燒結(jié)(球團(tuán))大氣污染的成因及治理措施

陳云

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司第二煉鐵總廠,安徽馬鞍山243000)

1 引言

近幾年來,我國(guó)燒結(jié)(球團(tuán))行業(yè)得到了飛速發(fā)展,據(jù)統(tǒng)計(jì)目前全國(guó)有燒結(jié)機(jī)400多臺(tái)(其中大型燒結(jié)機(jī)(200～500m2)30多臺(tái)),豎爐及鏈篦機(jī)——回轉(zhuǎn)窯100多臺(tái),年產(chǎn)燒結(jié)(球團(tuán))礦約4億多噸,已成為世界燒結(jié)(球團(tuán))礦生產(chǎn)大國(guó)。燒結(jié)(球團(tuán))廠是鋼鐵工業(yè)的污染大戶,主要的污染物有顆粒物(煙粉塵)、SO2、NOx、CO2、CO 、二噁英、氟化物、氯化物及重金屬等。工業(yè)煙粉塵、SO2是燒結(jié)(球團(tuán))廠的主要污染物,其中,SO2占鋼鐵工業(yè)總排放量的60%左右,工業(yè)粉塵占鋼鐵工業(yè)總排放量的25%左右,煙塵占鋼鐵工業(yè)總排放量的20%左右。鋼鐵工業(yè)職業(yè)病中燒結(jié)(球團(tuán))廠矽肺病患病率最高,塵肺患病率為4.1%,其中矽肺患者占?jí)m肺的48.3%,居第1位。因此做好燒結(jié)(球團(tuán))廠的大氣污染防治工作是鋼鐵工業(yè)整體污染防治工作的重點(diǎn)。

2 燒結(jié)(球團(tuán))大氣污染的成因

2.1 大氣污染的概念

大氣污染是指人類生產(chǎn)、生活活動(dòng)或自然界向大氣排出各種污染物,其含量超過環(huán)境承載能力,使大氣質(zhì)量發(fā)生惡化,使人民的工作、生活、健康、設(shè)備財(cái)產(chǎn)以及生態(tài)環(huán)境等遭受惡劣影響和破壞。大氣污染源主要分天然污染源和人為污染源2類。

2.2 大氣污染的成分

對(duì)生態(tài)環(huán)境影響較大和人類健康威脅較大且絕對(duì)排放量較大的廢氣主要包括含NOx、SO2、P、AS、PH 3、CO 、HF 、C2 HCl3、C2 H3 Cl3 等污染物的有毒氣體及其他煙粉塵等。在燒結(jié)(球團(tuán))生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的污染見表1。

2.3 產(chǎn)生污染原因分析

2.3.1 錯(cuò)誤的發(fā)展觀念

“守法吃虧、違法占便宜”、“重經(jīng)濟(jì)輕環(huán)?！薄ⅰ跋劝l(fā)展后治污”“寧交罰款、不治污染”、“明修棧道、暗度陳倉(cāng)”……五花八門的違法排污行為,已經(jīng)成為環(huán)保領(lǐng)域見怪不怪的普遍現(xiàn)象。違法排污屢禁不止的原因,就是被各界人士詬病多年的“守法成本高、違法成本低”,許多企業(yè)寧交罰款,也不愿花錢治污。一個(gè)小燒結(jié)廠污染物直排1年就可以“省”下幾百萬元,而環(huán)保部門一年最多只能處罰幾十萬元,之所以多年來此現(xiàn)象得不到糾正,主要在于環(huán)保法律不健全,污染者得不到應(yīng)有的懲罰,同時(shí)污染者沒有正確的發(fā)展觀念,也導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭到進(jìn)一步破壞。

表1 燒結(jié)(球團(tuán))生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染

2.3.2 原料、燃料以及落后的工藝因素

(1)大部分的燒結(jié)(球團(tuán))所用的含鐵原料中含S量都偏高,一般為0.2%～0.4%,特別是國(guó)內(nèi)精礦中的含S量相當(dāng)高,許多超過0.6%。當(dāng)在燒結(jié)和焙燒的過程中,含鐵原料中的S就會(huì)轉(zhuǎn)化成SO2大量排放。

(2)在燃煤市場(chǎng)上,高硫煤仍占主導(dǎo)地位。由于經(jīng)濟(jì)條件和成本的限制,企業(yè)不可能放棄廉價(jià)的高硫煤而去購(gòu)買環(huán)保型的低硫煤;這就造成燃料在燃燒過程中SO2的大量排放。

