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                                    FESE | 前沿觀點:鋼鐵行業或為霧霾治理新戰場
                                    發布時間: 來源: FESE Message

                                      本文原文獲取地址(可掃描文末二維碼):

                                      https://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-023-1695-z

                                    圖1 摘要圖

                                      1 引言

                                      從“十三五”開始,我國積極開展大氣污染整治行動,全國二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、顆粒物(PM)等污染物的排放量明顯降低。但是在2020年我國仍有135個城市空氣質量未能達到《環境空氣質量標準》(GB 3095–2012)。這也提醒我們,存在未被關注的潛在霧霾發生因素,而鋼鐵行業的揮發性有機物(VOCs)排放可能是其中一個。

                                      2 多維度解析鋼鐵產業與霧霾的相關性

                                      時間維度:中國的粗鋼產量自2009年以來一直占據世界粗鋼產量的45%以上,至2020年產量超過10億噸,約占全球的56.8%,位居全球第一。同時,中國鋼鐵行業的能源消耗從2000年的1.93億噸標準煤當量增加到2016年的7.51億噸標準煤當量。粗鋼產量增長趨勢與煤炭消費增長趨勢相近,而嚴重的霧霾污染與高水平的鋼鐵產量和煤炭消費同時發生。

                                      空間維度:空氣污染與中國主要鋼鐵廠具有地理上的相關性。霧霾頻繁發生的京津冀地區是最重要的粗鋼生產地區,尤其是唐山和邯鄲兩個城市,鋼鐵行業對于當地大氣質量影響明顯。利用鋼鐵行業的特定元素作為指紋標記也證明了鋼鐵行業與霧霾事件的關聯。此外上海和北京等地的實例證明限制生產或者搬遷鋼廠會對當地的空氣質量產生明顯改善。

                                      歷史維度:從老牌鋼鐵大國來看,英國“霧都”(倫敦)、美國“煙城”(匹茲堡)、德國“工業毒都”(魯爾區)都曾爆發長時間、大范圍霧霾,但均在減少粗鋼生產后緩解。

                                      3 燒結煙氣VOCs——被忽視的鋼鐵VOCs

                                      鋼鐵行業VOCs主要來自焦炭與燒結工序。其中,隨著干熄焦技術的應用,焦炭生產造成的污染已明顯減少;而燒結工序中VOCs的生成主要源于化石燃料的不完全燃燒和熱解(圖2)。在煉鋼的全流程中,燒結是最重要且污染最重的工序,而此過程產生的VOCs卻容易被忽視。含原煤的濕燒結料從上往下燃燒,造成了料層的溫度分布上高下低;隨著燒結的進行,料層的最高溫度區會逐步向前向下移動,直至燒到床底,到達出料口為止。這種負壓下逐層燃燒方式,會造成最高溫度區下的氧氣含量被迅速消耗導致燃燒不完全,相當于上層高溫煙氣對下層燒結料的“干餾”,負壓下逐層燃燒的燒結料會釋放大量低凝點有機成分,且成分復雜。鋼鐵廠燒結煙氣VOCs的主要成分是烷烴、烯烴、鹵代烴、苯系物、多環芳烴、多氯苯和多氯萘等,依燒結工藝、取樣方法和分析技術等的不同而有差異。冗長而開放的燒結生產線造成了大量VOCs的無組織排放。

                                    圖2 典型的燒結工藝和燒結煙氣排放示意圖

                                      VOCs、NOx、SO2、灰塵和金屬離子共存具有較大潛力形成二次有機氣溶膠。鋼鐵廠燒結煙氣排放對霧霾形成的可能路徑如圖3所示:燒結工序中產生的初級PM、NOx和SO2分別經過除塵、脫氮和脫硫裝置,剩余組分與VOCs同時排放到大氣中,在合適的條件下,經歷二次光化學反應均勻成核。此外,鋼鐵燒結工序還可能是持久性大氣氯氟化有機污染物的主要來源之一,而當前的超低排放設備對于去除氯化VOCs效果不佳。


                                    圖3 燒結工序排放對霧霾形成路線圖

                                      4 監測和標準的缺失

                                      有研究表明,我國鋼鐵燒結煙氣VOCs排放量約為1.77~40.9′10噸/年;但目前我國對于鋼鐵燒結VOCs的數據測量有限,大部分數據是煙氣末端測量值,忽視了無組織排放。

                                      在排放標準方面,我國已對制藥、化學合成、涂料、焦化、電池等行業制定了VOCs排放標準,但鋼鐵工業燒結煙氣VOCs排放缺少國家標準限制。與水泥和燃煤電廠相比,鋼鐵行業與霧霾發生地具有更高匹配性,且VOCs排量相當甚至更多,值得關注。

                                      5 建議

                                      鋼鐵燒結煙氣中的VOCs可能是一個被忽視的霧霾源頭,對我國空氣污染的潛在影響尚未得到充分的科學評估。在我國十四五期間對大氣霧霾防治提出新要求的背景下,提出如下倡議,以期發揮關鍵推動作用:

                                      首先,制定相關排放標準以源頭控制污染物排放。在調查和驗證的基礎上,制定我國鋼鐵行業(尤其是燒結工序及廠區)無組織VOCs排放標準,并盡快將VOCs排放限值列入國家標準。目前河北省已出臺了我國鋼鐵行業廠界無組織排放的省級標準(非甲烷總烴<2 mg/m3),樂見更多相關行動,以期在源頭減少污染物。

                                      其次,支持和鼓勵開發能夠協同處理多種污染物的設備。應用推廣燒結煙氣的多污染物協同處理技術,篩選和開發適用于鋼鐵燒結工序的VOCs無組織排放的收集、消除策略和終端處理技術。

                                      最后,在全行業推行VOCs的原位實時監測,鼓勵開展鋼鐵行業氯氟烴的排放總量檢測及其對我國大氣環境影響的研究工作。

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                                    責任編輯:施惠文

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