某鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序顆粒物排放監(jiān)測分析

任亞萍

（山西省長治市縣域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，山西 武鄉(xiāng) 046300）

相關(guān)研究表明，PM2.5是造成灰霾天氣的主要“元兇”之一。鋼鐵工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)最重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，同時(shí)鋼鐵企業(yè)各生產(chǎn)過程均有煙粉塵產(chǎn)生，污染源分布極廣，是顆粒物的排放大戶。據(jù)近年環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，鋼鐵行業(yè)煙粉塵排放占工業(yè)煙粉塵排放量的15%以上，而工業(yè)煙粉塵又占全國煙粉塵排放總量的80%以上。可見，我國鋼鐵行業(yè)的顆粒物監(jiān)測與治理迫在眉睫。

燒結(jié)、煉鐵、煉鋼是鋼鐵企業(yè)重要的三個(gè)工序。石勇[1]等研究表明，燒結(jié)工序煙粉塵排放量占鋼鐵企業(yè)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(jié)工序粉塵排放特性及監(jiān)控技術(shù)研究，對于降低鋼鐵企業(yè)顆粒物排放具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 燒結(jié)工序顆粒物污染特征

根據(jù)產(chǎn)生機(jī)理，鋼鐵生產(chǎn)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(fā)、冷凝的熱過程中形成的，主要由各種燃料在工業(yè)爐窯中燃燒產(chǎn)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(yùn)輸、裝卸和熔煉等過程中產(chǎn)生。燒結(jié)工序煙粉塵來源如圖1所示。

圖1 鋼鐵燒結(jié)工序煙粉塵來源

燒結(jié)工序煙粉塵產(chǎn)生量為20～40 kg/t（燒結(jié)礦），排放量約為1.02 kg/t。其中，原料準(zhǔn)備、成品整粒只含粉塵，燒結(jié)配料、燒結(jié)機(jī)頭、燒結(jié)尾氣中不僅含有粉塵，還含有大量的煙塵。

2 燒結(jié)工序顆粒物排放監(jiān)測

2.1 監(jiān)測對象和項(xiàng)目

鋼鐵行業(yè)是顆粒物排放大戶，采用高效的除塵設(shè)備，加強(qiáng)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(lián)合企業(yè)在各產(chǎn)塵點(diǎn)均安裝了高效除塵器，本次選取了企業(yè)的一臺320 m2燒結(jié)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測。其中，燒結(jié)配料除塵設(shè)備為布袋除塵器，燒結(jié)機(jī)頭、機(jī)尾和成品整粒除塵設(shè)備均為四電場靜電除塵器。

為了了解除塵設(shè)備的總除塵效率和分級除塵效率，結(jié)合該鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)及其除塵設(shè)備實(shí)際情況，本此對除塵設(shè)備捕集、出口顆粒物質(zhì)量流量及頻率進(jìn)行監(jiān)測。正常運(yùn)行狀態(tài)下，質(zhì)量流量可以由監(jiān)測企業(yè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出。同時(shí)，本次還監(jiān)測除塵設(shè)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(shù)。

2.2 樣點(diǎn)和采樣頻次

根據(jù)GB/T 16157—1996中的規(guī)定[2]，本次把采樣點(diǎn)均設(shè)置在排煙煙囪上。同時(shí)，為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對每個(gè)采樣點(diǎn)采樣6次，分2 d進(jìn)行，每天平行采樣3次。燒結(jié)除塵裝置采樣點(diǎn)位置及監(jiān)測頻次如表1所示。

表1 燒結(jié)除塵裝置采樣點(diǎn)位置及監(jiān)測頻次

2.3 儀器及材料

本次監(jiān)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(gè)量程-0.1 mg/0.01 mg兩個(gè)精度；自動煙塵（氣）監(jiān)測儀，3012H，青島嶗山應(yīng)用技術(shù)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(jiān)測儀用于顆粒物采樣，激光粒度分布儀用于除塵設(shè)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(jiān)測所采用的主要實(shí)驗(yàn)材料：無膠超細(xì)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(jìn)行分級采樣。

