燒結(球團)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,我國燒結(球團)行業得到了飛速發展,據統計目前全國有燒結機400多臺(其中大型燒結機(200～500m2)30多臺),豎爐及鏈篦機——回轉窯100多臺,年產燒結(球團)礦約4億多噸,已成為世界燒結(球團)礦生產大國。燒結(球團)廠是鋼鐵工業的污染大戶,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。工業煙粉塵、SO2是燒結(球團)廠的主要污染物,其中,SO2占鋼鐵工業總排放量的60%左右,工業粉塵占鋼鐵工業總排放量的25%左右,煙塵占鋼鐵工業總排放量的20%左右。鋼鐵工業職業病中燒結(球團)廠矽肺病患病率最高,塵肺患病率為4.1%,其中矽肺患者占塵肺的48.3%,居第1位。因此做好燒結(球團)廠的大氣污染防治工作是鋼鐵工業整體污染防治工作的重點。

2 燒結(球團)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、生活活動或自然界向大氣排出各種污染物,其含量超過環境承載能力,使大氣質量發生惡化,使人民的工作、生活、健康、設備財產以及生態環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

對生態環境影響較大和人類健康威脅較大且絕對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(球團)生產過程中所產生的污染見表1。

2.3 產生污染原因分析

2.3.1 錯誤的發展觀念

“守法吃虧、違法占便宜”、“重經濟輕環保”、“先發展后治污”“寧交罰款、不治污染”、“明修棧道、暗度陳倉”……五花八門的違法排污行為,已經成為環保領域見怪不怪的普遍現象。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”,許多企業寧交罰款,也不愿花錢治污。一個小燒結廠污染物直排1年就可以“省”下幾百萬元,而環保部門一年最多只能處罰幾十萬元,之所以多年來此現象得不到糾正,主要在于環保法律不健全,污染者得不到應有的懲罰,同時污染者沒有正確的發展觀念,也導致生態環境遭到進一步破壞。

表1 燒結(球團)生產過程中產生的污染

2.3.2 原料、燃料以及落后的工藝因素

(1)大部分的燒結(球團)所用的含鐵原料中含S量都偏高,一般為0.2%～0.4%,特別是國內精礦中的含S量相當高,許多超過0.6%。當在燒結和焙燒的過程中,含鐵原料中的S就會轉化成SO2大量排放。

(2)在燃煤市場上,高硫煤仍占主導地位。由于經濟條件和成本的限制,企業不可能放棄廉價的高硫煤而去購買環保型的低硫煤;這就造成燃料在燃燒過程中SO2的大量排放。

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

2.3.3 環保基礎設施投入少

我國環保基礎設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,企業在總投資規模中所占的比例較小,這種投資結構不能滿足持續發展的需要,資金缺口大。雖然近年來基礎設施領域的投資結構由原來的國家單一投資向多元化結構轉變,并已初步形成了國家預算投資為主,國內貸款、利用外資、自籌資金為輔的投資結構,但基礎設施建設落后的局面卻沒有從根本上改變。

3 治理燒結(球團)大氣污染的措施

3.1 防治燒結(球團)大氣污染的途徑

燒結(球團)大氣污染防治的途徑很多,主要有增強法制觀念和環保意識、采用清潔能源、推行清潔生產工藝、采用高新設備和技術、強化大氣環境管理、進行污染總量控制等。因此,應增強法制觀念和環保意識是解決大氣污染的根本途徑。推行清潔生產工藝,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,改進燃燒方式是實現清潔生產、減輕大氣污染的重要途徑。采用高新設備和技術,加大除塵、脫硫等環保基礎設施的投入。依法強化大氣環境污染管理,進行大氣污染物總量控制。

3.2 對燒結(球團)煙氣排放進行監測

燒結(球團)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。根據煙氣中所占比例以及危害程度我們一般選擇測定顆粒物、SO2和NO x。

3.2.1 顆粒物質的測定。

顆粒物質是大氣污染物中數量最大、成分復雜、性質多樣、危害較大的一種,它本身可以是有毒物質,還可以是其他有害物質在大氣中的運載體,催化劑或反應床。在某些情況下,顆粒物質的研究是控制大氣污染的一個重要內容。大氣中顆粒物質的檢測項目有：總懸浮顆粒物的測定、可吸入顆粒物濃度及粒度分布的測定、降塵量的測定、顆粒中化學組分的測定。其中,顆粒物濃度的測定最常用的是重量法。

3.2.2 SO2的測定

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排放的廢氣。作為大氣污染的主要指標之一,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中常常以二氧化硫為代表。

3.2.3 大氣中氮氧化物的測定

大氣中氮氧化物的測定可分為化學法和儀器法2類。化學法中最常用的是 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氣體中氮氧化物總量。

3.3 環保新設備、新技術的應用

(1)在燒結(球團)生產流程中,除了生產時產生的煙粉塵需要工藝除塵器外,還有許多的皮帶轉運站、混料機等出現的二次揚塵也需要增設環境除塵器。因大型的除塵器投資大,占地面積廣、除塵點多面廣、管路復雜、維護成本和能耗高等眾多原因,生產廠家一般都不愿意進行投資建設。例如國內近年來發展起來的新興技術“微動力和無動力單點除塵器”,具有投資小、無占地面積、無能耗、除塵效率高(≥95%)、維護成本低等優點,在全國許多鋼鐵、電力和礦山行業等都得到了很好的應用與推廣。

