煉鋼工序顆粒物排放特征

高 言，魏 軍，張 垚

鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其快速發(fā)展有力地支撐著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，同時(shí)，鋼鐵工業(yè)是高能耗重污染行業(yè)，其發(fā)展不可避免地造成環(huán)境污染。近年來，我國多數(shù)地區(qū)頻現(xiàn)重霧霾天氣，使得人們對環(huán)境質(zhì)量的保護(hù)逐步重視，并聚焦在生產(chǎn)工藝復(fù)雜、污染物排放節(jié)點(diǎn)多及排放量大的煉鋼生產(chǎn)行業(yè)。煉鋼行業(yè)屬于資源、能源密集型產(chǎn)業(yè)，具有“雙高”特性（“雙高”即高能耗、高污染）。煉鋼生產(chǎn)加工消耗大量礦產(chǎn)資源、電能資源等，生產(chǎn)環(huán)節(jié)復(fù)雜，包括燃燒煉鐵、冶煉合金、連鑄和軋鋼等環(huán)節(jié)，產(chǎn)生多種污染物因子，危害人體健康，加重環(huán)境污染情況。鋼鐵行業(yè)作為我國支撐國民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)，煉鋼生產(chǎn)數(shù)量的不斷增加隨之生產(chǎn)的污染也在穩(wěn)步上升，是PM2.5、PM10、TSP等顆粒物的排放大戶，為改善環(huán)境空氣質(zhì)量，遏制顆粒物污染對環(huán)境造成傷害，對鋼鐵行業(yè)污染物排放顆粒物進(jìn)行簡要分析，并選用合適的治理方法進(jìn)行控制，進(jìn)而降低顆粒物污染。

鋼鐵及其他金屬生產(chǎn)產(chǎn)生的二噁英占各行業(yè)總量的49.3%，其毒性很強(qiáng)。隨著中國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，以礦產(chǎn)資源為主的能源消耗大幅攀升，機(jī)動車保有量急劇增加，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的NOx和揮發(fā)性有機(jī)物（VOCS）排放量顯著增長，京津冀、長江三角洲、珠江三角洲等區(qū)域的PM2.5和O3污染嚴(yán)重，灰霾現(xiàn)象持續(xù)出現(xiàn)，能見度降低。顆粒物具有吸附性強(qiáng)、隨機(jī)性強(qiáng)、治理難度大的特點(diǎn)，鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)過程中主要的顆粒物排放源頭是燒結(jié)、煉鋼等過程，根據(jù)有關(guān)資料調(diào)查顯示，燒結(jié)機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾顆粒物粒徑分布特征明顯，燒結(jié)機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾除塵器后的顆粒物（PM2.5、PM10）百分比達(dá)到80%以上，即使安裝的凈化除塵設(shè)備效果好，但是仍存在約有10%左右的煙塵沒有被處理，直接排入空氣中（排入空氣中的顆粒物大多是粒徑較小的PM2.5）。相較于粗顆粒物（空氣動力學(xué)直徑2.5μm～10μm），PM2.5對人體健康的危害性更大，主要原因在于多環(huán)芳烴、重金屬等有毒有害物質(zhì)多吸附于粒徑小于1μm的細(xì)微顆粒物上，90%的細(xì)微顆粒物可深入到肺泡區(qū)，并可進(jìn)入血液輸往全身。基于此，本文探究煉鋼工序顆粒物排放特征。

環(huán)境質(zhì)量向好是我們共同追求的目標(biāo)，因此更要注重加強(qiáng)對煉鋼行業(yè)顆粒物排放的管控，通過先進(jìn)設(shè)備技術(shù)進(jìn)行顆粒物去除。目前對煉鋼行業(yè)加強(qiáng)治理，通過超低排放轉(zhuǎn)型、停產(chǎn)整頓、錯峰生產(chǎn)等措施，改善排放污染，從推廣除塵技術(shù)應(yīng)用、提高產(chǎn)業(yè)附加值及淘汰落后產(chǎn)能、著手新型排放控制技術(shù)研究開發(fā)三個方向著手，與行業(yè)結(jié)構(gòu)結(jié)合，制定控制方案，針對現(xiàn)存問題，重點(diǎn)研究，合理控制鋼鐵行業(yè)顆粒物污染，從而實(shí)現(xiàn)超低排放轉(zhuǎn)型、降污減排。

