某钢铁企业烧结工序颗粒物排放监测分析

任亚萍

（山西省长治市县域生态环境监测站，山西 武乡 046300）

相关研究表明，PM2.5是造成灰霾天气的主要“元凶”之一。钢铁工业是我国国民经济最重要的基础产业之一，同时钢铁企业各生产过程均有烟粉尘产生，污染源分布极广，是颗粒物的排放大户。据近年环境统计数据显示，钢铁行业烟粉尘排放占工业烟粉尘排放量的15%以上，而工业烟粉尘又占全国烟粉尘排放总量的80%以上。可见，我国钢铁行业的颗粒物监测与治理迫在眉睫。

烧结、炼铁、炼钢是钢铁企业重要的三个工序。石勇[1]等研究表明，烧结工序烟粉尘排放量占钢铁企业总排放量的40%左右。因此，选取合适的采样位置和采样方法，对烧结工序粉尘排放特性及监控技术研究，对于降低钢铁企业颗粒物排放具有重要现实意义。

1 烧结工序颗粒物污染特征

根据产生机理，钢铁生产过程排放的烟粉尘有烟尘和粉尘两类。其中，烟尘是由于氧化、升华、蒸发、冷凝的热过程中形成的，主要由各种燃料在工业炉窑中燃烧产生；粉尘是指粒径小于75μm悬浮在空气中的固体微粒，主要由各种原燃料在运输、装卸和熔炼等过程中产生。烧结工序烟粉尘来源如图1所示。

图1 钢铁烧结工序烟粉尘来源

烧结工序烟粉尘产生量为20～40 kg/t（烧结矿），排放量约为1.02 kg/t。其中，原料准备、成品整粒只含粉尘，烧结配料、烧结机头、烧结尾气中不仅含有粉尘，还含有大量的烟尘。

2 烧结工序颗粒物排放监测

2.1 监测对象和项目

钢铁行业是颗粒物排放大户，采用高效的除尘设备，加强颗粒物的治理与回收利用，最终减少颗粒物排放，是颗粒物治理的重要途径。针对颗粒物主要污染源，某大型钢铁联合企业在各产尘点均安装了高效除尘器，本次选取了企业的一台320 m2烧结机进行监测。其中，烧结配料除尘设备为布袋除尘器，烧结机头、机尾和成品整粒除尘设备均为四电场静电除尘器。

为了了解除尘设备的总除尘效率和分级除尘效率，结合该钢铁企业烧结机及其除尘设备实际情况，本此对除尘设备捕集、出口颗粒物质量流量及频率进行监测。正常运行状态下，质量流量可以由监测企业的统计数据得出。同时，本次还监测除尘设备捕集颗粒物及其出口颗粒物的粒径分布，以及温度、湿度、量、含氧量等废气基本参数。

2.2 样点和采样频次

根据GB/T 16157—1996中的规定[2]，本次把采样点均设置在排烟烟囱上。同时，为了确保数据的准确性，对每个采样点采样6次，分2 d进行，每天平行采样3次。烧结除尘装置采样点位置及监测频次如表1所示。

表1 烧结除尘装置采样点位置及监测频次

2.3 仪器及材料

本次监测所采用的主要仪器：安德森分级采样器，TE-20-800，美国Thermo-Andersen；分析天平，岛津AUW220D，220 g/82 g两个量程-0.1 mg/0.01 mg两个精度；自动烟尘（气）监测仪，3012H，青岛崂山应用技术研究；激光粒度分布仪，BT-2001，丹东百特仪器有限公司；干燥器及电热恒温干燥箱等。其中，安德森分级采样器用于PM10分粒径采样，分析天平用于称量的滤筒和滤膜的重量，自动烟尘（气）监测仪用于颗粒物采样，激光粒度分布仪用于除尘设备捕集颗粒物的粒径分布分析，干燥器用于滤筒（膜）的冷却及恒温恒湿，干燥箱用于滤筒的加热干燥。

本次监测所采用的主要实验材料：无胶超细玻璃纤维滤筒，集效率高、耐高温，用于颗粒物采样；Teflon膜，由聚四氟乙烯材料制成，其空白值、吸湿性等相对较低，用于PM10分粒径采样。

