一 看懂全球最牛钢企浦项如何治理环境!(附水、气、固废排放指标及副产物利用详情等)

2017年浦项钢铁公司(以下简称浦项)在主要环境改善方面共投入1965亿韩元,其中大气 1009亿韩元、水质507亿韩元、副产物资源化及其他449亿韩元。2017年主要的投资领域包括:浦项钢铁厂3号高炉更换了落后的除尘器设备,对烧结尾气进行脱硫处理;光阳钢铁厂进行了烧结除尘器更换,新增KR脱硫渣处理场,在冷轧分厂新增环保设备。2017年浦项全年的环境管理费用,如表1所示。

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水质管理

鉴于钢铁工业是用水大户,浦项最大化地增加水的重复利用次数,2017年产生的41%的废水没有直接排放,而是通过回收进行再利用。2017年浦项的用水和排放情况,如表2所示。

为了扩大水的重复再利用,实现用水管理最优化,浦项钢铁厂正在大力实施用水管理系统和工艺的改进。经过原水净水处理设施净化后,按照淡水和净水分别供给不同工序。各工序使用过的水按照废水、污水和冷却水分类,通过独立的排水系统进行收集。废水在各工序经过一次和二次处理后,汇入终端废水处理设施,进行最终处理后排放。轧制工序产生的、氯离子浓度低的废水,通过单独管道运往原水净水处理设施,处理后进行回收再利用。集中收集工厂产生的污水,经过生物处理后全部作为清扫用水进行再利用;冷却水及雨水、料场和道路积水通过污水处理设施收集,净化处理后作为工业用水和清洁用水再次利用。

为了响应地区社会的节水要求,光阳钢铁厂也加大废水的回收再利用,同时开发替代性用水。2017年采用低氯水处理药品,显著降低了废水的腐蚀性;将冷却塔的排污水用作路面洒水,减少了废水的产生量。另外,在厂区内安装了海水淡化设备,每天可使用3万吨海水,减少了水库的采水量,基于前期一系列的努力,光阳钢铁厂的取水量和用水量都在持续减少。

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大气管理

浦项积极响应政府有关“减少雾霾”的政策,致力于改善地区大气环境,2017年大气污染物排放总量,见表3。在浦项钢铁厂建成了1座约9.5万吨的扇形原料料场,用于储存石灰石等原料,9座6万吨的无烟煤料仓;在光阳钢铁厂建成了23座5万吨的无烟煤料仓。

浦项钢铁厂运用料场管理系统,对每天不同的覆铺率进行统计,有针对性地提高料堆覆铺率,对易于飞散的原料采用泡沫喷洒技术,尽可能减少卸料区域的扬尘;目前正在开发洒水的手机应用程序,便于料场巡检人员直接进行洒水处理;对厂区内粉尘和恶臭的发生源进行实时跟踪,为了提前应对临近区域的居民投诉,正在构建智能化大气管理系统。

光阳钢铁厂为了减少粉尘,正在加大投入,用以更换落后的洒水管道,增设除尘器。为了最大化地减少料场的扬尘,对大部分料堆进行覆铺,对少数无法覆铺处理的料堆则进行定期洒水或喷洒表面硬化剂,而且栽种了各种树木,扩大绿地面积,在厂区内持续开展绿化,2017年共栽种了22种8286棵树木,绿地面积扩至25528m2,占到了厂区总面积的22.2%。

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化学物质管理

为了对所有化学物质处理设施可能泄露的化学物质进行监控,2017年浦项构建了实时泄露感知系统。为了有效应对各地区的化学事故,浦项在浦项钢铁产业园区,与大邱地方环境厅开展合作;在光阳钢铁产业园区,与荣山江流域环境厅开展合作,在化学安全管理共同体中,充分发挥了领头羊的作用。通过系统化安全教育和防灾训练,实施联合模拟训练,从源头杜绝化学事故,积极构建安全生产的钢铁厂区。2017年化学物质排放总量为 81t,与 2016年82t 的水平差别不大。