1 相關(guān)概述

1.1 鋼鐵行業(yè)大氣污染物排污節(jié)點(diǎn)

鋼鐵行業(yè)為資源緊湊型工業(yè)，主要是生產(chǎn)塊狀金屬物、非金屬物和粉狀金屬物等。鋼鐵行業(yè)釋放的工業(yè)廢棄重點(diǎn)來自于下列幾點(diǎn)：①制造施工需要的原燃料的輸送、裝卸與生產(chǎn)等環(huán)節(jié)中生成的含塵煙氣，譬如原料體系鐵精粉的生產(chǎn)原料、石灰等熔劑料以及煤等原料，在裝卸過程中掉落的料或者破碎篩分期間溢出的粉塵，燒結(jié)體系精礦粉、白灰以及煤等原燃料在混配料和轉(zhuǎn)運(yùn)期間溢出的粉末等。②原燃料在各種爐窯燃燒期間生成的包含粉塵、二氧化硫、氮氧化合物的煙氣，譬如熱軋?bào)w系加熱爐、熱處理爐在燃燒天然氣與焦?fàn)t煤氣等氣體時(shí)生成的二氧化硫、氮氧化合物以及煙塵等高污染的氣體，熱軋?bào)w系罩式退火爐、熱帶退火酸洗機(jī)組、冷帶退火酸洗機(jī)組以及光亮退火機(jī)組等眾多退火機(jī)組的退火段在燃燒天然氣與焦?fàn)t煤氣等氣體過程中生成的二氧化硫、氮氧化合物以及煙塵等能夠污染大氣的煙氣。③燒結(jié)、煉鐵與煉焦等生產(chǎn)技術(shù)在化學(xué)反應(yīng)期間生成的煙氣，譬如高爐體系出鐵場生產(chǎn)鐵的過程中生成的含塵煙氣，煉鋼體系混鐵爐等鐵水預(yù)處理期間生成的含塵煙氣，轉(zhuǎn)爐吹氧、兌鐵與冶煉期間生成的含煙塵、一氧化碳等有害氣體，LF、VOD等精煉爐冶煉期間生產(chǎn)的含煙氣體等。

