1. 钢铁行业超低排放改造的背景与意义
1.1 钢铁行业在国民经济中的地位
钢铁行业作为我国国民经济的支柱产业，为现代化建设和经济发展提供了重要支撑。其产品广泛应用于建筑、机械制造、交通运输等众多领域，是基础设施建设和社会生产活动不可或缺的基础材料[2][9]。据统计，我国粗钢产量在2018年已占全球总产量的50%以上，这不仅体现了钢铁行业在国民经济中的重要地位，也凸显了其对资源环境和可持续发展的深远影响。
1.2 钢铁行业污染物排放对环境的影响
钢铁行业在生产过程中排放大量的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等污染物，这些污染物对大气环境、生态系统及人体健康造成了显著危害。例如，二氧化硫和氮氧化物是酸雨的主要前体物，会导致土壤酸化和水体污染；颗粒物则会对空气质量产生直接影响，并可能引发呼吸系统疾病[1][10]。根据相关研究，钢铁行业的污染物排放量在工业行业中位居前列，其中二氧化硫和氮氧化物分别排名第3位，颗粒物排放量更是高居第1位，这使得钢铁行业成为大气污染防治的重点对象。
1.3 超低排放改造和多污染物协同控制的紧迫性
随着环保要求的不断提高，钢铁行业实施超低排放改造以及实现多污染物协同控制的需求愈发迫切。一方面，超低排放改造是控制环境污染、实现绿色转型的有效手段；另一方面，多污染物协同控制技术的应用能够更高效地减少多种污染物的排放，从而降低环境负荷[3][9]。然而，当前钢铁行业在超低排放改造过程中仍面临诸多挑战，如技术可行性、经济可行性以及运行可行性等问题，亟需通过技术创新和政策支持加以解决。
2. 钢铁行业污染物排放现状与特征
2.1 钢铁行业生产工艺流程及排放节点
钢铁行业的生产工艺流程复杂，主要包括原料处理、焦化、烧结、高炉炼铁、转炉炼钢以及轧钢等环节[2][12]。在原料处理阶段，铁矿石、煤炭等原料的破碎、筛分和运输过程中会产生大量的颗粒物排放。焦化过程中，煤炭在高温下干馏生成焦炭，同时释放含有二氧化硫、氮氧化物和挥发性有机物的废气。烧结环节通过将粉状原料加热成块状烧结矿，其烟气中主要包含二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等污染物。高炉炼铁过程中，高炉煤气的燃烧会产生大量的二氧化硫和氮氧化物，而转炉炼钢则主要排放含尘烟气和二噁英等有害物质。轧钢环节在金属加工过程中也会产生一定量的颗粒物和油雾排放[2]。
2.2 主要污染物排放特征
钢铁行业的主要污染物包括二氧化硫、氮氧化物和颗粒物，其排放来源、浓度水平和排放规律各具特点[1][10]。二氧化硫主要来源于烧结、焦化和高炉炼铁等环节，其排放浓度受原料含硫量和脱硫效率的影响较大。氮氧化物则主要集中在烧结和焦化工序，尤其是在高温燃烧过程中，由于空气中的氮气与氧气反应生成NOx，导致其排放量较高。颗粒物的排放贯穿于整个生产工艺，尤其是在原料处理和烧结环节，其排放浓度通常较高且具有间歇性特征。此外，不同工序的排放规律也各不相同，例如烧结烟气的排放呈现连续性和高波动性，而高炉煤气则表现为稳定但低浓度的排放特性[10]。
3. 多污染物协同控制技术分析
3.1 烧结环节协同控制技术
3.1.1 活性炭吸附联合脱硫脱硝工艺
