張 革，孫文強，蔡九菊

（東北大學國家環(huán)境保護生態(tài)工業(yè)重點實驗室，沈陽 110819）

我國鋼鐵企業(yè)煙粉塵排放現(xiàn)狀及控制對策

張 革，孫文強，蔡九菊

（東北大學國家環(huán)境保護生態(tài)工業(yè)重點實驗室，沈陽 110819）

在大氣污染日益加重的情況下，降低煙粉塵排放量已經(jīng)成為實現(xiàn)我國鋼鐵企業(yè)持續(xù)發(fā)展的必然選擇。介紹了目前鋼鐵企業(yè)面臨的減排壓力，分析了鋼鐵企業(yè)煙粉塵控制存在的問題，指出鋼鐵企業(yè)應(yīng)該推廣先進除塵技術(shù)的應(yīng)用、加快淘汰落后產(chǎn)能、開發(fā)細微顆粒物控制技術(shù)。

鋼鐵企業(yè)；煙粉塵；排放；控制

1 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速增長，以煤炭為主的能源消耗大幅攀升，氮氧化物、二氧化硫和煙粉塵的排放量不斷增加，導(dǎo)致霧霾天氣頻繁出現(xiàn)。2013年1月，我國30個省（區(qū)、市）出現(xiàn)霧霾天氣，在北京僅有5天不是霧霾天。環(huán)保部公布的資料顯示，我國最大的500個城市中只有不到1%的城市達到世界衛(wèi)生組織推薦的空氣質(zhì)量標準。目前，細顆粒污染物（PM2.5）被認為是造成霧霾天氣的“元兇”。

自1996年我國粗鋼總產(chǎn)量突破1億噸后，已經(jīng)連續(xù)18年保持世界第一，2013年我國粗鋼總產(chǎn)量已達7.79億噸。如一個年產(chǎn)100萬噸粗鋼的企業(yè)，僅燒結(jié)、煉鐵、煉鋼三個工序，每年就能產(chǎn)生約80億立方米煙氣和10萬噸粉塵，可見鋼鐵企業(yè)是煙粉塵排放大戶[1]。因此，煙粉塵污染控制已經(jīng)成為我國推進節(jié)能環(huán)保和實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

2 鋼鐵企業(yè)面臨的減排要求

面對日益嚴重的大氣污染問題，國家陸續(xù)發(fā)布了一系列環(huán)境保護和節(jié)能減排規(guī)劃方案?！秶噎h(huán)境保護“十二五”規(guī)劃》要求加強工業(yè)煙粉塵控制，對于鋼鐵行業(yè)現(xiàn)役燒結(jié)（球團）等高排放設(shè)備要全部采用高效除塵器，并加強企業(yè)工藝過程除塵設(shè)施建設(shè)；《國家節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》指出要推進大氣中PM2.5治理，加大工業(yè)煙粉塵污染防治力度，對鋼鐵等高排放行業(yè)實施高效除塵改造，大力推行清潔生產(chǎn)，完善清潔生產(chǎn)評價指標體系，并對高耗能、高排放企業(yè)開展強制性清潔生產(chǎn)審核；《鋼鐵工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》要求深入推進節(jié)能減排，進一步普及干法除塵和原料場粉塵抑制技術(shù)；《大氣污染防治行動計劃》提出要全面推行清潔生產(chǎn)，且到2017年鋼鐵等重點行業(yè)排污強度要比2012年下降30%以上。

2012年2月，國家頒布了新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012），將于2016年1月1日取代現(xiàn)行的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-1996）。新標準增設(shè)了PM2.5平均濃度限值，并收緊了總懸浮顆粒物（TSP）和可吸入顆粒物（PM10）等污染物的平均濃度限值。

