关于大气污染问题越来越引发各行业重视，尤其是对大气污染物脱硫脱硝引起高度关注。随着我国钢铁工业的发展,我国粗钢产量已经占到世界粗钢产量的1/3,钢铁行业也成为继电力行业以后的又一大污染性行业,而烧结(球团)生产过程中产生的工业烟粉尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物又是整个钢铁行业的污染重点。针对钢铁工业中烧结(球团)大气污染的成因及治理措施进行了初步探索。
1 引言
近几年来,我国烧结(球团)行业得到了飞速发展,据统计目前全国有烧结机400多台(其中大型烧结机(200~500m2)30多台),竖炉及链篦机――回转窑100多台,年产烧结(球团)矿约4亿多吨,已成为世界烧结(球团)矿生产大国。烧结(球团)厂是钢铁工业的污染大户,主要的污染物有颗粒物(烟粉尘)、SO2、NOx、CO2、CO、二英、氟化物、氯化物及重金属等。工业烟粉尘、SO2 是烧结(球团)厂的主要污染物,其中,SO2 占钢铁工业总排放量的60%左右,工业粉尘占钢铁工业总排放量的25%左右,烟尘占钢铁工业总排放量的20%左右。钢铁工业职业病中烧结(球团)厂矽肺病患病率最高,尘肺患病率为4.1%,其中矽肺患者占尘肺的48.3%,居第1位。因此做好烧结(球团)厂的大气污染防治工作是钢铁工业整体污染防治工作的重点。
2 烧结(球团)大气污染的成因
2.1 大气污染的概念
大气污染是指人类生产、生活活动或自然界向大气排出各种污染物,其含量超过环境承载能力,使大气质量发生恶化,使人民的工作、生活、健康、设备财产以及生态环境等遭受恶劣影响和破坏。大气污染源主要分天然污染源和人为污染源2类。
2.2 大气污染的成分
对生态环境影响较大和人类健康威胁较大且绝对排放量较大的废气主要包括含NOx、SO2、P、AS、PH3、CO、HF、C2HCl3、C2H3Cl3等污染物的有毒气体及其他烟粉尘等。在烧结(球团)生产过程中所产生的污染见表1。
2.3 产生污染原因分析
2.3.1 错误的发展观念
“守法吃亏、违法占便宜”、“重经济轻环保”、“先发展后治污”“宁交罚款、不治污染”、“明修栈道、暗度陈仓”……五花八门的违法排污行为,已经成为环保领域见怪不怪的普遍现象。违法排污屡禁不止的原因,就是被各界人士诟病多年的“守法成本高、违法成本低”,许多企业宁交罚款,也不愿花钱治污。一个小烧结厂污染物直排1年就可以“省”下几百万元,而环保部门一年最多只能处罚几十万元,之所以多年来此现象得不到纠正,主要在于环保法律不健全,污染者得不到应有的惩罚,同时污染者没有正确的发展观念,也导致生态环境遭到进一步破坏。
2.3.2 原料、燃料以及落后的工艺因素
(1)大部分的烧结(球团)所用的含铁原料中含S量都偏高,一般为0.2%~0.4%,特别是国内精矿中的含S量相当高,许多超过0.6%。当在烧结和焙烧的过程中,含铁原料中的S就会转化成SO2大量排放。
(2)在燃煤市场上,高硫煤仍占主导地位。由于经济条件和成本的限制,企业不可能放弃廉价的高硫煤而去购买环保型的低硫煤;这就造成燃料在燃烧过程中SO2的大量排放。
(3)我国还存在许多落后或淘汰的小烧结机、小竖炉。这些落后的设备及生产工艺,在生产操作过程中燃料、原料的配比技术落后,造成大量的烟粉尘和SO2的直排。
2.3.3 环保基础设施投入少
我国环保基础设施的投资主体是政府,投资体制格局单一,政府指令性投资比重大,企业在总投资规模中所占的比例较小,这种投资结构不能满足持续发展的需要,资金缺口大。虽然近年来基础设施领域的投资结构由原来的国家单一投资向多元化结构转变,并已初步形成了国家预算投资为主,国内贷款、利用外资、自筹资金为辅的投资结构,但基础设施建设落后的局面却没有从根本上改变。