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资源循环

4.1副产物的产生及最终处理

每生成1t铁,会产生约600-700kg的副产物。炼铁、炼钢工序的铁水、钢水在分离过程中,钢铁炉渣的产生量占比最大;尾气除尘和冷却工序中,会产生大量的粉尘和污泥;轧制工序中,会产生氧化铁皮;各种炉体内,会产生废弃的耐火材料。

2017年浦项共产出3720万吨粗钢,产生2376万吨副产物,其中98.4%在厂区内外得到了回收再利用,资源化率水平很高,见表4。仅有约36万吨进行焚烧或填埋处理。钢铁炉渣作为水泥原料或土木原材料进行100%有效回收,有助于保护自然资源。铁含量较高的粉尘或污泥作为炼铁原料进行回收再利用,提高了资源的有效利用率。作为资源和能源消耗大户,浦项正充分利用副产物所含的各种有用物质,并尽可能减少填埋和焚烧。为实现“零废物”目标,通过持续研究,拓宽副产物的全新用途,以此克服“环境-资源-能源”的危机,逐步构建资源循环社会。

4.2副产物资源化

钢铁炉渣分为高炉渣和炼钢渣。2017年高炉渣产生量为1213万吨,炼钢渣643万吨,共计1856万吨,大部分作为水泥原料或天然骨料替代材料,以及硅质肥料原料进行再利用,见表5。熔融状态的高炉渣在料场进行冷却,形成缓冷渣(块渣),或者通过高压水骤冷,形成水淬渣(水渣)。块渣在大气中缓慢冷却,晶粒结构形成坚硬的岩石状态,水淬渣几乎没有形成结晶质,而是形成非结晶性物质(玻璃质)的砂石状态。

水淬渣粉碎成微粒,具有类似于水泥的性质,适用于混凝土混合料,与块渣相比,附加值更高。2017年浦项的水淬渣在高炉渣的占比提至94.1%,同比2016年的88.2%提高了5.9个百分点。水淬渣可作为水泥熟料的替代材料,有助于保护石灰石等天然资源,节省能耗,减少二氧化碳排放。通常,水淬渣在水泥中的百分含量约为40%,而在浦项自主开发的环保高性能水泥PosMent中,水淬渣的百分含量达到了60%,可显著减少二氧化碳排放量。

炼钢渣的主要成分包括:CaO、SiO2、Fe2O3等,与天然岩石的成分基本相似。炼钢渣经过破碎和磁力选别之后,回收铁成分,粒径较大的骨材可用于道路和土木施工,微粒主要作为水泥原料使用。为了将炼钢渣用于替代石灰石材料,减少水泥行业的二氧化碳排放、降低能耗,相关的研发工作尚在进行之中。另外,炼钢渣还作为海洋森林,用于修复海洋生态系统。综合钢铁厂在原料、焦化、烧结、高炉、炼钢、热轧和冷轧等工序中,会产生相当的粉尘和污泥。为了减少污染物质排放,安装了除尘设备或水处理设备。在早期,这些副产物主要作为烧结工序的原料进行回收再利用,或者直接进行填埋处理,但就目前而言,考虑到粉尘和污泥各自的理化特性,为了最大化回收其中的有用物质,浦项正在积极寻找新的用途,尽可能加大回收力度。

4.3副产物利用技术开发

截至目前,尽管钢铁副产物的回收再利用已经取得了一定进展,但由于建筑和土木等社会基础设施项目缩减,加之环保法规日益严格,施工废弃物循环骨料或煤灰等材料也开始进入市场,因此,可以预料,钢铁副产物的资源化条件将变得更为艰难。不过,在未来的包容性循环经济时代,为了有助于人类的可持续发展,钢铁工业应该通过技术创新,在提高生产效率的同时,尽可能地减少副产物的产生,因此,提高副产物再利用的经济效益性至关重要。与此同时,对副产物的有害特性和再利用的环保性进行评价,逐步完善相关法规也是当务之急。