活性炭吸附联合脱硫脱硝工艺是一种基于物理-化学吸附原理的协同控制技术，该技术利用活性炭强大的吸附能力，实现对烟气中多种污染物的高效去除[11]。具体而言，活性炭表面微孔结构具有良好的催化作用，能够将烟气中的二氧化硫（SO₂）催化氧化为三氧化硫（SO₃），进而与水蒸气结合生成硫酸（H₂SO₄）。对于氮氧化物（NOₓ）的去除，活性炭通过两种途径实现：一是在有氨喷入的情况下，利用其表面官能团的催化特性，实现氮氧化物的选择性催化还原；二是在无氨环境中，直接通过物理吸附去除氮氧化物[11]。该工艺的优势在于其高效性和经济性，能够同时处理多种污染物，从而减少设备投资和运行成本。然而，该技术也存在一定的不足，例如活性炭的再生问题以及潜在的二次污染风险，这些问题需要在实际应用中加以重视和解决。
3.1.2 烟气再循环技术
烟气再循环技术通过将部分烧结烟气重新引入烧结过程，从而降低污染物排放浓度，其核心原理在于通过稀释和温度调节减少污染物的生成量[2][5]。具体而言，该技术通过控制烧结过程中的氧气浓度和温度分布，抑制热力型氮氧化物（NOₓ）的生成，同时减少一氧化碳（CO）的排放量。研究表明，合理的烟气再循环比例可以有效降低二噁英的生成量，并改善烧结矿的质量[14]。然而，该技术的应用效果受到多种因素的制约，例如烧结工艺参数的设计、烟气成分的复杂性以及系统运行的稳定性等。此外，过度依赖烟气再循环可能导致烧结效率下降，因此在实际应用中需要综合考虑其技术局限性及适用条件。
3.2 炼铁环节协同控制技术
3.2.1 高炉煤气一体化控硫技术
高炉煤气一体化控硫技术是针对高炉煤气中硫成分进行综合控制的一项关键技术，其核心原理在于通过优化煤气净化流程，实现硫成分的高效去除[8]。具体而言，该技术通过结合干法除尘与湿法脱硫工艺，对高炉煤气中的硫化氢（H₂S）和其他含硫化合物进行分级处理，从而显著降低硫排放浓度。研究表明，该技术不仅能够稳定达到超低排放要求，还具有较高的资源回收利用率，例如通过硫磺回收装置实现副产物的高附加值利用[8]。此外，该技术在减少硫排放方面的效果已在实际应用中得到了验证，为炼铁环节的多污染物协同控制提供了重要参考。
3.2.2 其他相关协同控制技术
除高炉煤气一体化控硫技术外，炼铁环节还存在其他可能的多污染物协同控制技术，例如通过调节烧结工艺参数优化污染物排放[1][14]。研究表明，通过控制烧结温度、料层高度及氧气浓度等参数，可以有效减少氮氧化物和二噁英的生成量[14]。此外，热态烟气循环技术也被广泛应用于炼铁环节，通过优化烟气循环路径和温度分布，进一步降低污染物排放浓度[14]。这些技术的特点在于其灵活性和适应性，能够根据不同工况条件进行调整，从而实现多污染物的协同控制目标。
3.3 炼钢环节协同控制技术
3.3.1 电炉烟气处理技术
电炉烟气处理技术主要聚焦于颗粒物和二噁英等污染物的协同控制，其核心技术包括烟气急冷和高效袋式除尘工艺[15]。具体而言，烟气急冷技术通过将超过800°C的高温烟气在2~3秒内快速冷却至200°C以下，有效避开二噁英“从头合成”的温度区间，从而减少其生成量[15]。与此同时，高效袋式除尘器采用覆膜滤料，能够在去除颗粒物的同时协同去除二噁英，确保颗粒物排放浓度稳定低于10mg/m³[15]。该技术的优势在于其高效性和稳定性，能够满足严格的超低排放要求。然而，其设备投资和运行成本较高，且对操作维护水平要求较高，这些问题需要在实际应用中予以关注。
3.3.2 转炉烟气净化技术
转炉烟气净化技术在实现多污染物协同去除方面具有重要意义，其核心技术包括低氮燃烧技术和烟气深度处理工艺[1][6]。具体而言，通过燃用清洁能源并结合低氮燃烧技术，可以从源头控制氮氧化物（NOₓ）的生成，同时减少其他污染物的排放量[6]。此外，转炉烟气净化过程中还采用了选择性催化还原（SCR）技术，进一步降低氮氧化物排放浓度，从而实现多污染物的协同控制目标[6]。该技术的应用效果已在多个钢铁企业中得到了验证，其优势在于技术成熟度高、运行稳定性强，但同时也面临着氨逃逸等问题的挑战，这些问题需要通过优化工艺设计和加强运行管理加以解决。