(3)我國(guó)還存在許多落后或淘汰的小燒結(jié)機(jī)、小豎爐。這些落后的設(shè)備及生產(chǎn)工藝,在生產(chǎn)操作過程中燃料、原料的配比技術(shù)落后,造成大量的煙粉塵和SO2的直排。

2.3.3 環(huán)保基礎(chǔ)設(shè)施投入少

我國(guó)環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施的投資主體是政府,投資體制格局單一,政府指令性投資比重大,企業(yè)在總投資規(guī)模中所占的比例較小,這種投資結(jié)構(gòu)不能滿足持續(xù)發(fā)展的需要,資金缺口大。雖然近年來基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的投資結(jié)構(gòu)由原來的國(guó)家單一投資向多元化結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,并已初步形成了國(guó)家預(yù)算投資為主,國(guó)內(nèi)貸款、利用外資、自籌資金為輔的投資結(jié)構(gòu),但基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后的局面卻沒有從根本上改變。

3 治理燒結(jié)(球團(tuán))大氣污染的措施

3.1 防治燒結(jié)(球團(tuán))大氣污染的途徑

燒結(jié)(球團(tuán))大氣污染防治的途徑很多,主要有增強(qiáng)法制觀念和環(huán)保意識(shí)、采用清潔能源、推行清潔生產(chǎn)工藝、采用高新設(shè)備和技術(shù)、強(qiáng)化大氣環(huán)境管理、進(jìn)行污染總量控制等。因此,應(yīng)增強(qiáng)法制觀念和環(huán)保意識(shí)是解決大氣污染的根本途徑。推行清潔生產(chǎn)工藝,采用清潔能源,合理利用鐵礦資源,少采用高硫礦,推廣無煙煤、低硫煤,改進(jìn)燃燒方式是實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)、減輕大氣污染的重要途徑。采用高新設(shè)備和技術(shù),加大除塵、脫硫等環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施的投入。依法強(qiáng)化大氣環(huán)境污染管理,進(jìn)行大氣污染物總量控制。

3.2 對(duì)燒結(jié)(球團(tuán))煙氣排放進(jìn)行監(jiān)測(cè)

燒結(jié)(球團(tuán))煙氣排放中常見的污染物有顆粒物 、SO2、NOx 、CO 、CO2、H g 、H2O 蒸汽 、氯化物 、氟化物、二噁英、重金屬等。根據(jù)煙氣中所占比例以及危害程度我們一般選擇測(cè)定顆粒物、SO2和NO x。

3.2.1 顆粒物質(zhì)的測(cè)定。

顆粒物質(zhì)是大氣污染物中數(shù)量最大、成分復(fù)雜、性質(zhì)多樣、危害較大的一種,它本身可以是有毒物質(zhì),還可以是其他有害物質(zhì)在大氣中的運(yùn)載體,催化劑或反應(yīng)床。在某些情況下,顆粒物質(zhì)的研究是控制大氣污染的一個(gè)重要內(nèi)容。大氣中顆粒物質(zhì)的檢測(cè)項(xiàng)目有：總懸浮顆粒物的測(cè)定、可吸入顆粒物濃度及粒度分布的測(cè)定、降塵量的測(cè)定、顆粒中化學(xué)組分的測(cè)定。其中,顆粒物濃度的測(cè)定最常用的是重量法。

3.2.2 SO2的測(cè)定

煙氣中的含硫污染物主要有 H 2 S、SO2、SO3、CS2、H 2 SO4和各種硫酸鹽,它們主要來源于煤和燃料的燃燒、含硫礦石的冶煉等生產(chǎn)排放的廢氣。作為大氣污染的主要指標(biāo)之一,SO2在各種大氣污染物中分布最廣、影響最大,因此在硫氧化物的檢測(cè)中常常以二氧化硫?yàn)榇怼?/p>

3.2.3 大氣中氮氧化物的測(cè)定

大氣中氮氧化物的測(cè)定可分為化學(xué)法和儀器法2類。化學(xué)法中最常用的是 Saltzm an法(GB/T15435-95)、酸性高錳酸鉀溶液氧化法、三氧化锘.石英砂氧化法。其中Saltzman法僅適于測(cè)二氧化氮的含量,酸性高錳酸鉀溶液氧化法和三氧化锘.石英砂氧化法可以檢測(cè)氣體中氮氧化物總量。

