摘要：炼焦+烧结双重废气，共承钢铁污染主源
钢铁冶炼工艺涉及废气、废水和废渣三类污染物，其中炼焦和烧结产生的硫化物、氮氧化物和烟粉尘等废气最为严重。炼焦过程中湿法熄焦产生大量HCN和H2S等有害湿蒸汽；烧结工序在原料及产品储运、破碎、筛分等工序及加热烧结产生三种废气，其中烧结球团烟气产生的SO2占钢厂排放总量70%。除废气外，炼焦、热轧用水量较大，其中70%污水为冷却用水。固废主要集中于炼铁、炼钢环节，其中转炉尘、电炉尘发生量分别约为20kg/t和10~20kg/t。三类污染物中，大部分固废和污水可回收循环利用，对环境污染程度有限；废气因直接排放导致雾霾，且治理难度大、投资高、设备复杂，是钢企污染治理重点。
钢铁环保日臻改善，深度优化空间犹存
近年污染日益严重及环保理念加强，使得钢铁行业环保投资上行、环保技术提升，近十年吨钢SO2和烟粉尘排放量持续下滑。不过，国内外对比来看，随着粗钢产量不断增长，我国钢铁行业污染状况不甚乐观，部分污染物总量有增无减：钢铁行业SO2污染贡献率不断上行，2015年贡献率高达13.20%，位居各行业第三，吨钢SO2和烟粉尘排放量约为2009年日德钢企两倍。鉴于此，我国2015年发布钢铁行业“史上最严”排放标准，部分污染物排放限值仅为2005年老标准1/10，甚至优于海外发达国家先进水平，钢企环保仍存较大优化空间。
他山之石：倒逼环保，治理有效但路长
对比美日经验，环境污染为各国钢铁行业发展过程中的必然现象，一般在该国粗钢产量见顶阶段凸显，环保加码往往是污染严重倒逼的结果。通过优化工艺、投建环保设备等方式，钢铁行业污染问题可以得到有效缓解，只是过程漫长，美日当年耗费十数年。治污阶段增加环保支出，理论上利好环保、融资状况较好的龙头钢企，美日钢铁行业当年环保投资高峰期，龙头钢企市场份额与盈利均有短暂提升，但现有数据尚难断定其与治污间存因果关系，且随后均又回落。
环保水平兼融资空间，龙头具备相对优势
随着环保标准日趋严格，基于前期环保投入更多及后续增加环保投资所面临的融资环境更为宽松，龙头钢企在治污阶段具备相对优势。一方面，如宝钢、太钢、安钢和武钢等吨钢废气排放量均远低于重点钢企平均值，环保先进钢企吨钢废气排放量几乎为落后钢企十分之一；另一方面，行业周期下行阶段钢企盈利受限不利其外部融资情况下，龙头钢企因规模、经营等优势而融资环境相对宽松，如太钢、酒钢、宝钢、武钢和新兴铸管具备行业吨钢授信余额领先优势。综合而言，推荐关注低估值龙头宝钢、太钢不锈、河钢、鞍钢、安阳钢铁。
引言：雾霾当头，这个冬天并不平静
2016年的冬天并不平静，频发的雾霾天气、各地的治污预警，让原本就备受关注的环保问题长期占据公众视线。作为公众印象中的污染大户，钢铁行业这个冬天也从未消停，不断启动的环保限产时刻触动市场神经。
实际上，不止是这个冬天，2016年一整年，环保对钢铁行业影响举足轻重：2016年，环保限产带来的粗钢产量减少量约为983.35万吨，占2016年粗钢产量比重高达1.22%，而全国粗钢产量增速也仅1.20%，由此促成了2016年的钢价疯涨。
既然钢铁行业环保如此牵动人心，那么行业究竟会产生哪些污染，哪些环节污染比较严重，目前行业治污情况如何？对此，我们将详细探讨。
炼焦+烧结双重废气，共承钢铁污染主源
钢铁行业从炼焦、烧结、炼铁、炼钢到轧钢整个冶炼工艺均涉及不同类型污染物，涵盖着废气、废水和废渣三种类型。具体而言，烧结和炼焦环节主要产生硫化物、氮氧化物和烟尘等废气，炼铁及炼钢环节主要产生炉渣等固体废弃物，而轧钢环节产生的污染物则主要是冷却水等废水污染，其中，烧结和炼焦环节产生的硫化物、氮氧化物和烟粉尘等气体污染物最为严重。
