钢铁行业大气排放监测大数据分析及政策影响研究

马婧怡

（长治市生态环境监控中心，山西 长治 046000）

钢铁行业在我国是经济支柱型产业，从21 世纪初到现在产量逐渐增加，对我国环境造成严重污染[1]。钢铁行业具有产量大但耗能多的典型特点，促进钢铁行业可持续发展，节约有限的不可再生资源、降低能耗、减少废气污染物排放成为重中之重。王勇等在分析我国钢铁行业焦化节能减排现状及主要影响因素的基础上提出在生产过程中要实现清洁生产，控制好焦化废水处理量，从工艺上提高减排能力[2]；郑昊天等利用WRF-CMAQ 模式定量了我国钢铁行业2005 年—2017 年排放量对各省人口加权污染物浓度的影响，提出特别要加强对烧结机二氧化硫和颗粒物排放的控制[3]。目前，很少有人基于废气污染源在线监测数据（CEMS）计算钢铁行业排放量量化分析其对环境空气质量的影响[4]。污染源在线监测系统在各企业中用于对其废气、废水污染源的监测，利用分析仪、工控机和数采仪将数据传输至环保部门，使其更加便捷地了解监管企业的污染物排放数据，是开展环境监测工作的重要途径[5]。因此，本文旨在基于长治市重点污染源在线监测数据（CEMS）研究2020 年—2021 年钢铁行业废气监测因子颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放量变化规律以及对不同时期环保减排政策的响应机制。为以后环保督查提供数据支撑，也对火电、焦化、化工、玻璃、水泥等行业在线监测提供参考。

1 数据来源与处理

污染源在线监测系统（CEMS）是对废气、废水污染源重点监控企业实时监控的系统，其中废气污染源监测因子包括颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、氧含量、流量、烟气含水量、烟气流速等，分别有分钟、小时、月、年等在线监测数据[6]；废水污染源监测因子包括化学需氧量、氨氮、总磷、总氮、pH、水温等在线监测数据，环保监管部门24 h 实时对企业污染物环保设施运行情况及排污情况进行监管，为环境执法检查提供可靠的在线数据依据[7]。山西省长治市烟气在线监测系统（CEMS）的配套建设使用和监测数据的传输联网在2009 年完成。目前，长治市生态环境监控中心采用西安交大长天软件股份有限公司开发的重点污染源自动监控与基础数据库系统3.1，依据《固定污染源烟气排放连续监测技术规范（试行）》（HJ/T 75—2007）和《污染源自动监测设备比对监测技术规定（试行）》要求，对烟气在线监测系统（CEMS）进行日常维护、审核，根据自动监控平台规范对数据进行统计分析和监测数据，形成从企业到县级、市级环境监控中心再到生态环境部监控中心纵向实时数据传输链。本文研究的数据来源于山西省长治市生态环境监控中心烟气在线监测系统（CEMS）钢铁行业2020 年—2021 在线监测数据的小时数据。

2 钢铁行业大气污染物排放监测大数据分析

2.1 钢铁行业大气污染物与全市大气污染物对比分析

从下页图1～图3 可知，2020 年—2021 年长治市钢铁行业污染物监测因子颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放量在全市排放量的比重较大，尤其颗粒物的占比较高。2020 年1 月至12 月长治市钢铁行业颗粒物排放量为337.553 t，全市颗粒物总量为907.067 t，钢铁行业占比37.2%，钢铁行业二氧化硫排放量为828.088 t，全市二氧化硫总量为3 560.805 t，钢铁行业占比23.3%，钢铁行业氮氧化物排放量为1 874.991 t，全市氮氧化物总量为11 637.481 t，钢铁行业占比16.1%；2021 年1 月至12 月长治市钢铁行业颗粒物排放量为321.944 t，全市颗粒物总量为876.001 t，钢铁行业占比36.8%，钢铁行业二氧化硫排放量为490.894 t，全市二氧化硫总量为3 160.941 t，钢铁行业占比15.5%；氮氧化物排放量为974.952 t，全市氮氧化物总量为10 118.729 t，钢铁行业占比9.6%。因此，在全市多行业中，尤其应抓紧钢铁行业污染物减排工作，加强钢铁行业节能增效措施，提高减排成效。

