鋼鐵行業(yè)排放量的計算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u7335鋼鐵行業(yè)排放量的計算過程案例 154071.1清單方法學(xué) 1214731.2活動水平、污染物控制技術(shù)和排放因子 2295791.2.1活動水平 2172601.2.2污染物控制技術(shù) 2161601.2.3排放因子 5251321.3排放量計算 9清單方法學(xué)為了給出2001年到2019年這幾十年間產(chǎn)生的污染物總量，就要了解這些年間全國每個省份的鋼鐵產(chǎn)量，然后根據(jù)計算方法得出排放因子，就可以計算出上述數(shù)值，然后要進(jìn)行的工作就是將每個區(qū)域內(nèi)所產(chǎn)生的的污染物量累加起來，這樣就能夠得到各個年份鋼鐵行業(yè)全國總排放。分省的各污染物的計算公式分別為：（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）（2-5）其中i，k，m，n和y分別代表了不同的含義，分別為省份，生產(chǎn)工序，生產(chǎn)工藝，排放控制技術(shù)和顆粒物濃度；A代表產(chǎn)量；EF代表直排的產(chǎn)污因子；ef代表有控制的排放因子；C代表了控制裝備利用率；η代表控制裝備的污染物脫除效率；f代表分粒徑顆粒物的占比。其中，以整個亞洲或者全國為研究對象的鋼鐵清單研究包括：這項研究成果主要是來自清華大學(xué)的團(tuán)隊完成的，其建立了一種考慮多方面因素的排放清單模型[25]。伯鑫等[26]發(fā)現(xiàn)京津冀地區(qū)存在一些比較嚴(yán)重的污染問題，結(jié)合多方面的污染源數(shù)據(jù)，將多種因素考慮在內(nèi)，包括去污設(shè)備、環(huán)境的保護(hù)措施等，基于上述的分析與研究，提出了一套高時空分辨率的鋼鐵行業(yè)排放清單?；顒铀?、污染物控制技術(shù)和排放因子活動水平研究地區(qū)主要集中在我國的內(nèi)陸地區(qū)，也就是對我國的內(nèi)陸的省份和自治區(qū)進(jìn)行了相關(guān)的統(tǒng)計。通過仔細(xì)的調(diào)研，最終目的是建立鋼鐵行業(yè)數(shù)據(jù)庫，其中有比較多的指標(biāo)要進(jìn)行確定，比如鋼鐵產(chǎn)量、去除污染的裝備種類及相關(guān)技術(shù)、運(yùn)營的時間等。上述數(shù)據(jù)的獲取主要通過中國統(tǒng)計年鑒來過得其中有比較詳細(xì)的數(shù)據(jù)，這些年鑒分別對能源、鋼鐵工業(yè)、等多方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計。該行業(yè)生產(chǎn)的一般只有三類，分別是粗鋼、生鐵和鋼。污染物控制技術(shù)本次的畢業(yè)設(shè)計首先明確的是要對何種污染物進(jìn)行研究，本文選取了CO2、SO2、NOx和PM2.5四種污染物進(jìn)行研究。鋼鐵行業(yè)的污染物控制技術(shù)（此處主要指末端治理技術(shù)）主要為脫硫、脫硝和除塵技術(shù)等。在2016年最后階段，已經(jīng)有九成以上的鋼鐵公司進(jìn)行相關(guān)脫硫脫硝裝備的更換。脫硫技術(shù)燒結(jié)與球團(tuán)是鋼鐵工業(yè)中排放SO2的重要工序。鋼鐵脫硫控制技術(shù)主要應(yīng)用在燒結(jié)和球團(tuán)工藝。上述技術(shù)按照脫硫原理可以分為三類，主要包括濕法、半干法和干法，其中第一項可以運(yùn)用的方法比較多，包括鈉堿法、雙堿法等等；第二項技術(shù)主要用的技術(shù)包括旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法(SDA)、NID法等等。第三項技術(shù)主要借助一些吸附劑進(jìn)行脫硫過程，主要有活性焦法和SDS。