我国钢铁企业烟粉尘排放现状及控制对策

张 革，孙文强，蔡九菊

（东北大学国家环境保护生态工业重点实验室，沈阳 110819）

我国钢铁企业烟粉尘排放现状及控制对策

张 革，孙文强，蔡九菊

（东北大学国家环境保护生态工业重点实验室，沈阳 110819）

在大气污染日益加重的情况下，降低烟粉尘排放量已经成为实现我国钢铁企业持续发展的必然选择。介绍了目前钢铁企业面临的减排压力，分析了钢铁企业烟粉尘控制存在的问题，指出钢铁企业应该推广先进除尘技术的应用、加快淘汰落后产能、开发细微颗粒物控制技术。

钢铁企业；烟粉尘；排放；控制

1 引言

随着我国经济的快速增长，以煤炭为主的能源消耗大幅攀升，氮氧化物、二氧化硫和烟粉尘的排放量不断增加，导致雾霾天气频繁出现。2013年1月，我国30个省（区、市）出现雾霾天气，在北京仅有5天不是雾霾天。环保部公布的资料显示，我国最大的500个城市中只有不到1%的城市达到世界卫生组织推荐的空气质量标准。目前，细颗粒污染物（PM2.5）被认为是造成雾霾天气的“元凶”。

自1996年我国粗钢总产量突破1亿吨后，已经连续18年保持世界第一，2013年我国粗钢总产量已达7.79亿吨。如一个年产100万吨粗钢的企业，仅烧结、炼铁、炼钢三个工序，每年就能产生约80亿立方米烟气和10万吨粉尘，可见钢铁企业是烟粉尘排放大户[1]。因此，烟粉尘污染控制已经成为我国推进节能环保和实现钢铁行业持续发展的必然选择。

2 钢铁企业面临的减排要求

面对日益严重的大气污染问题，国家陆续发布了一系列环境保护和节能减排规划方案。《国家环境保护“十二五”规划》要求加强工业烟粉尘控制，对于钢铁行业现役烧结（球团）等高排放设备要全部采用高效除尘器，并加强企业工艺过程除尘设施建设；《国家节能减排“十二五”规划》指出要推进大气中PM2.5治理，加大工业烟粉尘污染防治力度，对钢铁等高排放行业实施高效除尘改造，大力推行清洁生产，完善清洁生产评价指标体系，并对高耗能、高排放企业开展强制性清洁生产审核；《钢铁工业“十二五”发展规划》要求深入推进节能减排，进一步普及干法除尘和原料场粉尘抑制技术；《大气污染防治行动计划》提出要全面推行清洁生产，且到2017年钢铁等重点行业排污强度要比2012年下降30%以上。

2012年2月，国家颁布了新的《环境空气质量标准》（GB3095-2012），将于2016年1月1日取代现行的《环境空气质量标准》（GB3095-1996）。新标准增设了PM2.5平均浓度限值，并收紧了总悬浮颗粒物（TSP）和可吸入颗粒物（PM10）等污染物的平均浓度限值。

2012年6月，国家环保部和国家质检总局联合颁布了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》《炼铁工业大气污染物排放标准》《炼钢工业大气污染物排放标准》《轧钢工业大气污染物排放标准》《炼焦化学工业污染物排放标准》等七项钢铁工业污染物排放新标准，取代了1996年颁布的《工业炉窑大气污染物污染物排放标准》和《炼焦炉大气污染物排放标准》。从下表可以看出，新的排放标准不仅对各颗粒物排放点浓度限值进行了更加详细的分类，而且大幅收紧了颗粒物排放的浓度限值。新标准对环境容量小、生态环境脆弱等需要采取特别保护措施的地点提出了更加严格的排放浓度限值。

钢铁行业颗粒物排放浓度限值的新旧标准对比表

3 钢铁企业烟粉尘控制存在的问题

（1）吨钢粉尘排放量与国外先进水平差距较大

随着高炉煤气干法除尘、转炉煤气干法除尘等先进技术的推广，我国钢铁企业烟粉尘排放指数显著下降。2001年至2012年，我国重点钢铁企业吨钢粉尘排放量由4.59kg/t下降至0.99kg/t，降幅为78.4%。而2009年，德国蒂森钢铁公司吨钢粉尘排放量就已经为0.42kg/t，韩国浦项钢铁公司仅为0.14kg/t[2]。因此，我国钢铁企业吨钢粉尘排放量与国外先进企业仍有较大差距，降低烟粉尘排放量仍然任重而道远。