1.2 中國標(biāo)準(zhǔn)體系

如今，國內(nèi)鋼鐵行業(yè)實(shí)施的大氣污染釋放準(zhǔn)則為國家環(huán)保單位在2012年6制定的，此標(biāo)準(zhǔn)中包含鋼鐵煉制的整體流程，并且針對大顆粒物釋放要求進(jìn)行了明確規(guī)定。大氣污染釋放要求的制定使得之前應(yīng)用的《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》與《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等成為歷史，最新制定的準(zhǔn)則中還包含了釋放值的含義。在次年6月13日國家環(huán)保單位出臺了關(guān)于征詢《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物釋放標(biāo)準(zhǔn)》等多項(xiàng)國家污染物釋放要求修訂建議的文件。修改的條款中重點(diǎn)包含下列要求：①物料的運(yùn)送、裝卸、保存、轉(zhuǎn)移和制作技術(shù)等，詳細(xì)的增設(shè)了無組織釋放管控措施標(biāo)準(zhǔn)。②修訂了《鋼鐵燒結(jié)、炭化工業(yè)大氣污染物釋放標(biāo)準(zhǔn)》中對于空氣污染物釋放標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)，增設(shè)了燒結(jié)煙氣基礎(chǔ)含氧量的標(biāo)準(zhǔn)。總體而言，國內(nèi)鋼鐵行業(yè)空氣污染釋放要求會逐漸的嚴(yán)苛。我國依舊為標(biāo)準(zhǔn)與準(zhǔn)則涉及環(huán)節(jié)最多的國家，然后為印度、歐美、美國以及日本。轉(zhuǎn)爐為煉鋼環(huán)節(jié)中顆粒物釋放的主要管控環(huán)節(jié)，而歐盟把轉(zhuǎn)爐一次煙氣劃分成干法除塵標(biāo)準(zhǔn)與濕法除塵標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)爐二次煙氣主要包含袋式除塵標(biāo)準(zhǔn)與靜電除塵標(biāo)準(zhǔn)；日本準(zhǔn)則依據(jù)煙氣量進(jìn)行劃分，主要包含煙氣量高于四萬立方米的一般標(biāo)準(zhǔn)與特別標(biāo)準(zhǔn)以及煙氣量小于四萬立方米的一般標(biāo)準(zhǔn)與特別標(biāo)準(zhǔn)。縱觀上述標(biāo)準(zhǔn)，最為寬泛的國家為印度，然后為日本、中國、歐盟，最后為美國。我國與歐盟標(biāo)準(zhǔn)中針對煉鋼的重要環(huán)節(jié)（轉(zhuǎn)爐與電爐）采用相同的釋放準(zhǔn)則，但是美國與印度準(zhǔn)則對其進(jìn)行了細(xì)致的劃分，主要包含轉(zhuǎn)爐、電弧爐與電感應(yīng)爐。在美國準(zhǔn)則中，電感應(yīng)爐的顆粒物釋放濃度標(biāo)準(zhǔn)值最小，但是印度準(zhǔn)則中轉(zhuǎn)爐的顆粒物釋放濃度標(biāo)準(zhǔn)值最小。

2 顆粒物排放特征

鋼鐵生產(chǎn)期間一次顆粒物的釋放源頭主要為有組織排放與無組織排放兩種。有組織釋放重點(diǎn)為生產(chǎn)環(huán)節(jié)中自煙道釋放的煙氣中包含PM2.5粉塵，即使釋放出的煙氣基本上已經(jīng)經(jīng)過了除塵操作，同時(shí)煙氣中含塵量滿足釋放要求，不過煙氣中PM2.5的占比依舊很高；無組織釋放重點(diǎn)是不將含粉塵的氣體統(tǒng)一的進(jìn)行搜集與處理，并且直接釋放到空氣中，此種氣體通常在釋放量比較少，同時(shí)統(tǒng)一收集難度較高的環(huán)節(jié)以及各個工序連接的操作中，譬如配料、鐵水或鋼水的調(diào)轉(zhuǎn)、出鋼、倒渣、軋鋼以及酸洗等環(huán)節(jié)中。一次顆粒物的釋放環(huán)節(jié)與釋放量，鋼鐵制作期間各個環(huán)節(jié)、各環(huán)節(jié)中的操作過程中對于釋放量的標(biāo)準(zhǔn)各不相同，根據(jù)我國2012年修訂的鋼鐵單位釋放準(zhǔn)則與有關(guān)文件中具體施工過程中監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，此類實(shí)際勘測數(shù)據(jù)均是各個環(huán)節(jié)中煙氣通過處理之后監(jiān)測到的數(shù)據(jù)。