浦项对副产物进行系统化分析,积极发掘潜在需求,并针对不同特性开发相关再利用技术,从集团层面构建资源循环体系。副产物经由浦项产业科学研究院(RIST)和外部研究机构开展前期分析,与此同时,为了摸索出再利用方案并进行积极研究,在集团子公司的协力之下,建立起浦项自创的副产物回收再利用模式,最大化发掘副产物的价值,变废为宝。

值得一提的是,从2012年开始,RIST联手浦项建设公司以及韩国施工企业和水泥公司合作,开始PosMent技术的开发,旨在提高炉渣在水泥中的使用比率,在减少二氧化碳排放的同时,显著改善理化性能。PosMent技术于2013年获得了韩国环境部的“绿色技术”认证,采用这种环保炉渣水泥的建筑物也荣获了碳减排的环保绿色建筑认证(G -SEED)。

环保高性能水泥PosMent可减少混凝土的水化热,耐化学性、耐盐害性和耐用性更高,可以有效应对施工条件的变化,不仅适用于普通混凝土,还可以用于易于开裂的大型结构物或海洋结构物。2015年采用PosMent技术设计出超低放热混凝土配比,应用于釜山海云台LCT复合开发项目——当时韩国最高的居民建筑(85层2栋楼,339m)和地标性宾馆楼(101层,441m),混凝土总用量约5.18万平方米(8600台混凝土搅拌机的浇铸用量)。

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温室气体减排

2010年2月,在韩国总统主持的第七次绿色发展委员会上,浦项钢铁公司正式对外宣布了温室气体减排目标:截至2020年,钢铁厂每生产1t粗钢,温室气体的排放量减至2.00t,相比2007-2009年2.20t的平均水平降低9%。为了实现自律性的减排目标,致力于减少煤炭原料的用量,提高能效,开发CO2减排创新技术,同时开发并普及提高汽车燃效的高强汽车板,提高发动机和变压器能效的高效电工钢板,扩大环保型水淬渣水泥的应用,减少CO2的社会排放。

2017年浦项钢铁公司的钢铁生产投入铁矿石5400万吨、燃煤2600万吨、石灰石700万吨、外购电量789MW、LNG 消耗1011MNm3。浦项和光阳两大分厂排放的温室气体大部分是二氧化碳。2017年温室气体排放(燃烧及生产过程的直接排放 电力、蒸汽生产过程中的间接排放)总量为 7070万吨,同比2015年7037万吨增加约0.4%。从生产工序来看,各工序的二氧化碳排放比重分别是:炼铁82%、炼钢7%、电炉2%、热轧6%、冷轧3%。

2017年浦项粗钢总产量为3720万吨,同比2016年3750万吨,减少约0.8%,2017年的吨钢CO2排放量为1.90t,略高于2016年1.88t的水平,同比小幅增加约1.3%,相比2007-2009年的平均水平2.20t,差别不大,见表6。

伴随着高强汽车板和低铁损电工钢板等高效产品的进一步普及,2017年实现温室气体社会减排614万吨。其中,2017年高强汽车板总销量448万吨,同比增加6%;低铁损电工钢板同期销量45万吨,同比增加5%。与此同时,归功于高炉水淬渣的推广应用,将1095万吨水淬渣作为水泥原料。2017年实现温室气体社会减排860万吨,见表7。

另外,2017年炼铁工序原料运输、员工出勤、国内外差旅等价值链上的其他二氧化碳间接排放情况如表8所示。

在节能减排的研发上,2017年在能量回收设备和工艺改进方面,共投入67亿韩元。典型案例包括:浦项钢铁厂炼钢二分厂安装了除尘器逆变模块,通过安装省电装置,投入33亿韩元;在更换或检修水泵及照明设施方面共投入34亿韩元。在回收工序显热、捕集二氧化碳等温室气体减排的研发方面,投入832亿韩元。

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提高能效举措

6.1利用副产煤气

钢铁生产中产生的BFG、COG、LDG、FOG等大部分副产煤气,作为能源被回收,或用于自发电。浦项和光阳两大钢铁厂通过CDQ、TRT等能量回收设备(发电量287MW)、副产煤气发电(1371MW)和LNG发电(355MW)等方式,自主生产的电量占用电总量的72%,相较2016年的自发电比重68%,又提高了4个百分点。外购电量为789MW,占比28%。

