师，烟气多污染物控制技术与装备国家工程实验室副主任，工业和信息化部钢铁行业烧结烟气脱硫技术后评估专家组成员。

 

1999年毕业于中国科学院山西煤炭化学研究所，2001年中国科学院工程热物理研究所博士后出站，同年至今工作于中国科学院过程工程研究所，主要从事烟气多污染物控制技术研究。主持“十一五”“863”课题”烧结机烟气半干法脱硫成套化技术与设备”，“十二五”“863”主题项目“工业炉窑烟气排放控制技术”，“十三五”国家重点研发计划项目“钢铁行业多工序多污染物协同控制技术”。主持国家自然科学基金、环保公益性项目、中国科学院战略性先导科技专项课题、北京市科技计划课题等20余项。

 

出版专著3部，主持编订标准2项，发表期刊论文100余篇，获授权发明专利20项，其中美国专利2项，日本专利3项。主持开发的”内外双循环流化床烟气脱硫技术”、“烧结烟气多污染物协同控制技术”等，通过成果鉴定为国际先进水平，部分国际领先，建设示范工程40余台／套，研究成果先后获得环境保护科学技术奖二等奖、北京市科学技术奖二等奖等省部级奖励8项。

    《钢铁行业大气污染控制技术与策略》针对我国钢铁行业现阶段大气污染控制方面存在的问题及未来面临的挑战，从行业污染物排放特征及控制技术需求出发，对钢铁生产全流程多工序污染物排放来源、特征及控制技术进行了深入的探讨，重点介绍了新标准下国内外钢铁烧结（球团）、焦化等工序中烟气污染物控制技术的最新研究进展以及作者研究团队的最新成果，对钢铁行业各工序全流程污染物控制可行性技术进行了汇总，提出了钢铁行业大气污染控制对策及建议，为我国钢铁行业大气污染物防治提供了重要的参考和指导。

