鋼鐵行業(yè)煙塵的無組織排放與控制

姚群，馬曉輝，劉學軍，項麗君，程罡

（1.中鋼集團天澄環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆錆h 430205；2.煙氣多污染物控制技術(shù)與裝備國家工程實驗室，北京 100084）

新修訂的《中華人民共和國大氣污染防治法》對工業(yè)企業(yè)無組織排放控制做出了具體規(guī)定，新修訂的大氣污染排放標準和生態(tài)環(huán)境部近期發(fā)布的《鋼鐵企業(yè)超低排放改造工作方案》中也對重點行業(yè)無組織排放控制提出了明確要求。企業(yè)要充分認識到無組織排放污染治理工作的重要性、緊迫性和復雜性，切實推進工業(yè)企業(yè)無組織排放污染治理。

1 無組織排放的定義及特征

無組織排放指未經(jīng)收集和處理、不經(jīng)過排氣筒、無規(guī)則的直接或間接向環(huán)境排放大氣污染物的現(xiàn)象。

無組織排放有多種形式，形成機理各有不同，常出現(xiàn)在物料運輸、轉(zhuǎn)運、敞開存放、破碎、攪拌、噴涂、切割等工序，也出現(xiàn)在冶金加料、出鐵、導罐、出鋼等生產(chǎn)過程，通常造成面源污染、線源污染和點源污染等，無組織排放特征主要表現(xiàn)以下方面：1）開放性。指污染物擴散不受空間限制，沒有邊界，可以在大氣和車間中逸散，最終直接或間接對環(huán)境造成污染。如露天料場揚塵、高爐出鐵場冒煙等；2）陣發(fā)性。指污染物產(chǎn)生在時間上不連續(xù)，沒有規(guī)律，表現(xiàn)出隨意性。如汽車卸料揚塵、氣體放散等；3）移動性。指污染源位置不固定，來回移動，造成線污染。如倉庫移動卸料小車、火車卸料、重載車輛運輸揚塵等；4）隱蔽性。指污染源點多面廣，不易發(fā)現(xiàn)和監(jiān)控。如跑冒滴漏、小散亂污現(xiàn)象。

2 無組織排放控制基本思想

無組織排放問題應從清潔生產(chǎn)、污染治理和環(huán)境管理三方面綜合施策，著力解決。無組織排放控制基本思想為：1）改進生產(chǎn)工藝，從源頭上減少無組織排放污染物產(chǎn)生；2）采取封閉、圍擋、集氣罩等措施，將污染物控制在有限空間，防止污染物擴散，煙塵捕集+排風+除塵+達標排放，即將無組織排放轉(zhuǎn)變?yōu)橛薪M織排放；3）將移動塵源改變成固定塵源，并通風除塵。或采用移動通風槽裝置，形成集氣罩與移動塵源同步移動；4）通過生產(chǎn)工藝和制度的改變，將無規(guī)律陣發(fā)性塵源改為有規(guī)律發(fā)生塵源，定時定點；5）對物料輸送，采用皮帶通廊、加濕，噴霧等抑塵措施。

3 常見的無組織排放與控制方案

3.1 露天料場揚塵及控制

鋼鐵企業(yè)的露天料場、港口碼頭堆料隨處可見，物料品種有鐵礦石、焦炭、燒結(jié)礦、球團、煤炭、返礦等，形式有塊礦、粉礦等。由于露天堆放導致的揚塵，是典型的開放性面源粉塵無組織排放。料場揚塵除造成大氣污染外，還導致物料流失，物料的含水量高也會導致物料的品質(zhì)下降，因此，料場采取封閉措施勢在必行。

露天料場的傳統(tǒng)抑塵方案是噴水，也有設置擋風抑塵網(wǎng)的（如圖1），這二種方案的投資低，但抑塵效果有限，不能徹底解決問題。采用鋼結(jié)構(gòu)全封閉大棚對露天料場實施全封閉（如圖2），可徹底解決料場的揚塵問題，但這種方案存在造價高、施工周期長、采光差等問題。為克服上述方法的不足，國內(nèi)企業(yè)開發(fā)了料場陽光膜大棚封閉方案（如圖3）。該方案的封閉效果好、造價低、采光節(jié)能，特別是施工周期短，可實現(xiàn)大跨度、無梁柱、機械化作業(yè)，膜材料強度高、采光、耐腐蝕、耐候、抗風雪、阻燃等，是一種理想的技術(shù)方案。

圖1 料場噴水和擋風網(wǎng)抑塵

圖2 料場封閉鋼結(jié)構(gòu)大棚

圖3 料場封閉陽光膜大棚

3.2 物料裝卸揚塵及控制

火車、汽車裝卸揚塵是鋼鐵企業(yè)常見的現(xiàn)象（如圖4），物料轉(zhuǎn)運、焦爐裝煤推焦、氣體放散等冒煙也司空見慣（如圖5）。這些現(xiàn)象的發(fā)生在時間上是隨意和間歇性的，沒有規(guī)律，屬于陣發(fā)性粉塵無組織排放。