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研，其主要脫硫措施及脫除效率如表3-1所示。表3-1主要脫硫措施及其理論脫除效率脫硝技術(shù)經(jīng)過充分的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，鋼鐵企業(yè)NOx排放量中有很大一部分是來自于燒結(jié)和高爐冶煉的過程，其占的比例相當(dāng)大，大約為70%。因此我們要對上述兩個過程進(jìn)行嚴(yán)格的把控，盡量降低燒結(jié)、高爐煙氣過程中產(chǎn)生的NOx，只有通過這樣的方式才能減少NOx排放量。針對第一個過程中產(chǎn)生的NOx，主要有有幾種方法可以將其處理掉，方法為過程控制以及對末端煙氣進(jìn)行相關(guān)的過濾剔除。有幾種比較常用的脫硝方法，主要是利用化學(xué)原理進(jìn)行，包括選擇性催化或者非催化還原法氧化法和活性炭等等。這其中有幾種要使用到的脫硝還原劑，一般會采用有氨水、液氨和尿素。使用煙氣循環(huán)技術(shù)的脫硝手段可以通過部分NOx的熱分解消耗而使脫硝效率達(dá)到40%-70%。這樣NOx的還原率為45.2%，上述方法可以有效降低SO2的排放量。想要進(jìn)行脫硝過程，一般就會使用干法原理，其中用到的比較重要的材料是活性炭，利用該種材料的吸附性能，該方法可以將排煙除塵、脫硫、脫硝三大功能于集于一體，所有可以稱之為比較復(fù)合的脫硝技術(shù)，這也表明當(dāng)今脫硝技術(shù)已經(jīng)邁進(jìn)了一個新的臺階。已經(jīng)有公司利用該方法得到了比較好的脫硝效果，例如天創(chuàng)，其脫硝率足足提高到了40%。SCR技術(shù)主要作用是進(jìn)行脫氮過程，這一過程要用到相關(guān)的催化劑，在起催化作用下將會發(fā)生NOx轉(zhuǎn)化成N2的情況。這一方法已經(jīng)在日本和歐洲推廣開來。主要是因為該項技術(shù)具有比較高的脫氮率，一般都會達(dá)到70%以上。更有甚者已經(jīng)利用該項技術(shù)將脫硝率比現(xiàn)在足足提高了10個百分點，就是臺灣的一些企業(yè)。然而當(dāng)今該項技術(shù)有一個比較大的缺點就是成本消耗較多，另外我國對NOx的排放并沒有至今嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，因此該項技術(shù)在我國并沒有得到的比較大的推廣。氧化吸收法主要過程是將氮的一氧化物轉(zhuǎn)換為NO2、N2O3或N2O5的過程，然后還要經(jīng)過吸收才能完全去除，主要用用一些堿性物質(zhì)，去除效率可達(dá)50%以上。（3）除塵技術(shù)鋼鐵生產(chǎn)過程中每個工序都會排放一定量的顆粒物，其中燒結(jié)、煉鐵和煉鋼工序是鋼鐵生產(chǎn)中煙粉塵排放的主要來源。在工業(yè)當(dāng)中，對于粉塵的清除并不是簡單地依靠除塵器進(jìn)行除塵，還是根據(jù)許多的除塵機(jī)理進(jìn)行使用，每一種除塵機(jī)理的不同，設(shè)施也不同，主要在工業(yè)當(dāng)中使用的除塵器為機(jī)械式，濕式、電以及過濾式。根據(jù)不同的調(diào)查研究，使用最好的是布袋除塵，但是前者運(yùn)行成本較高，能夠進(jìn)行對與燒結(jié)造成影響。由于高溫?zé)Y(jié)煙氣排放量和水蒸氣含量大，如果使用布袋除塵器，會由于熱損失和突然減速，使一部分水蒸氣被液化并吸附在除塵器上，會影響除塵效果。高爐煉鐵領(lǐng)域中主要使用袋式除塵器，其中PM2.5和TSP的去除效率分別為93.20%和99.39%。高爐煤氣干濕布袋這種技術(shù)在鋼廠當(dāng)中使用的比較廣泛，也是一種普遍使用的技術(shù)。該技術(shù)的特點是效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)，并且成本低、耗能少。在18年的時候，普及率在一半以上。袋式除塵器平均效率都在99%，即可以平均值進(jìn)行計算。