2012年6月，國家環(huán)保部和國家質(zhì)檢總局聯(lián)合頒布了《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》《煉鐵工業(yè)大氣污染物排放標準》《煉鋼工業(yè)大氣污染物排放標準》《軋鋼工業(yè)大氣污染物排放標準》《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》等七項鋼鐵工業(yè)污染物排放新標準，取代了1996年頒布的《工業(yè)爐窯大氣污染物污染物排放標準》和《煉焦爐大氣污染物排放標準》。從下表可以看出，新的排放標準不僅對各顆粒物排放點濃度限值進行了更加詳細的分類，而且大幅收緊了顆粒物排放的濃度限值。新標準對環(huán)境容量小、生態(tài)環(huán)境脆弱等需要采取特別保護措施的地點提出了更加嚴格的排放濃度限值。

鋼鐵行業(yè)顆粒物排放濃度限值的新舊標準對比表

3 鋼鐵企業(yè)煙粉塵控制存在的問題

（1）噸鋼粉塵排放量與國外先進水平差距較大

隨著高爐煤氣干法除塵、轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵等先進技術(shù)的推廣，我國鋼鐵企業(yè)煙粉塵排放指數(shù)顯著下降。2001年至2012年，我國重點鋼鐵企業(yè)噸鋼粉塵排放量由4.59kg/t下降至0.99kg/t，降幅為78.4%。而2009年，德國蒂森鋼鐵公司噸鋼粉塵排放量就已經(jīng)為0.42kg/t，韓國浦項鋼鐵公司僅為0.14kg/t[2]。因此，我國鋼鐵企業(yè)噸鋼粉塵排放量與國外先進企業(yè)仍有較大差距，降低煙粉塵排放量仍然任重而道遠。

（2）落后產(chǎn)能和部分企業(yè)煙粉塵排放嚴重

迄今為止，我國鋼鐵行業(yè)仍有一部分落后產(chǎn)能沒有被淘汰，這些產(chǎn)能對應(yīng)的設(shè)備老化，除塵器效率低下，甚至有些都沒有安裝除塵設(shè)備，煙粉塵排放嚴重。據(jù)統(tǒng)計，2010年全國鋼產(chǎn)量為6.27億噸，煙粉塵排放量為149.7萬噸，其中重點統(tǒng)計企業(yè)鋼產(chǎn)量為4.35億噸，煙粉塵排放量為52萬噸；重點統(tǒng)計之外企業(yè)鋼產(chǎn)量為1.92億噸，煙粉塵排放量為97.7萬噸[3]。從而，可以折算出重點統(tǒng)計企業(yè)噸鋼煙粉塵排放量為1.53kg/t，重點統(tǒng)計之外企業(yè)為5.1kg/t。可見，重點統(tǒng)計之外的這些企業(yè)煙粉塵排放嚴重。

（3）評價指標和監(jiān)控技術(shù)不夠完善

鋼鐵企業(yè)煙粉塵具有產(chǎn)生源多、產(chǎn)生量大、濃度高、溫度濕度高、回收利用價值大等特殊性，我國針對鋼鐵企業(yè)煙粉塵環(huán)境管理的專業(yè)性技術(shù)手段還不夠完善，沒有建立有針對性的煙粉塵污染控制技術(shù)體系，尤其在產(chǎn)生、監(jiān)測、評價、核算、處理、控制和排放等環(huán)節(jié)缺乏完善的標準與規(guī)范。

（4）傳統(tǒng)除塵器對細微煙粉塵的去除效果不好

企業(yè)往往把目光都聚焦在除塵器總體的除塵效率上，而忽略了對PM2.5等細微顆粒物的脫除效果。馬京華[4]等人利用荷電低壓顆粒物捕集分析儀（ELPI）對某鋼鐵企業(yè)的燒結(jié)機頭、機尾和高爐出鐵場三個產(chǎn)塵點的煙粉塵產(chǎn)生及排放物粒徑分布、除塵效率進行了測量。測量結(jié)果顯示，除塵器后TSP中PM1.0、PM2.5、PM10所占的比例都比除塵器前有大幅度增加，而且除塵器對PM1.0、PM2.5、PM10、TSP的除塵效率基本上都為PM1.0＜PM2.5＜PM10＜TSP ?？梢?，盡管鋼鐵企業(yè)對現(xiàn)有煙粉塵產(chǎn)生點大都安裝了高效除塵器，除塵效率可以達到98%以上，但對細微煙粉塵的去除效果并不好。

