高爐空料線停爐環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)定量分析與環(huán)保管控措施

摘 要：針對(duì)高爐空料線停爐產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，采用AERMOD模型對(duì)停爐過(guò)程產(chǎn)生的TSP和CO進(jìn)行貢獻(xiàn)濃度預(yù)測(cè)，并根據(jù)環(huán)境敏感點(diǎn)分布和預(yù)測(cè)結(jié)果提出環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控措施，最終達(dá)到大幅度降低突發(fā)環(huán)境事件發(fā)生的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞： 高爐；空料線停爐；環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；TSP；CO

1 概述

某鋼鐵企業(yè)高爐爐缸水溫差異常（正常0.5-0.7℃），最高時(shí)達(dá)1.5℃，爐缸鐵口兩邊爐墻磚襯脫落，冷卻壁熱流強(qiáng)度達(dá)10720kJ/m2.h（正常情況小于5000 kJ/m2.h），已超過(guò)爐缸燒穿的安全警戒線，存在高爐爐缸燒穿造成重大人身傷害事故的風(fēng)險(xiǎn)。

為此，企業(yè)根據(jù)經(jīng)營(yíng)狀況，決定對(duì)該高爐停爐檢修。因高爐空料線停爐會(huì)產(chǎn)生較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，需對(duì)檢修過(guò)程產(chǎn)生的TSP和CO進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，并根據(jù)環(huán)境敏感點(diǎn)分布和預(yù)測(cè)結(jié)果提出環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控措施，為應(yīng)對(duì)突發(fā)環(huán)境事件提供科學(xué)依據(jù)。

2 高爐空料線停爐操作

按照停爐安全檢查表逐項(xiàng)落實(shí)確認(rèn)后，方可執(zhí)行高爐空料線停爐操作，具體操作步驟為：

（1）爐頂上密、下密、料流閥關(guān)，溜槽處于檢修位置，探尺處于待機(jī)位，排壓閥開(kāi)，爐頂放散閥全開(kāi)。

（2）除塵器通上氮?dú)猓⑶艺羝麎毫Α?.5MPa。

（3）全部風(fēng)口送風(fēng)，風(fēng)口干凈。

（4）空料線開(kāi)始后，全開(kāi)爐身三層和二層N2閥向爐內(nèi)通N2降溫。

（5）空料線期間，半小時(shí)記錄一次操作情況，當(dāng)發(fā)生爆震時(shí)，準(zhǔn)確記錄風(fēng)量、風(fēng)壓、頂壓的變化。

（6）空料線開(kāi)始后，半小時(shí)取一次煤氣樣做全分析，特殊情況15分鐘取一次煤氣樣做H2和CO2分析。

（7）空料線過(guò)程中，嚴(yán)格控制爐頂溫度400～450℃，煤氣中H2含量原則上≯6%。當(dāng)爐頂溫度達(dá)到350℃，開(kāi)始爐頂噴水，先開(kāi)霧化噴水，如霧化噴水開(kāi)到最大，爐頂溫度仍降不下來(lái)，再開(kāi)噴水管噴水。當(dāng)爐頂溫度和H2含量均超過(guò)規(guī)定，要適當(dāng)減風(fēng)，并減少水量調(diào)節(jié)。

（8）空料線開(kāi)始，風(fēng)壓控制在0.05～0.06MPa，料動(dòng)后逐漸加風(fēng)，根據(jù)環(huán)保要求和順行情況控制合適風(fēng)量；爐內(nèi)崩料出現(xiàn)爆震時(shí)適當(dāng)減風(fēng)。

（9）空料線期間安排出一次鐵。出鐵時(shí)，關(guān)1個(gè)爐頂放散閥，將爐內(nèi)壓力憋高。

（10）當(dāng)爐頂煤氣取樣CO2含量急劇下降，O2達(dá)到6%以上，N2達(dá)到80% 左右，鐵口大噴，渣鐵斷流，確認(rèn)料面已降至風(fēng)口以下、爐內(nèi)渣鐵已經(jīng)出盡，按程序組織休風(fēng)。

（11）休風(fēng)倒流后，打開(kāi)防爆人孔，所有風(fēng)管全部卸下，停風(fēng)機(jī)，卸下6個(gè)風(fēng)口安裝軸流風(fēng)機(jī)，之后從風(fēng)口打水16小時(shí)以上，停止打水后全關(guān)爐身N2閥門。

（12）休風(fēng)后第二天打水停止煤氣化驗(yàn)合格后，組織人員卸下余下全部風(fēng)口，并取下渣口。

（13）休風(fēng)后冷卻系統(tǒng)按規(guī)程規(guī)定降水壓及停水。

3 高爐停爐環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)定量分析

3.1 源強(qiáng)分析

高爐停爐涉及的風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)主要為非正常工況下產(chǎn)生的CO和煙粉塵（TSP）。

3.1.1 停爐時(shí)高爐爐料殘留量

高爐停爐時(shí)爐內(nèi)的殘余物料總類及數(shù)量如下：

焦炭：240-256t，計(jì)算取值248t；塊礦：320-336t，計(jì)算取值328t；石灰石：120-136t，計(jì)算取值128t。

3.1.2 非正常排污量

高爐所用焦炭的含碳量為88%，則高爐中碳的量為248×88%=218.24t。根據(jù)高爐停爐的歷次生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算，高爐內(nèi)碳轉(zhuǎn)化為一氧化碳和二氧化碳的比例約為3：2。則停爐時(shí)一氧化碳的產(chǎn)生量為305.536t，二氧化碳的產(chǎn)生量為203.69t，焦炭氧化過(guò)程中的耗氧量為407.38t。