第1章 绪论 1
1.1 钢铁行业大气污染物排放现状 1
1.1.1 钢铁行业发展现状及趋势 1
1.1.2 钢铁行业大气污染现状 2
1.1.3 钢铁生产流程及大气污染物来源 5
1.2 钢铁行业污染物排放控制标准及政策 14
1.3 钢铁行业大气污染控制现状、技术及发展趋势 20
1.3.1 钢铁行业大气污染控制现状 20
1.3.2 钢铁行业大气污染控制技术 20
1.3.3 钢铁行业大气污染控制技术发展趋势 23
参考文献 24
第2章 烧结（球团）工序污染物控制 25
2.1 烧结（球团）工序污染物排放特征 25
2.1.1 烧结工序污染物来源及排放特征 25
2.1.2 球团工序污染物来源及排放特征 33
2.2 粉尘控制技术 37
2.2.1 无组织排放粉尘收集与控制技术 37
2.2.2 烧结（球团）烟气粉尘控制技术 38
2.3 二氧化硫控制技术 61
2.3.1 低硫原燃料等源头控制技术 61
2.3.2 烧结（球团）烟气脱硫技术 62
2.4 氮氧化物控制技术 89
2.4.1 源头削减技术 89
2.4.2 烟气循环技术 89
2.4.3 选择性催化还原脱硝技术 94
2.4.4 臭氧氧化脱硝技术 99
2.4.5 活性炭/焦吸附技术 105
2.5 二英控制技术 106
2.5.1 烧结过程二英生成途径 106
2.5.2 烧结过程影响二英生成的因素 107
2.5.3 二英源头控制技术 109
2.5.4 二英过程控制技术 109
2.5.5 二英末端控制技术 110
2.6 重金属控制技术 113
2.6.1 现有污染控制设施脱汞技术 115
2.6.2 吸附法脱汞技术 117
参考文献 117
第3章 焦化工序污染物控制 122
3.1 焦化工序污染物排放特征 122
3.1.1 焦化生产流程及产污节点 122
3.1.2 焦化工序污染物排放特征 124
3.1.3 国内外焦炉烟气污染物排放标准及控制现状 131
3.2 焦炉烟尘排放控制技术 132
3.2.1 配煤过程 132
3.2.2 装煤过程 133
3.2.3 推焦过程 134
3.2.4 干熄焦过程 135
3.3 焦炉煤气净化技术 137
3.3.1 焦炉煤气脱硫脱氰技术 139
3.3.2 焦炉煤气脱氨技术 151
3.3.3 焦炉煤气除苯洗萘技术 156
3.3.4 焦炉煤气二次净化技术 159
3.4 焦炉烟气污染物控制技术 161
3.4.1 SO2 控制技术 162
3.4.2 NOx 控制技术 168
3.4.3 烟气脱硫脱硝技术 169
参考文献 179
第4章 炼铁工序污染物控制 182
4.1 炼铁工序污染物来源及排放特征 182
4.1.1 高炉炼铁生产流程及产污节点 182
4.1.2 炼铁工序污染物排放特征 184
4.2 高炉出铁场烟尘控制技术 186
4.2.1 高炉出铁场烟尘特性 186
4.2.2 高炉出铁场除尘工艺 187
4.2.3 高炉出铁场一次除尘 187
4.2.4 高炉出铁场二次除尘 189
4.2.5 高炉出铁场烟尘治理的不足与改进措施 190
4.3 高炉煤气除尘净化及回用技术 192
4.3.1 高炉煤气粗除尘技术 195
4.3.2 高炉煤气精除尘技术 198
4.3.3 高炉煤气除尘工艺 205
4.3.4 高炉煤气脱氯技术 211
4.3.5 高炉均压放散煤气回收技术 213
4.3.6 高炉煤气余压透平发电技术 217
参考文献 219
第5章 炼钢工序污染物控制 220
5.1 炼钢工序污染物来源及排放特征 220
5.1.1 转炉炼钢工艺污染物来源及排放特征 220
5.1.2 电炉炼钢工艺污染物来源及排放特征 225
5.1.3 炼钢辅助工序铁合金炉污染物来源及排放特征 229
5.2 转炉烟气净化技术 231
5.2.1 转炉一次烟气（转炉煤气）净化技术 231
5.2.2 转炉二次烟气除尘技术 244
5.2.3 转炉车间烟尘控制技术 246
5.3 电炉烟气净化技术 248
5.3.1 电炉烟气除尘与资源化技术 248
5.3.2 电炉烟气二英控制技术 253
5.4 铁合金炉烟尘控制技术 256
5.4.1 半封闭式矿热电炉烟气除尘技术 257
5.4.2 封闭式矿热电炉煤气净化技术 260
参考文献 264
第6章 轧钢工序污染物控制 266
6.1 轧钢工序工艺流程及污染物来源 266
6.2 加热炉废气排放控制及余热回收技术 268
6.2.1 蓄热式燃烧技术 268
6.2.2 数字化燃烧技术与智能化燃烧控制 269
6.2.3 低氮燃烧技术 270
6.2.4 加热炉余热回收技术 273
6.3 精轧机烟气除尘技术 274
6.3.1 湿法除尘技术 274
6.3.2 湿式电除尘技术 275
6.3.3 布袋除尘技术 276
6.3.4 塑烧板除尘技术 276
6.4 轧钢酸洗车间酸雾逸散控制技术 279
6.4.1 酸雾抑制技术 279
6.4.2 酸雾净化技术 280
6.5 冷轧油雾控制技术 281
6.5.1 油雾形成的原理及特点 281
6.5.2 油雾控制技术 282
参考文献 283
第7章 钢铁行业大气污染控制对策与建议 284
7.1 钢铁行业大气污染物防治最佳可行性技术 284
7.1.1 钢铁行业最佳可行性技术概况 284
7.1.2 钢铁生产各工序最佳可行性技术 285
7.1.3 最佳可行性技术可实现的减排潜力分析 298
7.2 钢铁行业大气污染控制对策建议 300
7.2.1 淘汰落后产能，产业布局调整 300
7.2.2 技术升级创新，控制废气产生 302
7.2.3 污染物深度治理，减少排放总量 303
7.2.4 健全标准管理体系，强化监督监管 306
参考文献 308
索引 309

