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高爐熱風爐煙氣SO2超低排放源頭和過程控制研究

文檔作者：王文明文檔來源：福建省三鋼（集團）有限責任公司		更新日期： 2026年05月28日	點擊數：
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技術應用
50
《資源節約與環保》　 2024 年第 6 期
高爐熱風爐煙氣SO2 超低排放源頭和過程控制研究
王文明
（福建省三鋼（集團）有限責任公司，福建 三明 365001）
摘要：結合鋼鐵超低排放改造和國家“雙
碳”目標，對高爐熱風爐煙氣SO2 源頭和過
程控制的減排措施進行研究。通過高爐硫平
衡計算，對硫來源及去向的分布進行分析；
對SO2 源頭及過程減排的影響因素進行擬合，
并對影響程度相關性進行分析，綜合考慮企
業生產實際，按照源頭治理、過程凈化的思
路，提出煙氣SO2 可行性的減排措施。結果
表明，以福建三鋼6 號高爐為例，焦炭是硫
收入的最大來源，占到總硫收入的73%；爐
渣是硫的最大去向，占到總硫支出的84.6%。
煙氣SO2 源頭減排協同降碳的首要措施是降
低焦比，當焦比控制在305kg/t 以下，煙氣
SO2 排放濃度在55mg/m3 上下波動；當焦比降
低10kg/t，噸鐵SO2 可減少排放量約為0.03t。
控制爐缸區溫度較控制爐渣組分對爐渣脫硫
能力的影響程度相關性更強，且更具有可操
作性，當鐵水溫度控制在1420℃以上，煙氣
SO2 排放濃度在55mg/m3 上下波動。
關鍵詞：SO2；硫負荷；硫支出；焦比；
爐渣
引言
隨著我國不斷深入推進鋼鐵行業超低排
放改造，鋼鐵行業有組織廢氣污染物顆粒物、
二氧化硫和氮氧化物的排放控制水平處于國
際領先，并充分帶動了環保產業發展及技術
革新和進步。鋼鐵行業污染物排放量大幅下
降，大氣環境質量得到明顯改善[1]。同時，
鋼鐵行業為高碳排放行業，是實現國家“雙碳”
目標的重點行業[2]。因此，應在鋼鐵超低排放
和“雙碳”背景下，按照“協同推進降碳減污”
的政策方向，系統性推進超低排放改造，統
籌協調源頭減污、過程控制、末端治理的關系，
更好的實現鋼鐵行業綠色低碳轉型發展。
高爐熱風爐煙氣SO2 來源于高爐煤氣中的
硫化物，高爐煤氣硫份濃度的高低主要受入爐
原燃料含硫量的源頭因素及生產參數變化的過
程因素影響[3]。入爐原燃料中，硫份最大來源
為燃料焦炭。冶煉過程中，提高爐內溫度，有
助于提升高爐爐渣的脫硫能力，鐵水和煤氣中
的硫將會更多的向爐渣中轉移[4]。因此，在結
合企業生產實際及綜合效益基礎上，探討入爐
原燃料的含硫量、消耗量及生產過程參數的控
制對高爐熱風爐煙氣SO2 的影響，無論是對于
前端的高爐煤氣精脫硫，還是對末端的煙氣
SO2 治理，在環保治理設施實際運行過程中，
均可為其降低污染物初始濃度和運行能源消耗
提供數據參考，以期實現精準科學治污，落實
超低排放和降碳協同推進。
1 高爐硫負荷分析
1.1 原燃料硫含量分析
調取福建省三鋼（集團）有限責任公司（簡
稱“福建三鋼”）6 號高爐入爐原料燒結礦、
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《資源節約與環保》　 2024 年第 6 期
球團、塊礦及燃料焦炭、煤炭組分化驗數據，
原燃料硫含量化驗結果如表1 所示。根據化
驗結果，燃料焦炭、煤炭硫含量均遠高于原
料燒結礦、球團、塊礦。其中，焦炭硫含量
最高，是球團硫含量的160 倍，原料硫含量
均較低。
1.2 高爐硫負荷計算
調取和統計在上述入爐原燃料生產周期內
的生產報表相關數據，確定噸鐵產量所需的各
物料用量，計算各物料帶入的硫質量，得出噸
鐵硫負荷，高爐噸鐵硫負荷計算結果如表2 所
示。根據計算結果，在高爐冶煉過程中，硫收
