炼钢工序颗粒物排放特征

高 言，魏 军，张 垚

钢铁工业是国民经济的重要基础产业，其快速发展有力地支撑着国民经济建设，同时，钢铁工业是高能耗重污染行业，其发展不可避免地造成环境污染。近年来，我国多数地区频现重雾霾天气，使得人们对环境质量的保护逐步重视，并聚焦在生产工艺复杂、污染物排放节点多及排放量大的炼钢生产行业。炼钢行业属于资源、能源密集型产业，具有“双高”特性（“双高”即高能耗、高污染）。炼钢生产加工消耗大量矿产资源、电能资源等，生产环节复杂，包括燃烧炼铁、冶炼合金、连铸和轧钢等环节，产生多种污染物因子，危害人体健康，加重环境污染情况。钢铁行业作为我国支撑国民经济的重要产业，炼钢生产数量的不断增加随之生产的污染也在稳步上升，是PM2.5、PM10、TSP等颗粒物的排放大户，为改善环境空气质量，遏制颗粒物污染对环境造成伤害，对钢铁行业污染物排放颗粒物进行简要分析，并选用合适的治理方法进行控制，进而降低颗粒物污染。

钢铁及其他金属生产产生的二噁英占各行业总量的49.3%，其毒性很强。随着中国经济社会的快速发展，以矿产资源为主的能源消耗大幅攀升，机动车保有量急剧增加，经济发达地区的NOx和挥发性有机物（VOCS）排放量显著增长，京津冀、长江三角洲、珠江三角洲等区域的PM2.5和O3污染严重，灰霾现象持续出现，能见度降低。颗粒物具有吸附性强、随机性强、治理难度大的特点，钢铁行业生产过程中主要的颗粒物排放源头是烧结、炼钢等过程，根据有关资料调查显示，烧结机机头、机尾颗粒物粒径分布特征明显，烧结机机头和机尾除尘器后的颗粒物（PM2.5、PM10）百分比达到80%以上，即使安装的净化除尘设备效果好，但是仍存在约有10%左右的烟尘没有被处理，直接排入空气中（排入空气中的颗粒物大多是粒径较小的PM2.5）。相较于粗颗粒物（空气动力学直径2.5μm～10μm），PM2.5对人体健康的危害性更大，主要原因在于多环芳烃、重金属等有毒有害物质多吸附于粒径小于1μm的细微颗粒物上，90%的细微颗粒物可深入到肺泡区，并可进入血液输往全身。基于此，本文探究炼钢工序颗粒物排放特征。

环境质量向好是我们共同追求的目标，因此更要注重加强对炼钢行业颗粒物排放的管控，通过先进设备技术进行颗粒物去除。目前对炼钢行业加强治理，通过超低排放转型、停产整顿、错峰生产等措施，改善排放污染，从推广除尘技术应用、提高产业附加值及淘汰落后产能、着手新型排放控制技术研究开发三个方向着手，与行业结构结合，制定控制方案，针对现存问题，重点研究，合理控制钢铁行业颗粒物污染，从而实现超低排放转型、降污减排。

1 相关概述

1.1 钢铁行业大气污染物排污节点

钢铁行业为资源紧凑型工业，主要是生产块状金属物、非金属物和粉状金属物等。钢铁行业释放的工业废弃重点来自于下列几点：①制造施工需要的原燃料的输送、装卸与生产等环节中生成的含尘烟气，譬如原料体系铁精粉的生产原料、石灰等熔剂料以及煤等原料，在装卸过程中掉落的料或者破碎筛分期间溢出的粉尘，烧结体系精矿粉、白灰以及煤等原燃料在混配料和转运期间溢出的粉末等。②原燃料在各种炉窑燃烧期间生成的包含粉尘、二氧化硫、氮氧化合物的烟气，譬如热轧体系加热炉、热处理炉在燃烧天然气与焦炉煤气等气体时生成的二氧化硫、氮氧化合物以及烟尘等高污染的气体，热轧体系罩式退火炉、热带退火酸洗机组、冷带退火酸洗机组以及光亮退火机组等众多退火机组的退火段在燃烧天然气与焦炉煤气等气体过程中生成的二氧化硫、氮氧化合物以及烟尘等能够污染大气的烟气。③烧结、炼铁与炼焦等生产技术在化学反应期间生成的烟气，譬如高炉体系出铁场生产铁的过程中生成的含尘烟气，炼钢体系混铁炉等铁水预处理期间生成的含尘烟气，转炉吹氧、兑铁与冶炼期间生成的含烟尘、一氧化碳等有害气体，LF、VOD等精炼炉冶炼期间生产的含烟气体等。

