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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(dòng)，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(gè)城市空氣質(zhì)量未能達(dá)到《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095–2012)。這也提醒我們，存在未被關(guān)注的潛在霧霾發(fā)生因素，而鋼鐵行業(yè)的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）排放可能是其中一個(gè)。

　　2 多維度解析鋼鐵產(chǎn)業(yè)與霧霾的相關(guān)性

　　時(shí)間維度：中國的粗鋼產(chǎn)量自2009年以來一直占據(jù)世界粗鋼產(chǎn)量的45%以上，至2020年產(chǎn)量超過10億噸，約占全球的56.8%，位居全球第一。同時(shí)，中國鋼鐵行業(yè)的能源消耗從2000年的1.93億噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量增加到2016年的7.51億噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量。粗鋼產(chǎn)量增長趨勢與煤炭消費(fèi)增長趨勢相近，而嚴(yán)重的霧霾污染與高水平的鋼鐵產(chǎn)量和煤炭消費(fèi)同時(shí)發(fā)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(guān)性。霧霾頻繁發(fā)生的京津冀地區(qū)是最重要的粗鋼生產(chǎn)地區(qū)，尤其是唐山和邯鄲兩個(gè)城市，鋼鐵行業(yè)對于當(dāng)?shù)卮髿赓|(zhì)量影響明顯。利用鋼鐵行業(yè)的特定元素作為指紋標(biāo)記也證明了鋼鐵行業(yè)與霧霾事件的關(guān)聯(lián)。此外上海和北京等地的實(shí)例證明限制生產(chǎn)或者搬遷鋼廠會對當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量產(chǎn)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(yè)毒都”（魯爾區(qū)）都曾爆發(fā)長時(shí)間、大范圍霧霾，但均在減少粗鋼生產(chǎn)后緩解。

　　3 燒結(jié)煙氣VOCs——被忽視的鋼鐵VOCs

　　鋼鐵行業(yè)VOCs主要來自焦炭與燒結(jié)工序。其中，隨著干熄焦技術(shù)的應(yīng)用，焦炭生產(chǎn)造成的污染已明顯減少；而燒結(jié)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(jié)是最重要且污染最重的工序，而此過程產(chǎn)生的VOCs卻容易被忽視。含原煤的濕燒結(jié)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(jié)的進(jìn)行，料層的最高溫度區(qū)會逐步向前向下移動(dòng)，直至燒到床底，到達(dá)出料口為止。這種負(fù)壓下逐層燃燒方式，會造成最高溫度區(qū)下的氧氣含量被迅速消耗導(dǎo)致燃燒不完全，相當(dāng)于上層高溫?zé)煔鈱ο聦訜Y(jié)料的“干餾”，負(fù)壓下逐層燃燒的燒結(jié)料會釋放大量低凝點(diǎn)有機(jī)成分，且成分復(fù)雜。鋼鐵廠燒結(jié)煙氣VOCs的主要成分是烷烴、烯烴、鹵代烴、苯系物、多環(huán)芳烴、多氯苯和多氯萘等，依燒結(jié)工藝、取樣方法和分析技術(shù)等的不同而有差異。冗長而開放的燒結(jié)生產(chǎn)線造成了大量VOCs的無組織排放。

圖2 典型的燒結(jié)工藝和燒結(jié)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(jī)氣溶膠。鋼鐵廠燒結(jié)煙氣排放對霧霾形成的可能路徑如圖3所示：燒結(jié)工序中產(chǎn)生的初級PM、NOx和SO₂分別經(jīng)過除塵、脫氮和脫硫裝置，剩余組分與VOCs同時(shí)排放到大氣中，在合適的條件下，經(jīng)歷二次光化學(xué)反應(yīng)均勻成核。此外，鋼鐵燒結(jié)工序還可能是持久性大氣氯氟化有機(jī)污染物的主要來源之一，而當(dāng)前的超低排放設(shè)備對于去除氯化VOCs效果不佳。

圖3 燒結(jié)工序排放對霧霾形成路線圖

　　4 監(jiān)測和標(biāo)準(zhǔn)的缺失

　　有研究表明，我國鋼鐵燒結(jié)煙氣VOCs排放量約為1.77~40.9′10⁵ 噸/年；但目前我國對于鋼鐵燒結(jié)VOCs的數(shù)據(jù)測量有限，大部分?jǐn)?shù)據(jù)是煙氣末端測量值，忽視了無組織排放。

　　在排放標(biāo)準(zhǔn)方面，我國已對制藥、化學(xué)合成、涂料、焦化、電池等行業(yè)制定了VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)，但鋼鐵工業(yè)燒結(jié)煙氣VOCs排放缺少國家標(biāo)準(zhǔn)限制。與水泥和燃煤電廠相比，鋼鐵行業(yè)與霧霾發(fā)生地具有更高匹配性，且VOCs排量相當(dāng)甚至更多，值得關(guān)注。

　　5 建議

　　鋼鐵燒結(jié)煙氣中的VOCs可能是一個(gè)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(xué)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(fā)揮關(guān)鍵推動(dòng)作用：

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

　　其次，支持和鼓勵(lì)開發(fā)能夠協(xié)同處理多種污染物的設(shè)備。應(yīng)用推廣燒結(jié)煙氣的多污染物協(xié)同處理技術(shù)，篩選和開發(fā)適用于鋼鐵燒結(jié)工序的VOCs無組織排放的收集、消除策略和終端處理技術(shù)。

　　最后，在全行業(yè)推行VOCs的原位實(shí)時(shí)監(jiān)測，鼓勵(lì)開展鋼鐵行業(yè)氯氟烴的排放總量檢測及其對我國大氣環(huán)境影響的研究工作。

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