某鋼鐵企業燒結工序顆粒物排放監測分析

任亞萍

（山西省長治市縣域生態環境監測站，山西 武鄉 046300）

相關研究表明，PM2.5是造成灰霾天氣的主要“元兇”之一。鋼鐵工業是我國國民經濟最重要的基礎產業之一，同時鋼鐵企業各生產過程均有煙粉塵產生，污染源分布極廣，是顆粒物的排放大戶。據近年環境統計數據顯示，鋼鐵行業煙粉塵排放占工業煙粉塵排放量的15%以上，而工業煙粉塵又占全國煙粉塵排放總量的80%以上?？梢?，我國鋼鐵行業的顆粒物監測與治理迫在眉睫。

燒結、煉鐵、煉鋼是鋼鐵企業重要的三個工序。石勇[1]等研究表明，燒結工序煙粉塵排放量占鋼鐵企業總排放量的40%左右。因此，選取合適的采樣位置和采樣方法，對燒結工序粉塵排放特性及監控技術研究，對于降低鋼鐵企業顆粒物排放具有重要現實意義。

1 燒結工序顆粒物污染特征

根據產生機理，鋼鐵生產過程排放的煙粉塵有煙塵和粉塵兩類。其中，煙塵是由于氧化、升華、蒸發、冷凝的熱過程中形成的，主要由各種燃料在工業爐窯中燃燒產生；粉塵是指粒徑小于75μm懸浮在空氣中的固體微粒，主要由各種原燃料在運輸、裝卸和熔煉等過程中產生。燒結工序煙粉塵來源如圖1所示。

圖1 鋼鐵燒結工序煙粉塵來源

燒結工序煙粉塵產生量為20～40 kg/t（燒結礦），排放量約為1.02 kg/t。其中，原料準備、成品整粒只含粉塵，燒結配料、燒結機頭、燒結尾氣中不僅含有粉塵，還含有大量的煙塵。

2 燒結工序顆粒物排放監測

2.1 監測對象和項目

鋼鐵行業是顆粒物排放大戶，采用高效的除塵設備，加強顆粒物的治理與回收利用，最終減少顆粒物排放，是顆粒物治理的重要途徑。針對顆粒物主要污染源，某大型鋼鐵聯合企業在各產塵點均安裝了高效除塵器，本次選取了企業的一臺320 m2燒結機進行監測。其中，燒結配料除塵設備為布袋除塵器，燒結機頭、機尾和成品整粒除塵設備均為四電場靜電除塵器。

為了了解除塵設備的總除塵效率和分級除塵效率，結合該鋼鐵企業燒結機及其除塵設備實際情況，本此對除塵設備捕集、出口顆粒物質量流量及頻率進行監測。正常運行狀態下，質量流量可以由監測企業的統計數據得出。同時，本次還監測除塵設備捕集顆粒物及其出口顆粒物的粒徑分布，以及溫度、濕度、量、含氧量等廢氣基本參數。

2.2 樣點和采樣頻次

根據GB/T 16157—1996中的規定[2]，本次把采樣點均設置在排煙煙囪上。同時，為了確保數據的準確性，對每個采樣點采樣6次，分2 d進行，每天平行采樣3次。燒結除塵裝置采樣點位置及監測頻次如表1所示。

表1 燒結除塵裝置采樣點位置及監測頻次

2.3 儀器及材料

本次監測所采用的主要儀器：安德森分級采樣器，TE-20-800，美國Thermo-Andersen；分析天平，島津AUW220D，220 g/82 g兩個量程-0.1 mg/0.01 mg兩個精度；自動煙塵（氣）監測儀，3012H，青島嶗山應用技術研究；激光粒度分布儀，BT-2001，丹東百特儀器有限公司；干燥器及電熱恒溫干燥箱等。其中，安德森分級采樣器用于PM10分粒徑采樣，分析天平用于稱量的濾筒和濾膜的重量，自動煙塵（氣）監測儀用于顆粒物采樣，激光粒度分布儀用于除塵設備捕集顆粒物的粒徑分布分析，干燥器用于濾筒（膜）的冷卻及恒溫恒濕，干燥箱用于濾筒的加熱干燥。

本次監測所采用的主要實驗材料：無膠超細玻璃纖維濾筒，集效率高、耐高溫，用于顆粒物采樣；Teflon膜，由聚四氟乙烯材料制成，其空白值、吸濕性等相對較低，用于PM10分粒徑采樣。