入主要來源為燃料，焦炭和煤炭占到總硫收入
的85% 以上，其中焦炭是硫收入的最大來源，
占到總硫收入的73%。原料對于噸鐵硫負荷
占比較小，合計占總硫收入僅為13.2%，對于
硫收入的影響較小。因此，對于高爐熱風爐煙
氣SO2 超低排放改造的源頭控制方面，應著重
考慮焦炭的硫含量，以及焦比（焦炭的消耗量/
鐵水產量，單位：kg/t）的控制。
2 焦比對SO2 排放濃度的影響分析
通過上述分析，總硫收入的最大來源為
焦炭。關于焦炭硫含量源頭控制方面，由于
福建三鋼配套設有焦化生產工序，焦炭質量
控制穩定。經統計，福建三鋼自產焦炭硫含
量基本維持在0.70%～0.74% 之間，三鋼自產
焦炭硫含量的變化，對于噸鐵硫負荷影響較小。
關于焦比控制方面，為了解冶煉時焦比
對高爐熱風爐煙氣SO2 排放濃度的影響，跟
蹤和選取入爐原料結構配比穩定（入爐原料
由75% 的燒結礦＋ 17% 的球團礦＋ 8% 的塊
礦構成）、原燃料控制質量相近、爐缸區溫
度相似及其它冶煉參數類似的多組高爐冶煉
焦比與高爐熱風爐煙氣SO2 排放數據，并對
焦比和SO2 排放數據進行線性分析，結果如
圖1 所示。
根據分析結果， 隨著焦比的提高， 煙
氣SO2 排放濃度呈上升趨勢。當焦比控制在
305kg/t 以下，煙氣SO2 排放濃度在55mg/m3
上下波動；當焦比在350kg/t 以上時，大部分
煙氣SO2 排放數據在60mg/m3 以上。結合企
業生產實際需要，適當降低焦比有利于減少
煙氣SO2 的排放。
根據張琦等[5] 對全流程鋼鐵企業碳排放
核算的研究，焦炭碳排放量按式（1）計算。
式中　E CO 焦炭—CO2 排放量，t；E 焦炭— 焦
炭消耗量，t；EF 焦炭—焦炭碳排放因子，取
表1 原燃料硫含量化驗結果（%）
名稱燒結礦球團塊礦焦炭煤炭
硫含量0.0261 0.0045 0.0341 0.7212 0.3359
表2 高爐噸鐵硫負荷計算表
項目
硫含量
（%）
噸鐵消耗量
（kg）
噸鐵硫收入
（kg）
噸鐵硫負荷
（%）
燒結礦0.0261 1245 0.325 10.7
球團0.0045 179 0.008 0.3
塊礦0.0341 200 0.068 2.2
焦炭0.7242 305 2.210 73
煤炭0.3059 136 0.416 13.8
合計— — 3.027 100
E CO焦炭 =E 焦炭×EF 焦炭 （1）
圖1 焦比與SO2 排放濃度的關系
SO2 排放濃度（mg/m3）
焦比（kg/t）
R 2=0.6655
275 290 305 320 335 350 365 380 395 410
80
70
60
50
40
30
20
10
0
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3.043tCO2/t。
通過計算，當焦比降低10kg/t，即噸鐵焦
炭消耗量減少0.01t，噸鐵CO2 可減少排放量
約為0.03t。高爐熱風爐煙氣SO2 源頭減排并
協同降碳效果較為明顯。
3 高爐冶煉硫支出平衡分析
在高爐冶煉過程中，硫的支出主要有3
個方面，分別存在于高爐爐渣、鐵水及煤氣
之中，硫支出可用式（2）表示[6]。隨著爐內
生產反應的進行，最終硫化物大部分存在于
爐渣中，主要為CaS；然后是鐵水，主要為
FeS；另外的少部分進入煤氣，主要以COS（有
機硫）為主，占總硫量70%～80%，H2S（無
機硫）為輔[7][8]。
式中　S 總硫—總硫量；S 爐渣—爐渣含硫量；
S 鐵水—鐵水含硫量。
通過調取同冶煉周期內的爐渣、鐵水等
產物組分化驗數據，爐渣、鐵水硫含量分別
為0.7219%、0.0254%，爐渣硫含量遠高于鐵
水。表2 中已核算噸鐵總硫量為3.027kg，根
據式（2）進行煤氣噸鐵含硫量及硫支出平衡
計算，計算結果如表3 所示。根據計算結果，
