淺談我國鋼鐵行業(yè)的顆粒物排放及控制

(環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012)

1 行業(yè)發(fā)展與顆粒物排放現(xiàn)狀

1.1 行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

自1996年至今，我國粗鋼產(chǎn)量長期穩(wěn)居世界首位。2012年，我國粗鋼產(chǎn)量達到7.2億噸，約占世界鋼產(chǎn)量的46%，是世界第二大鋼鐵生產(chǎn)國(日本)和第三大鋼鐵生產(chǎn)國(美國)鋼產(chǎn)量總和的3倍多。與2000年相比，我國當(dāng)前的粗鋼年產(chǎn)量已經(jīng)增長了近6億噸，產(chǎn)能增加了4.6倍[1]。

圖1 1978-2012年我國生鐵和粗鋼的產(chǎn)量變化

我國的鋼鐵產(chǎn)業(yè)集中度偏低、地域分布廣，鋼鐵企業(yè)遍布各個省份；但另一方面，我國鋼鐵的主要產(chǎn)量集中在少數(shù)省份，例如，河北、江蘇、山東、遼寧、山西、湖北等省份的鋼鐵產(chǎn)量顯著高于其他省份。2012年河北省粗鋼產(chǎn)量達到18048萬噸，占到全國粗鋼產(chǎn)量的25%；河北、江蘇、山東、遼寧、山西、湖北6個省份的粗鋼產(chǎn)量之和占到全國粗鋼產(chǎn)量的60%，如圖2所示。

圖2 2012年我國粗鋼產(chǎn)量分布

1.2 顆粒物排放現(xiàn)狀

隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程的加快，我國的大氣顆粒物污染問題日益凸顯。根據(jù)國家環(huán)境保護部公布的《2012年中國環(huán)境狀況公報》顯示，全國半數(shù)以上的地級城市可吸入顆粒物年均濃度超標(biāo)。工業(yè)生產(chǎn)是我國大氣顆粒物污染的主要來源[2，3]。2012年，我國工業(yè)煙粉塵排放量1029.3萬噸，占全國總排放量的83.4%。作為工業(yè)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一，黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)是我國的第三大煙粉塵排放行業(yè)，年排放量達181.3萬噸，占重點工業(yè)企業(yè)排放的18.9%[4]，對大氣顆粒物排放具有相當(dāng)可觀的貢獻。

根據(jù)環(huán)境統(tǒng)計的信息顯示，近年來隨著鋼鐵產(chǎn)量的快速增長，我國鋼鐵行業(yè)的顆粒物產(chǎn)生量在不斷增加(如圖3所示)。自2006年至2012年，我國黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)的煙粉塵產(chǎn)生量由3713萬噸增至7756，增長了1.1倍(如圖3)；廢氣排放量由73691億立方米增至160875億立方米，增長了1.2倍(如圖4)。鋼鐵行業(yè)煙粉塵排放量占工業(yè)煙粉塵總排放量的比重也逐年上升，2012年全國重點鋼鐵企業(yè)的煙粉塵排放量占到工業(yè)煙粉塵總排放的比例為18.9%，比2006年的12.5%增長了6.4個百分點。

圖3 2006-2012年我國黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)煙粉塵排放

圖4 2006-2012年我國黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)廢氣排放量

盡管近年來鋼鐵行業(yè)的煙粉塵產(chǎn)生量呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，但鋼鐵行業(yè)煙粉塵的實際排放量并未隨之大幅增長，甚至在近年來出現(xiàn)下降趨勢。如圖3所示，2011年，我國黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)的煙粉塵排放量為

206萬噸，同比2006年的186萬噸僅增長了10%左右；而在2012年，我國黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)的煙粉塵排放出現(xiàn)下降趨勢，排放量為181.3萬噸，比2011年降低了12.1%，比2006年降低了2.7%。這在一定程度上，表明了我國鋼鐵企業(yè)的整體煙粉塵控制水平在逐漸提高。