3 治理烧结(球团)大气污染的措施
3.1 防治烧结(球团)大气污染的途径
烧结(球团)大气污染防治的途径很多,主要有增强法制观念和环保意识、采用清洁能源、推行清洁生产工艺、采用高新设备和技术、强化大气环境管理、进行污染总量控制等。因此,应增强法制观念和环保意识是解决大气污染的根本途径。推行清洁生产工艺,采用清洁能源,合理利用铁矿资源,少采用高硫矿,推广无烟煤、低硫煤,改进燃烧方式是实现清洁生产、减轻大气污染的重要途径。采用高新设备和技术,加大除尘、脱硫等环保基础设施的投入。依法强化大气环境污染管理,进行大气污染物总量控制。
3.2 对烧结(球团)烟气排放进行监测
烧结(球团)烟气排放中常见的污染物有颗粒物、SO2、NOx、CO、CO2、Hg、H2O 蒸汽、氯化物、氟化物、二英、重金属等。根据烟气中所占比例以及危害程度我们一般选择测定颗粒物、SO2和NOx。
3.2.1 颗粒物质的测定。
颗粒物质是大气污染物中数量最大、成分复杂、性质多样、危害较大的一种,它本身可以是有毒物质,还可以是其他有害物质在大气中的运载体,催化剂或反应床。在某些情况下,颗粒物质的研究是控制大气污染的一个重要内容。大气中颗粒物质的检测项目有:总悬浮颗粒物的测定、可吸入颗粒物浓度及粒度分布的测定、降尘量的测定、颗粒中化学组分的测定。其中,颗粒物浓度的测定最常用的是重量法。
3.2.2 SO2的测定
烟气中的含硫污染物主要有H2S、SO2、SO3、CS2、H2SO4和各种硫酸盐,它们主要来源于煤和燃料的燃烧、含硫矿石的冶炼等生产排放的废气。作为大气污染的主要指标之一,SO2在各种大气污染物中分布最广、影响最大,因此在硫氧化物的检测中常常以二氧化硫为代表。
3.2.3 大气中氮氧化物的测定
大气中氮氧化物的测定可分为化学法和仪器法2类。化学法中最常用的是Saltzman法(GB/T15435-95)、酸性高锰酸钾溶液氧化法、三氧化锘.石英砂氧化法。其中Saltzman法仅适于测二氧化氮的含量,酸性高锰酸钾溶液氧化法和三氧化锘.石英砂氧化法可以检测气体中氮氧化物总量。
3.3 环保新设备、新技术的应用
(1)在烧结(球团)生产流程中,除了生产时产生的烟粉尘需要工艺除尘器外,还有许多的皮带转运站、混料机等出现的二次扬尘也需要增设环境除尘器。因大型的除尘器投资大,占地面积广、除尘点多面广、管路复杂、维护成本和能耗高等众多原因,生产厂家一般都不愿意进行投资建设。例如国内近年来发展起来的新兴技术“微动力和无动力单点除尘器”,具有投资小、无占地面积、无能耗、除尘效率高(≥95%)、维护成本低等优点,在全国许多钢铁、电力和矿山行业等都得到了很好的应用与推广。
(2)电除尘器是烧结(球团)生产中最常见的除尘器,随着我国钢铁产能的不断释放,许多除尘设施跟不上生产的需求,造成除尘能力不够或除尘效率下降,导致超标排放的现场随处可见。最常见的解决办法包括增加电场、扩大电场受尘面积;增加声波振打辅助清灰或单独使用声波清灰系统;入口增加重力除尘或旋风除尘,减少进入电场的大颗粒粉尘,降低粉尘浓度;④斜气流技术,改变气流分布状况,提高收尘效率;“旋转――固定阳极电场”和“改善流场气流分布的气流调节装置”组合技术,防止二次扬尘。以上几种技术在宝钢、鞍钢、马钢等许多钢铁企业都都到了较好应用。
3.4 清洁生产技术
3.4.1 生产规模化和设备大型化
生产规模化、以大代小、设备大型化和工艺优化具有多方的优势,是目前国内外技术发展的共同趋势。产品产量、质量和劳动生产率同步提高,单位投资、成本、能耗和污染物排放量大大降低,规模化生产便于集中管理和实现自动化等。