1.2 中国标准体系

如今，国内钢铁行业实施的大气污染释放准则为国家环保单位在2012年6制定的，此标准中包含钢铁炼制的整体流程，并且针对大颗粒物释放要求进行了明确规定。大气污染释放要求的制定使得之前应用的《大气污染物综合排放标准》与《工业炉窑大气污染物排放标准》等成为历史，最新制定的准则中还包含了释放值的含义。在次年6月13日国家环保单位出台了关于征询《钢铁烧结、球团工业大气污染物释放标准》等多项国家污染物释放要求修订建议的文件。修改的条款中重点包含下列要求：①物料的运送、装卸、保存、转移和制作技术等，详细的增设了无组织释放管控措施标准。②修订了《钢铁烧结、炭化工业大气污染物释放标准》中对于空气污染物释放标准的参数，增设了烧结烟气基础含氧量的标准。总体而言，国内钢铁行业空气污染释放要求会逐渐的严苛。我国依旧为标准与准则涉及环节最多的国家，然后为印度、欧美、美国以及日本。转炉为炼钢环节中颗粒物释放的主要管控环节，而欧盟把转炉一次烟气划分成干法除尘标准与湿法除尘标准，转炉二次烟气主要包含袋式除尘标准与静电除尘标准；日本准则依据烟气量进行划分，主要包含烟气量高于四万立方米的一般标准与特别标准以及烟气量小于四万立方米的一般标准与特别标准。纵观上述标准，最为宽泛的国家为印度，然后为日本、中国、欧盟，最后为美国。我国与欧盟标准中针对炼钢的重要环节（转炉与电炉）采用相同的释放准则，但是美国与印度准则对其进行了细致的划分，主要包含转炉、电弧炉与电感应炉。在美国准则中，电感应炉的颗粒物释放浓度标准值最小，但是印度准则中转炉的颗粒物释放浓度标准值最小。

2 颗粒物排放特征

钢铁生产期间一次颗粒物的释放源头主要为有组织排放与无组织排放两种。有组织释放重点为生产环节中自烟道释放的烟气中包含PM2.5粉尘，即使释放出的烟气基本上已经经过了除尘操作，同时烟气中含尘量满足释放要求，不过烟气中PM2.5的占比依旧很高；无组织释放重点是不将含粉尘的气体统一的进行搜集与处理，并且直接释放到空气中，此种气体通常在释放量比较少，同时统一收集难度较高的环节以及各个工序连接的操作中，譬如配料、铁水或钢水的调转、出钢、倒渣、轧钢以及酸洗等环节中。一次颗粒物的释放环节与释放量，钢铁制作期间各个环节、各环节中的操作过程中对于释放量的标准各不相同，根据我国2012年修订的钢铁单位释放准则与有关文件中具体施工过程中监测到的数据，此类实际勘测数据均是各个环节中烟气通过处理之后监测到的数据。