废气多种多样，氮硫化物和烟粉尘为主钢铁行业产生的废气以硫化物、氮氧化物及烟尘等为主，主要来自焦化、烧结、球团等铁前环节。以我国某长流程的大型钢铁企业(970万吨规模)的废气污染物排放为例，该钢企排放的烟/粉尘主要来自原料系统(占19.5%)、炼铁系统(焦化+烧结+球团+炼铁，占62.3%)和炼钢系统(占13.5%)，三者合计约占钢铁行业烟/粉尘总排放总量的95.3%。具体而言，SO2主要来自球团(占34.1%)、烧结(占25.1%)和自备电站(占27.5%)，约占总排放量的86.7%;NOX主要来自烧结(占30.9%)、自备电站(占23%)、球团(占15.1%)和焦化(占9.9%)，约占总排放量的78.9%。
炼焦：硫、氮氧化物废气，湿法熄焦污染严重
焦化生产过程中排入大气的环境污染物，主要源于煤在干馏、结焦等化学加工转化过程中流失于环境的有害物质，包括烟尘、煤尘、飞灰等。
其中，结焦过程中可能泄漏粗煤气，其含有的污染物主要为苯并芘(BaP，可间接致癌)等化合物、酚、氰、硫氧化物、氯、碳氢化合物等;空气与焦炉煤气燃烧生成SO2、NOX、CO2等;出焦时灼热的焦炭与空气接触反应生成CO、CO2、NO2等气体。炼焦过程中煤约30%~35%的硫会转化成H2S气体，与NH3和HCN一起形成煤气中的杂质。焦炉煤气中H2S的含量一般为5-8g/m3，HCN含量一般为1-1.25g/m3，空气中有0.1%的H2S就能致人死亡，所以焦化煤气的泄漏对于环境危害极大。炼焦环节的熄焦过程目前主要有干法熄焦和湿法熄焦两种工艺，其中湿法熄焦产生污染较为严重。在湿法熄焦过程中产生大量的含污染物的湿蒸汽排入大气中，其中含有HCN、H2S、NH3、酚类、粉尘等有害物质。
烧结：硫、氮氧化物废气和烟粉尘主要来源烧结过程一般会产生颗粒，SO2，NOX，氟化物等多种污染物，主要产生于以下环境：(1)烧结原料在装卸、破碎、筛分和储运过程中产生含尘废气;(2)混合料系统中将产生水汽-粉尘的共生废气;(3)烧结混合料产生含有粉尘、烟气、SO2和NOX的高温废气;(4)烧结矿在破碎、筛分、冷却、贮存和转运的过程中将产生含尘废气。
烧结球团烟气产生的SO2占钢铁企业排放总量约70%，个别企业达到90%左右(不含燃煤自备电厂产生的SO2)。总体来看，SO2和烟尘是烧结工艺产生的主要污染物，同时烧结工艺也是钢厂脱硫的主要环节。
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污水广泛存在，70%为冷却用水
综合来看，整个炼钢工艺中用水量较大的工序为炼焦、热轧，排出的废水主要来源于生产工艺过程用水、设备与产品冷却水、设备和场地清洗水等，其中，冷却用水占比70%。
钢铁工业废水按照所含污染物的主要成分可分为含酚氰污水、含油废水、含铬废水、酸性废水、碱性废水和含氟废水等。
固废相对集中，炼铁、炼钢为主
钢铁工业固废主要有炉渣和尘泥两类。炉渣又可分为高炉渣、钢渣等。高炉渣根据冷却方法，分为缓冷渣和水淬渣。钢渣包括转炉渣和电炉渣。铁水预处理时产生的渣称为铁水预处理渣，一般统计为转炉渣。
尘泥主要分成三类：高炉煤气洗涤过程产生的高炉瓦斯泥、转炉炉尘和电炉炉尘。
高炉瓦斯泥是炼铁厂高炉煤气洗涤污水，排放于沉淀池中经沉淀处理而得到的一种很细的污泥。其中含有20%左右的氧化铁(包括三氧化二铁和四氧化三铁)，23%左右的碳，1%~5%的锌，此外还有较多的氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝等氧化物。高炉炉尘发生量一般为15~50kg/t生铁。