高爐停爐時(shí)理論出鐵量162t，則由此計(jì)算出其中121.5t用于氧化鐵還原，外排一氧化碳量為184.036t，還原過(guò)程中額外產(chǎn)生二氧化碳量為190.929t。

高爐空料線期間理論產(chǎn)渣量363t，理論出鐵量162t。根據(jù)物料衡算，則外排粉塵總量為：248+328+128+407.38-363-162-184.036-190.929-203.69=7.725t。

3.2 擴(kuò)散模式和參數(shù)選取

大氣擴(kuò)散預(yù)測(cè)模式選用Scree3模型中的AERMOD模型，計(jì)算中不考慮復(fù)雜地形的影響[1]。各項(xiàng)參數(shù)選取說(shuō)明如下：

氣象資料選取了當(dāng)?shù)剡B續(xù)三年逐時(shí)地面風(fēng)向、風(fēng)速、云量、氣溫、氣壓資料。

由地形處理模塊AERMAP根據(jù)數(shù)字化地形圖內(nèi)插得到每一個(gè)接收點(diǎn)和排放源的海拔高度數(shù)據(jù)，分辨率為90m。

3.3 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

3.3.1 預(yù)測(cè)結(jié)果

大氣擴(kuò)散預(yù)測(cè)模式選用AERMOD模型，高爐停爐逸散出的粉塵（TSP）和CO貢獻(xiàn)濃度預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)下表。

3.3.2 風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)對(duì)環(huán)境敏感點(diǎn)的影響分析

高爐停爐外排TSP和CO對(duì)環(huán)境敏感點(diǎn)的影響分析如下表所示。

由上表可以看出，高爐停爐外排TSP對(duì)周邊環(huán)境敏感點(diǎn)均會(huì)造成不同程度的影響。若各敏感點(diǎn)位于當(dāng)日風(fēng)向下風(fēng)向，則敏感點(diǎn)2受影響最大，最大超標(biāo)倍數(shù)（未考慮本底值）為8.0；敏感點(diǎn)5受影響最小，最大超標(biāo)倍數(shù)（未考慮本底值）為1.11。

高爐停爐外排CO對(duì)周邊環(huán)境敏感點(diǎn)均會(huì)造成不同程度的影響。若各敏感點(diǎn)位于當(dāng)日風(fēng)向下風(fēng)向，則敏感點(diǎn)1受影響最大，最大超標(biāo)倍數(shù)（未考慮本底值）為2.45；敏感點(diǎn)5受影響最小，最大超標(biāo)倍數(shù)（未考慮本底值）為1.00。

4 高爐停爐環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控建議措施

（1）高爐空料線停爐屬非正常工況排污，對(duì)周邊環(huán)境的污染在所難免。建議企業(yè)積極做好與周邊街道、社區(qū)的協(xié)調(diào)溝通工作，通過(guò)各類渠道（如電視、廣播、發(fā)放宣傳單等）告知居民高爐停爐的必要性、停爐時(shí)間和可能造成的環(huán)境污染及預(yù)防措施，讓居民提前做好準(zhǔn)備并對(duì)造成的不便給予諒解。

（2）由于本次停爐采取爐頂放散煤氣，職能部門應(yīng)及時(shí)與市氣象部門聯(lián)系并將天氣狀況反饋給停爐指揮部，對(duì)不利天氣情況及時(shí)采取相應(yīng)措施，將影響降到最低。建議在風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)、大氣擴(kuò)散良好的氣象條件時(shí)進(jìn)行停爐操作。

（3）加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)廠區(qū)和周邊環(huán)境敏感點(diǎn)空氣質(zhì)量的巡查監(jiān)控（巡查人員攜帶煤氣報(bào)警器），根據(jù)市環(huán)保局空氣質(zhì)量監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)變化情況，出現(xiàn)異常及時(shí)反饋。

（4）提前對(duì)爐頂放散設(shè)備進(jìn)行檢查確認(rèn)，消除設(shè)備故障，確保爐頂放散設(shè)備安全可靠。

（5）根據(jù)AERMOD模型預(yù)測(cè)結(jié)果，建議在高爐周邊900m范圍內(nèi)劃定CO重點(diǎn)防控區(qū)，加強(qiáng)該區(qū)域內(nèi)的環(huán)保管理，委派公司煤氣防護(hù)站人員現(xiàn)場(chǎng)值守并做好應(yīng)急處置工作。同時(shí)為區(qū)域內(nèi)的室外現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員配備便攜式一氧化碳報(bào)警儀，各辦公樓和控制室要關(guān)好門窗。

（6）根據(jù)AERMOD模型預(yù)測(cè)結(jié)果，高爐周邊200m范圍內(nèi)的粉塵污染較為嚴(yán)重，可能會(huì)對(duì)周邊供電設(shè)施、設(shè)備管路等正常運(yùn)行造成影響。因此，應(yīng)委派專人值守，一旦發(fā)現(xiàn)重要設(shè)備設(shè)施積灰應(yīng)立即清理，避免影響供電和設(shè)備運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]王海超，焦文玲，鄒平華.AERMOND大氣擴(kuò)散模型研究綜述[ J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010（11）.

[2]GB3095-2012.環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S] .

作者簡(jiǎn)介：趙勇（982-），男，遼寧營(yíng)口人，環(huán)保高級(jí)工程師，2005年7月畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)和國(guó)際經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易專業(yè)（輔修），現(xiàn)工作于四川勞研科技有限公司，研究方向?yàn)榄h(huán)境影響評(píng)價(jià)、環(huán)境工程設(shè)計(jì)、環(huán)保管理和安全評(píng)價(jià)、安全管理等。