　　1.1 钢铁行业大气污染物排放现状
　　1.1.1 钢铁行业发展现状及趋势
　　钢铁行业是我国国民经济的重要支柱产业，2015年我国粗钢产量为8.038亿t，占全球产量的49.6%，居世界第一（图1-1）。
　　图1-1世界粗钢产量分布图（2015年）
　　中国粗钢产量统计中未含港澳台数据
　　进入21世纪后我国钢铁产业快速发展，粗钢产量平均年增长21.1%；与2000年相比，2014年我国生铁产量翻了5.4倍，粗钢产量翻了6.4倍，钢材产量翻了8.5倍（图1-2）①。
　　图1-2我国钢铁产量变化（2000～2015年）
　　受市场价格及钢铁行业产能过剩的影响，2014年我国钢铁产能首次出现拐点，2015年生铁、粗钢产量分别较上一年降低了3.1%和2.2%，未来我国钢材需求总量将呈下降走势，根据工业和信息化部2016年10月28日发布的《钢铁工业调整升级规划（2016—2020年）》，我国粗钢产量预计2020年将下降至7.5亿～8亿t，压缩1%～1.5%的产能。
　　按照废钢循环动态平衡的观念，钢铁产品约10～20年转化为废钢，因此目前，欧美等发达国家钢铁行业以短流程电炉炼钢为主，而中国以长流程高炉转炉炼钢为主。欧美等先进工业化国家粗钢消费量峰期（1960～1980年）达400～500kg/（人 年），1980年后呈缓慢下降趋势，目前消费量已降至200kg/（人 年），而2012年我国粗钢消费量高达497.73kg/（人 年），预计未来我国粗钢产量会在稳定中逐步下降，生产工艺由长流程向短流程转变。
　　根据2016年美国发布的国际钢铁企业竞争力排名榜，我国共有5家钢铁企业（宝钢、沙钢鞍钢、武钢和马钢）入围，数量有所增加，但与连续7年蝉联第一的韩国浦项钢铁公司相比，我国钢铁企业综合竞争力相对较低，产业集中度以及技术创新能力还存在一定的差距，吨钢污染物排放量高。受资源环境的约束，绿色可持续已成为我国钢铁行业未来发展的必然趋势。
　　1.1.2 钢铁行业大气污染现状
　　1.污染物排放总量
　　钢铁行业产业链长、工序复杂，资源消耗量巨大，一直是颗粒物、二氧化硫等污染物排放的重点行业之一。根据国家统计局数据，黑色金属冶炼及压延加工业污染物排放情况如表1-1所示。2011年黑色金属冶炼及压延加工业二氧化硫、烟（粉）尘及氮氧化物排放量分别为251.4万t、206.2万t和95.1万t，2015年则分别为203.7万t、240.3万t和267.1万t，分别下降19.0%、增长16.5%和增长180.9%。这表明除二氧化硫下降外，其他主要污染物均有不同程度的增长，从总量看钢铁行业大气污染物排放仍呈增长的趋势。
　　表1-12011～2015年黑色金属冶炼及压延加工业主要污染物排放量（万t）
　　2015年我国黑色金属冶炼及压延加工业污染物排放占全国工业排放总量的比重分别为14.5%、21.7%和24.5%。
　　近年来，我国黑色金属冶炼及压延加工业污染物排放情况见图1-3。可以看出2011年以来我国黑色金属冶炼及压延加工业氮氧化物排放波动昀小，呈小幅增长的趋势，由2011年的95.1万t增加到2014年的100.9万t；二氧化硫排放则呈小幅下降的趋势，由2011年的251.4万t下降到2015年的203.7万t；变化昀为明显的是烟（粉）尘的排放，特别是2014年变化尤为显著，2014年我国黑色金属冶炼及压延加工业烟（粉）尘排放达到427.2万t，是2011年的2.1倍。
　　图1-3黑色金属冶炼及压延加工污染物排放（2003～2015年）
　　除酸性气体及颗粒物外，钢铁生产过程排放的二英、重金属等非常规污染物也不容忽视[1]。根据2007年《中华人民共和国履行〈关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约〉国家实施计划》，2004年我国钢铁等金属生产过程中向大气排放的二英总量为2486.20gTEQ①，占全国总排放量的49%，为二英的主要排放源，其中烧结过程二英排放量约占整个行业排放总量的95%，其次为电炉炼钢过程，约占整个行业的2.5%，焦化、高炉喷入废塑料和转炉炼钢过程也会产生一定的二英[2]。王堃等[3]根据《中国钢铁工业年鉴》，采用排放因子法估算了2011年我国钢铁行业6种典型有害重金属Hg、Pb、Cd、As、Cr、Ni的大气排放量分别约为18.8t、3745.8t、39.4t、132.2t、241.2t、105.3t，总排放量约为4282.7t，其中Pb大气排放量占总排放量的87.5%，在缺乏有效控制的情况下，我国钢铁行业大气污染物仍将持续增长。