3.3 環(huán)保新設(shè)備、新技術(shù)的應(yīng)用

(1)在燒結(jié)(球團(tuán))生產(chǎn)流程中,除了生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的煙粉塵需要工藝除塵器外,還有許多的皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)站、混料機(jī)等出現(xiàn)的二次揚(yáng)塵也需要增設(shè)環(huán)境除塵器。因大型的除塵器投資大,占地面積廣、除塵點(diǎn)多面廣、管路復(fù)雜、維護(hù)成本和能耗高等眾多原因,生產(chǎn)廠家一般都不愿意進(jìn)行投資建設(shè)。例如國(guó)內(nèi)近年來發(fā)展起來的新興技術(shù)“微動(dòng)力和無動(dòng)力單點(diǎn)除塵器”,具有投資小、無占地面積、無能耗、除塵效率高(≥95%)、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn),在全國(guó)許多鋼鐵、電力和礦山行業(yè)等都得到了很好的應(yīng)用與推廣。

(2)電除塵器是燒結(jié)(球團(tuán))生產(chǎn)中最常見的除塵器,隨著我國(guó)鋼鐵產(chǎn)能的不斷釋放,許多除塵設(shè)施跟不上生產(chǎn)的需求,造成除塵能力不夠或除塵效率下降,導(dǎo)致超標(biāo)排放的現(xiàn)場(chǎng)隨處可見。最常見的解決辦法包括增加電場(chǎng)、擴(kuò)大電場(chǎng)受塵面積;增加聲波振打輔助清灰或單獨(dú)使用聲波清灰系統(tǒng);入口增加重力除塵或旋風(fēng)除塵,減少進(jìn)入電場(chǎng)的大顆粒粉塵,降低粉塵濃度;④斜氣流技術(shù),改變氣流分布狀況,提高收塵效率;“旋轉(zhuǎn)——固定陽(yáng)極電場(chǎng)”和“改善流場(chǎng)氣流分布的氣流調(diào)節(jié)裝置”組合技術(shù),防止二次揚(yáng)塵。以上幾種技術(shù)在寶鋼、鞍鋼、馬鋼等許多鋼鐵企業(yè)都都到了較好應(yīng)用。

3.4 清潔生產(chǎn)技術(shù)

3.4.1 生產(chǎn)規(guī)?；驮O(shè)備大型化

生產(chǎn)規(guī)?；⒁源蟠?、設(shè)備大型化和工藝優(yōu)化具有多方的優(yōu)勢(shì),是目前國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展的共同趨勢(shì)。產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率同步提高,單位投資、成本、能耗和污染物排放量大大降低,規(guī)模化生產(chǎn)便于集中管理和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等。

3.4.2 優(yōu)化工藝、淘汰落后生產(chǎn)技術(shù)

目前,燒結(jié)生產(chǎn)的主要工藝設(shè)備是帶式燒結(jié)機(jī),球團(tuán)生產(chǎn)的主要設(shè)備為豎爐和鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯兩種,首選后者。生產(chǎn)工藝減排技術(shù),如鋪底料、厚料層燒結(jié)、嚴(yán)控混勻礦的含鐵品位波動(dòng)等可減少污染物排放,減輕燒結(jié)(球團(tuán))工藝生產(chǎn)對(duì)大氣的污染。

3.5 末端治理技術(shù)

3.5.1 顆粒物治理技術(shù)

顆粒物根據(jù)產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)不同,其治理技術(shù)也不盡相同。如原料場(chǎng),多采用灑水抑塵、沖水防塵、化學(xué)覆蓋劑固塵、植樹綠化阻塵及防塵網(wǎng)擋塵等技術(shù)措施達(dá)到防止二次揚(yáng)塵目的的粉塵防治技術(shù)。對(duì)于燒結(jié)(球團(tuán))設(shè)備的廢氣治理,國(guó)內(nèi)約占84.2%的燒結(jié)機(jī)采用電除塵器,平均排放濃度約為102mg/m3;還有約15%的燒結(jié)機(jī)機(jī)頭采用多管除塵器,平均排放濃度143m g/m3。對(duì)于燒結(jié)(球團(tuán))工藝其它生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生的廢氣處理,電除塵器約占50%,布袋除塵器約占44%,其他除塵設(shè)備6%。采用袋式除塵器,實(shí)際排放濃度通常可低于30mg/m3;采用電除塵器,實(shí)際排放濃度通?？傻陀?0mg/m3。