圖4 火車和汽車裝卸料揚塵

圖5 物料轉(zhuǎn)運和焦爐推焦揚塵

物料裝卸揚塵治理方案有：1）改進物料運輸形式和裝卸工藝，減少車輛運輸?shù)谋壤黾悠н\輸能力，少產(chǎn)塵；2）對汽車、火車等卸料塵源點設置密閉、圍擋、集氣罩等，排風并除塵；3）物料噴霧加濕，水霧顆粒與粉塵顆粒碰撞并凝聚，形成團聚物沉降，達到消煙降塵的效果（如圖6）；4）采用無塵裝車裝置，減少落差；5）除塵器卸輸灰采用氣力輸送或吸排罐車等密閉輸送方式（如圖7），灰不落地；6）焦爐裝煤、推焦等過程設置煙塵移動捕集裝置和地面除塵站。

圖6 物料裝卸噴霧抑塵

圖7 除塵器無塵卸灰輸灰

3.3 重載車輛運輸揚塵及控制

重載車輛運輸造成的污染是典型的移動污染源無組織排放，其危害嚴重，表現(xiàn)在：1）路面揚塵；2）粉料飛揚；3）尾氣排放（如圖8），是當前環(huán)保整治的重點。

圖8 重載車輛運輸移動污染

車輛運輸揚塵控制方案有：1）改進物料運輸方式，可采用火車、皮帶運輸，減少重載車運輸量；2）對運輸車輛進行苫蓋；3）路面噴水、洗車；4）物料噴水。

3.4 移動卸料揚塵及控制

移動小車卸料的位置不固定，需來回移動，會造成線污染（如圖9）。控制方案有：1）將移動卸料改成固定卸料，并設置通風除塵；2）采用移動通風槽裝置，形成集氣罩與移動塵源同步移動和排風（如圖10）。

圖9 移動小車卸料線污染

圖10 移動通風槽塵源控制裝置

3.5 物料皮帶運輸轉(zhuǎn)運過程揚塵及控制

鐵礦粉、燒結(jié)礦、焦炭、煤、焦粉等物料在皮帶長距離輸送物料時會發(fā)生揚塵，形成無組織排放線污染，在轉(zhuǎn)運時也將出現(xiàn)強烈的揚塵（如圖11），應該進行控制。

皮帶運輸揚塵控制方案有：1）采用管狀帶式輸送機，或設置皮帶通廊封閉（圖12）；2）設置皮帶密閉罩，在卸料點設置集氣罩，排風并除塵（圖13）；3）原料和燃料破碎、篩分、混合應封閉，并配備除塵設施；4）物料適度打水。

圖11 皮帶輸送轉(zhuǎn)運過程揚塵

圖12 管狀皮帶輸送機和皮帶通廊

圖13 皮帶密閉罩

3.6 冶煉車間煙塵逸散

高爐出鐵場、轉(zhuǎn)爐車間、電爐車間、鑄管車間等，及冶煉車間在出鐵、倒罐、兌鐵、加料、出鋼、精煉等過程均會產(chǎn)生陣發(fā)性煙塵，往往因為生產(chǎn)操作、行車操作、設備檢修等原因，難以設置集氣罩或集氣罩設計不合理等，造成熱煙氣在車間內(nèi)擴散和彌漫（如圖14），最終從廠房頂部逸散到大氣環(huán)境中造成污染，形成無組織排放（如圖15）。

熱車間煙塵逸散控制基本思想和方案：1）改進生產(chǎn)作業(yè)方式和操作模式，為設置集氣罩創(chuàng)造條件；2）設置圍擋、屋頂排煙罩、移動捕集罩、側(cè)吸罩等塵源控制裝置。設置擋風墻，減少橫向氣流干擾；3）開展煙氣流動計算機模擬實驗，結(jié)合工程類比和經(jīng)驗，確定排煙罩的結(jié)構(gòu)、位置、容煙量、排風量、排煙口位置數(shù)量等，確保煙氣捕集取得良好效果（如圖16）；4）采用袋式除塵新技術(shù)，確保超低排放。

圖14 冶煉車間煙塵彌漫

圖15 冶煉車間煙塵外逸

圖16 排煙罩高效捕集煙氣效果

3.7 跑冒滴漏污染及控制

跑冒滴漏無組織排放是指污染氣體從管道、設備、人孔門、地溝、放散管等隱蔽之處泄漏的現(xiàn)象（如圖17）。跑冒滴漏在時空上具有不確定性和隱蔽性，難以控制。跑冒滴漏現(xiàn)象點多面廣，往往是疏于管理所致。

圖17 跑冒滴漏污染無組織排放

跑冒滴漏無組織排放控制基本思想和方案：1）加強管理和督查，建立無組織排放改造清單，限期治理；2）強化法蘭、人孔門、爐門等部位嚴密性措施，加強溝槽部位的覆蓋和封閉（如圖18）；3）對無組織放散污染氣體進行收集和凈化。

