先进产钢国重视VOCs减排

目前，业内普遍认为钢铁生产过程焦化工序产生挥发性有机物（VOCs），烧结工序由于使用燃料，也是VOCs来源之一。所谓VOCs，是以气态分子形态排放到空气中的所有有机化合物的总称，是臭氧和PM2.5的重要前体物。一般认为钢铁工业烧结过程中，VOCs是由焦炭、含油氧化铁皮等原燃料中的挥发性物质形成的，以气体形式排放，在某些操作条件下同时形成二恶英和呋喃。发达国家钢铁工业在减少烧结过程VOCs排放方面，采取了三类措施——源头削减、过程控制和末端治理。

在源头削减方面，由于大部分碳氢化合物在100摄氏度至800摄氏度时在烧结混合物中挥发，并且通过废气从烧结过程排出，因此减少含油粉尘和轧屑使用可减少VOCs排放。这方面的主要技术包括：分开挑选低含油量的粉尘和轧屑以限制油类投入；减少轧屑的含油量；净化轧屑，加热轧屑至800摄氏度，使石油碳氢化合物挥发；使用溶剂从轧屑中提取油类等。

在过程控制方面，可以采用烧结烟气循环工艺将烧结台车的部分热废气（即烧结机头烟气）再次引入烧结料层循环利用，热废气所含的VOCs在通过1300摄氏度以上的烧结带时被分解。

烧结烟气循环利用不但可以显著减少废气排放总量及污染物排放量，且能回收烟气中的余热、降低烧结工序能耗、改善烧结矿质量，具有较大的节能减排和推广应用价值。日本是最早开展烧结烟气循环技术应用的国家。1981年，世界首套烟气循环工艺装置在日本住友金属工业公司小仓钢铁厂的烧结机上投入运行。国外典型烟气循环工艺主要有4种，分别是日本新日铁公司开发的区域性废气循环技术、荷兰艾默伊登公司开发的排放优化烧结技术（EOS）、德国HKM公司开发的烧结过程降低排放和能耗优化技术（LEEP）、奥地利奥钢联公司开发的烧结环境工艺优化技术（EPOSINT）。

在末端治理方面，主要技术有日本的活性炭法和奥钢联的“高性能烧结废气净化法（MEROS）”。《环境与生活》杂志记者从专业文献上了解到，国外先进产钢国家对烧结烟气VOCs的控制较为严格，治理也取得较大的进展。自2012年以来，我国VOCs治理行业发展大大加快。

欧盟和日本摸索以氢代焦炭技术

今年9月，中国国家主席习近平在纽约联合国大会上宣布，中国争取在2060年前实现碳中和。对于我国这样一个传统的高炉流程占据很大比重、环境负荷高的钢铁生产国，要实现钢铁产业的节能减排和健康发展就要研发和尝试更多的绿色技术。

上世纪五六十年代，欧美开始了气基直接还原炼铁技术的探索，大幅减少硫化物和氮化物排放。但这些早期开发的各种非高炉炼铁技术，主要是为了解决减少硫化物和氮化物的排放和优质焦煤资源短缺等问题，而且在实际工业应用时总能耗未呈现显著的降低，二氧化碳减排问题也未得到彻底解决。近些年来，面对《巴黎协定》二氧化碳排放量削减的艰巨任务，钢企尤其是长流程钢企如何有效降低二氧化碳排放强度成为亟待解决的问题。以欧洲“超低二氧化碳炼钢（ULCOS）”项目、日本“环境和谐型炼铁工艺技术开发项目（COURSE50）”和德国的碳变化工产品项目（Carbon2Chem，能将钢厂废气转化为合成燃料甲醇）为代表的技术，追求低碳炼铁，为探索低污染和低碳炼铁工业化的路径做了有益的尝试。

欧洲的ULCOS项目在低碳高炉炼铁新技术方面，研究了炉顶煤气循环工艺，该工艺的亮点之一是使用回收的一氧化碳作为还原剂，减少焦炭用量。

日本COURSE50项目围绕高炉碳减排，开发了部分使用氢代替焦炭作为还原剂的氢还原炼铁法，并预期通过该支柱技术研发应用而实现的碳减排目标为10%。2015年，新日铁公司在住金君津厂建成了小型试验高炉（容积10立方米）进行高炉风口喷吹试验，随后进行了炉体拆解研究，确认部分使用氢作为还原剂的氢还原炼铁法可使二氧化碳排放量低值接近期望的减排目标。2018年11月，日本钢铁联盟提出了以2100年为目标的“挑战零碳钢”的地球变暖对策长期愿景，计划在2030年将COURSE50项目投入运行，待条件成熟后，将进行不使用高炉的氢还原铁的开发。

此外，德国的蒂森克虏伯集团与液化空气公司合作，计划到2050年投资100亿欧元开展“以氢代煤”高炉冶炼项目。2018年11月，蒂森克虏伯正式将氢气通过一个风口注入杜伊斯堡9号高炉，进行氢炼铁试验。这标志着该项目一系列测试的开端，2019年蒂森克虏伯宣布试验成功。蒂森克虏伯还计划从2022年开始，在该地区其他三座高炉都用氢气代替煤进行冶炼，从而降低钢铁生产的污染物和碳排放。用氢气代替焦炭，充足和来源可持续的氢气供应不可或缺。杜伊斯堡的这次试验，液化空气公司通过其位于莱茵-鲁尔区全长200 公里的管道确保稳定的氢气供应。