（4）溫室氣體減排在鋼鐵工業(yè)當(dāng)中，排放的氣體里面最多的是二氧化碳，會造成大部分的溫室效應(yīng)。二氧化碳也是消耗能源最多的氣體。鋼鐵制造流程CO2排放源繁雜但主要集中在鐵前系統(tǒng)。排放因子（1）SO2根據(jù)已有的研究，鋼鐵生產(chǎn)的過程當(dāng)中使用的主要燃料是煤炭。一些硫輸入在鐵礦石能夠占到90%，在燃燒的過程當(dāng)中會產(chǎn)生一些二氧化硫的排放，其鐵礦石當(dāng)中的硫化物以及硫元素會大量的存在。而燃燒過程當(dāng)中會進(jìn)行反應(yīng)，發(fā)生氧化，形成一個燒結(jié)，產(chǎn)生二氧化硫，為有害氣體。燒結(jié)過程中，SO2存在于區(qū)域，即SO2擴(kuò)散沉淀區(qū)、SO2燃燒沉淀區(qū)和SO2吸收區(qū)。在該區(qū)域當(dāng)中被許多堿性物質(zhì)以及液態(tài)水能夠?qū)Χ趸蜻M(jìn)行一個吸收的作用，降低有害物質(zhì)的排放[26]。鋼鐵行業(yè)二氧化硫的排放因子取決于燃料的硫含量、原料、設(shè)備的類型和規(guī)模以及脫硫設(shè)施的去除效率。燒結(jié)球團(tuán)是主要產(chǎn)生二氧化碳的一個物質(zhì)，在鋼鐵流程當(dāng)中很常見。不同省份當(dāng)中的鐵礦石存在的不同差異。所以說為了使實際值更加接近，對于不同省份煤炭的硫含量進(jìn)行了一個考慮，然后統(tǒng)一形成一個排放因子。我國商品煤含硫量分布區(qū)域差異明顯。研究表明，中國東部沿海地區(qū)和東北地區(qū)的燃煤硫含量普遍不高，而西南省份（如四川和貴州）的煤硫含量卻很高。本研究采用這些省份商品煤的硫含量。我國國產(chǎn)鐵礦石平均硫含量在0.17%左右，其中不同地區(qū)當(dāng)中的含量不同，華東、華中地區(qū)含量是比較比華北、東北地區(qū)的高。我國進(jìn)口的煤炭行業(yè)里面的硫含量是比較低的。在18年的時候，我國對于煤炭資產(chǎn)量能夠達(dá)到14.5億噸，是我國的60%以上的使用能源。但是考慮到其會產(chǎn)生比較大的排放因子，每個省份的排放因子并不明確清楚。因此要對于每個省份的鐵礦石排放因子進(jìn)行一個核算，并進(jìn)行修正。近年來，燒結(jié)球團(tuán)脫硫設(shè)施普及率迅速提高。2012年，全國共投產(chǎn)鋼燒結(jié)脫硫裝置389臺，投產(chǎn)球團(tuán)礦脫硫裝置44臺。在2014年的時候，數(shù)值能夠在526和39臺。使得硫含量進(jìn)行減少的最有效方法是濕式脫硫，效率比較高。本篇文章對于我國的鋼鐵行業(yè)當(dāng)中的脫硫方法進(jìn)行研究，其中濕式脫硫是主流的手段，效率比較高，能夠在90%以上。但是石灰石以及氧化鎂兩種方式進(jìn)行脫硫，效率也比較高，在95%。兩者進(jìn)行比較（半干法）脫硫效率略低，一般在85%～95%之間，如表3-2所示。表3-2鋼鐵工業(yè)各工序產(chǎn)污因子（2）NOx鋼鐵在生產(chǎn)過程當(dāng)中，使用的燃料為氣體燃料，發(fā)生氧化反應(yīng)過程當(dāng)中會產(chǎn)生一些焦粉，然后作為一個燃料進(jìn)行燃燒。其中會形成一個氮氧化物。該物質(zhì)生成主要是在高溫下進(jìn)行。在燒結(jié)、煉鐵的過程，會存在一個氮氧化物的排放。燒結(jié)工藝是鋼鐵行業(yè)NOx排放的主要來源，因為能源主要是煤粉和焦炭，燃料型NOx，是生產(chǎn)最為主要的方式，可占總量的80%-90%，NOx占總60%-70%，產(chǎn)生的NOx主要是NO。僅存在少量的NO2。NOx將通過鋼水保溫、烘烤包裝和連鑄切割產(chǎn)生。而且，電爐在對生產(chǎn)過程當(dāng)中，每噸鋼進(jìn)行燃燒會產(chǎn)生一個比較高的排放因子，比轉(zhuǎn)爐高，在軋制過程當(dāng)中也會形成一個排放因子，使用的燃料為天然氣會有一些氧化物的生產(chǎn)[27]。燃料當(dāng)中也會含有一些氮含量的燃料。