钢铁行业烟尘的无组织排放与控制

2018-11-30姚群马晓辉刘学军项丽君程罡

中国环保产业 2018年11期

姚群，马晓辉，刘学军，项丽君，程罡

（1.中钢集团天澄环保科技股份有限公司，武汉 430205；2.烟气多污染物控制技术与装备国家工程实验室，北京 100084）

新修订的《中华人民共和国大气污染防治法》对工业企业无组织排放控制做出了具体规定，新修订的大气污染排放标准和生态环境部近期发布的《钢铁企业超低排放改造工作方案》中也对重点行业无组织排放控制提出了明确要求。企业要充分认识到无组织排放污染治理工作的重要性、紧迫性和复杂性，切实推进工业企业无组织排放污染治理。

1 无组织排放的定义及特征

无组织排放指未经收集和处理、不经过排气筒、无规则的直接或间接向环境排放大气污染物的现象。

无组织排放有多种形式，形成机理各有不同，常出现在物料运输、转运、敞开存放、破碎、搅拌、喷涂、切割等工序，也出现在冶金加料、出铁、导罐、出钢等生产过程，通常造成面源污染、线源污染和点源污染等，无组织排放特征主要表现以下方面：1）开放性。指污染物扩散不受空间限制，没有边界，可以在大气和车间中逸散，最终直接或间接对环境造成污染。如露天料场扬尘、高炉出铁场冒烟等；2）阵发性。指污染物产生在时间上不连续，没有规律，表现出随意性。如汽车卸料扬尘、气体放散等；3）移动性。指污染源位置不固定，来回移动，造成线污染。如仓库移动卸料小车、火车卸料、重载车辆运输扬尘等；4）隐蔽性。指污染源点多面广，不易发现和监控。如跑冒滴漏、小散乱污现象。

2 无组织排放控制基本思想

无组织排放问题应从清洁生产、污染治理和环境管理三方面综合施策，着力解决。无组织排放控制基本思想为：1）改进生产工艺，从源头上减少无组织排放污染物产生；2）采取封闭、围挡、集气罩等措施，将污染物控制在有限空间，防止污染物扩散，烟尘捕集+排风+除尘+达标排放，即将无组织排放转变为有组织排放；3）将移动尘源改变成固定尘源，并通风除尘。或采用移动通风槽装置，形成集气罩与移动尘源同步移动；4）通过生产工艺和制度的改变，将无规律阵发性尘源改为有规律发生尘源，定时定点；5）对物料输送，采用皮带通廊、加湿，喷雾等抑尘措施。

3 常见的无组织排放与控制方案

3.1 露天料场扬尘及控制

钢铁企业的露天料场、港口码头堆料随处可见，物料品种有铁矿石、焦炭、烧结矿、球团、煤炭、返矿等，形式有块矿、粉矿等。由于露天堆放导致的扬尘，是典型的开放性面源粉尘无组织排放。料场扬尘除造成大气污染外，还导致物料流失，物料的含水量高也会导致物料的品质下降，因此，料场采取封闭措施势在必行。

露天料场的传统抑尘方案是喷水，也有设置挡风抑尘网的（如图1），这二种方案的投资低，但抑尘效果有限，不能彻底解决问题。采用钢结构全封闭大棚对露天料场实施全封闭（如图2），可彻底解决料场的扬尘问题，但这种方案存在造价高、施工周期长、采光差等问题。为克服上述方法的不足，国内企业开发了料场阳光膜大棚封闭方案（如图3）。该方案的封闭效果好、造价低、采光节能，特别是施工周期短，可实现大跨度、无梁柱、机械化作业，膜材料强度高、采光、耐腐蚀、耐候、抗风雪、阻燃等，是一种理想的技术方案。

图1 料场喷水和挡风网抑尘

图2 料场封闭钢结构大棚

图3 料场封闭阳光膜大棚

3.2 物料装卸扬尘及控制

火车、汽车装卸扬尘是钢铁企业常见的现象（如图4），物料转运、焦炉装煤推焦、气体放散等冒烟也司空见惯（如图5）。这些现象的发生在时间上是随意和间歇性的，没有规律，属于阵发性粉尘无组织排放。

图4 火车和汽车装卸料扬尘

图5 物料转运和焦炉推焦扬尘

物料装卸扬尘治理方案有：1）改进物料运输形式和装卸工艺，减少车辆运输的比例，增加皮带运输能力，少产尘；2）对汽车、火车等卸料尘源点设置密闭、围挡、集气罩等，排风并除尘；3）物料喷雾加湿，水雾颗粒与粉尘颗粒碰撞并凝聚，形成团聚物沉降，达到消烟降尘的效果（如图6）；4）采用无尘装车装置，减少落差；5）除尘器卸输灰采用气力输送或吸排罐车等密闭输送方式（如图7），灰不落地；6）焦炉装煤、推焦等过程设置烟尘移动捕集装置和地面除尘站。

图6 物料装卸喷雾抑尘

图7 除尘器无尘卸灰输灰

3.3 重载车辆运输扬尘及控制

重载车辆运输造成的污染是典型的移动污染源无组织排放，其危害严重，表现在：1）路面扬尘；2）粉料飞扬；3）尾气排放（如图8），是当前环保整治的重点。

图8 重载车辆运输移动污染

车辆运输扬尘控制方案有：1）改进物料运输方式，可采用火车、皮带运输，减少重载车运输量；2）对运输车辆进行苫盖；3）路面喷水、洗车；4）物料喷水。

3.4 移动卸料扬尘及控制

移动小车卸料的位置不固定，需来回移动，会造成线污染（如图9）。控制方案有：1）将移动卸料改成固定卸料，并设置通风除尘；2）采用移动通风槽装置，形成集气罩与移动尘源同步移动和排风（如图10）。