由于超高温核反应堆（VHTR）的反应产物是氢气与电能，这给了韩国以新的设计思路。早在2009年，韩国原子能研究院与浦项制铁公司等韩国13家企业及研究单位共同签署原子能氢气合作协议，正式开展核能制氢信息交流和技术研发。2010年5月，浦项制铁正式着手开发超高温反应堆。预计2025 年开始反应堆试运行，预计2030 年在2座高炉实际投入使用，到 2040年在12座高炉投入使用，从而完成氢还原炼铁。

另外，瑞典钢铁公司（SSAB）、瑞典大瀑布电力公司和瑞典矿业公司正在联合开发非化石能源钢铁项目“突破性氢能炼铁技术（HYBRIT，即HYdrogen BReakthrough Ironmaking Technology的缩写），主要采用氢气替代煤炭作为还原剂，目标是在2035年之前创建使用非化石能源的钢铁生产工艺。该项目有望减少瑞典二氧化碳排放总量的10%，芬兰二氧化碳排放总量的7%，得到了瑞典能源署部分资金支持。在瑞典国内，这一减排量将对该国达到减排目标起到重要作用。

重视从“大环保”上开展钢铁治污

前面我们用大篇幅从具体技术和设备角度介绍了国外钢铁行业的污染治理情况和趋势，着眼点较为具体，这些思路和技术在国内通常称为“小环保”。相比之下，在策略、流程、管理和政策等方面开展钢铁行业治污的工作则被称为“大环保”。

钢铁在生产、运输、装卸、储存、转移、输送过程中颗粒物无组织排放的问题，是个全球性的突出问题，德国在这方面对车间和料场等无组织排放实行分类管理。对于车间无组织排放，严格控制炼钢车间的密闭措施，尽量减少车间内的冶炼二次烟气外溢情况出现。对于料场无组织排放，在保证厂界外达到环境质量标准的前提下，未对钢铁企业提出料场全封闭等成本较高的措施要求。欧盟钢铁行业的最佳可行技术（BAT）要求，通过直接测量、间接测量、排放系数等方法确定无组织排放大小。

长期以来，日本的钢铁公司密切关注循环经济政策和法律。日本于1995年颁布了《容器包装再生法》和《家电再生法》，并从2000年和2001年开始全面实施。2000年，日本又颁布了《建设循环型社会基本法》及《资源有效利用促进法》等一系列配套法规，从而推动了循环经济的健康发展。按照《资源有效利用促进法》的规定，钢铁工业作为资源高消耗行业，在做好节能和节约资源的同时应充分利用好企业内部的工业“三废”。日本钢铁联盟在其2010年节能、环保志愿计划中，除明确直接节能10%和工业“三废”基本不外排以外，还要求在冶炼过程中使用废塑料，通过低温余热供应社区和发展高效钢材实现节能5.5%的广义节能任务。


钢铁产业治污 中国迎头赶上

我国是世界上最大的钢铁生产国。国家发改委提供的资料显示，2019年全国生铁、粗钢和钢材产量分别为8.09亿吨、9.96亿吨和12.05亿吨，同比分别增长5.3%、8.3%和9.8%，粗钢产量再创历史新高。近年来，通过采取结构优化、重点地区企业异地搬迁、强化末端污染治理等措施，我国积极推进钢铁行业大气污染物减排工作，并取得了重要进展。这些措施使得在全国钢铁产量上升的同时实现了污染物排放总量下降，但由于钢铁行业总产量巨大，排放水平参差不齐，行业总排放量依然高企不下。

据业内人士披露，目前我国钢铁产业脱硫、除尘的工艺已经十分成熟，能够实现超低排放相应的指标，在技术路线上也有很多的选择，但在钢铁烧结、球团工序上烟气波动比较大，没有适应现有成熟脱硝工艺技术的温度气段。现有技术如何结合烟气特点做适当的变化，以提高钢铁工业烟气净化成效，应成为当前我国工业烟气污染治理领域重要的科研攻关方向。

另外，随着我国城镇化速度的提升，我国很多钢铁企业被城区包围，面临的环保敏感度越来越高。位于南京的宝钢股份上海梅山钢铁股份有限公司，也因此在探索城市钢厂与城市功能共融共生的解决路径，向绿色钢厂转型。2017年12月，梅山钢铁的烧结烟气干式超净及催化氧化吸收协同脱硝装备顺利通过了168小时运行考核，现场排放检验表明远低于京津冀大气污染传输通道城市大气污染物特别排放限值。该设备运行至今，标志着全球首套可实现烧结烟气多污染物干式协同处理的超净装备正式诞生。

近些年来，全球钢铁企业根据本身的实际情况，选择发展不同的钢铁生产工艺流程，环境友好始终是钢铁工业可持续发展不可缺少的重要课题。在此大背景下，国内钢铁行业更需加快推进污染治理步伐，贯彻好生态环境部等部门去年发布的《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，推动全国尤其是重点区域大气环境质量持续改善，为自身可持续发展赢得空间。