一次顆粒物的構(gòu)成。鋼鐵公司各個環(huán)節(jié)釋放煙氣中的PM2.5質(zhì)量存在差異，并且PM2.5的構(gòu)成也存在差別，重點(diǎn)受到流程與原料特性影響。從表2中能夠看出燒結(jié)設(shè)備機(jī)頭與機(jī)尾除塵之后煙氣中PM2.5的構(gòu)成，機(jī)頭除塵設(shè)備末端煙氣中的PM2.5重點(diǎn)構(gòu)成中質(zhì)量分?jǐn)?shù)在前三位的元素是K、SO2-4與Cl-，機(jī)尾PM2.5中的重要構(gòu)成中質(zhì)量分?jǐn)?shù)靠前的元素是Fe，Ca與Si。不過針對鋼鐵廠釋放的煙氣中，煙塵構(gòu)成物質(zhì)的探究相對較少，表3中能夠看出高爐煤氣與轉(zhuǎn)爐煤氣中粉塵的構(gòu)成，能夠發(fā)現(xiàn)，此兩種煤氣中粉塵的重要構(gòu)成元素為Fe2O3，高爐煤氣與轉(zhuǎn)爐煤氣構(gòu)成的差別重點(diǎn)和高爐與轉(zhuǎn)爐的爐內(nèi)反應(yīng)相關(guān)。針對上述內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，對各個環(huán)節(jié)中PM2.5的重要過程情況進(jìn)行研究。

3 顆粒物控制存在的主要問題

3.1 企業(yè)控制水平參次不一

和西方國家以大型鋼鐵行業(yè)為主導(dǎo)的情況存在差異，由于以往冶金技術(shù)發(fā)展與粗放式生產(chǎn)的約束，國內(nèi)鋼鐵行業(yè)的產(chǎn)業(yè)聚集程度較差，主要問題為公司數(shù)量較多、制造規(guī)模各不相同、落后和先進(jìn)公司同時(shí)存在的情況，各個鋼鐵公司的顆粒物管控水平會出現(xiàn)較大的差別。譬如，國內(nèi)大中型規(guī)模公司針對無組織釋放煙氣展開收集與解決，同時(shí)除塵工藝一般情況下會應(yīng)用布袋除塵設(shè)備；但是因?yàn)橥度胭Y金與操控能力等條件的影響，小規(guī)模工廠無組織釋放煙氣的管控能力通常較差，無法獲得較好的成效，多廢氣直排、應(yīng)用設(shè)備除塵、濕法除塵等比較滯后的方法展開解決。

3.2 監(jiān)測技術(shù)支撐不足

國內(nèi)針對鋼鐵行業(yè)顆粒物釋放的監(jiān)測工藝能力、特別是針對細(xì)粒子的監(jiān)測工藝能力相對較低，沒有制定有效的監(jiān)測工藝標(biāo)準(zhǔn)。如今針對我國鋼鐵行業(yè)顆粒物生成和釋放情況的了解主要立足于總懸浮顆粒物，針對能夠吸入顆粒物和細(xì)顆粒物釋放狀況的掌握程度較低、進(jìn)行實(shí)際監(jiān)測的次數(shù)較少，沒有高效的掌握顆粒物釋放的粒徑布設(shè)情況。如今國內(nèi)鋼鐵行業(yè)有關(guān)的污染釋放標(biāo)準(zhǔn)雖然較多，但是只是針對總懸浮顆粒物的釋放量限值制定了標(biāo)準(zhǔn)，針對PM10和PM2.5的釋放量限值沒有做出準(zhǔn)確的說明。

4 顆粒物控制建議

4.1 加快技術(shù)升級改造，過程控制廢氣產(chǎn)生

鋼鐵行業(yè)在構(gòu)造調(diào)節(jié)、技術(shù)改進(jìn)期間，需要轉(zhuǎn)變運(yùn)營發(fā)展與污染治理措施，把節(jié)約能耗、降低排放與管控廢物生成當(dāng)作改建的主要工作。廢氣污染管控需要從整體上關(guān)注資源與能源的良好應(yīng)用、環(huán)節(jié)的科學(xué)調(diào)配、高效與不間斷的運(yùn)轉(zhuǎn)，將源頭管控、流程管控以及污染物減量化良好的融合，盡可能的在整體制造環(huán)節(jié)中減低污染物質(zhì)的形成，開展清潔操作，降低后期處理壓力。如今鋼鐵制作逐步的步向流程不間斷、能耗低、污染小與節(jié)能效果較高的朝向。譬如機(jī)械大型化；鐵、鋼與鋼軋連接位置應(yīng)用相應(yīng)的工藝，從而獲得節(jié)約能耗、降低釋放量的功效。在此圍繞“一罐到底”工藝進(jìn)行說明，由于縮減了技術(shù)環(huán)節(jié)，取締了之前的雷罐車與煉鋼倒罐坑，因此能夠縮減鐵水倒罐操作與此操作生成的煙氣釋放，縮減了能源消耗，降低了鐵的損耗。連鑄坯熱送熱裝工藝能夠有效的縮減板坯加熱燃料的損耗，并且降低了NOx等污染物質(zhì)的生成。