爐渣含硫量最高，占到總硫支出的84.6%。這
是由于爐渣中含有較多CaO 等堿性氧化物，
易和硫發生化學反應，生成CaS 等，同時存
在在渣鐵界面、氣液接觸面，進一步促使鐵水、
煤氣中的硫轉移到了渣中。為減少煤氣中的
硫含量，應增加爐渣中的含硫量[9]。
4 爐渣脫硫能力影響因素分析
影響爐渣脫硫能力主要有爐渣組分（CaO
〈堿性物質〉、Al2O3〈酸性物質〉含量等）
及爐缸區溫度等因素[10]。
4.1 爐渣組分的影響
在爐缸區溫度、焦比及其它冶煉參數相
近條件下，跟蹤和統計多組爐渣組分化驗數
據，并對CaO/Al2O3 和硫含量進行線性分析，
結果如圖2 所示。根據分析結果，隨著CaO/
Al2O3 的增加，即CaO 含量增加或Al2O3 含量
減少，爐渣硫含量有所提高，但影響程度的
相關性較不明顯。這是由于在冶煉過程中，
為保證生產順暢穩定，入爐原料質量、配比
均較為穩定，冶煉生成的爐渣組分較為穩定，
CaO/Al2O3 基本維持在2.73～3.16 之間。因此，
在生產過程中，通過控制爐渣組分提高爐渣
脫硫能力的實際操作性較小。
4.2 爐缸區溫度的影響
爐缸區溫度與鐵水溫度具有較強相關性，
為便于統計和分析，取鐵水溫度進行分析。
在焦比及其它冶煉參數相近條件下，跟蹤和
S 總硫=S 爐渣＋S 鐵水＋S 煤氣 （2）
表3 硫支出平衡計算表
（續表）
項目
硫含量
（%）
噸鐵產量
（kg）
噸鐵含硫量
（kg）
硫支出占比
（%）
爐渣0.7219 356 2.570 84.9
鐵水0.0254 1000 0.254 8.4
項目
硫含量
（%）
噸鐵產量
（kg）
噸鐵含硫量
（kg）
硫支出占比
（%）
煤氣— — 0.203 6.7
合計— — 3.027 100
圖2　CaO/ Al2O3 和硫含量的關系
硫含量（%）
CaO含量/Al2O3含量（%）
2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
R 2=0.1805
技術應用
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《資源節約與環保》　 2024 年第 6 期
圖3 鐵水溫度和硫含量的關系
（下轉第85 頁）
統計多組鐵水溫度和爐渣硫含量數據，并進
行線性分析，結果如圖3 所示。
根據分析結果，隨著鐵水溫度的升高，
爐渣硫含量呈現上升趨勢，且影響程度的相
關性較爐渣組分更為明顯，一是爐缸區溫度
變化幅度相對較大，受高爐本體溫度場、煤
氣流及送風量等因素的波動，爐缸區溫度變
化幅度在50℃左右；二是爐渣脫硫屬于吸熱
反應，隨著溫度的升高，硫在“爐渣—鐵水—
煤氣”三相條件下，會進一步向爐渣中轉移。
5 鐵水溫度對SO2 排放濃度的影響分析
在跟蹤鐵水溫度和爐渣硫含量數據的過
程中，同步跟蹤高爐熱風爐煙氣SO2 排放數
據，并對鐵水溫度和SO2 排放濃度進行線性
分析，結果如圖4 所示。根據分析結果，隨
著鐵水溫度的升高，爐渣脫硫能力逐步提高，
煤氣含硫量進一步降低，高爐熱風爐煙氣SO2
排放濃度呈下降趨勢。當鐵水溫度控制在
1420 ℃ 以上， 煙氣SO2 排放濃度在55mg/m3
上下波動。適當提高爐缸區溫度，有利于降
低煙氣SO2 排放濃度。
在高爐冶煉實際操作過程中，由于鐵水
硅含量與高爐生產的穩定性、鐵水質量具有
較強相關性，并能直接反映爐內持續的熱狀
態，因而鐵水硅含量常作為高爐爐溫的標志。
在現代冶煉技術下，通過控制鐵水硅含量可
有效控制爐缸區溫度。因此，通過控制爐缸
區溫度來降低高爐熱風爐煙氣SO2 排放濃度，
在生產過程中，具有一定的可操作性。
結論
通過高爐硫負荷及硫支出的平衡分析，
在入爐原燃料中，焦炭是硫收入的最大來源，
占到總硫收入的73%。在煉鐵產物中，爐渣
含硫量最高，占到總硫支出的84.6%。
由于硫收入的最大來源是焦炭，在焦炭
