梅向陽，楊逢樂，王仁敏，劉群星，陳 瀟

(云南省生態(tài)環(huán)境工程評(píng)估中心,云南 昆明 650032)

1 工業(yè)硅產(chǎn)能概況

1.1 全國工業(yè)硅產(chǎn)能概況

根據(jù)上海有色金屬網(wǎng)統(tǒng)計(jì),2021年全球工業(yè)硅產(chǎn)能662萬噸,其中我國工業(yè)硅產(chǎn)能529萬噸,占全球產(chǎn)能高達(dá)79.91%,全球工業(yè)硅總產(chǎn)量為377萬噸,其中中國產(chǎn)量達(dá)291萬噸,占比達(dá)77%[1]。根據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)硅業(yè)分會(huì)的統(tǒng)計(jì),2016～2020年全球工業(yè)硅的產(chǎn)量呈現(xiàn)倒V態(tài)勢。2020年全球工業(yè)硅產(chǎn)量為303萬噸,中國具備資源優(yōu)勢和低成本優(yōu)勢,工業(yè)硅產(chǎn)量集中在中國。2020年中國工業(yè)硅產(chǎn)量210萬噸,約占全球產(chǎn)量的69.3%,居世界第一,巴西工業(yè)硅產(chǎn)量位列第二占比達(dá)7.3%,再次是挪威及美國[2]。

工業(yè)硅是資源性、高耗能、高污染冶金行業(yè),電力成本占工業(yè)硅生產(chǎn)成本比例較高,生產(chǎn)1 t工業(yè)硅消耗大約10,000～13,000度電,電力成本在總生產(chǎn)成本中占比高達(dá)30%～40%,碳質(zhì)還原劑占工業(yè)硅生產(chǎn)成本的25%～30%[3],新疆的煤炭、電力、石墨電極等原材料的價(jià)格優(yōu)勢以及云南省資源和水電優(yōu)勢使其成為工業(yè)硅產(chǎn)能集中地,同時(shí)兩地又擁有豐富的高品位硅石資源,因此傳統(tǒng)工業(yè)硅大省湖南、貴州等地受到淘汰落后產(chǎn)能政策以及電價(jià)的不斷上調(diào)影響,很多企業(yè)紛紛退出市場,逐步向擁有廉價(jià)電力資源的西北和西南地區(qū)轉(zhuǎn)移[4],2009～2019年我國工業(yè)硅地區(qū)產(chǎn)量見表1。2020年新疆和云南產(chǎn)能占國內(nèi)比重分別為35.3%和23.9%,產(chǎn)量占比分別為41.9%和21.4%,是國內(nèi)最重要的工業(yè)硅生產(chǎn)基地[5]。

表1 2009～2019年我國工業(yè)硅分地區(qū)產(chǎn)量表萬噸[4]

污染防治作為決勝全面建成小康社會(huì)的三大攻堅(jiān)戰(zhàn)之一,《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》于2017年實(shí)施,國家加快調(diào)整能源結(jié)構(gòu),煤電工業(yè)硅產(chǎn)業(yè)模式的發(fā)展空間進(jìn)一步受到了壓縮,構(gòu)建水電硅產(chǎn)業(yè)模式符合工業(yè)硅行業(yè)綠色、環(huán)保、低成本、可持續(xù)的發(fā)展規(guī)律和發(fā)展方向,也是今后我國工業(yè)硅實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化轉(zhuǎn)型升級(jí)和可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

1.2 云南省工業(yè)硅產(chǎn)能概況

全省工業(yè)硅產(chǎn)能總量控制在130萬噸[5-6],加上開展前期工作的自有下游消納產(chǎn)能昭通龍海硅基80萬噸工業(yè)硅,省內(nèi)年產(chǎn)能將達(dá)到210萬噸,重點(diǎn)布局在德宏、保山、怒江、臨滄、昭通等州市。