4. 多污染物协同控制技术的适用性分析
4.1 不同规模钢铁企业的技术适用性
不同规模的钢铁企业在选择多污染物协同控制技术时，需充分考虑其生产能力、资金实力以及技术管理水平。大型钢铁企业通常具备较强的经济基础和较高的技术管理能力，能够承担较为复杂且成本较高的协同控制技术，例如活性炭吸附联合脱硫脱硝工艺，该技术虽然初期投资较大，但其高效的污染物去除能力能够满足大型企业高排放节点的需求[6]。相比之下，中型钢铁企业在技术和资金方面相对受限，更适合采用运行成本较低且操作相对简单的技术，如烟气再循环技术，这种技术通过优化现有工艺流程实现污染物减排，无需大规模设备更新，因而更具经济性[9]。而对于小型钢铁企业，由于其生产规模较小且资金有限，应优先考虑低成本的改进措施，如对现有除尘设备进行升级改造，以提升颗粒物捕集效率，同时结合地方政策支持，逐步引入更先进的协同控制技术。
4.2 不同工艺钢铁企业的技术适用性
钢铁企业的生产工艺主要分为长流程和短流程两种，不同工艺对多污染物协同控制技术的需求存在显著差异。长流程钢铁企业以高炉-转炉工艺为主，其烧结环节是主要排放源之一，因此需要重点关注意烧结机头烟气脱硫脱硝技术的应用。例如，半干法/湿法脱硫+SCR脱硝工艺因其成熟的技术和高效的污染物去除率，被广泛应用于长流程钢铁企业的超低排放改造中[6]。而短流程钢铁企业则以电炉炼钢为主，电炉烟气中的颗粒物和二噁英是主要污染物，因此需要采用炉内排烟+密闭罩+屋顶罩的捕集方式，并结合烟气急冷加高效袋式除尘技术，以实现多污染物的协同控制[15]。此外，短流程钢铁企业还应注重清洁能源的使用和低氮燃烧技术的推广，从源头减少污染物的生成。综上所述，不同工艺钢铁企业应根据自身特点选择适合的协同控制技术，以确保超低排放目标的实现。
5. 多污染物协同控制技术的经济评估
5.1 成本投入分析
5.1.1 设备购置成本
在钢铁行业实施多污染物协同控制技术的过程中，设备购置成本是首要考虑的经济因素之一。不同技术路径对设备的需求差异较大，导致其购置费用也存在显著区别。例如，活性炭吸附联合脱硫脱硝工艺需要高性能的吸附装置及配套设备，其初始投资较高；而烟气再循环技术则相对较为简单，设备购置成本相对较低[9]。此外，高炉煤气一体化控硫技术涉及复杂的气体处理设备，其价格通常高于其他常规技术。因此，在选择协同控制技术时，企业需根据自身资金状况和技术需求综合评估设备购置成本。
5.1.2 运行维护成本
除了设备购置成本外，运行维护成本也是影响多污染物协同控制技术经济性的重要因素。设备运行过程中的能耗、耗材以及人工费用构成了主要的维护成本。以活性炭吸附工艺为例，其运行过程中需要定期更换吸附剂，这无疑增加了耗材成本；同时，该工艺对电力需求较高，进一步提升了能耗支出[3]。相比之下，烟气再循环技术由于能耗较低且无需频繁更换耗材，其运行维护成本相对可控。然而，无论采用何种技术，企业均需通过优化管理手段降低运行维护成本，以确保技术应用的可持续性。
5.2 效益分析
5.2.1 环境效益
采用多污染物协同控制技术后，钢铁行业的污染物排放显著减少，从而带来了可观的环境效益。例如，通过活性炭吸附联合脱硫脱硝工艺和烟气再循环技术的应用，二氧化硫和氮氧化物的排放量可大幅降低，进而改善区域空气质量[3][9]。此外，炼钢环节中的电炉烟气处理技术和转炉烟气净化技术能够有效去除颗粒物和二噁英等有害物质，减轻对生态环境的破坏。这些环境效益不仅有助于提升企业的社会形象，还能为周边居民创造更加健康的生活环境。