3.5.2 SO2治理技術(shù)

國(guó)內(nèi)燒結(jié)(球團(tuán))已實(shí)施或正在實(shí)施的煙氣脫硫工藝主要有濕法工藝(石灰石——石膏法、氧化鎂法、氨——硫銨法)、干(半干)法脫硫工藝、活性炭吸附法等。目前有應(yīng)用實(shí)例的有濕式空塔清水噴淋再加石灰反應(yīng)的經(jīng)典濕式石灰石——亞硫酸鈣除氟脫硫工藝、雙堿法工藝、循環(huán)流化床(CFB)(除氟)脫硫工藝、密相干塔工藝、氨——硫銨法工藝、濕式石灰石——石膏法工藝、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥(SDA)脫硫工藝及MEROS工藝,見圖 1。

圖1 脫硫流程示意

我國(guó)燒結(jié)(球團(tuán))煙氣脫硫項(xiàng)目正處在剛起步的階段,目前存在的最大問題一是國(guó)內(nèi)設(shè)備和技術(shù)不夠成熟,大部分靠國(guó)外引進(jìn),投資相當(dāng)大;二是在脫硫后產(chǎn)生的附產(chǎn)物“亞硫酸鈣”、“硫酸鈣”沒有太多的銷售渠道。硫酸鈣是制成硫酸鈣晶須的主要原料,硫酸鈣晶須是一種具有優(yōu)良性能的新型材料,在國(guó)外被廣泛應(yīng)用,目前在國(guó)內(nèi)僅有5個(gè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn),基本全部出口,所以硫酸鈣具有良好的市場(chǎng)前景。因此,我們?cè)谝M(jìn)國(guó)外設(shè)備和技術(shù)的同時(shí),應(yīng)注重發(fā)展自身的輔助產(chǎn)業(yè),讓環(huán)保投資見效益,從而帶動(dòng)環(huán)保設(shè)施的投入。

3.5.3 SCR法治理NOx

SCR的化學(xué)機(jī)理是在一定條件下利用還原劑NH 3將NOx還原成無害的N2和H 2O。此工藝現(xiàn)已成功應(yīng)用于鍋爐煙氣凈化。

3.6 綜合整治

鋼鐵工業(yè)——燒結(jié)(球團(tuán))大氣污染綜合整治規(guī)劃是政府和企業(yè)根據(jù)大氣環(huán)境現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行功能區(qū)劃分并按擬定的環(huán)境目標(biāo)計(jì)算各功能區(qū)最大允許排放量和削減量,確定首要污染物即濃度高、范圍廣、危害大的污染物,便于治理時(shí)有的放矢、對(duì)癥下藥。當(dāng)前我國(guó)燒結(jié)(球團(tuán))大氣污染主要是由于管理松散、法律意識(shí)淡薄、區(qū)域分散、采用落后的生產(chǎn)工藝、燃燒方式和環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施投入不夠等原因造成的。因此規(guī)劃遠(yuǎn)景目標(biāo)應(yīng)該是改進(jìn)落后的生產(chǎn)工藝,提高燃燒效率,調(diào)整工業(yè)布局實(shí)行區(qū)域集中治理,加強(qiáng)對(duì)環(huán)保設(shè)施的投入,政府及環(huán)保部門加大處罰力度,通過法律和行政手段強(qiáng)化污染源的治理,降低污染物的排放量。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)經(jīng)濟(jì)目前仍以鋼鐵、電力等重工業(yè)為主導(dǎo)地位,而隨著鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展,近幾年燒結(jié)(球團(tuán))生產(chǎn)中的煙粉塵 、SO2、NOx、CO2、CO 、二噁英、氟化物、氯化物及重金屬等污染物仍會(huì)繼續(xù)污染大氣環(huán)境,甚至?xí)又卮髿猸h(huán)境的污染程度,而大幅度提高治理大氣污染的執(zhí)行力度和投資困難都很大。因此,我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量發(fā)展趨勢(shì)不容樂觀。根據(jù)我國(guó)多年環(huán)境保護(hù)工作的經(jīng)驗(yàn),在工業(yè)污染源或固定源的污染未得到根本控制之前,我國(guó)大氣污染治理還必須得以命令控制型和法律、法規(guī)手段為主;隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的建立、發(fā)展和完善,環(huán)境經(jīng)濟(jì)手段無疑是我國(guó)環(huán)境政策的發(fā)展方向。

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[2]童志權(quán),陳煥欽.工業(yè)廢氣污染控制與利用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1989.

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