工業(yè)硅的下游應(yīng)用廣泛,主要應(yīng)用領(lǐng)域有機(jī)硅、鋁合金、多晶硅。據(jù)統(tǒng)計(jì),2020年工業(yè)硅在有機(jī)硅、合金、多晶硅三大領(lǐng)域的消費(fèi)占比分別為41.8%、34.1%、21.2%。云南省能源資源得天獨(dú)厚,可開發(fā)的水能、地?zé)?、太陽能等綠色能源資源居全國第二,其中水電可開發(fā)裝機(jī)容量占全國可開發(fā)水電裝機(jī)容量的25%左右,為改變清潔能源資源豐富、載能產(chǎn)業(yè)弱小的局面,加快能源優(yōu)勢向產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化,云南省委、省政府旗幟鮮明地提出了打造世界一流“綠色能源牌”的目標(biāo)[7],實(shí)施產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造工程,制定產(chǎn)業(yè)鏈補(bǔ)鏈強(qiáng)鏈計(jì)劃,利用綠色能源優(yōu)勢引領(lǐng)綠色硅等先進(jìn)制造業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,打造綠色硅精深加工產(chǎn)業(yè)基地,建設(shè)工業(yè)硅的下游產(chǎn)業(yè),逐步發(fā)展硅光伏和硅電子全產(chǎn)業(yè)鏈,積極推進(jìn)硅化工產(chǎn)業(yè),最終實(shí)現(xiàn)水電硅材加工一體化發(fā)展。

2 云南省水電硅產(chǎn)業(yè)環(huán)境現(xiàn)狀

云南省在推動(dòng)水電硅材一體化發(fā)展中,高度重視生態(tài)環(huán)境保護(hù),在產(chǎn)業(yè)布局、清潔生產(chǎn)、污染治理、環(huán)境監(jiān)管等方面均嚴(yán)格要求,推動(dòng)水電硅綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展。將立足生態(tài)環(huán)境保護(hù)的各項(xiàng)要求,在工藝設(shè)備升級(jí)、資源能源消耗、污染物產(chǎn)排多個(gè)方面逐步向生產(chǎn)單位提出要求,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)革新。

2.1 主體設(shè)備礦熱爐

云南省工業(yè)硅電爐全部為矮煙罩半封閉型或全密閉型,工業(yè)硅生產(chǎn)原料的貯存應(yīng)采用封閉料場,配料和上料采用自動(dòng)化控制操作系統(tǒng),配套機(jī)械化加料或加料搗爐機(jī)操作系統(tǒng),鼓勵(lì)研發(fā)和推廣應(yīng)用精料入爐技術(shù),原料處理、除塵系統(tǒng)計(jì)算機(jī)智能自動(dòng)化操作和控制系統(tǒng),加快推廣木炭替代還原劑和工業(yè)硅爐余熱利用系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì),全省共有工業(yè)硅建成企業(yè)71戶,礦熱爐161臺(tái),6300 kVA礦熱爐10臺(tái)于2018年底淘汰,8000 kVA礦熱爐2臺(tái),其余均為12,500 kVA及以上,20,000 kVA以上的礦熱爐11臺(tái),產(chǎn)能103.6萬噸,全省共有在建擬建工業(yè)硅項(xiàng)目的9個(gè)項(xiàng)目新增產(chǎn)能36.6萬噸[8]。

2.2 資源及能源消耗水平

根據(jù)云南省工信廳發(fā)布的數(shù)據(jù)及項(xiàng)目環(huán)評(píng)資料,云南省工業(yè)硅項(xiàng)目主要資源及能源消耗水平見表2。