（2）落后产能和部分企业烟粉尘排放严重

迄今为止，我国钢铁行业仍有一部分落后产能没有被淘汰，这些产能对应的设备老化，除尘器效率低下，甚至有些都没有安装除尘设备，烟粉尘排放严重。据统计，2010年全国钢产量为6.27亿吨，烟粉尘排放量为149.7万吨，其中重点统计企业钢产量为4.35亿吨，烟粉尘排放量为52万吨；重点统计之外企业钢产量为1.92亿吨，烟粉尘排放量为97.7万吨[3]。从而，可以折算出重点统计企业吨钢烟粉尘排放量为1.53kg/t，重点统计之外企业为5.1kg/t。可见，重点统计之外的这些企业烟粉尘排放严重。

（3）评价指标和监控技术不够完善

钢铁企业烟粉尘具有产生源多、产生量大、浓度高、温度湿度高、回收利用价值大等特殊性，我国针对钢铁企业烟粉尘环境管理的专业性技术手段还不够完善，没有建立有针对性的烟粉尘污染控制技术体系，尤其在产生、监测、评价、核算、处理、控制和排放等环节缺乏完善的标准与规范。

（4）传统除尘器对细微烟粉尘的去除效果不好

企业往往把目光都聚焦在除尘器总体的除尘效率上，而忽略了对PM2.5等细微颗粒物的脱除效果。马京华[4]等人利用荷电低压颗粒物捕集分析仪（ELPI）对某钢铁企业的烧结机头、机尾和高炉出铁场三个产尘点的烟粉尘产生及排放物粒径分布、除尘效率进行了测量。测量结果显示，除尘器后TSP中PM1.0、PM2.5、PM10所占的比例都比除尘器前有大幅度增加，而且除尘器对PM1.0、PM2.5、PM10、TSP的除尘效率基本上都为PM1.0＜PM2.5＜PM10＜TSP 。可见，尽管钢铁企业对现有烟粉尘产生点大都安装了高效除尘器，除尘效率可以达到98%以上，但对细微烟粉尘的去除效果并不好。

4 细微颗粒物控制技术

目前国内外对细微颗粒物控制技术的研究主要可分为两个方向：一是研究高效除尘技术，包括高效除尘器的开发和传统除尘器的改进；另一种是研究细微颗粒物团聚技术，包括通过外加电场、磁场等作用及加入化学团聚促进剂等措施，将细微颗粒凝聚成大颗粒[5]。

4.1 高效除尘技术

（1）电袋复合除尘器

电袋复合除尘器是基于静电除尘和袋式除尘两种成熟的除尘理论而提出的一种新型的除尘技术。电袋复合除尘器按组合形式可分为三种：前电后袋型、静电增强型和电袋一体化式。它结合了电除尘器和袋式除尘器的优点，除尘效率高，运行可靠性强，但静电收集区和布袋过滤区的协同作用难以长期维持，限制了该技术的应用。到目前为止，“前电后袋”型除尘器已在我国多家燃煤电厂上应用，除尘效率可达99.9%以上，但由于基础研究不够，还有很多关键问题没有得到解决，除尘器的运行还不够稳定。

（2）静电旋风除尘器

静电旋风除尘器是将旋风捕集技术和静电捕集技术有机结合，使粉尘在除尘器中同时受到离心力和静电力的作用。利用旋风作用捕集粗粉尘，利用静电作用捕集细粉尘，并利用高速旋转的气流对壁面的冲刷作用和粉尘之间的碰撞作用清理壁面附着物。由于静电旋风除尘器具有结构简单、运行费用低、除尘效率高等优点，近年来被大量学者研究。不过，目前仍处于机理探索和性能研究阶段，尚没有工业应用。