在炼钢工艺过程中，添加到炉内的原料中有2%转变成粉尘，其中转炉尘发生量约为20kg/t钢，电炉尘发生量约为10~20kg/t钢。炼钢粉尘主要由氧化铁组成，占比70%~95%，其余5%~30%的粉尘由氧化物杂质组成，如氧化钙和其他金属氧化物(主要是氧化锌)，炼钢粉尘中其他化合物是镀锌尖晶石、镀镁尖晶石、碳酸钙，还有碳。
铁前污染最重，除尘+脱硫为主在钢铁行业产生的三大类污染物当中，大部分固体废弃物可回收利用，用作水泥等建材的原料，对环境污染程度极为有限;大部分污水(特别是冷却用水)也可经过简单工艺技术净化(物化法和生化法)就可循环利用，因此也不是治理的重点;而大气污染物由于直接向空气中排放，造成雾霾、酸雨等恶劣天气，且治理难度大、投资大、设备复杂，因此是钢企污染物治理的重点和难点所在。
钢铁环保日臻改善，深度优化空间犹存
纵向：政策施压投资，环保成效渐佳
在中国工业化快速推进背景下，随着近年雾霾、废水等环保污染问题日益严重，同时中国工业发展理念逐步从粗放式升级为可持续发展战略，国内工业环保理念日益增强，近年政府出台一系列钢铁产业环保政策，倒逼钢铁落后产能逐步淘汰抑或改造升级。
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具体来看，近十年重点钢企环保治理投资达1400亿元，近年投资额也明显整体上行。由此带动国内钢铁行业环保技术水平不断提升，在烧结烟气脱硫技术方面，全国重点钢企烧结机脱硫面积从2005年24平方米增加到2015年13.8万平方米，安装率增至88%高位;同时焦化工序干熄焦普及率、炼铁高炉煤气干法除尘普及率和炼钢转炉煤气干法除尘普及率分别提升至95%、90%和20%。因此，近年吨钢二氧化硫和烟粉尘排放量持续下滑。此外，钢铁产业吨钢固废和废水排放量均得到有效改善，十年期间吨钢固废产生量由628kg/t降至585kg/t，同时废水排放总量由约12亿立方米降至4亿立方米。
横向：国内外比较，环保优化空间大
值得注意的是，近年中国钢铁产业环保水平相比以往尽管有所改观，不过横向比较而言仍有大幅优化空间。
就国内污染产业比较而言，随着粗钢产量快速增长，钢铁产业对于我国SO2污染贡献率整体不断上行，2015年贡献率高达13.20%，位居各行业第三位，仅次于电力和非金属矿物制品行业。
同时，从国内外对比来看，中国2015年吨钢SO2和吨钢烟粉尘排放量约分别为2009年日本和德国蒂森近两倍水平。
整体来看，中国钢铁产业环保改造升级仍存在巨大优化空间。
新排放标准史上最严，比肩发达国家
为了治理钢铁行业污染，2015年1月1日起，钢铁工业执行特别排放限值标准，涵盖污染物主要包括SO2、炼铁出铁厂颗粒物、炼钢二次烟气颗粒物和COD排放物。
新标准被称为“史上最严”排放标准，各污染因子排放浓度限值较2005年执行的老标准大幅收严，部分污染物排放限值仅为老标准十分之一，并且，在颗粒物、SO2、NOX等主要污染物排放标准上，新标准已经达到甚至优于德国、法国等发达国家排放标准。
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他山之石：倒逼环保，治理有效但漫长
为了更好地探索中国钢铁行业污染治理路径，我们分析了国外钢铁行业发展历程中的污染问题及治理方略，寄希望于他山之石可以攻玉。
日本：减排压力触发环保投资高峰