表2 云南省水電鋁項(xiàng)目主要資源及能源消耗水平

現(xiàn)有的政策規(guī)定和相關(guān)專家認(rèn)為,云南省應(yīng)禁止或限制使用木炭(再生炭除外)做還原劑[9],并依法依規(guī)關(guān)停布局不合理、資源能源消耗高、環(huán)保措施不到位、安全質(zhì)量不達(dá)標(biāo)和木質(zhì)碳消耗多的生產(chǎn)裝備[10]。按照省政府要求,新改擴(kuò)建采用的還原劑將替換為石油焦(或半焦)以及木質(zhì)疏松劑(包括玉米芯、甘蔗渣、稻殼、核桃殼及椰子殼)的組合。目前,大部分企業(yè)采用石油焦(或半焦)以及木質(zhì)疏松劑(包括甘蔗渣、稻殼、玉米芯、核桃殼及椰子殼)的組合作為還原劑。

據(jù)項(xiàng)目環(huán)評(píng)統(tǒng)計(jì),2015年以后審批新建工業(yè)硅項(xiàng)目極少,且對(duì)新建的水電硅項(xiàng)目清潔生產(chǎn)提出了嚴(yán)格要求,如2022年云南合盛硅業(yè)有限公司水電硅循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目石油焦耗量0.4 t/t-Si、木質(zhì)疏松劑耗量0.515 t/t-Si、硅石消耗2.7 t/t-Si、電耗10,953.77 kWh/t-Si、綜合能耗2493.40 kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t-Si。

2.3 冶煉煙氣凈化及排放

工業(yè)硅煙氣除塵系統(tǒng)一般分為負(fù)壓除塵系統(tǒng)和正壓除塵系統(tǒng),負(fù)壓除塵系統(tǒng)除塵器設(shè)置在引風(fēng)機(jī)之前,除塵器和管道處于引風(fēng)機(jī)的負(fù)壓段,容易吸入空氣產(chǎn)生漏風(fēng),負(fù)壓系統(tǒng)的漏風(fēng)率為5%～10%,加大了引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量,增加了電耗,但由于煙氣經(jīng)過除塵后再進(jìn)入風(fēng)機(jī),對(duì)風(fēng)機(jī)的磨損大大降低,運(yùn)行壽命延長。另外,負(fù)壓除塵煙氣通過引風(fēng)機(jī)后可集中收集,煙氣后續(xù)可以增加脫硫系統(tǒng);正壓除塵系統(tǒng),除塵器設(shè)置在通風(fēng)機(jī)之后,通過通風(fēng)機(jī)的煙氣含塵濃度高,通風(fēng)機(jī)容易磨損,但漏風(fēng)率小,除塵器圍護(hù)結(jié)構(gòu)簡單,通常煙氣經(jīng)布袋后通過百葉窗無組織排放,如果不作改造無法增設(shè)煙氣脫硫設(shè)施。目前,省內(nèi)工業(yè)硅企業(yè)的電爐煙氣多采用正壓除塵方式,煙氣中的二氧化硫無法收集處理,且煙氣中氮氧化物及煙塵量大。

由于工業(yè)硅生產(chǎn)使用木炭作為還原劑破壞森林資源,還原劑主要利用石油焦或者煤,石油焦一般含硫較高且波動(dòng)較大(1.5%～8%),石油焦的使用將使工業(yè)硅冶煉煙氣中二氧化硫產(chǎn)生量急劇增加,減排壓力十分巨大,須對(duì)煙氣采取脫硫措施。增加脫硫措施必然要求對(duì)正壓除塵系統(tǒng)進(jìn)行改造,煙氣除塵后增加脫硫塔,以使用石油焦作為主要還原劑的某公司為例,二氧化硫產(chǎn)生系數(shù)為70.44 kg/t工業(yè)硅,按照產(chǎn)能130萬噸計(jì)算,二氧化硫的年產(chǎn)生量為9.16萬噸。增加脫硫措施后,脫硫效率90%,二氧化硫排放系數(shù)為7.044 kg/t工業(yè)硅,130萬噸工業(yè)硅年排放二氧化硫量為0.916萬噸,二氧化硫排放量將大大降低,與采用木炭作為還原劑相比變化不大,但進(jìn)行煙氣脫硫?qū)⒋蟠笤黾由a(chǎn)成本。另外,《鐵合金、電解金屬錳行業(yè)規(guī)范條件》要求鐵合金生產(chǎn)企業(yè)安裝在線監(jiān)測裝置,并與環(huán)境保護(hù)主管部門聯(lián)網(wǎng),因此,省內(nèi)工業(yè)硅生產(chǎn)企業(yè)紛紛啟動(dòng)對(duì)除塵系統(tǒng)進(jìn)行改造并增加脫硫設(shè)施的工作,嚴(yán)格煙氣污染物排放管理,滿足環(huán)境質(zhì)量改善和總量控制的要求。