6.2提高发电效率及修复能量回收设备性能

2016年8月,浦项和光阳两厂内新设了提高发电效率的攻关小组,致力于降低电力采购费用。浦项钢铁厂对LNG复合发电设备进行了锅炉管道和冷凝器的清洗,并通过实时监控改进了运行方式,提高了发电效率。光阳钢铁厂对2台发电设备采用了可变式喷嘴,由此提高发电效率。两厂对CDQ、TRT及余热锅炉等主要能量回收设备进行了性能修复,提高了发电能力。

6.3智能工厂

浦项的智能工厂将长期的生产经验、技术诀窍作为依据,借助物联 技术,大量收集现场的所有重要数据。运用大数据手段进行分析和预测,借助人工智能技术对所有工序进行优化管理和自动控制。

光阳钢铁厂从2010年开始在制氧分厂综合运用了各种能源技术和高端的IT技术,推行“智能工业实证业务”,在提高能效的同时,降低了生产成本,实现了设备的稳定运行。2017年厚板分厂构建了智能工厂并正式运行,计划从2018年开始将其推广到汽车板分厂。浦项钢铁厂热轧分厂从2014年起开展了实证业务,2015年开发出分析模型,可根据设备状态和履历,对操作故障、质量缺陷等进行系统分析,解决炼钢、热轧、冷轧和不锈钢轧制各工序之间的疑难缺陷。

6.4钢铁厂节省照明电力

浦项和光阳两大钢铁厂安装了天然采光窗和照明回路装置,从2011年开始安装LED灯,截至2017年,钢铁厂和办公室采用28万余个LED灯照明,累计节省电力费用约263亿韩元。

6.5直接加热喷嘴的脉冲燃烧技术

2012年以来,成功开发了脉冲燃烧技术,可以减少钢铁厂燃烧设备氮氧化物的生成,提高燃烧效率。这项技术按照一定的脉动频率和振幅向供应燃料的配管供料,可以提高热传递和热效率,目标是节省燃料消耗30%以上,氮氧化物减排 30%以上。2014年用于炼钢和炼铁厂内,完成了基础性测试,2015-2017年在浦项钢铁厂线材分厂加热炉完成了应用测试,今后将根据操作条件和季节的变化,验证其中长期的实际效果。

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独创节能减排技术

7.1利用氨水分离副产煤气中的CO2技术

浦项利用低浓度氨水(10%以下)吸收高炉煤气中的二氧化碳并进行分离,同时回收钢铁厂内未有效利用的中低温废热,作为二氧化碳再生所需的能源,可以实现二氧化碳的低成本分离。该技术于2015年成为大企业与中小企业合作的项目。

7.2有机朗肯循环中低温余热发电技术

中低温发电是利用工业余热或新再生能源200-400℃中低温热源进行发电的技术。为了开发钢铁厂余热专用的中低温发电系统,浦项从2016年起开始研究,2017年正式完成相关设计,2018年计划在光阳钢铁厂的锰铁分厂开展中低温发电实证业务。

7.3氢气还原炼铁

氢气还原炼铁技术是通过生成大量的清洁氢气,用以替代煤炭,还原铁矿石。短期内的目标是捕集钢铁厂副产煤气中的氢气,中长期目标是扩大高浓度氢气的供应量,2016年浦项正式参与了韩国政府主导的氢气还原炼铁工艺可行性研究课题,并计划从2018-2024年开始着手研究,目标是相比传统的高炉炼铁工艺减少10%的二氧化碳排放。