20世纪60-70年代日本钢铁业迅速发展，粗钢产量于1973年达到顶峰，与此同时，当时也正值日本环境污染最严重之际，其中最典型的事例是“四大公害诉讼”：1)由于工厂废水中的水银引起的熊本县水俣病案诉讼，2)新泻县水俣病案诉讼，3)由于工厂废水中的镉引起的“痛痛病”案诉讼，4)四日市哮喘案诉讼。
为了治理污染，60年代初期到70年代中期，日本政府陆续颁布并实施多项环境保护法律法规，并辅以一定行政措施要求工厂减少排放，否则将处以罚款，对于工厂在环保科研、设备方面的投入，政府给以一定的补贴。
自此，日本钢铁行业环保投资额及占设备总投资比率大幅上升，并于1976年达到峰值。细分来看，60%以上投资是针对大气污染，20%左右针对水污染。
具体而言，日本钢企治理污染途径主要从两方面入手：
一是改进生产技术，在生产流程中减少烟尘等的发生，如炼铁厂降低焦比、生产连续化、减少或控制污染源和回收利用污染物等。
二是加强环保措施,包括：
大气污染方面：1)控制硫氧化物,尽量使用低硫原料,尽可能采用含硫量少的铁矿石和焦炭炼铁;2)对焦炉和烧结设备采用烟气脱硫装置，尽可能采用高烟囱(最高达20m)，使烟尘向远处扩散,降低浓度;3)为防止粉尘飞扬,在向烧结厂和焦炉运送原料的传送带上都装有防尘罩,烧结机上装上电除尘装置，原料场设有自动喷雾水枪，炼铁厂铁水沟、渣沟上设有烟罩以抽风除尘。
水污染方面：将废水通过沉淀、过滤、油水分离并除去铁皮、悬浮物,待冷却后重复使用;对焦化废水加入氢氧化钠，除去所含氮;用活性污泥法使细菌分解,除去废水中有机物。
固体污染物方面：对于高炉渣处理，多数钢铁厂在高炉附近建热泼干渣坑，炉渣直接流入渣坑,打水碎裂,然后做筑路材料、混凝土骨料、水泥原料和土壤改良剂等;对钢渣处理也以同样办法打水碎裂、筛分开提取废钢，碎渣大部分作为建材或筑路材或填海用,部分做磷肥，一部分粉渣用于烧结;其它废物也进行适当处理,实现再资源化，如废油、废酸再生，尘泥脱水造球做烧结、转炉原料，废耐火材料加工回用。
历经十数年整治，80年代中期，日本钢铁行业环保问题得到有效解决，各项指标均处于同期国际领先水平，其中大气污染方面，SO2、NO2和浮游粒子状物质排放均显著低于欧洲、美国、加拿大和西德等其他经济体。
由于数据的不可得性，从简单经济指标上来看，环保政策对于日本钢铁行业影响如下：首先，环保政策对钢铁行业规模影响不大(“行业规模”采用5家主要日本钢铁企业销售收入外推得到的全行业销售收入规模)。行业规模GDP占比在1974年小幅提升至5.9%后回落至1977年的4.4%水平，与其粗钢产量见顶回落走势一致。
其次，由于环保设施对环保设备的短期投资要求较高，且规模更大的企业单位环保投资相对更低，日本钢铁行业出现了短期行业集中度上升、大型企业净利润率回升的现象。不过，由于受到石油冲击、需求下滑等中长期因素影响，行业好转并无法长期维持。
美国：环保倒逼淘汰落后设备
美国粗钢产量亦为1973年见顶，污染问题同样接踵而至，为此，20世纪70-90年代，政府颁布多项环境法以应对：1)1970年通过了“洁净空气法(CleanAirAct)"，并于1977年和1990年先后两次对其进行了修订;2)1972年通过“洁净水法(CleanWaterAct)"，之后又对其进行了修订。这些法律中的许多条款都涉及钢铁工业。
随后，大量资金投资于钢铁环保领域，1976年钢铁工业环境投资占比达20.4%，即使到90年代，钢铁工业建设资金约仍有15%用于环境工程。
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环保倒逼之下，美国钢铁行业一方面着手淘汰能耗高、污染重的落后设备，另一方面致力于对现有设备进行优化改造，具体而言：