4.2 加大資金投入力度

鋼鐵行業(yè)污染物釋放體系新要求與空氣污染物特別釋放限制開展之后，出現(xiàn)的主要問題為鋼鐵廠的污染治理方案無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，必須依據(jù)超標(biāo)狀況開展相應(yīng)的改善，要求公司關(guān)注環(huán)保超標(biāo)情況，增加成本投資,改進(jìn)有關(guān)的環(huán)保設(shè)備，從而達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。而相關(guān)的國家單位需要依據(jù)工廠污染治理工作的具體狀況，增加相應(yīng)的扶持力度，針對如今鋼鐵廠開展的環(huán)保工藝的改進(jìn)，相關(guān)單位需要首先給予環(huán)保資金的扶持，加大對鋼鐵廠除塵改建工程與燒結(jié)脫硫脫硝工程的支持。針對個別科技含量較高的工程，需要給予相應(yīng)的扶持與幫助。

4.3 建立顆粒物排放核算與管理方法

系統(tǒng)的掌握國內(nèi)鋼鐵廠的除塵工藝進(jìn)步和運(yùn)用情況，進(jìn)行鋼鐵行業(yè)顆粒物粒徑布設(shè)實(shí)測實(shí)驗(yàn)，融合鋼鐵制造所有流程中顆粒物釋放特性，創(chuàng)建顆粒物無組織釋放的統(tǒng)計(jì)方式，創(chuàng)建系統(tǒng)的鋼鐵行業(yè)顆粒物釋放量測算方式，確保能夠良好的開展鋼鐵廠顆粒物釋放管控工作。

4.4 制定鋼鐵行業(yè)廢氣污染防治規(guī)劃

對于鋼鐵行業(yè)來說如今是其發(fā)展的關(guān)鍵階段，行業(yè)需要立足于國家生態(tài)文明建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與持續(xù)發(fā)展觀念，融合行業(yè)構(gòu)造調(diào)節(jié)，規(guī)劃出行業(yè)廢氣污染管控方案。圍繞出現(xiàn)的問題，針對廢氣的管控內(nèi)容、目的與開展方式，主要研究與推行工藝、清潔能源的應(yīng)用，開展有關(guān)工藝經(jīng)濟(jì)探究，指引行業(yè)廢氣污染管控工作良好的進(jìn)行。

4.5 開展行業(yè)特征污染物排放特性基礎(chǔ)研究

如今鋼鐵工業(yè)針對較為典型的污染物質(zhì)、細(xì)顆粒物、二英與重金屬的釋放特性缺少較為全面的探究，且沒有全面、系統(tǒng)的了解與掌握此類污染物質(zhì)。進(jìn)行行業(yè)特征污染物釋放監(jiān)察與特性探究，了解污染物質(zhì)的特性，創(chuàng)建良好的數(shù)據(jù)條件，從而促進(jìn)管控工藝路線、研發(fā)與應(yīng)用管控工藝。