圖18 密封與覆蓋可防止跑冒滴漏

4 鋼鐵爐窯煙塵細顆粒物超低排放新技術(shù)與裝置

無組織排放控制首先要解決煙氣捕集的問題，然后對煙氣細顆粒物進行高效凈化，實現(xiàn)超低排放。傳統(tǒng)袋式除塵捕集細顆粒物存在一定難度，應研發(fā)和應用新技術(shù)和裝置。

4.1 煙氣細顆粒物預荷電技術(shù)

研究表明，粉塵荷電后在袋式除塵器濾袋表面的粉餅呈疏松多孔海綿狀（如圖19），過濾時可提高捕集效率15%～20%，減少過濾阻力30%～40%。

圖19 粉塵預荷電與未荷電粉餅結(jié)構(gòu)對比

通過研發(fā)，成功研制了粉塵預荷電裝置（見圖20），安裝在袋式除塵器喇叭口內(nèi)或進口部位，與袋式除塵器有機結(jié)合，形成復合式預荷電袋濾器。

圖20 預荷電裝置

4.2 超細面層精細過濾材料

常規(guī)濾料對PM2.5微細粒子的凈化效率不高，為提高捕集效率，研發(fā)了超細海島纖維，并研制出基于海島纖維超細面層的精細過濾材料（如圖21）。超細面層濾料具有表面過濾的功能，可以將細顆粒物阻隔在濾料表面，防止其穿透和逃逸。測試表明，該濾料對PM2.5的計數(shù)效率在96.9%以上。

圖21 海島纖維及其超細面層濾料結(jié)構(gòu)

4.3 直通均流式袋式除塵器新結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的低壓脈沖袋式除塵器呈多倉室結(jié)構(gòu)，進氣和排氣靠管道和閥門分配，除塵器結(jié)構(gòu)復雜，流動阻力高達1500～2000Pa，閥門等故障較多，漏風率較高等。針對以上不足，研制了直通均流式袋式除塵器新結(jié)構(gòu)（如圖22），其先進性表現(xiàn)在：1）煙氣在除塵器內(nèi)部平進平出，流動平緩，設備阻力低（800～1000Pa），運行能耗少；2）氣流分布裝置可控制速度分布和流量分配，防止氣流沖刷濾袋，保障過濾負荷均衡；3）結(jié)構(gòu)簡單，故障點少，檢修方便；4）外形同電除塵器，適宜“電改袋”。

圖22 直通均流式袋式除塵器

4.4 濾袋袋口新結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)濾袋的袋口安裝形式不夠嚴密，細粒子容易逃逸，且袋口容易脫落，導致除塵失效。采用方槽形袋口結(jié)構(gòu)，可以提高濾袋安裝嚴密性和牢固性（如圖23）。

圖23 新舊兩種濾袋袋口形式對比

4.5 預荷電袋濾器工業(yè)應用

鞍鋼煉鋼總廠180t轉(zhuǎn)爐二次煙氣治理工程中應用預荷電袋濾器新技術(shù)，處理風量65萬m3/h。工程于2014年12月建成投產(chǎn)（見圖24）。投運以來，預荷電袋濾器運行正常，技術(shù)性能穩(wěn)定，凈化系統(tǒng)顆粒物排放濃度持續(xù)處于4～9mg/m3范圍，實現(xiàn)了超低排放，設備運行阻力持續(xù)處于700～950Pa范圍，比常規(guī)除塵器低40%，節(jié)能效益顯著。

圖24 預荷電袋濾器工業(yè)應用

該成果通過了專家鑒定，鑒定結(jié)論為：預荷電技術(shù)和裝備具有對鋼鐵行業(yè)窯爐煙氣中細顆粒物捕集效率高、節(jié)能顯著、運行穩(wěn)定、維護方便等優(yōu)點，核心技術(shù)在同類技術(shù)領域達到國際領先水平。

5 結(jié)論

（1）無組織排放具有開放性、陣發(fā)性、移動性、多樣性等顯著特征，治理難度較大，企業(yè)要因地制宜，綜合施策。

（2）料場陽光膜大棚封閉技術(shù)可徹底解決料場揚塵環(huán)境污染問題，造價低、施工快、自然采光節(jié)能、維修費用低，是理想的料場抑塵方案。

（3）應采用清潔生產(chǎn)工藝，減少污染物的產(chǎn)生，特別是減少物料運輸轉(zhuǎn)運過程中的揚塵和運輸車輛。

（4）應著力將煙氣逸散無組織排放轉(zhuǎn)變?yōu)橛薪M織達標排放，煙氣高效捕集是關鍵。

（5）預荷電袋濾器可有效去除PM2.5細顆粒物，排放濃度＜10mg/m3，實現(xiàn)超低排放；運行阻力維持在700～1000Pa，比傳統(tǒng)袋式除塵器阻力下降40%，節(jié)能顯著。為鋼鐵企業(yè)窯爐煙塵提標改造提供技術(shù)和裝備支撐，適用于新建環(huán)保項目和環(huán)保改造。