4 細微顆粒物控制技術(shù)

目前國內(nèi)外對細微顆粒物控制技術(shù)的研究主要可分為兩個方向：一是研究高效除塵技術(shù)，包括高效除塵器的開發(fā)和傳統(tǒng)除塵器的改進；另一種是研究細微顆粒物團聚技術(shù)，包括通過外加電場、磁場等作用及加入化學團聚促進劑等措施，將細微顆粒凝聚成大顆粒[5]。

4.1 高效除塵技術(shù)

（1）電袋復(fù)合除塵器

電袋復(fù)合除塵器是基于靜電除塵和袋式除塵兩種成熟的除塵理論而提出的一種新型的除塵技術(shù)。電袋復(fù)合除塵器按組合形式可分為三種：前電后袋型、靜電增強型和電袋一體化式。它結(jié)合了電除塵器和袋式除塵器的優(yōu)點，除塵效率高，運行可靠性強，但靜電收集區(qū)和布袋過濾區(qū)的協(xié)同作用難以長期維持，限制了該技術(shù)的應(yīng)用。到目前為止，“前電后袋”型除塵器已在我國多家燃煤電廠上應(yīng)用，除塵效率可達99.9%以上，但由于基礎(chǔ)研究不夠，還有很多關(guān)鍵問題沒有得到解決，除塵器的運行還不夠穩(wěn)定。

（2）靜電旋風除塵器

靜電旋風除塵器是將旋風捕集技術(shù)和靜電捕集技術(shù)有機結(jié)合，使粉塵在除塵器中同時受到離心力和靜電力的作用。利用旋風作用捕集粗粉塵，利用靜電作用捕集細粉塵，并利用高速旋轉(zhuǎn)的氣流對壁面的沖刷作用和粉塵之間的碰撞作用清理壁面附著物。由于靜電旋風除塵器具有結(jié)構(gòu)簡單、運行費用低、除塵效率高等優(yōu)點，近年來被大量學者研究。不過，目前仍處于機理探索和性能研究階段，尚沒有工業(yè)應(yīng)用。

（3）靜電顆粒層除塵器

靜電顆粒層除塵器是指在顆粒層除塵器內(nèi)施加一外電場，使塵?；蜻^濾介質(zhì)帶電，從而促進塵粒凝聚及顆粒層的過濾作用提高對細微粉塵的脫除效率。靜電顆粒層除塵器具有耐高溫、除塵效率高等優(yōu)點，但此系統(tǒng)阻力太大，過濾速度小，而且清灰復(fù)雜，由于受到上述因素的制約此技術(shù)還處于實驗研究階段。

4.2 細微顆粒物團聚技術(shù)

（1）電團聚

電團聚是指在靜電力的作用下，不同粉塵的運動速率和方向不同，導(dǎo)致它們之間發(fā)生相互碰撞而發(fā)生凝并的過程。電團聚的效果取決于粉塵的濃度、粒徑、電荷的分布以及外加電場的強弱。應(yīng)用電凝聚原理，澳大利亞Indigo技術(shù)有限公司開發(fā)了Indigo凝聚器。此凝聚器是通過靜電和流動過程相結(jié)合，使進入Indigo凝聚器的細顆粒物附著在較大顆粒物上，進而提高傳統(tǒng)除塵器對細微顆粒物的脫除效率。此設(shè)備已在多個國家應(yīng)用，取得了很好的效果。

（2）聲團聚

聲團聚是利用高頻率聲波使氣溶膠中細微顆粒物發(fā)生相對運動，以提高它們單位時間內(nèi)的碰撞次數(shù)，使細顆粒物在很短的時間內(nèi)由小顆粒凝并成大顆粒。通過聲團聚作用可提高傳統(tǒng)除塵設(shè)備對細顆粒物的脫除效率。東南大學對燃燒源可吸入顆粒物在外加聲場下的動力學特性、團聚效果進行了深入研究，取得了一些創(chuàng)新成果。但是由于能耗過高及缺乏適宜在高溫含塵環(huán)境中長期使用的聲源制約著該技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。