图9 移动小车卸料线污染

图10 移动通风槽尘源控制装置

3.5 物料皮带运输转运过程扬尘及控制

铁矿粉、烧结矿、焦炭、煤、焦粉等物料在皮带长距离输送物料时会发生扬尘，形成无组织排放线污染，在转运时也将出现强烈的扬尘（如图11），应该进行控制。

皮带运输扬尘控制方案有：1）采用管状带式输送机，或设置皮带通廊封闭（图12）；2）设置皮带密闭罩，在卸料点设置集气罩，排风并除尘（图13）；3）原料和燃料破碎、筛分、混合应封闭，并配备除尘设施；4）物料适度打水。

图11 皮带输送转运过程扬尘

图12 管状皮带输送机和皮带通廊

图13 皮带密闭罩

3.6 冶炼车间烟尘逸散

高炉出铁场、转炉车间、电炉车间、铸管车间等，及冶炼车间在出铁、倒罐、兑铁、加料、出钢、精炼等过程均会产生阵发性烟尘，往往因为生产操作、行车操作、设备检修等原因，难以设置集气罩或集气罩设计不合理等，造成热烟气在车间内扩散和弥漫（如图14），最终从厂房顶部逸散到大气环境中造成污染，形成无组织排放（如图15）。

热车间烟尘逸散控制基本思想和方案：1）改进生产作业方式和操作模式，为设置集气罩创造条件；2）设置围挡、屋顶排烟罩、移动捕集罩、侧吸罩等尘源控制装置。设置挡风墙，减少横向气流干扰；3）开展烟气流动计算机模拟实验，结合工程类比和经验，确定排烟罩的结构、位置、容烟量、排风量、排烟口位置数量等，确保烟气捕集取得良好效果（如图16）；4）采用袋式除尘新技术，确保超低排放。

图14 冶炼车间烟尘弥漫

图15 冶炼车间烟尘外逸

图16 排烟罩高效捕集烟气效果

3.7 跑冒滴漏污染及控制

跑冒滴漏无组织排放是指污染气体从管道、设备、人孔门、地沟、放散管等隐蔽之处泄漏的现象（如图17）。跑冒滴漏在时空上具有不确定性和隐蔽性，难以控制。跑冒滴漏现象点多面广，往往是疏于管理所致。

图17 跑冒滴漏污染无组织排放

跑冒滴漏无组织排放控制基本思想和方案：1）加强管理和督查，建立无组织排放改造清单，限期治理；2）强化法兰、人孔门、炉门等部位严密性措施，加强沟槽部位的覆盖和封闭（如图18）；3）对无组织放散污染气体进行收集和净化。

图18 密封与覆盖可防止跑冒滴漏

4 钢铁炉窑烟尘细颗粒物超低排放新技术与装置

无组织排放控制首先要解决烟气捕集的问题，然后对烟气细颗粒物进行高效净化，实现超低排放。传统袋式除尘捕集细颗粒物存在一定难度，应研发和应用新技术和装置。

4.1 烟气细颗粒物预荷电技术

研究表明，粉尘荷电后在袋式除尘器滤袋表面的粉饼呈疏松多孔海绵状（如图19），过滤时可提高捕集效率15%～20%，减少过滤阻力30%～40%。

图19 粉尘预荷电与未荷电粉饼结构对比

通过研发，成功研制了粉尘预荷电装置（见图20），安装在袋式除尘器喇叭口内或进口部位，与袋式除尘器有机结合，形成复合式预荷电袋滤器。

图20 预荷电装置

4.2 超细面层精细过滤材料

常规滤料对PM2.5微细粒子的净化效率不高，为提高捕集效率，研发了超细海岛纤维，并研制出基于海岛纤维超细面层的精细过滤材料（如图21）。超细面层滤料具有表面过滤的功能，可以将细颗粒物阻隔在滤料表面，防止其穿透和逃逸。测试表明，该滤料对PM2.5的计数效率在96.9%以上。

图21 海岛纤维及其超细面层滤料结构

4.3 直通均流式袋式除尘器新结构

传统的低压脉冲袋式除尘器呈多仓室结构，进气和排气靠管道和阀门分配，除尘器结构复杂，流动阻力高达1500～2000Pa，阀门等故障较多，漏风率较高等。针对以上不足，研制了直通均流式袋式除尘器新结构（如图22），其先进性表现在：1）烟气在除尘器内部平进平出，流动平缓，设备阻力低（800～1000Pa），运行能耗少；2）气流分布装置可控制速度分布和流量分配，防止气流冲刷滤袋，保障过滤负荷均衡；3）结构简单，故障点少，检修方便；4）外形同电除尘器，适宜“电改袋”。

图22 直通均流式袋式除尘器

4.4 滤袋袋口新结构

传统滤袋的袋口安装形式不够严密，细粒子容易逃逸，且袋口容易脱落，导致除尘失效。采用方槽形袋口结构，可以提高滤袋安装严密性和牢固性（如图23）。

图23 新旧两种滤袋袋口形式对比

4.5 预荷电袋滤器工业应用

鞍钢炼钢总厂180t转炉二次烟气治理工程中应用预荷电袋滤器新技术，处理风量65万m3/h。工程于2014年12月建成投产（见图24）。投运以来，预荷电袋滤器运行正常，技术性能稳定，净化系统颗粒物排放浓度持续处于4～9mg/m3范围，实现了超低排放，设备运行阻力持续处于700～950Pa范围，比常规除尘器低40%，节能效益显著。