　　根据企业活性水平、地理分布及排放因子，统计2011年全国部分省、自治区、直辖市钢铁行业污染物排放量分布情况，如图1-4所示[3]。
　　图1-42011年全国部分省、自治区、直辖市钢铁行业污染物排放量分布情况
　　全国部分省、自治区、直辖市中河北、江苏、山东、辽宁、山西、湖北、河南7省的污染物排放总量居前列，其中河北省各项污染物排放量约占全国排放总量的24%，钢铁企业污染物排放主要集中在中东部地区，西部地区相对较少。
　　2.污染物排放强度
　　我国钢铁企业相对分散，集中度低，中小规模企业生产工艺落后，造成能源利用率低，吨钢污染物排放量高，处理难度大。与国外钢铁企业相比，我国钢铁企业环保水平差距比较明显（表1-2）[4]。
　　表1-2我国钢铁行业与世界先进钢铁企业污染物排放强度对比
　　注：我国钢铁行业氮氧化物排放强度较低，主要原因是氮氧化物排放集中在烧结、球团、自备电厂和焦化等环节；我国钢铁企业自备电厂比重较低，而大部分中小企业都没有焦化厂，因而计算时强度较低
　　德国蒂森克虏伯钢铁公司烟（粉）尘排放量为0.42kg/t，韩国浦项钢铁公司为0.11kg/t，而我国2014年烟（粉）尘排放强度为1.23kg/t，钢协统计的重点钢企烟（粉）尘排放强度为0.73kg/t，均高于国外企业。日本新日铁SO2排放量为0.55kg/t，而我国SO2排放强度为2.2kg/t，为日本新日铁的4倍，重点钢企SO2排放强度为0.94kg/t，约为日本新日铁的2倍。
　　在巨大的环保压力下，近年来我国部分钢铁企业在废气污染物排放控制方面取得了较大进步（表1-3），其中宝钢和太钢的废气排放强度指标已经达到世界先进钢铁企业的水平，宝钢二氧化硫排放强度由2008年的1.43kg/t下降至2014年的0.38kg/t，烟（粉）尘的排放强度由2008年的0.59kg/t下降至2014年的0.45kg/t，太钢废气污染物排放强度与宝钢接近。其他重点钢企如武钢和马钢废气污染物排放强度也大幅降低，以马钢为例，2008年二氧化硫排放强度为2.03kg/t，2014年已降至1.20kg/t，下降幅度为40.9%，烟（粉）尘排放强度也由2008年的1.13kg/t降至2014年的0.85kg/t，下降幅度为24.8%。
　　表1-3 2008～2014年我国部分钢铁废气污染物排放强度变化（kg/t）
　　1.1.3 钢铁生产流程及大气污染物来源
　　1.钢铁生产主要流程钢铁生产流程（图1-5）一般分为“高炉-转炉”长流程工艺和“电炉”短流程工艺。长流程的起点是铁矿石等含铁物料，终点是钢铁产品，包括采矿、选矿、烧结、高炉、转炉、连铸、轧钢等工序；短流程的起点是废钢等含铁物料，终点是钢铁产品，包括电炉、连铸、轧钢等工序；此外还包括对生产流程有较大影响的辅助生产工序，主要包括炼焦工序、铁合金工序等。
　　图1-5钢铁生产主要流程
　　2.钢铁各工序污染物来源及分布
　　1）钢铁各工序污染物来源
　　A.烧结（球团）工序
　　烧结是把铁精矿等含铁原料和燃料、熔剂（生石灰）混合在一起，利用燃料燃烧，使部分含铁原料熔融，从而使散料黏结成块，并满足后续炼铁对原料强度和粒径的要求。烧结生产方式主要为带式烧结机，点火后燃料燃烧，将混合料熔融为烧结饼，料层产生的废气由主抽风机经烧结机下部风箱抽出，烧结饼经破碎、冷却、筛分后形成成品矿。
　　球团是把铁精粉矿等含铁原料与适量的膨润土均匀混合后，通过造球机造生球，然后高温焙烧，使其氧化固结的过程。球团焙烧方式主要有竖炉、带式焙烧机和链箅机-回转窑。球团和烧结工序中污染物来源均来自于矿石燃料，成分比较接近，表1-4列出了烧结（球团）污染源和主要污染物。
　　表1-4烧结（球团）污染源和主要污染物
　　烧结（球团）气体污染源特点是：烟气温度高、流量大、成分复杂，除产生大量的烟（粉）尘外，还含有SO2、NOx、CO、HF、二英等多种气态污染物。
　　B.焦化工序
　　焦化是钢铁工业重要的辅助工序，是以煤为原料，在950℃左右高温干馏生产焦炭的过程。较大规模的钢铁企业（如宝钢、太钢、济钢、鞍钢、武钢等）