3 燒結(jié)工序顆粒物排放監(jiān)測結(jié)果

3.1 PM10的粒徑分布特征

本次選用以質(zhì)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(yōu)點(diǎn)。具體的計(jì)算方面而言，顆粒物質(zhì)量濃度的粒徑分布頻度等于某級顆粒物的質(zhì)量濃度與其粒徑上限和粒徑下限的差值。監(jiān)測結(jié)果如表2所示。

1）燒結(jié)配料。由表2可知，因?yàn)榕淞系念w粒物主要來自原料破碎、混合，而在這些機(jī)械外力不斷作用的情況下，產(chǎn)生粗顆粒相對較多的，因此燒結(jié)配料除塵器前PM10尤其是PM2.5的的質(zhì)量百分含量并不高，除塵器前PM10的質(zhì)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(zhì)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(zhì)量百分含量較除塵器前均有所增加。

表2 燒結(jié)除塵裝置采樣點(diǎn)位置及監(jiān)測頻次

2）燒結(jié)機(jī)頭。由表2可知，因?yàn)榧?xì)模態(tài)顆粒的主要生成機(jī)理為氣化凝結(jié)，燒結(jié)機(jī)頭點(diǎn)火器點(diǎn)火后，抽風(fēng)機(jī)從料層下部抽風(fēng)，機(jī)頭煙氣中大部分顆粒物均經(jīng)過了高溫燃燒或加熱過程，因此相比于燒結(jié)配料中顆粒物的粒徑分布，燒結(jié)機(jī)頭除塵器前顆粒物中PM10的質(zhì)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(zhì)量百分含量較除塵器前均有所增加。值得注意的是，機(jī)頭除塵器前、后PM10的質(zhì)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(jié)機(jī)尾。由表2可知，因?yàn)闄C(jī)尾顆粒物也跟燒結(jié)機(jī)頭類似，其不僅包括配料燃燒產(chǎn)生的細(xì)顆粒物居多的燒結(jié)灰，還包括破碎時(shí)產(chǎn)生的粗顆粒物較多的粉塵，因此機(jī)尾除塵器前、后PM10的質(zhì)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(zhì)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?yàn)檎５念w粒物主要來自燒結(jié)礦的破碎、篩分和轉(zhuǎn)運(yùn)，其和燒結(jié)配料類似，在這些機(jī)械外力不斷作用的情況下，產(chǎn)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(zhì)量百分含量并不高，除塵器前PM10的質(zhì)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(zhì)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(zhì)量百分含量較除塵器前均有所增加。與燒結(jié)配料不同的是，成品整粒除塵器后PM10的質(zhì)量濃度呈單峰峰值集中的粒徑區(qū)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(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，燒結(jié)機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾單位產(chǎn)品TSP（總懸浮顆粒物）、PM2.5、PM10的排放量均比較大，驗(yàn)證了其煙粉塵排放量占鋼鐵企業(yè)總排放量40%左右的經(jīng)驗(yàn)及理論。同時(shí)，經(jīng)計(jì)算，燒結(jié)工序中，燒結(jié)機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾除塵器的總除塵效率都比較大，均達(dá)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(jié)配料布袋除塵器以及燒結(jié)機(jī)頭、燒結(jié)機(jī)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(xì)顆粒，因此需加強(qiáng)和關(guān)注關(guān)注各污染源除塵器對細(xì)顆粒物的脫除效率。

4 結(jié)論

本次選取的某鋼鐵聯(lián)合企業(yè)燒結(jié)工序中，在燒結(jié)配料布袋除塵器以及燒結(jié)機(jī)頭、燒結(jié)機(jī)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(dá)99%以上，但燒結(jié)機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾除塵器后PM2.5、PM10的質(zhì)量濃度還比較高，除塵器對粗顆粒物的去除效果要好于細(xì)顆粒，因此需加強(qiáng)和關(guān)注關(guān)注各污染源除塵器對細(xì)顆粒物的脫除效率，以進(jìn)一步降低鋼鐵企業(yè)顆粒物排放。