(2)電除塵器是燒結(球團)生產中最常見的除塵器,隨著我國鋼鐵產能的不斷釋放,許多除塵設施跟不上生產的需求,造成除塵能力不夠或除塵效率下降,導致超標排放的現場隨處可見。最常見的解決辦法包括增加電場、擴大電場受塵面積;增加聲波振打輔助清灰或單獨使用聲波清灰系統;入口增加重力除塵或旋風除塵,減少進入電場的大顆粒粉塵,降低粉塵濃度;④斜氣流技術,改變氣流分布狀況,提高收塵效率;“旋轉——固定陽極電場”和“改善流場氣流分布的氣流調節裝置”組合技術,防止二次揚塵。以上幾種技術在寶鋼、鞍鋼、馬鋼等許多鋼鐵企業都都到了較好應用。

3.4 清潔生產技術

3.4.1 生產規模化和設備大型化

生產規模化、以大代小、設備大型化和工藝優化具有多方的優勢,是目前國內外技術發展的共同趨勢。產品產量、質量和勞動生產率同步提高,單位投資、成本、能耗和污染物排放量大大降低,規模化生產便于集中管理和實現自動化等。

3.4.2 優化工藝、淘汰落后生產技術

目前,燒結生產的主要工藝設備是帶式燒結機,球團生產的主要設備為豎爐和鏈篦機-回轉窯兩種,首選后者。生產工藝減排技術,如鋪底料、厚料層燒結、嚴控混勻礦的含鐵品位波動等可減少污染物排放,減輕燒結(球團)工藝生產對大氣的污染。

3.5 末端治理技術

3.5.1 顆粒物治理技術

顆粒物根據產生節點不同,其治理技術也不盡相同。如原料場,多采用灑水抑塵、沖水防塵、化學覆蓋劑固塵、植樹綠化阻塵及防塵網擋塵等技術措施達到防止二次揚塵目的的粉塵防治技術。對于燒結(球團)設備的廢氣治理,國內約占84.2%的燒結機采用電除塵器,平均排放濃度約為102mg/m3;還有約15%的燒結機機頭采用多管除塵器,平均排放濃度143m g/m3。對于燒結(球團)工藝其它生產設備產生的廢氣處理,電除塵器約占50%,布袋除塵器約占44%,其他除塵設備6%。采用袋式除塵器,實際排放濃度通常可低于30mg/m3;采用電除塵器,實際排放濃度通常可低于50mg/m3。

3.5.2 SO2治理技術

國內燒結(球團)已實施或正在實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。目前有應用實例的有濕式空塔清水噴淋再加石灰反應的經典濕式石灰石——亞硫酸鈣除氟脫硫工藝、雙堿法工藝、循環流化床(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

我國燒結(球團)煙氣脫硫項目正處在剛起步的階段,目前存在的最大問題一是國內設備和技術不夠成熟,大部分靠國外引進,投資相當大;二是在脫硫后產生的附產物“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良性能的新型材料,在國外被廣泛應用,目前在國內僅有5個生產廠家生產,基本全部出口,所以硫酸鈣具有良好的市場前景。因此,我們在引進國外設備和技術的同時,應注重發展自身的輔助產業,讓環保投資見效益,從而帶動環保設施的投入。

3.5.3 SCR法治理NOx

SCR的化學機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。此工藝現已成功應用于鍋爐煙氣凈化。

3.6 綜合整治

鋼鐵工業——燒結(球團)大氣污染綜合整治規劃是政府和企業根據大氣環境現狀與發展趨勢進行功能區劃分并按擬定的環境目標計算各功能區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,便于治理時有的放矢、對癥下藥。當前我國燒結(球團)大氣污染主要是由于管理松散、法律意識淡薄、區域分散、采用落后的生產工藝、燃燒方式和環保基礎設施投入不夠等原因造成的。因此規劃遠景目標應該是改進落后的生產工藝,提高燃燒效率,調整工業布局實行區域集中治理,加強對環保設施的投入,政府及環保部門加大處罰力度,通過法律和行政手段強化污染源的治理,降低污染物的排放量。

4 結語

我國經濟目前仍以鋼鐵、電力等重工業為主導地位,而隨著鋼鐵工業的迅速發展,近幾年燒結(球團)生產中的煙粉塵 、SO2、NOx、CO2、CO 、二噁英、氟化物、氯化物及重金屬等污染物仍會繼續污染大氣環境,甚至會加重大氣環境的污染程度,而大幅度提高治理大氣污染的執行力度和投資困難都很大。因此,我國大氣環境質量發展趨勢不容樂觀。根據我國多年環境保護工作的經驗,在工業污染源或固定源的污染未得到根本控制之前,我國大氣污染治理還必須得以命令控制型和法律、法規手段為主;隨著我國市場經濟的建立、發展和完善,環境經濟手段無疑是我國環境政策的發展方向。

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