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高炉热风炉烟气SO2超低排放源头和过程控制研究

文档作者：王文明文档来源：福建省三钢（集团）有限责任公司		更新日期： 2026年05月28日	点击数：
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技术应用
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《资源节约与环保》　 2024 年第 6 期
高炉热风炉烟气SO2 超低排放源头和过程控制研究
王文明
（福建省三钢（集团）有限责任公司，福建 三明 365001）
摘要：结合钢铁超低排放改造和国家“双
碳”目标，对高炉热风炉烟气SO2 源头和过
程控制的减排措施进行研究。通过高炉硫平
衡计算，对硫来源及去向的分布进行分析；
对SO2 源头及过程减排的影响因素进行拟合，
并对影响程度相关性进行分析，综合考虑企
业生产实际，按照源头治理、过程净化的思
路，提出烟气SO2 可行性的减排措施。结果
表明，以福建三钢6 号高炉为例，焦炭是硫
收入的最大来源，占到总硫收入的73%；炉
渣是硫的最大去向，占到总硫支出的84.6%。
烟气SO2 源头减排协同降碳的首要措施是降
低焦比，当焦比控制在305kg/t 以下，烟气
SO2 排放浓度在55mg/m3 上下波动；当焦比降
低10kg/t，吨铁SO2 可减少排放量约为0.03t。
控制炉缸区温度较控制炉渣组分对炉渣脱硫
能力的影响程度相关性更强，且更具有可操
作性，当铁水温度控制在1420℃以上，烟气
SO2 排放浓度在55mg/m3 上下波动。
关键词：SO2；硫负荷；硫支出；焦比；
炉渣
引言
随着我国不断深入推进钢铁行业超低排
放改造，钢铁行业有组织废气污染物颗粒物、
二氧化硫和氮氧化物的排放控制水平处于国
际领先，并充分带动了环保产业发展及技术
革新和进步。钢铁行业污染物排放量大幅下
降，大气环境质量得到明显改善[1]。同时，
钢铁行业为高碳排放行业，是实现国家“双碳”
目标的重点行业[2]。因此，应在钢铁超低排放
和“双碳”背景下，按照“协同推进降碳减污”
的政策方向，系统性推进超低排放改造，统
筹协调源头减污、过程控制、末端治理的关系，
更好的实现钢铁行业绿色低碳转型发展。
高炉热风炉烟气SO2 来源于高炉煤气中的
硫化物，高炉煤气硫份浓度的高低主要受入炉
原燃料含硫量的源头因素及生产参数变化的过
程因素影响[3]。入炉原燃料中，硫份最大来源
为燃料焦炭。冶炼过程中，提高炉内温度，有
助于提升高炉炉渣的脱硫能力，铁水和煤气中
的硫将会更多的向炉渣中转移[4]。因此，在结
合企业生产实际及综合效益基础上，探讨入炉
原燃料的含硫量、消耗量及生产过程参数的控
制对高炉热风炉烟气SO2 的影响，无论是对于
前端的高炉煤气精脱硫，还是对末端的烟气
SO2 治理，在环保治理设施实际运行过程中，
均可为其降低污染物初始浓度和运行能源消耗
提供数据参考，以期实现精准科学治污，落实
超低排放和降碳协同推进。
1 高炉硫负荷分析
1.1 原燃料硫含量分析
调取福建省三钢（集团）有限责任公司（简
称“福建三钢”）6 号高炉入炉原料烧结矿、
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球团、块矿及燃料焦炭、煤炭组分化验数据，
原燃料硫含量化验结果如表1 所示。根据化
验结果，燃料焦炭、煤炭硫含量均远高于原
料烧结矿、球团、块矿。其中，焦炭硫含量
最高，是球团硫含量的160 倍，原料硫含量
均较低。
1.2 高炉硫负荷计算
调取和统计在上述入炉原燃料生产周期内
的生产报表相关数据，确定吨铁产量所需的各
物料用量，计算各物料带入的硫质量，得出吨
铁硫负荷，高炉吨铁硫负荷计算结果如表2 所
示。根据计算结果，在高炉冶炼过程中，硫收
入主要来源为燃料，焦炭和煤炭占到总硫收入
的85% 以上，其中焦炭是硫收入的最大来源，
占到总硫收入的73%。原料对于吨铁硫负荷
占比较小，合计占总硫收入仅为13.2%，对于
硫收入的影响较小。因此，对于高炉热风炉烟
气SO2 超低排放改造的源头控制方面，应着重
考虑焦炭的硫含量，以及焦比（焦炭的消耗量/
铁水产量，单位：kg/t）的控制。
2 焦比对SO2 排放浓度的影响分析
通过上述分析，总硫收入的最大来源为
焦炭。关于焦炭硫含量源头控制方面，由于
福建三钢配套设有焦化生产工序，焦炭质量
控制稳定。经统计，福建三钢自产焦炭硫含