2.4 采樣方法

本次選用EPA-method201對可吸入顆粒物進行分級采樣。

3 燒結工序顆粒物排放監測結果

3.1 PM10的粒徑分布特征

本次選用以質量濃度對粒徑取微分的方法來表示，其有能夠較好地在圖中分析顆粒物的粒徑分布情況的優點。具體的計算方面而言，顆粒物質量濃度的粒徑分布頻度等于某級顆粒物的質量濃度與其粒徑上限和粒徑下限的差值。監測結果如表2所示。

1）燒結配料。由表2可知，因為配料的顆粒物主要來自原料破碎、混合，而在這些機械外力不斷作用的情況下，產生粗顆粒相對較多的，因此燒結配料除塵器前PM10尤其是PM2.5的的質量百分含量并不高，除塵器前PM10的質量濃度呈雙峰分布。而除塵器后，因較大粒徑的粗顆粒已被除去，除塵器后質量濃度峰值向小顆粒的方向移動，且呈單峰分布，故PM2.5、PM10的質量百分含量較除塵器前均有所增加。

表2 燒結除塵裝置采樣點位置及監測頻次

2）燒結機頭。由表2可知，因為細模態顆粒的主要生成機理為氣化凝結，燒結機頭點火器點火后，抽風機從料層下部抽風，機頭煙氣中大部分顆粒物均經過了高溫燃燒或加熱過程，因此相比于燒結配料中顆粒物的粒徑分布，燒結機頭除塵器前顆粒物中PM10的質量百分含量很高。同理，除塵器后，因較大粒徑的顆粒也已被除去，故PM2.5、PM10的質量百分含量較除塵器前均有所增加。值得注意的是，機頭除塵器前、后PM10的質量濃度均呈單峰分布，但除塵器后更小顆粒物百分含量比除塵器前大很多。

3）燒結機尾。由表2可知，因為機尾顆粒物也跟燒結機頭類似，其不僅包括配料燃燒產生的細顆粒物居多的燒結灰，還包括破碎時產生的粗顆粒物較多的粉塵，因此機尾除塵器前、后PM10的質量濃度均呈雙峰分布。同理，除塵器后，因較大粒徑的顆粒也已被除去，故PM2.5、PM10的質量百分含量較除塵器前均有所增加。

4）成品整粒。由表2可知，因為整粒的顆粒物主要來自燒結礦的破碎、篩分和轉運，其和燒結配料類似，在這些機械外力不斷作用的情況下，產生粗顆粒相對較多的，因此成品整粒除塵器前PM10尤其是PM2.5的的質量百分含量并不高，除塵器前PM10的質量濃度呈雙峰分布。而除塵器后，因較大粒徑的粗顆粒已被除去，除塵器后質量濃度峰值向小顆粒的方向移動，且呈單峰分布，故PM2.5、PM10的質量百分含量較除塵器前均有所增加。與燒結配料不同的是，成品整粒除塵器后PM10的質量濃度呈單峰峰值集中的粒徑區間更趨向于小粒徑。

3.2 顆粒物排放狀況及分級除塵效率

通過監測數據可以看出，燒結機機頭、機尾單位產品TSP（總懸浮顆粒物）、PM2.5、PM10的排放量均比較大，驗證了其煙粉塵排放量占鋼鐵企業總排放量40%左右的經驗及理論。同時，經計算，燒結工序中，燒結機機頭、機尾除塵器的總除塵效率都比較大，均達99%以上，且各污染源除塵器分級除塵效率均有：η（PM2.5）＜η（PM10）＜η（TSP），如此，可以充分證明，在燒結配料布袋除塵器以及燒結機頭、燒結機尾、成品整粒的靜電除塵器作用下，除塵器對粗顆粒物的去除效果要好于細顆粒，因此需加強和關注關注各污染源除塵器對細顆粒物的脫除效率。

4 結論

本次選取的某鋼鐵聯合企業燒結工序中，在燒結配料布袋除塵器以及燒結機頭、燒結機尾、成品整粒的靜電除塵器作用下，各分級除塵效率都比較大，均達99%以上，但燒結機機頭、機尾除塵器后PM2.5、PM10的質量濃度還比較高，除塵器對粗顆粒物的去除效果要好于細顆粒，因此需加強和關注關注各污染源除塵器對細顆粒物的脫除效率，以進一步降低鋼鐵企業顆粒物排放。