工業(yè)硅冶煉煙氣脫硝也是一項(xiàng)重要的工作,根據(jù)目前幾個(gè)廠的實(shí)測值,NOx的排放濃度在100～200 mg/m3[11]。按照產(chǎn)能130萬噸計(jì)算,氮氧化物的年產(chǎn)生量為1.456萬噸,工業(yè)硅生產(chǎn)氮氧化物的排放量也較大,其減排潛力較大。由于工業(yè)硅煙氣中微硅粉較易堵塞催化劑和脫硝溫度等條件要求,常規(guī)的脫硝方法SNCR和SCR不適用于工業(yè)硅煙氣脫硝,低塵SCR脫硝和臭氧氧化脫硝可能是較為可行的技術(shù)路線,但據(jù)了解目前工業(yè)硅脫硝國內(nèi)還未見相關(guān)報(bào)道,其技術(shù)正在研究之中。

2.4 固體廢物產(chǎn)生及處置情況

工業(yè)硅生產(chǎn)過程中主要工業(yè)固廢為收塵的微硅粉、電爐硅渣及脫硫渣,產(chǎn)生量一般約為370 kg/t工業(yè)硅、200 kg/t工業(yè)硅和140kg/t工業(yè)硅。由此可見固廢的產(chǎn)生量較大,目前微硅粉處置途徑一般為出售給商品混凝土有限公司利用,微硅粉的加入可使混凝土的孔隙與滲透性大大降低,給強(qiáng)度和耐久性帶來明顯改善,顯著提高混凝土的抗沖磨、抗侵蝕、抗?jié)B、抗凍等性能[12]。電爐硅渣由于含硅較高,用于鋼鐵冶煉過程中的脫氧劑、脫硫劑等,脫硫渣處置途徑一般為出售給水泥企業(yè)作為原料利用。

2.5 防護(hù)距離

早期受《鐵合金行業(yè)準(zhǔn)入條件(2008年修訂)》的要求限制[13],要求工業(yè)硅廠以廠界周圍1 km范圍設(shè)置防護(hù)距離,該范圍內(nèi)不得有人群居住。隨著鐵合金行業(yè)準(zhǔn)入條件的修訂,取消了1 km防護(hù)距離的要求,防護(hù)距離由環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)論確定。自2016年起,因受工業(yè)硅冶煉煙氣中顆粒物、二氧化硫及氮氧化物的影響,工業(yè)硅企業(yè)廠外環(huán)境空氣可能會(huì)存在污染物超標(biāo)的情況,根據(jù)工業(yè)硅廠總圖布置及區(qū)域氣象條件等因素計(jì)算防護(hù)距離,我省各工業(yè)硅廠基本以冶煉車間外設(shè)置不低于300 m的防護(hù)距離,對(duì)防護(hù)距離內(nèi)的居民點(diǎn)全部進(jìn)行搬遷,以最大程度的降低工業(yè)硅廠生產(chǎn)對(duì)人群的影響。