量基本维持在0.70%～0.74% 之间，三钢自产
焦炭硫含量的变化，对于吨铁硫负荷影响较小。
关于焦比控制方面，为了解冶炼时焦比
对高炉热风炉烟气SO2 排放浓度的影响，跟
踪和选取入炉原料结构配比稳定（入炉原料
由75% 的烧结矿＋ 17% 的球团矿＋ 8% 的块
矿构成）、原燃料控制质量相近、炉缸区温
度相似及其它冶炼参数类似的多组高炉冶炼
焦比与高炉热风炉烟气SO2 排放数据，并对
焦比和SO2 排放数据进行线性分析，结果如
图1 所示。
根据分析结果， 随着焦比的提高， 烟
气SO2 排放浓度呈上升趋势。当焦比控制在
305kg/t 以下，烟气SO2 排放浓度在55mg/m3
上下波动；当焦比在350kg/t 以上时，大部分
烟气SO2 排放数据在60mg/m3 以上。结合企
业生产实际需要，适当降低焦比有利于减少
烟气SO2 的排放。
根据张琦等[5] 对全流程钢铁企业碳排放
核算的研究，焦炭碳排放量按式（1）计算。
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 原燃料硫含量化验结果（%）
名称烧结矿球团块矿焦炭煤炭
硫含量0.0261 0.0045 0.0341 0.7212 0.3359
表2 高炉吨铁硫负荷计算表
项目
硫含量
（%）
吨铁消耗量
（kg）
吨铁硫收入
（kg）
吨铁硫负荷
（%）
烧结矿0.0261 1245 0.325 10.7
球团0.0045 179 0.008 0.3
块矿0.0341 200 0.068 2.2
焦炭0.7242 305 2.210 73
煤炭0.3059 136 0.416 13.8
合计— — 3.027 100
E CO焦炭 =E 焦炭×EF 焦炭 （1）
图1 焦比与SO2 排放浓度的关系
SO2 排放浓度（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。
通过计算，当焦比降低10kg/t，即吨铁焦
炭消耗量减少0.01t，吨铁CO2 可减少排放量
约为0.03t。高炉热风炉烟气SO2 源头减排并
协同降碳效果较为明显。
3 高炉冶炼硫支出平衡分析
在高炉冶炼过程中，硫的支出主要有3
个方面，分别存在于高炉炉渣、铁水及煤气
之中，硫支出可用式（2）表示[6]。随着炉内
生产反应的进行，最终硫化物大部分存在于
炉渣中，主要为CaS；然后是铁水，主要为
FeS；另外的少部分进入煤气，主要以COS（有
机硫）为主，占总硫量70%～80%，H2S（无
机硫）为辅[7][8]。
式中　S 总硫—总硫量；S 炉渣—炉渣含硫量；
S 铁水—铁水含硫量。
通过调取同冶炼周期内的炉渣、铁水等
产物组分化验数据，炉渣、铁水硫含量分别
为0.7219%、0.0254%，炉渣硫含量远高于铁
水。表2 中已核算吨铁总硫量为3.027kg，根
据式（2）进行煤气吨铁含硫量及硫支出平衡
计算，计算结果如表3 所示。根据计算结果，
炉渣含硫量最高，占到总硫支出的84.6%。这
是由于炉渣中含有较多CaO 等碱性氧化物，
易和硫发生化学反应，生成CaS 等，同时存
在在渣铁界面、气液接触面，进一步促使铁水、
煤气中的硫转移到了渣中。为减少煤气中的
硫含量，应增加炉渣中的含硫量[9]。
4 炉渣脱硫能力影响因素分析
影响炉渣脱硫能力主要有炉渣组分（CaO
〈碱性物质〉、Al2O3〈酸性物质〉含量等）
及炉缸区温度等因素[10]。
4.1 炉渣组分的影响
在炉缸区温度、焦比及其它冶炼参数相
近条件下，跟踪和统计多组炉渣组分化验数
据，并对CaO/Al2O3 和硫含量进行线性分析，
结果如图2 所示。根据分析结果，随着CaO/
Al2O3 的增加，即CaO 含量增加或Al2O3 含量
减少，炉渣硫含量有所提高，但影响程度的
相关性较不明显。这是由于在冶炼过程中，
为保证生产顺畅稳定，入炉原料质量、配比
均较为稳定，冶炼生成的炉渣组分较为稳定，
CaO/Al2O3 基本维持在2.73～3.16 之间。因此，
在生产过程中，通过控制炉渣组分提高炉渣
脱硫能力的实际操作性较小。
4.2 炉缸区温度的影响
炉缸区温度与铁水温度具有较强相关性，
为便于统计和分析，取铁水温度进行分析。
在焦比及其它冶炼参数相近条件下，跟踪和
S 总硫=S 炉渣＋S 铁水＋S 煤气 （2）
表3 硫支出平衡计算表
（续表）
项目
硫含量
（%）
吨铁产量
（kg）
吨铁含硫量
（kg）
硫支出占比
（%）
炉渣0.7219 356 2.570 84.9
铁水0.0254 1000 0.254 8.4