一次颗粒物的构成。钢铁公司各个环节释放烟气中的PM2.5质量存在差异，并且PM2.5的构成也存在差别，重点受到流程与原料特性影响。从表2中能够看出烧结设备机头与机尾除尘之后烟气中PM2.5的构成，机头除尘设备末端烟气中的PM2.5重点构成中质量分数在前三位的元素是K、SO2-4与Cl-，机尾PM2.5中的重要构成中质量分数靠前的元素是Fe，Ca与Si。不过针对钢铁厂释放的烟气中，烟尘构成物质的探究相对较少，表3中能够看出高炉煤气与转炉煤气中粉尘的构成，能够发现，此两种煤气中粉尘的重要构成元素为Fe2O3，高炉煤气与转炉煤气构成的差别重点和高炉与转炉的炉内反应相关。针对上述内容进行总结，对各个环节中PM2.5的重要过程情况进行研究。

3 颗粒物控制存在的主要问题

3.1 企业控制水平参次不一

和西方国家以大型钢铁行业为主导的情况存在差异，由于以往冶金技术发展与粗放式生产的约束，国内钢铁行业的产业聚集程度较差，主要问题为公司数量较多、制造规模各不相同、落后和先进公司同时存在的情况，各个钢铁公司的颗粒物管控水平会出现较大的差别。譬如，国内大中型规模公司针对无组织释放烟气展开收集与解决，同时除尘工艺一般情况下会应用布袋除尘设备；但是因为投入资金与操控能力等条件的影响，小规模工厂无组织释放烟气的管控能力通常较差，无法获得较好的成效，多废气直排、应用设备除尘、湿法除尘等比较滞后的方法展开解决。

3.2 监测技术支撑不足

国内针对钢铁行业颗粒物释放的监测工艺能力、特别是针对细粒子的监测工艺能力相对较低，没有制定有效的监测工艺标准。如今针对我国钢铁行业颗粒物生成和释放情况的了解主要立足于总悬浮颗粒物，针对能够吸入颗粒物和细颗粒物释放状况的掌握程度较低、进行实际监测的次数较少，没有高效的掌握颗粒物释放的粒径布设情况。如今国内钢铁行业有关的污染释放标准虽然较多，但是只是针对总悬浮颗粒物的释放量限值制定了标准，针对PM10和PM2.5的释放量限值没有做出准确的说明。

4 颗粒物控制建议

4.1 加快技术升级改造，过程控制废气产生

钢铁行业在构造调节、技术改进期间，需要转变运营发展与污染治理措施，把节约能耗、降低排放与管控废物生成当作改建的主要工作。废气污染管控需要从整体上关注资源与能源的良好应用、环节的科学调配、高效与不间断的运转，将源头管控、流程管控以及污染物减量化良好的融合，尽可能的在整体制造环节中减低污染物质的形成，开展清洁操作，降低后期处理压力。如今钢铁制作逐步的步向流程不间断、能耗低、污染小与节能效果较高的朝向。譬如机械大型化；铁、钢与钢轧连接位置应用相应的工艺，从而获得节约能耗、降低释放量的功效。在此围绕“一罐到底”工艺进行说明，由于缩减了技术环节，取缔了之前的雷罐车与炼钢倒罐坑，因此能够缩减铁水倒罐操作与此操作生成的烟气释放，缩减了能源消耗，降低了铁的损耗。连铸坯热送热装工艺能够有效的缩减板坯加热燃料的损耗，并且降低了NOx等污染物质的生成。

4.2 加大资金投入力度

钢铁行业污染物释放体系新要求与空气污染物特别释放限制开展之后，出现的主要问题为钢铁厂的污染治理方案无法达到标准，必须依据超标状况开展相应的改善，要求公司关注环保超标情况，增加成本投资,改进有关的环保设备，从而达到相关标准。而相关的国家单位需要依据工厂污染治理工作的具体状况，增加相应的扶持力度，针对如今钢铁厂开展的环保工艺的改进，相关单位需要首先给予环保资金的扶持，加大对钢铁厂除尘改建工程与烧结脱硫脱硝工程的支持。针对个别科技含量较高的工程，需要给予相应的扶持与帮助。