5.2.2 经济效益
从经济效益的角度来看，多污染物协同控制技术的应用同样具有重要意义。一方面，资源回收利用成为技术经济性的重要体现。例如，高炉渣和钢渣的梯级回收利用不仅能够减少固体废物排放，还可作为建材原料替代部分水泥，从而降低生产成本[1][9]。另一方面，通过减少污染物排放，企业能够避免因环保不达标而遭受的处罚，间接提升了经济效益。此外，地方政府为鼓励企业采用协同控制技术提供的政策支持和资金补贴也为企业带来了额外的经济收益，进一步增强了技术应用的吸引力。
6. 政策环境对技术路径的影响
6.1 国家相关政策法规解读
近年来，国家为推进钢铁行业超低排放改造及多污染物协同控制，出台了一系列政策法规。例如，生态环境部等五部门于2019年联合发布的《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，明确了钢铁行业超低排放的具体要求和时间节点，旨在通过严格的标准推动行业绿色转型[12]。此外，《减污降碳协同增效实施方案》提出强化污染治理与温室气体减排的协同控制，为钢铁行业实现多污染物协同控制提供了政策依据[3]。这些政策法规不仅明确了技术改造的方向，还通过奖惩机制激励企业采用先进的协同控制技术，从而促进钢铁行业的可持续发展。
6.2 地方政策扶持与引导
地方政府在推动钢铁行业超低排放改造和协同控制技术应用方面也发挥了重要作用。例如，部分省份出台了专项资金支持政策，为企业提供技术改造补贴，降低企业实施超低排放改造的经济负担[9]。同时，地方政府还通过税收优惠、绿色信贷等金融手段，鼓励企业采用多污染物协同控制技术。此外，一些地区建立了环保绩效考核机制，将企业的排放指标与地方经济发展挂钩，进一步强化了企业对超低排放改造的重视程度。这些地方政策的扶持与引导，有效弥补了国家政策在区域执行层面的不足，为钢铁行业技术路径的优化提供了有力支持。
7. 多污染物协同控制技术路径的发展趋势与建议
7.1 技术发展趋势预测
随着环保要求的日益严格和技术的不断进步，钢铁行业多污染物协同控制技术将朝着高效化、集成化和智能化的方向发展[1][4]。高效化体现在对污染物去除效率的持续提升，例如低温等离子体技术在复杂烟气条件下的应用潜力将进一步被挖掘，以实现更高的污染物降解率。集成化则强调多种技术的耦合与优化，如活性炭吸附联合脱硫脱硝工艺与烟气再循环技术的结合，有望在烧结环节实现更全面的污染物控制。此外，智能化技术的引入，如大数据分析和人工智能控制，将显著提升污染治理设施的运行效率和管理水平，为钢铁行业超低排放改造提供新的解决方案。
7.2 优化与创新建议
为优化多污染物协同控制技术路径，助力钢铁行业实现超低排放目标，需从多方面入手。在技术创新方面，应加强基础研究，开发适应不同工况条件的高效协同控制技术，并注重技术的经济性和实用性[3]。在政策支持方面，政府应进一步完善相关法规和标准，加大对超低排放改造项目的资金补贴和税收优惠力度，同时强化环境监管，确保政策的有效实施[9]。在企业管理方面，钢铁企业需提高环保意识，加强内部管理，通过精细化运营降低治污成本，同时积极与科研机构合作，推动技术的落地与应用。只有通过多方协作，才能实现钢铁行业多污染物协同控制技术的持续优化与升级，为环境保护和可持续发展做出贡献。
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作者简介：陈升龙（1986—），男，汉族，广西北海人，本科，研究方向为环保。