项目
硫含量
（%）
吨铁产量
（kg）
吨铁含硫量
（kg）
硫支出占比
（%）
煤气— — 0.203 6.7
合计— — 3.027 100
图2　CaO/ Al2O3 和硫含量的关系
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
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图3 铁水温度和硫含量的关系
（下转第85 页）
统计多组铁水温度和炉渣硫含量数据，并进
行线性分析，结果如图3 所示。
根据分析结果，随着铁水温度的升高，
炉渣硫含量呈现上升趋势，且影响程度的相
关性较炉渣组分更为明显，一是炉缸区温度
变化幅度相对较大，受高炉本体温度场、煤
气流及送风量等因素的波动，炉缸区温度变
化幅度在50℃左右；二是炉渣脱硫属于吸热
反应，随着温度的升高，硫在“炉渣—铁水—
煤气”三相条件下，会进一步向炉渣中转移。
5 铁水温度对SO2 排放浓度的影响分析
在跟踪铁水温度和炉渣硫含量数据的过
程中，同步跟踪高炉热风炉烟气SO2 排放数
据，并对铁水温度和SO2 排放浓度进行线性
分析，结果如图4 所示。根据分析结果，随
着铁水温度的升高，炉渣脱硫能力逐步提高，
煤气含硫量进一步降低，高炉热风炉烟气SO2
排放浓度呈下降趋势。当铁水温度控制在
1420 ℃ 以上， 烟气SO2 排放浓度在55mg/m3
上下波动。适当提高炉缸区温度，有利于降
低烟气SO2 排放浓度。
在高炉冶炼实际操作过程中，由于铁水
硅含量与高炉生产的稳定性、铁水质量具有
较强相关性，并能直接反映炉内持续的热状
态，因而铁水硅含量常作为高炉炉温的标志。
在现代冶炼技术下，通过控制铁水硅含量可
有效控制炉缸区温度。因此，通过控制炉缸
区温度来降低高炉热风炉烟气SO2 排放浓度，
在生产过程中，具有一定的可操作性。
结论
通过高炉硫负荷及硫支出的平衡分析，
在入炉原燃料中，焦炭是硫收入的最大来源，
占到总硫收入的73%。在炼铁产物中，炉渣
含硫量最高，占到总硫支出的84.6%。
由于硫收入的最大来源是焦炭，在焦炭
质量控制稳定的条件下，高炉热风炉烟气SO2
源头减排协同降碳的首要措施是降低焦比。
当焦比控制在305kg/t 以下，烟气SO2 排放浓
度在55mg/m3 上下波动；当焦比降低10kg/t，
吨铁CO2 可减少排放量约为0.03t。
在实际生产过程中，控制炉缸区温度较
控制炉渣组分对炉渣脱硫能力的影响程度相
关性更强，且更具有可操作性。随着炉缸区
温度的升高，炉渣脱硫能力逐步提高，烟气
SO2 排放浓度呈下降趋势，当铁水温度控制在
1420 ℃ 以上， 烟气SO2 排放浓度在55mg/m3
上下波动。
参考文献
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硫含量（%）
铁水温度（℃）
R 2=0.419
1385 1395 1405 1415 1425 1435
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
图4 铁水温度与SO2 排放浓度的关系
SO2 排放浓度（mg/m3）
铁水温度（℃）
R 2=0.4472
1385 1395 1405 1415 1425 1435
80
70
60
50
40
30
20
10
0
生态环境
85
《资源节约与环保》　 2024 年第 6 期
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作者简介
胡从礼（2001—），男，汉族，贵州六盘
水人，大学本科在读，研究方向为马克思主义
中国化。
张静（1989—），女，汉族，河北邢台人，
讲师，博士，研究方向为生态经济、粮食经济。
李润雨（2003—），女，汉族，山东潍坊人，
大学本科在读，研究方向为思想政治教育。
通信作者
陈迎（2001—），女，汉族，四川广安人，
硕士研究生在读，研究方向为生态经济、农村
经济。
加工编辑：王玥
收稿日期：2024-03-19
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作者简介
王文明（1991—），男，汉族，福建三明人，
工程师，硕士，研究方向为钢铁环保管理和
治理。
加工编辑：冯为为
收稿日期：2024-01-31
（上接第53 页）

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