先后投入数十亿美元淘汰效率低的老旧设备，应用喷煤技术以减少焦炭用量，让大多数钢厂关闭炼焦炉，转而进口焦炭，以减少能耗及炼焦带引发的环境污染;
1)对高炉进行技术改造，增设顶压发电，提高炉顶气体利用率;2)配合使用预热废铁的电炉熔炼，为电炉提供热铁水;3)采取热装热送、直接熔炼等技术，并率先开发出废钢电炉薄板坯连铸连轧工艺，尽量减少工序转换过程中的能源消耗。
在环保政策力度加大后，美国钢铁行业环保投资加速，部分带动钢铁行业投资占全国固定资产投资比重由1972年的0.4%提升至1976年的0.8%，随后才逐渐回落。
由于美国环保标准持续提升，关于环保升级何时结束并不好界定，从效果上来看，始于70年代的环保加码，同样历经十数年，虽然在80年代中期治污状况不及日本，但到了90年代初，已经远超出其1982年环保标准，效果同样明显。
由于数据的不可得性，从简单经济指标上来看，环保政策对于美国钢铁行业影响如下：首先，中短期来看，环保政策对美国钢铁行业规模影响不大(“行业规模”采用4家主要美国钢铁企业销售收入外推得到的全行业销售收入规模)，行业规模GDP占比在1974年小幅提升至2.7%后回落至1.9%左右，与其粗钢产量见顶回落走势一致。
其次，与日本钢铁行业当时情形类似，美国主要钢铁行业集中度与主要企业利润率也在环保投资高峰阶段出现短暂上升，随后回调。
总结：美日钢铁行业当年环境治理阶段经验，值得我们借鉴的地方可能有：
1、钢铁行业环境污染问题一般在该国粗钢见顶阶段开始凸显，环境治理大多数情况下是污染严重倒逼的结果;
2、通过优化工艺、配备环保设备等方式，钢铁行业污染问题可以得到有效缓解，但总体是一项长期工程，美日当年均耗费十数年时间;
3、美日钢铁行业环保投资高峰期，行业集中度、盈利等均短暂提升，但现有数据并不能证明环保与集中度、盈利间存在因果对应关系，且行业集中度与盈利随后快速回落。
环保水平兼融资空间，龙头具备相对优势
随着后续环保标准日趋严格，基于前期环保投资较多带动环保技术更优、以及后续环保投入融资环境较为宽松，龙头钢企预计在环保标准升级过程中更具相对优势。
就当前钢企环保技术水平而言，根据2015冶金工业规划研究院建立钢铁企业绿色评级体系，从4个板块(绿色效益、绿色制造、绿色工厂和绿色产业链)对中国钢铁企业环保水平进行评价。结果表明，宝钢、太钢为环保标杆企业，其次为环保水平较高的武钢、河钢和首钢等。
此外，根据龙头钢企烟粉尘和SO2排放比较可知，如宝钢股份、太钢不锈、安阳钢铁和武钢股份等钢企吨钢废气排放水平均远低于重点大中型钢企平均水平，同时环保落后钢企吨钢废气排放量达到先进企业近十倍水平，两级分化明显，从而进一步印证龙头钢企在环保技术具备相对优势。
退一步来看，在不完全满足环保要求的情况下，即便钢企具备相同环保技术，在后续面临同样环保改造标准时，龙头钢企也具备融资能力相对优势。随着钢铁产业链近年整体收缩，钢企盈利也难免遭遇侵蚀，即使2016年行情阶段性好转，但是高位盈利仍旧难以持续，2016年前11月重点大中型钢企销售利润率仅1.32%，盈利不足叠加银行限贷导致钢企整体运营资金相对紧缩。大规模龙头钢企往往具备雄厚集团背景，融资能力亦相对广阔，从吨钢授信余额来看，太钢不锈、酒钢宏兴、宝钢股份、武钢股份和新兴铸管具备行业领先优势。综合而言，推荐关注低估值龙头宝钢、太钢不锈、河钢、鞍钢、安阳钢铁。
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原标题：长江大宗“拨开雾霾，探寻周期”—钢铁篇：洞悉钢铁与环保的那些事儿