受到工業(yè)發(fā)展結(jié)構(gòu)和污染控制水平等多種因素的影響，世界各國鋼鐵行業(yè)對顆粒物排放量的貢獻比例不盡相同。根據(jù)歐洲協(xié)作顆粒物排放清單研究計劃(CEPMEIP)的研究顯示，1995年歐洲鋼鐵行業(yè)PM2.5排放占到工業(yè)PM2.5排放量的8%，可吸入顆粒物(PM10)排放占到工業(yè)PM10排放量的12%，總懸浮顆粒物(TSP)排放占到工業(yè)TSP排放量的9%[4]。1998年德國鋼鐵行業(yè)PM10排放占到工業(yè)PM10排放量的16.5%[4]。英國鋼鐵行業(yè)PM10排放約占到工業(yè)PM10排放量的5%[6]。

2 顆粒物的排放節(jié)點及控制技術(shù)現(xiàn)狀

鋼鐵的生產(chǎn)工藝流程主要包括焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄以及軋鋼等多項環(huán)節(jié)。在鋼鐵的生產(chǎn)過程中，各個工序環(huán)節(jié)均有顆粒物產(chǎn)生，具有排放源數(shù)目繁多、點源面源共存、無組織排放量大的特點。

焦化工藝顆粒物排放節(jié)點及控制措施如表1所示。根據(jù)大中型企業(yè)的實測情況來看，對于大部分顆粒物排放環(huán)節(jié)，在采用布袋除塵器等先進的控制技術(shù)情況下，鋼鐵企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)達標(biāo)排放；但在采用機械除塵、濕法除塵等較落后的控制技術(shù)下的顆粒物排放濃度則明顯偏高，難以實現(xiàn)達標(biāo)排放。

表1 焦化工藝顆粒物排放節(jié)點及控制措施

2.1 焦化

鋼鐵行業(yè)煉焦主要采用機焦?fàn)t工藝，其中，頂裝焦?fàn)t占鋼鐵焦?fàn)t數(shù)量的90%以上[15]。機焦?fàn)t的顆粒物排放主要來自裝煤、煉焦、推焦、熄焦等環(huán)節(jié)。根據(jù)胡學(xué)毅、薄以勻的研究，裝煤、煉焦(爐門、爐頂泄漏以及焦?fàn)t煙囪)、推焦以及熄焦過程的煙塵排放量占比分別為15%、29%、30%以及26%[14]。

2.2 燒結(jié)

燒結(jié)(球團)生產(chǎn)是鋼鐵行業(yè)顆粒物排放的重要來源。據(jù)2005年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，燒結(jié)工藝的煙塵排放量約為2.8萬噸，占鋼鐵行業(yè)的19.87%，粉塵排放量約11萬噸，占鋼鐵行業(yè)的26.42%[9]。燒結(jié)(球團)生產(chǎn)過程的各個顆粒物排放節(jié)點如表2所示。其中，燒結(jié)機下部抽風(fēng)箱的抽風(fēng)煙道(機頭廢氣)和機尾卸料端(礦石卸料、破碎和熱篩分廢氣)為燒結(jié)工藝最主要的顆粒物排放源。

2.3 煉鐵

在高爐煉鐵過程中，最大的顆粒物排放源為高爐出鐵場，一般采取的控制措施是在鐵渣溝加蓋、各塵源點設(shè)置收塵罩，經(jīng)袋式除塵器處理后排放。根據(jù)對我國大中型鋼鐵企業(yè)79個高爐樣本的調(diào)查，僅約42%的高爐在出鐵場配備了除塵器[10]。其次的顆粒物排放源為高爐爐頂，排放節(jié)點主要包括加料逸散和均壓放散。此外，在原料供應(yīng)系統(tǒng)、煤粉制備噴吹系統(tǒng)、以及熱風(fēng)爐系統(tǒng)也分布有大量顆粒物排放源，除熱風(fēng)爐燃燒屬于有組織排放以外，這些源多為無組織排放源。

表2 燒結(jié)(球團)工藝顆粒物排放節(jié)點及控制措施

表3 煉鐵工藝顆粒物排放源分析

(1)目前我國鋼鐵企業(yè)采用的高爐煤氣凈化方式主要有濕法除塵(重力除塵+文丘里濕法除塵)和干法布袋除塵(重力除塵+布袋除塵)兩類，當(dāng)前使用較多的主流控制措施為濕法除塵，干法除塵由于除塵效率高、能耗低、節(jié)約成本等優(yōu)點正在我國逐步得到推廣應(yīng)用。