图1 2020 年—2021 年钢铁行业颗粒物排放量与全市对比

图2 2020 年—2021 年钢铁行业二氧化硫排放量与全市对比

图3 2020 年—2021 年钢铁行业氮氧化物排放量与全市对比

2.2 钢铁行业大气污染物年度排放量变化趋势分析

从下页图4、表1 中2020 年—2021 年钢铁行业的“独立样本检验”表格的方差齐性Levene 检验和关于均值相等的t 检验结果来看，2021 年长治市钢铁行业二氧化硫、氮氧化物排放量比2020 年显著减少，颗粒物排放量有所减少。其中，颗粒物2021 年排放量月均值为26.829 t，2020 年排放量月均值为28.128 t，t检验的双侧Sig 值0.488＞0.05,即在0.05 的显著性水平上，颗粒物排放量在2021 年和2020 年之间不存在显著的差异，但有所减少，由28.128 t 减少到26.829 t；二氧化硫2021 年排放量月均值为40.908 t，2020 年排放量月均值为69.007 t，t 检验的双侧 Sig 值0.001＜0.05,即在0.05 的显著性水平上，二氧化硫排放量在2021 年和2020 年之间存在显著的差异，且显著减少28.099 t；氮氧化物2021 年排放量月均值为81.246 t，2020 年排放量月均值为156.249 t，t 检验的双侧Sig 值0.000＜0.05,即在0.05 的显著性水平上，氮氧化物排放量在2021 年和2020 年之间存在显著的差异，且显著减少75.003 t。

表1 2020 年—2021 年长治市钢铁行业颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放量组统计、独立样本检验

图4 2020 年—2021 年长治市钢铁行业颗粒物、二氧化硫、氮氧化物月排放量

3 钢铁行业大气排放监测数据分析结果探析

长治市钢铁行业2021 年二氧化硫、氮氧化物排放量与2020 年相比显著减少，与环保减排政策紧密相关。如下页表2 所示，长治市钢铁行业自2015 年1月1 日起，烧结机头、烧结机尾、球团/ 竖炉执行GB 28662—2012《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》，高炉热风炉、矿槽、出铁场执行GB 28663—2012《炼铁工业大气污染物排放标准》，转炉（一次烟气）、转炉（二次烟气）执行GB 28664—2012《炼钢工业大气污染物排放标准》；2018 年10 月1 日起，钢铁行业烧结机头、烧结机尾、球团/ 竖炉执行GB 28662—2012《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》大气污染物特别排放限值，高炉热风炉、矿槽、出铁场执行GB 28663—2012《炼铁工业大气污染物排放标准》大气污染物特别排放限值，转炉（一次烟气）、转炉（二次烟气）执行GB 28664—2012《炼钢工业大气污染物排放标准》大气污染物特别排放限值；2021 年1 月1 日至今，长治市钢铁行业均完成超低排放改造，执行山西省地方标准DB 14/2249—2020《钢铁工业大气污染物排放标准》的超低排放标准。根据国家五部委《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》（环大气〔2019〕35 号）文件规定，山西省生态环境厅对钢铁行业从2021 年1 月10 日起试行超低排放差别化电价政策。可见，环保减排政策的实施极大地影响着钢铁行业大气污染物排放量，有力促进企业对污染物处理设施的提标改造。

表2 钢铁行业现有企业大气污染物排放质量浓度限值mg/m3

4 结论和建议

1）通过以上统计分析，总体来看2021 年长治市钢铁行业颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放量与2020年相比呈下降趋势，其中钢铁行业二氧化硫、氮氧化物排放量显著性减少；颗粒物排放量年度差异不显著，但总体来看有所降低。

2）建议钢铁厂利用先进的节能减排技术[8]，例如高炉全干法除尘技术、转炉干法除尘技术、粒煤喷吹技术等，重视节能减排工作，降低钢铁企业的能源消耗，减少污染物排放，尤其加大对废气污染源颗粒物排放的收尘处理能力，减少废气污染源颗粒物的排放，实现节能环保减排[9]。

3）本研究基于长治市生态环境监控中心污染源在线监测数据开展研究，能最直接地从钢铁厂大气排放数据中发现问题，能够更真实、客观地反映钢铁厂的排放特征及政策的影响，对未来环保政策的评估提供了新方法，今后，对于焦化、火电、建材、化工等行业污染物排放量管控方面也可将烟气在线监测系统（CEMS）和在线监测平台系统数据与统计分析相结合，研究污染物排放特征，以此指导环保标准、减排政策的制定[10]。