經(jīng)過一個空氣系數(shù)的控制，在對于煙氣進(jìn)行循環(huán)的過程當(dāng)中，低氮燃燒能夠?qū)τ诘趸镞M(jìn)行進(jìn)一步的控制。在鋼鐵行業(yè)當(dāng)中使用比較多，可以降低到20%-50%。但是對于排放當(dāng)中污染處理的等級不同，我國對于一些脫銷技術(shù)并沒有進(jìn)行一些開發(fā)。在13年的時候，活性炭的治理手段開始使用，因此本研究未考慮燒結(jié)過程的末端處理。由于燒結(jié)過程是鋼鐵工業(yè)NOx排放的主要來源，目前來看，根據(jù)不同規(guī)模的排放因子進(jìn)行一個考慮，可以有效地減少鋼鐵行業(yè)當(dāng)中的排放物，對于一些環(huán)境治理具有一個比較好的意義[30]。目前來看，氮氧化合物的排放，主要是由于排放濃度以及煙氣量而造成的，所以說可以根據(jù)我國的二污普調(diào)查手冊可以進(jìn)行計算。（3）PM對鋼鐵行業(yè)各種工序及規(guī)模的分析研究得到其PM10和PM2.5進(jìn)行分布的排放因子如表3-3所示[31]。表3-3鋼鐵行業(yè)顆粒物分粒徑排放因子雷宇等梳理了布袋除塵器、電除塵器、濕式除塵器和機(jī)械除塵器四種顆粒物排放控制技術(shù)的分級去除效率和兩種無組織排放控制的綜合治理效果，其去除效率如表3-4所示。表3-4鋼鐵行業(yè)顆粒物控制措施的分級去除效率η/%（4）溫室氣體在我國的碳排放層面，鋼鐵企業(yè)的研究方向主要有兩條工藝路線，即高爐-轉(zhuǎn)爐（BF-BOF）長流程路線和電弧爐（EAF）短流程路線，我國的鋼鐵企業(yè)主要生產(chǎn)流程是焦化、燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵、煉鋼和軋鋼，這也就導(dǎo)致該行業(yè)會產(chǎn)生比較多的污染物質(zhì)，主要是溫室氣體，包括CO2、CH4和N2O，但是后兩者所占比例不超過5%，所以鋼鐵溫室氣體排放研究主要以CO2為主，其溫室效應(yīng)貢獻(xiàn)大約占95%。其中CO2排放最多的工序應(yīng)該是燒結(jié)球團(tuán)工序，占了很大的比例，大約為95%。EAF短流程路線是指電弧爐與鋼材深加工相結(jié)合的煉鋼流程。它的優(yōu)勢是廢鋼再回收利用，流程更加環(huán)保，作為源頭消除了大部分污染物。EAF短流程在我國的產(chǎn)量整體呈上升趨勢，發(fā)展十分迅速。在2018年，我國的電爐粗鋼產(chǎn)量達(dá)到9143萬t。國內(nèi)外研究者已對其碳排放量和排放強(qiáng)度開展了研究。根據(jù)IPCC參數(shù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及相關(guān)文獻(xiàn)的能源消耗和碳排放數(shù)據(jù)，估算出電爐法再生粗鋼的碳排放強(qiáng)度約為0.480tCO2e/t。BF-BOF長流程煉鋼工藝是我國鋼鐵生產(chǎn)的主要方式，主要流程是焦化、燒結(jié)、球團(tuán)等多項生產(chǎn)單元。有研究基于C-MFA方法研究了一些比較大的企業(yè)碳排放量的情況，這些公司主要生產(chǎn)粗鋼，而且產(chǎn)量普遍1000萬ｔ以上。該企業(yè)除了主要的長流程生產(chǎn)單元，還擁有發(fā)電、石灰窯、動力轉(zhuǎn)化多種可以起到輔助作用的單元，主要生產(chǎn)一些比較小的工件，其中還是粗鋼的碳排放量是最多的，大約有1.94tCO2/t，間接碳排放量為0.13tCO2/t，碳排放抵扣為0.25tCO2/t，整體為1.82tCO2/t。排放量計算根據(jù)所查詢的活動水平和相應(yīng)年份的排放因子，分別按以下公式計算中國鋼鐵企業(yè)各年各工序的污染物排放量。通過排放因子數(shù)據(jù)庫，結(jié)合焦化、燒結(jié)、高爐、轉(zhuǎn)爐、電爐和軋鋼工序的產(chǎn)量和規(guī)模信息，計算出各省和全國鋼鐵行業(yè)各工序污染源排