2.4 煉鋼

目前的煉鋼工藝主要包括轉(zhuǎn)爐煉鋼和電爐煉鋼兩大類。煉鐵工藝的顆粒物排放具有塵源點多、原始產(chǎn)生濃度大、熱塵源、粒徑偏細(xì)等特點，工藝生產(chǎn)過程中的顆粒物排放節(jié)點見表1。煉鋼工藝最大的顆粒物排放源是吹氧冶煉(即一次煙氣)。轉(zhuǎn)爐煉鋼一次煙氣除塵方式有濕法和干法兩類。目前我國企業(yè)大多對轉(zhuǎn)爐一次煙氣采用濕法除塵(如兩文一塔除塵)，但由于轉(zhuǎn)爐煙氣濕法除塵具有占地大、成本較高、資源回收率低、能耗大等問題，干法除塵技術(shù)(如LT電除塵法)正在逐步得到嘗試應(yīng)用和推廣。電爐煉鋼煙氣(一次、二次煙氣)具有陣發(fā)性強、量波動性大、散發(fā)點多、顆粒物粒徑細(xì)的特點，通常采用第四孔抽吸+大密閉罩和屋頂罩的方式捕集，捕集后的煙氣輸送至高效袋式除塵器凈化。

2.5 軋鋼

軋鋼工藝主要分為熱軋工藝和冷軋工藝。由于軋鋼過程對鋼坯以固態(tài)形式進行加工，軋鋼環(huán)節(jié)的顆粒物產(chǎn)生較少。熱軋的顆粒物排放主要產(chǎn)生在精軋機組，冷軋含塵廢氣主要產(chǎn)生在拉矯機、焊接機、酸再生系統(tǒng)等環(huán)節(jié)。針對熱軋的顆粒物排放，鋼鐵企業(yè)當(dāng)前采用的控制措施主要是濕式靜電除塵、塑燒板除塵；針對冷軋的顆粒物排放，鋼鐵企業(yè)當(dāng)前采用的控制措施主要是袋式除塵。根據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計，在采用袋式除塵器的情況下，我國大中型鋼鐵企業(yè)的軋鋼廢氣外排顆粒物濃度可控制在30 mg/m3以下。

表4 煉鋼工藝顆粒物排放源分析

表5 熱軋工藝顆粒物排放源分析

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

與歐美國家以大型鋼鐵企業(yè)為主流的情況不同，因受到傳統(tǒng)冶金工藝發(fā)展和粗放式生產(chǎn)的局限，我國鋼鐵工業(yè)的產(chǎn)業(yè)集中度較低，存在企業(yè)數(shù)目繁多、生產(chǎn)規(guī)模不一、落后與先進企業(yè)并存的現(xiàn)象，不同的鋼鐵企業(yè)的顆粒物控制能力可存在較大的差異。例如，我國大中型企業(yè)多對無組織排放煙氣進行捕集和處理，且除塵技術(shù)多采用布袋除塵器；而由于成本、操作水平等方面的問題，小企業(yè)的無組織排放煙氣一般控制效果較差，多廢氣直排或采用機械除塵、濕法除塵等落后的方式進行處理。

3.2 環(huán)境統(tǒng)計基礎(chǔ)薄弱

統(tǒng)計基礎(chǔ)薄弱是鋼鐵行業(yè)顆粒物排放控制與管理面臨的重要問題。在當(dāng)前的鋼鐵行業(yè)環(huán)境統(tǒng)計中，主要存在以下局限：(1)當(dāng)前鋼鐵行業(yè)的環(huán)境統(tǒng)計覆蓋面不全，調(diào)查對象僅針對重點源工業(yè)企業(yè)，非重點源工業(yè)企業(yè)尚未納入統(tǒng)計中。(2)由于環(huán)境統(tǒng)計填報系統(tǒng)的設(shè)計缺陷，每條生產(chǎn)線的顆粒物控制設(shè)施只能填報一項，而在實際生產(chǎn)過程中，單個生產(chǎn)設(shè)備使用多套除塵設(shè)施、或多個生產(chǎn)設(shè)備串聯(lián)使用同一除塵設(shè)施的情況均有發(fā)生，導(dǎo)致當(dāng)前環(huán)境統(tǒng)計的除塵設(shè)施填報信息模糊不清甚至不準(zhǔn)確。(3)此外，當(dāng)前環(huán)境統(tǒng)計填報系統(tǒng)的產(chǎn)品產(chǎn)量以企業(yè)為單位、尚未細(xì)化到生產(chǎn)線，進一步加大了鋼鐵行業(yè)顆粒物排放量核算和精細(xì)化管理的難度。