（3）静电颗粒层除尘器

静电颗粒层除尘器是指在颗粒层除尘器内施加一外电场，使尘粒或过滤介质带电，从而促进尘粒凝聚及颗粒层的过滤作用提高对细微粉尘的脱除效率。静电颗粒层除尘器具有耐高温、除尘效率高等优点，但此系统阻力太大，过滤速度小，而且清灰复杂，由于受到上述因素的制约此技术还处于实验研究阶段。

4.2 细微颗粒物团聚技术

（1）电团聚

电团聚是指在静电力的作用下，不同粉尘的运动速率和方向不同，导致它们之间发生相互碰撞而发生凝并的过程。电团聚的效果取决于粉尘的浓度、粒径、电荷的分布以及外加电场的强弱。应用电凝聚原理，澳大利亚Indigo技术有限公司开发了Indigo凝聚器。此凝聚器是通过静电和流动过程相结合，使进入Indigo凝聚器的细颗粒物附着在较大颗粒物上，进而提高传统除尘器对细微颗粒物的脱除效率。此设备已在多个国家应用，取得了很好的效果。

（2）声团聚

声团聚是利用高频率声波使气溶胶中细微颗粒物发生相对运动，以提高它们单位时间内的碰撞次数，使细颗粒物在很短的时间内由小颗粒凝并成大颗粒。通过声团聚作用可提高传统除尘设备对细颗粒物的脱除效率。东南大学对燃烧源可吸入颗粒物在外加声场下的动力学特性、团聚效果进行了深入研究，取得了一些创新成果。但是由于能耗过高及缺乏适宜在高温含尘环境中长期使用的声源制约着该技术的工业应用。

（3）磁团聚

磁团聚是指被磁化的颗粒物在磁偶极子力、磁场梯度力等作用下，发生相对运动而团聚在一起，使其粒度增大，进而被后续的传统除尘器除去，提高除尘器对细颗粒物的脱除效率。目前，有关超细颗粒物磁团聚的研究报道比较少，研究还处于起步阶段。

（4）化学团聚

化学团聚是指用添加化学团聚促进剂的方法促进细颗粒物的脱除，其主要机理是物理吸附和化学反应相结合。根据化学团聚促进剂添加位置的不同可分为燃烧中化学团聚和燃烧后化学团聚。目前国内对于化学团聚研究较少，国外主要是以高岭石、铝土矿等常用物质进行对细颗粒物团聚的研究。化学团聚对细颗粒物脱除十分有效，而且可实现多种污染物同时脱除。

5 对钢铁企业烟粉尘污染控制的建议

（1）推广先进除尘技术的应用

环保设施的改造和完善需要大量的资金投入，我国钢铁企业的吨钢环保投入与国外先进钢铁企业差距还较大。因此，我国钢铁企业应该进一步增加环保投资，推广脉冲袋式除尘、煤气干法除尘和干法熄焦等先进技术的应用，以降低烟粉尘的排放量。

（2）加快淘汰落后产能

淘汰落后产能是钢铁企业减少烟粉尘排放最直接的措施。《国家节能减排“十二五”规划》指出钢铁行业需淘汰落后炼铁产能4800万吨、炼钢产能4800万吨。目前，我国部分钢铁企业仍有很多落后产能未按期淘汰，需要加快淘汰步伐。

（3）开发细微颗粒物控制技术

随着国家环保标准的日益提高，单纯地追求总除尘效率已经不能满足环保要求。开发低成本的高效除尘技术和细微颗粒物团聚技术，以提高对细微颗粒物的过滤精度和捕集效率，将成为未来钢铁企业烟粉尘污染控制的一个重要发展方向。

[1] 王永忠，张殿印.现代钢铁企业除尘技术发展趋势[J].冶金环境保护，2006，6：14-17.

[2] 苏亚红.节能减排倒逼钢铁行业转型发展[N].世界金属导报，2013-7-9（A02）.

[3] 李新创.钢铁行业该如何应对环境挑战[N].中国矿业报，2013-3-26（A06）.

[4] 马京华.钢铁企业典型生产工艺颗粒物排放特性研究[D].重庆：西南大学，2009.

[5] 杨林军.燃烧源细颗粒物污染控制技术[M].北京：化学工业出版社，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

国家环境保护公益性行业科研专项（201409023）。