2.6 物料運(yùn)輸

當(dāng)前,云南省硅礦資源較豐富,工業(yè)硅企業(yè)一般分布在資源豐富地區(qū),工業(yè)硅企業(yè)廠外大宗物料運(yùn)輸主要以公路運(yùn)輸為主,輔以鐵路運(yùn)輸,運(yùn)輸過程主要通過封閉運(yùn)輸控制無組織揚(yáng)塵?！董h(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境》(HJ2.2-2018)要求各建設(shè)項(xiàng)目環(huán)評(píng)報(bào)告編制過程中,分析調(diào)查受項(xiàng)目物料及產(chǎn)品運(yùn)輸影響新增的交通運(yùn)輸移動(dòng)源,包括運(yùn)輸方式、新增交通流量、排放污染物及排放量[14]。

3 云南省工業(yè)硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考及建議

優(yōu)布局：工業(yè)硅項(xiàng)目必須進(jìn)入合規(guī)園區(qū)。按《鐵合金、電解金屬錳行業(yè)規(guī)范條件》及《云南省推動(dòng)長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室關(guān)于印發(fā)<云南省長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展負(fù)面清單指南實(shí)施細(xì)則(試行)>的通知》(云發(fā)改基礎(chǔ)〔2019〕 924號(hào))的要求,禁止在合規(guī)園區(qū)外新建、擴(kuò)建工業(yè)硅冶煉項(xiàng)目。根據(jù)工業(yè)硅企業(yè)主要分布于德宏、保山、怒江、臨滄、昭通等州市的現(xiàn)狀、硅礦資源及水電資源的分布,工業(yè)硅實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能等量置換的基礎(chǔ)上,仍將布局于這些州市,但應(yīng)遷建于目前保留的具有冶金產(chǎn)業(yè)定位的工業(yè)園區(qū)內(nèi)。同時(shí),由于工業(yè)硅屬于廢氣污染型產(chǎn)業(yè),在選址時(shí)應(yīng)盡量避開云南省“三線一單”研究報(bào)告中確定的弱擴(kuò)散區(qū)、大氣環(huán)境布局敏感區(qū)和居民集中區(qū)域。

調(diào)結(jié)構(gòu)和控規(guī)模：推動(dòng)綠色制造強(qiáng)省建設(shè),打造綠色硅精深加工基地,大力發(fā)展硅下游產(chǎn)業(yè),鼓勵(lì)硅光伏、硅電子和硅化工,嚴(yán)格工業(yè)硅實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能等量置換限制工業(yè)硅規(guī)模擴(kuò)大[15]。從我省硅產(chǎn)業(yè)的實(shí)際情況看,目前仍大量集中在生態(tài)破壞和環(huán)境污染較重的工業(yè)硅生產(chǎn),也就是原材料加工階段,下游的硅光伏已逐步布局發(fā)展,但硅電子和硅化工等下游深加工產(chǎn)品仍缺乏。從環(huán)境保護(hù)方面來看,建議調(diào)整工業(yè)硅的輔料結(jié)構(gòu),減少木質(zhì)炭的使用,大力發(fā)展下游環(huán)境污染較輕的硅光伏和硅電子產(chǎn)業(yè)。

嚴(yán)格污染物排放堅(jiān)守環(huán)境保護(hù)底線：提升清潔生產(chǎn)水平,進(jìn)一步推行工業(yè)硅冶煉廢氣的負(fù)壓除塵改造,增設(shè)煙氣脫硫設(shè)施,積極探索有效可行的脫硝措施,嚴(yán)格按照國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、污染物總量控制指標(biāo)、區(qū)域環(huán)境質(zhì)量改善要求等采取最優(yōu)的污染控制手段,確定各產(chǎn)業(yè)的污染物排放水平,減輕對(duì)大氣環(huán)境的污染,確保環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善。

防風(fēng)險(xiǎn)：通過嚴(yán)把環(huán)境準(zhǔn)入關(guān)、強(qiáng)化源頭控制、加強(qiáng)污染治理措施及環(huán)境管理等措施,嚴(yán)格停爐和開爐期間環(huán)保管理,減少非正常工況發(fā)生次數(shù)和時(shí)間,防止事故情況發(fā)生,最大程度降低工業(yè)硅項(xiàng)目運(yùn)行可能帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)。