7.4 轻量化车身及悬挂系统解决方案

为了减少温室气体排放,汽车行业正朝着电动汽车的方向发展,轻量化材料的开发也是当下的研究热点。早在2011年,浦项就参与了世界钢铁 下属汽车用钢团队WAS(Worl d Auto Steel)启动的未来钢制汽车(FSV,Future Steel Vehicl e) 项 目,自主开发了电动汽车轻量化车身PBC-EV(POSCO Body Concept-El ect r ic Vehi cl e),PBC-EV这一解决方案采用了浦项自主生产的TWIP、TRIP、HPF、CP、DP等先进高强钢,抗拉强度为80kgf/ mm2的超高强钢应用比重超过了45%,采用热成形和可变辊成形(Pos Rol l Form)等先进工艺,重量比普通准中型车轻26%,二氧化碳减排50%。另一方面,浦项于2015年开发了小型货车钢制车身PBCLT(POSCO Body Concept f or Li ght-duty Tr uck)。2016年开发出PBC-LT专用低成本框架,在没有增加制造成本的情况下,减轻重量20%以上。2017年设计出悬挂系统的轻量化概念PSC-MA(POSCO Suspens i on Concept-Mul t i Appl ication)以及四轮驱动电动车专用的PSC-EV-4WD(POSCO El ec t r i c Vehi c l e 4Wheel Drive),可分别应用于内燃机和电动汽车,与现有汽车配件性能相当,却可实现20%左右的轻量化效果。

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环境友好型产品

2017年浦项开发的新产品中,环境友好型产品占50%,钢种数为21个,见表9。

2013-2017年累计开发10个减少有害物质的钢种,不含环境有害物质,可以有效减少电磁波、噪音、震动,同时未使用化石燃料;累计开发67个节能型钢种,有助于汽车轻量化,省略传统热处理工序,同时提高能效以及加工性;累计开发出48个生命周期延长型钢种,可有效提高耐腐蚀性、耐疲劳性和耐用性,延长产品使用寿命。

1)电磁屏蔽用超低碳钢PosMAS。

浦项开发出PosMAS(POSCO Magnet i c Ac t i ve Shiel ding,浦项磁有源屏蔽)产品,尽管性能在不同使用环境下略有差异,但相较普通钢板,屏蔽效率可提高约4-6倍,同时可实现设备的小型化、减少原材料的用量、缩短施工工期。值得一提的是,PosMAS产品已经应用于嘉泉大学医学院正在开发的11.7T MRI屏蔽室,试验结果显示,在比普通2-3T MRI设备高5倍以上的磁场环境中,依旧可以保持优秀的屏蔽效率。此外,为了今后广泛应用于医疗、军事、广播等领域,性能还在不断优化之中。

2)建材用不锈钢329LD。

329LD钢作为建材用钢,耐腐蚀性与316L钢相当,而且减少了Ni和Mo的添加量,降低了生产成本,材料强度高,厚度减薄,是一种经济型钢种。值得一提的是,329LD钢并未采用传统“炼钢-连铸-热轧”工艺生产,而是采用了浦项自创的poStrip工艺,将板坯的连铸和热轧一体化,省略了板坯再加热和热轧工序,是一种节能型生产工艺。该产品作为外装材应用于平昌冬奥会曲棍球Ⅱ场馆,充分发挥了自身的优势。即便场馆临近海岸区域,外装材依旧可以减少外部环境的腐蚀;由于强度高,相比普通的不锈钢,厚度可减小25%。通过表面处理,同时采用喷砂和振动两种方法,在一块材料上体现出异色感觉的效果。

3)无取向电工钢板50PNE470。

浦项商用化的电工钢50PNE470是一种高磁通密度产品,低铁损(高效率),磁通密度高(高扭矩),与现有材料相比,磁性极大提高,发动机效率可提高约1.2%,浦项今后还将与客户一道,共同推进环保高效无取向电工钢板的开发。

4)汽车车身用钢板PGT1180 XF-Y。

浦项开发并成功商用化的PGT1180XF-Y是一种高韧性XF(eXtra-Formabl e)钢,抗拉强度和延伸率的乘积(强塑积)为25000MPa%以上,制成的复杂汽车配件无需加热,在常温下就可以轻易成形,是第二代超高强汽车用钢。该产品可以实现车身减轻10%,燃效提高3.8%,同时作为GI涂层产品,耐用性高,不仅可以替代现有的热成形钢,今后需求有望稳步增长。

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