（3）磁團聚

磁團聚是指被磁化的顆粒物在磁偶極子力、磁場梯度力等作用下，發(fā)生相對運動而團聚在一起，使其粒度增大，進而被后續(xù)的傳統(tǒng)除塵器除去，提高除塵器對細顆粒物的脫除效率。目前，有關(guān)超細顆粒物磁團聚的研究報道比較少，研究還處于起步階段。

（4）化學團聚

化學團聚是指用添加化學團聚促進劑的方法促進細顆粒物的脫除，其主要機理是物理吸附和化學反應(yīng)相結(jié)合。根據(jù)化學團聚促進劑添加位置的不同可分為燃燒中化學團聚和燃燒后化學團聚。目前國內(nèi)對于化學團聚研究較少，國外主要是以高嶺石、鋁土礦等常用物質(zhì)進行對細顆粒物團聚的研究?；瘜W團聚對細顆粒物脫除十分有效，而且可實現(xiàn)多種污染物同時脫除。

5 對鋼鐵企業(yè)煙粉塵污染控制的建議

（1）推廣先進除塵技術(shù)的應(yīng)用

環(huán)保設(shè)施的改造和完善需要大量的資金投入，我國鋼鐵企業(yè)的噸鋼環(huán)保投入與國外先進鋼鐵企業(yè)差距還較大。因此，我國鋼鐵企業(yè)應(yīng)該進一步增加環(huán)保投資，推廣脈沖袋式除塵、煤氣干法除塵和干法熄焦等先進技術(shù)的應(yīng)用，以降低煙粉塵的排放量。

（2）加快淘汰落后產(chǎn)能

淘汰落后產(chǎn)能是鋼鐵企業(yè)減少煙粉塵排放最直接的措施?！秶夜?jié)能減排“十二五”規(guī)劃》指出鋼鐵行業(yè)需淘汰落后煉鐵產(chǎn)能4800萬噸、煉鋼產(chǎn)能4800萬噸。目前，我國部分鋼鐵企業(yè)仍有很多落后產(chǎn)能未按期淘汰，需要加快淘汰步伐。

（3）開發(fā)細微顆粒物控制技術(shù)

隨著國家環(huán)保標準的日益提高，單純地追求總除塵效率已經(jīng)不能滿足環(huán)保要求。開發(fā)低成本的高效除塵技術(shù)和細微顆粒物團聚技術(shù)，以提高對細微顆粒物的過濾精度和捕集效率，將成為未來鋼鐵企業(yè)煙粉塵污染控制的一個重要發(fā)展方向。

[1] 王永忠，張殿印.現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)除塵技術(shù)發(fā)展趨勢[J].冶金環(huán)境保護，2006，6：14-17.

[2] 蘇亞紅.節(jié)能減排倒逼鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展[N].世界金屬導(dǎo)報，2013-7-9（A02）.

[3] 李新創(chuàng).鋼鐵行業(yè)該如何應(yīng)對環(huán)境挑戰(zhàn)[N].中國礦業(yè)報，2013-3-26（A06）.

[4] 馬京華.鋼鐵企業(yè)典型生產(chǎn)工藝顆粒物排放特性研究[D].重慶：西南大學，2009.

[5] 楊林軍.燃燒源細顆粒物污染控制技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011.

Status of Smoke Dust Emission of Iron and Steel Enterprises in China and Control Countermeasures

ZHANG Ge,SUN Wen-qiang,CAI Jiu-ju
(SEP Key Laboratory of Eco-industry of Northeastern University,Shenyang 110819,China)

The article introduces the emission reduction pressure faced in iron and steel enterprises at the present time,analyzes the problems existed in the smoke dust control of iron and steel enterprise,and points out that the iron and steel enterprises should popularize the applications of the advanced precipitating technologies,expedite and eliminate through selection the backward production capacity,develop the control technology of fine particulates.

iron and steel enterprise; smoke dust; emission; control

X701

A

1006-5377（2015）06-0043-04

國家環(huán)境保護公益性行業(yè)科研專項（201409023）。