2.4 采样方法

本次选用EPA-method201对可吸入颗粒物进行分级采样。

3 烧结工序颗粒物排放监测结果

3.1 PM10的粒径分布特征

本次选用以质量浓度对粒径取微分的方法来表示，其有能够较好地在图中分析颗粒物的粒径分布情况的优点。具体的计算方面而言，颗粒物质量浓度的粒径分布频度等于某级颗粒物的质量浓度与其粒径上限和粒径下限的差值。监测结果如表2所示。

1）烧结配料。由表2可知，因为配料的颗粒物主要来自原料破碎、混合，而在这些机械外力不断作用的情况下，产生粗颗粒相对较多的，因此烧结配料除尘器前PM10尤其是PM2.5的的质量百分含量并不高，除尘器前PM10的质量浓度呈双峰分布。而除尘器后，因较大粒径的粗颗粒已被除去，除尘器后质量浓度峰值向小颗粒的方向移动，且呈单峰分布，故PM2.5、PM10的质量百分含量较除尘器前均有所增加。

表2 烧结除尘装置采样点位置及监测频次

2）烧结机头。由表2可知，因为细模态颗粒的主要生成机理为气化凝结，烧结机头点火器点火后，抽风机从料层下部抽风，机头烟气中大部分颗粒物均经过了高温燃烧或加热过程，因此相比于烧结配料中颗粒物的粒径分布，烧结机头除尘器前颗粒物中PM10的质量百分含量很高。同理，除尘器后，因较大粒径的颗粒也已被除去，故PM2.5、PM10的质量百分含量较除尘器前均有所增加。值得注意的是，机头除尘器前、后PM10的质量浓度均呈单峰分布，但除尘器后更小颗粒物百分含量比除尘器前大很多。

3）烧结机尾。由表2可知，因为机尾颗粒物也跟烧结机头类似，其不仅包括配料燃烧产生的细颗粒物居多的烧结灰，还包括破碎时产生的粗颗粒物较多的粉尘，因此机尾除尘器前、后PM10的质量浓度均呈双峰分布。同理，除尘器后，因较大粒径的颗粒也已被除去，故PM2.5、PM10的质量百分含量较除尘器前均有所增加。

4）成品整粒。由表2可知，因为整粒的颗粒物主要来自烧结矿的破碎、筛分和转运，其和烧结配料类似，在这些机械外力不断作用的情况下，产生粗颗粒相对较多的，因此成品整粒除尘器前PM10尤其是PM2.5的的质量百分含量并不高，除尘器前PM10的质量浓度呈双峰分布。而除尘器后，因较大粒径的粗颗粒已被除去，除尘器后质量浓度峰值向小颗粒的方向移动，且呈单峰分布，故PM2.5、PM10的质量百分含量较除尘器前均有所增加。与烧结配料不同的是，成品整粒除尘器后PM10的质量浓度呈单峰峰值集中的粒径区间更趋向于小粒径。

3.2 颗粒物排放状况及分级除尘效率

通过监测数据可以看出，烧结机机头、机尾单位产品TSP（总悬浮颗粒物）、PM2.5、PM10的排放量均比较大，验证了其烟粉尘排放量占钢铁企业总排放量40%左右的经验及理论。同时，经计算，烧结工序中，烧结机机头、机尾除尘器的总除尘效率都比较大，均达99%以上，且各污染源除尘器分级除尘效率均有：η（PM2.5）＜η（PM10）＜η（TSP），如此，可以充分证明，在烧结配料布袋除尘器以及烧结机头、烧结机尾、成品整粒的静电除尘器作用下，除尘器对粗颗粒物的去除效果要好于细颗粒，因此需加强和关注关注各污染源除尘器对细颗粒物的脱除效率。

4 结论

本次选取的某钢铁联合企业烧结工序中，在烧结配料布袋除尘器以及烧结机头、烧结机尾、成品整粒的静电除尘器作用下，各分级除尘效率都比较大，均达99%以上，但烧结机机头、机尾除尘器后PM2.5、PM10的质量浓度还比较高，除尘器对粗颗粒物的去除效果要好于细颗粒，因此需加强和关注关注各污染源除尘器对细颗粒物的脱除效率，以进一步降低钢铁企业颗粒物排放。