高炉空料线停炉环境风险定量分析与环保管控措施

摘 要：针对高炉空料线停炉产生的环境风险，采用AERMOD模型对停炉过程产生的TSP和CO进行贡献浓度预测，并根据环境敏感点分布和预测结果提出环境风险管控措施，最终达到大幅度降低突发环境事件发生的目标。

关键词： 高炉；空料线停炉；环境风险；TSP；CO

1 概述

某钢铁企业高炉炉缸水温差异常（正常0.5-0.7℃），最高时达1.5℃，炉缸铁口两边炉墙砖衬脱落，冷却壁热流强度达10720kJ/m2.h（正常情况小于5000 kJ/m2.h），已超过炉缸烧穿的安全警戒线，存在高炉炉缸烧穿造成重大人身伤害事故的风险。

为此，企业根据经营状况，决定对该高炉停炉检修。因高炉空料线停炉会产生较大的环境风险，需对检修过程产生的TSP和CO进行预测分析，并根据环境敏感点分布和预测结果提出环境风险管控措施，为应对突发环境事件提供科学依据。

2 高炉空料线停炉操作

按照停炉安全检查表逐项落实确认后，方可执行高炉空料线停炉操作，具体操作步骤为：

（1）爐顶上密、下密、料流阀关，溜槽处于检修位置，探尺处于待机位，排压阀开，炉顶放散阀全开。

（2）除尘器通上氮气，并且蒸汽压力≮0.5MPa。

（3）全部风口送风，风口干净。

（4）空料线开始后，全开炉身三层和二层N2阀向炉内通N2降温。

（5）空料线期间，半小时记录一次操作情况，当发生爆震时，准确记录风量、风压、顶压的变化。

（6）空料线开始后，半小时取一次煤气样做全分析，特殊情况15分钟取一次煤气样做H2和CO2分析。

（7）空料线过程中，严格控制炉顶温度400～450℃，煤气中H2含量原则上≯6%。当炉顶温度达到350℃，开始炉顶喷水，先开雾化喷水，如雾化喷水开到最大，炉顶温度仍降不下来，再开喷水管喷水。当炉顶温度和H2含量均超过规定，要适当减风，并减少水量调节。

（8）空料线开始，风压控制在0.05～0.06MPa，料动后逐渐加风，根据环保要求和顺行情况控制合适风量；炉内崩料出现爆震时适当减风。

（9）空料线期间安排出一次铁。出铁时，关1个炉顶放散阀，将炉内压力憋高。

（10）当炉顶煤气取样CO2含量急剧下降，O2达到6%以上，N2达到80% 左右，铁口大喷，渣铁断流，确认料面已降至风口以下、炉内渣铁已经出尽，按程序组织休风。

（11）休风倒流后，打开防爆人孔，所有风管全部卸下，停风机，卸下6个风口安装轴流风机，之后从风口打水16小时以上，停止打水后全关炉身N2阀门。

（12）休风后第二天打水停止煤气化验合格后，组织人员卸下余下全部风口，并取下渣口。

（13）休风后冷却系统按规程规定降水压及停水。

3 高炉停炉环境风险定量分析

3.1 源强分析

高炉停炉涉及的风险物质主要为非正常工况下产生的CO和烟粉尘（TSP）。

3.1.1 停炉时高炉炉料残留量

高炉停炉时炉内的残余物料总类及数量如下：

焦炭：240-256t，计算取值248t；块矿：320-336t，计算取值328t；石灰石：120-136t，计算取值128t。

3.1.2 非正常排污量

高炉所用焦炭的含碳量为88%，则高炉中碳的量为248×88%=218.24t。根据高炉停炉的历次生产经验进行估算，高炉内碳转化为一氧化碳和二氧化碳的比例约为3：2。则停炉时一氧化碳的产生量为305.536t，二氧化碳的产生量为203.69t，焦炭氧化过程中的耗氧量为407.38t。

高炉停炉时理论出铁量162t，则由此计算出其中121.5t用于氧化铁还原，外排一氧化碳量为184.036t，还原过程中额外产生二氧化碳量为190.929t。

高炉空料线期间理论产渣量363t，理论出铁量162t。根据物料衡算，则外排粉尘总量为：248+328+128+407.38-363-162-184.036-190.929-203.69=7.725t。

3.2 扩散模式和参数选取

大气扩散预测模式选用Scree3模型中的AERMOD模型，计算中不考虑复杂地形的影响[1]。各项参数选取说明如下：

气象资料选取了当地连续三年逐时地面风向、风速、云量、气温、气压资料。

由地形处理模块AERMAP根据数字化地形图内插得到每一个接收点和排放源的海拔高度数据，分辨率为90m。

3.3 预测结果分析

3.3.1 预测结果

大气扩散预测模式选用AERMOD模型，高炉停炉逸散出的粉尘（TSP）和CO贡献浓度预测结果见下表。

3.3.2 风险物质对环境敏感点的影响分析

高炉停炉外排TSP和CO对环境敏感点的影响分析如下表所示。

由上表可以看出，高炉停炉外排TSP对周边环境敏感点均会造成不同程度的影响。若各敏感点位于当日风向下风向，则敏感点2受影响最大，最大超标倍数（未考虑本底值）为8.0；敏感点5受影响最小，最大超标倍数（未考虑本底值）为1.11。

高炉停炉外排CO对周边环境敏感点均会造成不同程度的影响。若各敏感点位于当日风向下风向，则敏感点1受影响最大，最大超标倍数（未考虑本底值）为2.45；敏感点5受影响最小，最大超标倍数（未考虑本底值）为1.00。

4 高炉停炉环境风险管控建议措施

（1）高炉空料线停炉属非正常工况排污，对周边环境的污染在所难免。建议企业积极做好与周边街道、社区的协调沟通工作，通过各类渠道（如电视、广播、发放宣传单等）告知居民高炉停炉的必要性、停炉时间和可能造成的环境污染及预防措施，让居民提前做好准备并对造成的不便给予谅解。

（2）由于本次停炉采取炉顶放散煤气，职能部门应及时与市气象部门联系并将天气状况反馈给停炉指挥部，对不利天气情况及时采取相应措施，将影响降到最低。建议在风向为东南风、大气扩散良好的气象条件时进行停炉操作。

（3）加强对生产厂区和周边环境敏感点空气质量的巡查监控（巡查人员携带煤气报警器），根据市环保局空气质量监控平台的数据变化情况，出现异常及时反馈。

（4）提前对炉顶放散设备进行检查确认，消除设备故障，确保炉顶放散设备安全可靠。

（5）根据AERMOD模型预测结果，建议在高炉周边900m范围内划定CO重点防控区，加强该区域内的环保管理，委派公司煤气防护站人员现场值守并做好应急处置工作。同时为区域内的室外现场作业人员配备便携式一氧化碳报警仪，各办公楼和控制室要关好门窗。

（6）根据AERMOD模型预测结果，高炉周边200m范围内的粉尘污染较为严重，可能会对周边供电设施、设备管路等正常运行造成影响。因此，应委派专人值守，一旦发现重要设备设施积灰应立即清理，避免影响供电和设备运行。

参考文献：

[1]王海超，焦文玲，邹平华.AERMOND大气扩散模型研究综述[ J].环境科学与技术，2010（11）.

[2]GB3095-2012.环境空气质量标准[S] .

作者简介：赵勇（982-），男，辽宁营口人，环保高级工程师，2005年7月毕业于哈尔滨工程大学环境工程专业和国际经济与贸易专业（辅修），现工作于四川劳研科技有限公司，研究方向为环境影响评价、环境工程设计、环保管理和安全评价、安全管理等。