4.3 建立颗粒物排放核算与管理方法

系统的掌握国内钢铁厂的除尘工艺进步和运用情况，进行钢铁行业颗粒物粒径布设实测实验，融合钢铁制造所有流程中颗粒物释放特性，创建颗粒物无组织释放的统计方式，创建系统的钢铁行业颗粒物释放量测算方式，确保能够良好的开展钢铁厂颗粒物释放管控工作。

4.4 制定钢铁行业废气污染防治规划

对于钢铁行业来说如今是其发展的关键阶段，行业需要立足于国家生态文明建设标准与持续发展观念，融合行业构造调节，规划出行业废气污染管控方案。围绕出现的问题，针对废气的管控内容、目的与开展方式，主要研究与推行工艺、清洁能源的应用，开展有关工艺经济探究，指引行业废气污染管控工作良好的进行。

4.5 开展行业特征污染物排放特性基础研究

如今钢铁工业针对较为典型的污染物质、细颗粒物、二英与重金属的释放特性缺少较为全面的探究，且没有全面、系统的了解与掌握此类污染物质。进行行业特征污染物释放监察与特性探究，了解污染物质的特性，创建良好的数据条件，从而促进管控工艺路线、研发与应用管控工艺。

4.6 加快多污染物协同控制和共性技术研发应用

如今比较先进的协同管控工艺整体上为引进工艺，投入的资金较多，运转成本较高。钢铁行业需要依据国内实际情况增加投资力度，研究能够满足国内钢铁行业特性的颗粒物的监察与降低释放的工艺和机械，研发具备自主知识产权的集成工艺与配套机械，推动减排工艺的使用，归纳经验，按照地区与流程逐渐的进行推行与运用。

5 钢铁行业下一步治理管控启示

首先，钢铁厂所有生产环节污染物释放量逐步的均衡化，单台机械、单环节的治理不会显著的缩减工厂污染物的释放总量，因此在有组织、无组织以及运送形式等所有环节中落实超低适当的单位方位真正的超低释放工厂，同样为后续的整治朝向。其次，必须提升源头治理工艺的研究速度，譬如高炉煤气与焦炉煤气展开精脱硫改建，加热炉与热风炉低氮燃烧改进，缩减燃烧用煤中硫物质的占比，持续的降低炼钢、轧钢与烧结等关键环节中二氧化碳与氮氧化物的释放量。然后，因为烧结环节的污染物释放占比逐步下降，区域性生产调控标准与应急管理方案需要自烧结、球团与炼铁等单个环节的管控逐步的向所有环节扩散。最后，持续的提升铁路与水运输送的创建，改善如今的输送构架，正产和生活进行区别，优化社会环境。

6 结语

由此可见，①在此针对钢铁单位在炼钢过程中捕集到的颗粒物的粒径布设、微观形貌以及化学成分等特性展开检验与研究。②倒罐与预处理释放的颗粒物外形为表层光滑的圆球状，同时存在絮状物质，重要构成成分为Fe矿物。转炉二次烟尘呈现不规则块状与光滑的圆球状，重要的构成成分为Si与Al矿物。精炼释放颗粒物整体上为体积不同的块状，重点包含炭质与熔融的Al、Si、Ca矿物。从而为钢铁厂周围污染受体源探究创建了良好的条件。③钢铁单位周边环境大气收集点的颗粒物中PCBs的质量浓度相对较高，同时和四个环节释放烟尘中检验到的单体类别基本相同，可见此区域环境空气中PCBs的生成主要来源于钢铁厂。颗粒物细度越小，其荷载的PBCs浓度则越高。④倒罐与预处理颗粒物、转炉二次烟气颗粒物以及精炼颗粒物包含的所有元素中质量分数较高的金属元素为TFe，其均为百分之六十六点八九、百分之三十八点四以及百分之十六点零七；非金属元素重点为C，质量分数为百分之三点九三、百分之二点六七以及百分之四点四四。同时Fe与C均为炼钢期间最为关键的物质来源于能量来源，开发颗粒物种部分元素的回收与应用既能够降低最后的释放量，同时能够降低能源的损耗，为后期重要的研究朝向。