3.4.2 优化工艺、淘汰落后生产技术
目前,烧结生产的主要工艺设备是带式烧结机,球团生产的主要设备为竖炉和链篦机-回转窑两种,首选后者。生产工艺减排技术,如铺底料、厚料层烧结、严控混匀矿的含铁品位波动等可减少污染物排放,减轻烧结(球团)工艺生产对大气的污染。
3.5 末端治理技术
3.5.1 颗粒物治理技术
颗粒物根据产生节点不同,其治理技术也不尽相同。如原料场,多采用洒水抑尘、冲水防尘、化学覆盖剂固尘、植树绿化阻尘及防尘网挡尘等技术措施达到防止二次扬尘目的的粉尘防治技术。对于烧结(球团)设备的废气治理,国内约占84.2%的烧结机采用电除尘器,平均排放浓度约为102mg/m3;还有约15%的烧结机机头采用多管除尘器,平均排放浓度143mg/m3。对于烧结(球团)工艺其它生产设备产生的废气处理,电除尘器约占50%,布袋除尘器约占44%,其他除尘设备6%。采用袋式除尘器,实际排放浓度通常可低于30mg/m3;采用电除尘器,实际排放浓度通常可低于50mg/m3。
3.5.2 SO2治理技术
国内烧结(球团)已实施或正在实施的烟气脱硫工艺主要有湿法工艺(石灰石――石膏法、氧化镁法、氨――硫铵法)、干(半干)法脱硫工艺、活性炭吸附法等。目前有应用实例的有湿式空塔清水喷淋再加石灰反应的经典湿式石灰石――亚硫酸钙除氟脱硫工艺、双碱法工艺、循环流化床(CFB)(除氟)脱硫工艺、密相干塔工艺、氨――硫铵法工艺、湿式石灰石――石膏法工艺、旋转喷雾干燥(SDA)脱硫工艺及MEROS工艺,见图1。
我国烧结(球团)烟气脱硫项目正处在刚起步的阶段,目前存在的最大问题一是国内设备和技术不够成熟,大部分靠国外引进,投资相当大;二是在脱硫后产生的附产物“亚硫酸钙”、“硫酸钙”没有太多的销售渠道。硫酸钙是制成硫酸钙晶须的主要原料,硫酸钙晶须是一种具有优良性能的新型材料,在国外被广泛应用,目前在国内仅有5个生产厂家生产,基本全部出口,所以硫酸钙具有良好的市场前景。因此,我们在引进国外设备和技术的同时,应注重发展自身的辅助产业,让环保投资见效益,从而带动环保设施的投入。
3.5.3 SCR法治理NOx
SCR的化学机理是在一定条件下利用还原剂NH3将NOx还原成无害的N2和H2O。此工艺现已成功应用于锅炉烟气净化。
3.6 综合整治
钢铁工业――烧结(球团)大气污染综合整治规划是政府和企业根据大气环境现状与发展趋势进行功能区划分并按拟定的环境目标计算各功能区最大允许排放量和削减量,确定首要污染物即浓度高、范围广、危害大的污染物,便于治理时有的放矢、对症下药。当前我国烧结(球团)大气污染主要是由于管理松散、法律意识淡薄、区域分散、采用落后的生产工艺、燃烧方式和环保基础设施投入不够等原因造成的。因此规划远景目标应该是改进落后的生产工艺,提高燃烧效率,调整工业布局实行区域集中治理,加强对环保设施的投入,政府及环保部门加大处罚力度,通过法律和行政手段强化污染源的治理,降低污染物的排放量。
4 结语
我国经济目前仍以钢铁、电力等重工业为主导地位,而随着钢铁工业的迅速发展,近几年烧结(球团)生产中的烟粉尘、SO2、NOx、CO2、CO、二英、氟化物、氯化物及重金属等污染物仍会继续污染大气环境,甚至会加重大气环境的污染程度,而大幅度提高治理大气污染的执行力度和投资困难都很大。因此,我国大气环境质量发展趋势不容乐观。根据我国多年环境保护工作的经验,在工业污染源或固定源的污染未得到根本控制之前,我国大气污染治理还必须得以命令控制型和法律、法规手段为主;随着我国市场经济的建立、发展和完善,环境经济手段无疑是我国环境政策的发展方向。