3.3 監(jiān)測技術(shù)支撐不足

我國對于鋼鐵行業(yè)顆粒物排放的監(jiān)測技術(shù)水平、尤其是對于細(xì)粒子的監(jiān)測技術(shù)水平較為落后，尚未出臺統(tǒng)一的監(jiān)測技術(shù)規(guī)范。當(dāng)前對國內(nèi)鋼鐵行業(yè)顆粒物產(chǎn)生與排放狀況的掌握多基于總懸浮顆粒物(TSP)，對于可吸入顆粒物(PM10)與細(xì)顆粒物(PM2.5)排放情況的了解匱乏、開展實測較少，對于顆粒物排放的粒徑分布了解嚴(yán)重不足。我國當(dāng)前鋼鐵行業(yè)相關(guān)的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 16171-2012、GB 28662-2012、GB 28663-2012、GB 28664-2012、GB 28665-2012)也僅對TSP的排放濃度限值作出了要求，對PM10與PM2.5的排放濃度限值尚無明確的規(guī)定。

4 顆粒物控制建議

為有效控制我國鋼鐵行業(yè)的顆粒物排放、推動大氣環(huán)境質(zhì)量改善，就鋼鐵企業(yè)顆粒物控制在現(xiàn)階段存在的問題，提出以下幾點建議：

4.1 全面提高企業(yè)控制技術(shù)水平

推廣高效除塵技術(shù)。從當(dāng)前鋼鐵企業(yè)的控制情況來看，不同企業(yè)的顆粒物控制水平參次不一，機械除塵和濕法除塵等技術(shù)在一些落后企業(yè)中仍占有一定的使用比例。針對鋼鐵生產(chǎn)過程中的顆粒物重要排放源，如煉焦?fàn)t、燒結(jié)機頭、高爐出鐵場、煉鋼一次煙氣等，應(yīng)大力推廣袋式除塵、靜電除塵等高效除塵技術(shù)的應(yīng)用，逐步淘汰機械除塵、濕法除塵等除塵技術(shù)，全面提高國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的顆粒物控制水平。

推進無組織排放有組織化。由于鋼鐵企業(yè)的無組織排放塵源點多、控制難度較大，針對鋼鐵生產(chǎn)過程中的顆粒物無組織排放(如原料加工、篩分、轉(zhuǎn)運、推焦、熄焦、出鐵、煉鋼二次煙氣等環(huán)節(jié)的排放)，應(yīng)大力推廣密閉倉儲、輸送帶罩、裝煤地面除塵站、推焦地面除塵站、集氣罩+布袋除塵等先進技術(shù)，促進無組織排放的有組織化。將鋼鐵企業(yè)的無組織塵源點有組織化，有利于大大提高顆粒物的去除效率，便于對顆粒物排放狀況進行管理與監(jiān)測，同時可有效改善企業(yè)的工作環(huán)境。

4.2 完善鋼鐵行業(yè)環(huán)境統(tǒng)計機制

開展全面的鋼鐵企業(yè)環(huán)境統(tǒng)計，以排放源為單位對產(chǎn)品產(chǎn)量、除塵設(shè)施以及污染物排放量進行統(tǒng)計。設(shè)計科學(xué)、有效的企業(yè)信息填報系統(tǒng)，完善鋼鐵鋼鐵行業(yè)的環(huán)境統(tǒng)計機制，為鋼鐵行業(yè)顆粒物排放特征分析與排放量核算提供有力的支撐。

4.3 建立顆粒物排放核算與管理方法

全面了解我國鋼鐵企業(yè)的除塵技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀，開展與推動鋼鐵行業(yè)的顆粒物粒徑分布實測研究，結(jié)合鋼鐵生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的顆粒物排放特征，建立顆粒物無組織排放的統(tǒng)計方法，建立完善的鋼鐵行業(yè)顆粒物排放量核算方法，為有效管理鋼鐵企業(yè)顆粒物排放奠定科學(xué)的基礎(chǔ)。

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