4.6 加快多污染物協(xié)同控制和共性技術(shù)研發(fā)應(yīng)用

如今比較先進(jìn)的協(xié)同管控工藝整體上為引進(jìn)工藝，投入的資金較多，運(yùn)轉(zhuǎn)成本較高。鋼鐵行業(yè)需要依據(jù)國內(nèi)實(shí)際情況增加投資力度，研究能夠滿足國內(nèi)鋼鐵行業(yè)特性的顆粒物的監(jiān)察與降低釋放的工藝和機(jī)械，研發(fā)具備自主知識產(chǎn)權(quán)的集成工藝與配套機(jī)械，推動減排工藝的使用，歸納經(jīng)驗(yàn)，按照地區(qū)與流程逐漸的進(jìn)行推行與運(yùn)用。

5 鋼鐵行業(yè)下一步治理管控啟示

首先，鋼鐵廠所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)污染物釋放量逐步的均衡化，單臺機(jī)械、單環(huán)節(jié)的治理不會顯著的縮減工廠污染物的釋放總量，因此在有組織、無組織以及運(yùn)送形式等所有環(huán)節(jié)中落實(shí)超低適當(dāng)?shù)膯挝环轿徽嬲某歪尫殴S，同樣為后續(xù)的整治朝向。其次，必須提升源頭治理工藝的研究速度，譬如高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣展開精脫硫改建，加熱爐與熱風(fēng)爐低氮燃燒改進(jìn)，縮減燃燒用煤中硫物質(zhì)的占比，持續(xù)的降低煉鋼、軋鋼與燒結(jié)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)中二氧化碳與氮氧化物的釋放量。然后，因?yàn)闊Y(jié)環(huán)節(jié)的污染物釋放占比逐步下降，區(qū)域性生產(chǎn)調(diào)控標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)急管理方案需要自燒結(jié)、球團(tuán)與煉鐵等單個環(huán)節(jié)的管控逐步的向所有環(huán)節(jié)擴(kuò)散。最后，持續(xù)的提升鐵路與水運(yùn)輸送的創(chuàng)建，改善如今的輸送構(gòu)架，正產(chǎn)和生活進(jìn)行區(qū)別，優(yōu)化社會環(huán)境。

6 結(jié)語

由此可見，①在此針對鋼鐵單位在煉鋼過程中捕集到的顆粒物的粒徑布設(shè)、微觀形貌以及化學(xué)成分等特性展開檢驗(yàn)與研究。②倒罐與預(yù)處理釋放的顆粒物外形為表層光滑的圓球狀，同時(shí)存在絮狀物質(zhì)，重要構(gòu)成成分為Fe礦物。轉(zhuǎn)爐二次煙塵呈現(xiàn)不規(guī)則塊狀與光滑的圓球狀，重要的構(gòu)成成分為Si與Al礦物。精煉釋放顆粒物整體上為體積不同的塊狀，重點(diǎn)包含炭質(zhì)與熔融的Al、Si、Ca礦物。從而為鋼鐵廠周圍污染受體源探究創(chuàng)建了良好的條件。③鋼鐵單位周邊環(huán)境大氣收集點(diǎn)的顆粒物中PCBs的質(zhì)量濃度相對較高，同時(shí)和四個環(huán)節(jié)釋放煙塵中檢驗(yàn)到的單體類別基本相同，可見此區(qū)域環(huán)境空氣中PCBs的生成主要來源于鋼鐵廠。顆粒物細(xì)度越小，其荷載的PBCs濃度則越高。④倒罐與預(yù)處理顆粒物、轉(zhuǎn)爐二次煙氣顆粒物以及精煉顆粒物包含的所有元素中質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的金屬元素為TFe，其均為百分之六十六點(diǎn)八九、百分之三十八點(diǎn)四以及百分之十六點(diǎn)零七；非金屬元素重點(diǎn)為C，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為百分之三點(diǎn)九三、百分之二點(diǎn)六七以及百分之四點(diǎn)四四。同時(shí)Fe與C均為煉鋼期間最為關(guān)鍵的物質(zhì)來源于能量來源，開發(fā)顆粒物種部分元素的回收與應(yīng)用既能夠降低最后的釋放量，同時(shí)能夠降低能源的損耗，為后期重要的研究朝向。