質量控制穩定的條件下，高爐熱風爐煙氣SO2
源頭減排協同降碳的首要措施是降低焦比。
當焦比控制在305kg/t 以下，煙氣SO2 排放濃
度在55mg/m3 上下波動；當焦比降低10kg/t，
噸鐵CO2 可減少排放量約為0.03t。
在實際生產過程中，控制爐缸區溫度較
控制爐渣組分對爐渣脫硫能力的影響程度相
關性更強，且更具有可操作性。隨著爐缸區
溫度的升高，爐渣脫硫能力逐步提高，煙氣
SO2 排放濃度呈下降趨勢，當鐵水溫度控制在
1420 ℃ 以上， 煙氣SO2 排放濃度在55mg/m3
上下波動。
參考文獻
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硫含量（%）
鐵水溫度（℃）
R 2=0.419
1385 1395 1405 1415 1425 1435
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
圖4 鐵水溫度與SO2 排放濃度的關系
SO2 排放濃度（mg/m3）
鐵水溫度（℃）
R 2=0.4472
1385 1395 1405 1415 1425 1435
80
70
60
50
40
30
20
10
0
生態環境
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《資源節約與環保》　 2024 年第 6 期
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作者簡介
胡從禮（2001—），男，漢族，貴州六盤
水人，大學本科在讀，研究方向為馬克思主義
中國化。
張靜（1989—），女，漢族，河北邢臺人，
講師，博士，研究方向為生態經濟、糧食經濟。
李潤雨（2003—），女，漢族，山東濰坊人，
大學本科在讀，研究方向為思想政治教育。
通信作者
陳迎（2001—），女，漢族，四川廣安人，
碩士研究生在讀，研究方向為生態經濟、農村
經濟。
加工編輯：王玥
收稿日期：2024-03-19
[2] 趙禹程,李昊霖.轉型金融助力中國鋼鐵行業
可持續低碳發展研究[J].高質量發展,2024(01):
32-36.
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來源、遷移轉化及影響[C]//中國環境科學學會
環境工程分會.中國環境科學學會2022年科學
技術年會——環境工程技術創新與應用分會場
論文集(四).北京:鋼鐵工業環境保護國家重點
實驗室,中冶節能環保有限責任公司,中冶建筑
研究總院有限公司,2022:406-412.
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脫硫排堿實驗研究[D].西安:西安建筑科技大學,
2019.
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2023.
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中鋼集團武漢安全環保研究院,2023.
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及降低硫質量分數措施分析[J].鋼鐵.2019,54
(03):18-22.
[10] 華建明,鄭壯,游洋,等.高爐煉鐵爐料中硫的
遷移規律[J].鋼鐵,2024,59(04):34-41.
作者簡介
王文明（1991—），男，漢族，福建三明人，
工程師，碩士，研究方向為鋼鐵環保管理和
治理。
加工編輯：馮為為
收稿日期：2024-01-31
（上接第53 頁）

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