2020年春节大气硝酸盐PM2.5浓度反常提高应与钢铁烧结脱硫脱硝治理质量直接有关

发表时间：2021-01-12 　　来源：http://www.binhuanyuan.com/news_article?news_id=72

       2020年春节假期，我国京津冀及周边地区爆发了大面积雾霾，几大城市的PM2.5浓度相比2019年春节反而提高，且大气PM2.5中的硝酸盐比例更是反常升高，详见图1~2。

      大气硝酸盐PM2.5主要来自于工业烟气排放和燃油汽车尾气排放。
      影响我国空气质量的大气污染物中，工业烟气排放占比约60%，其中又以燃煤发电和钢铁行业的贡献很大。
      受新冠疫情影响，2020年春节期间，各类汽车大幅停运，客车与货车流量更是同比显著减少，不少工矿企业停产、停工，用电负荷明显下降。但此期间钢铁产量却同比增长3.1%，其中京津冀及周边一些钢铁主产区的钢铁产量更是逆势大幅增长，如表1所示。

      因此，2020年春节期间京津冀及周边地区大范围雾霾及大气硝酸盐PM2.5浓度反常提高的原因，可排除汽车尾气和燃煤电厂，而应从钢铁及其密切关联的焦化行业来查找、分析。

      烧结机是钢铁工业二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx，NO+NO2）等污染物的大排放源，其排放的SO2和NOx分别占全厂总量的约60%和80%。自2007年开始，我国大规模开展钢铁烧结烟气脱硫。到2017年左右，全国几乎所有烧结机均完成了烟气脱硫治理。2017年起，“2+26”城市及汾渭平原的钢厂，又按特别排放限值，开始了烧结烟气脱硫脱硝升级治理，其中唐山地区的钢厂更是参照电力行业的超低排放指标（NOx、SO2、烟尘排放浓度分别不超过50mg/Nm3、35 mg/Nm3、10mg/Nm3），率先开展超低排放治理。截至2019年底， 这些地区的钢厂大多按计划完成了脱硫脱硝升级改造。
      随着我国城市化的发展，不少钢企已被城市包围，甚至与城市融为一体。钢铁烟气污染物对其所在城市的空气质量有着非常直接的影响。
      其次，包括PM2.5在内的一些烟气污染物，具有大范围的区域传输特征。我国钢产量很大，占全球产量的比例已超50%。河北省钢产量占全国的比例达30%，其中距离北京直线不到200公里的唐山市钢产量占河北省的比例高达2/3，全球密度很大。另外，山东、山西等地的钢产量也不小，而山西的焦化产量很大。这些钢铁、焦化企业沿气流通道连成一片，污染物相互输送，影响着较大区域的空气质量。
      因此，2020年春节假期京津冀及周边爆发雾霾及大气硝酸盐PM2.5浓度反常增加的原因，应与钢铁烧结及焦化烟气脱硫脱硝治理质量直接有关。
      升高大气硝酸盐PM2.5浓度的氧化法“假脱硝”是一些烧结脱硝质量差的冰山一角
      当前，我国钢铁烧结脱硫脱硝治理存在一定程度的乱象。例如，河北、天津、山东、江苏、广东等地五十多套烧结机的氧化法脱硝装置，不少为简易氧化法脱硝，许多造价甚至不到SCR（选择性催化还原）脱硝的5%，多数存在脱硝率低且稳定性差的问题。
      烧结烟气NOx中，NO占比约95%，NO2占比约5%。氧化法脱硝的原理是将烟气中的NO氧化为可溶于水的NO2，然后在脱硫塔内，利用碱性吸收剂与NO2发生吸收反应，生成硝酸盐和亚硝酸盐等，从而实现脱硝。氧化法脱硝易将NO氧化为NO2，但NO2的吸收反应却受很多条件的制约，很难稳定实现高脱硝率。这就是为什么脱除NO2比SO2所耗的碱性吸收剂往往要成倍增加。
      我国多数企业烟气排放口安装的在线监测仪并不能直接测量NO2，而是通过转化炉将其转化为NO进行测量。而目前的NO2/NO转化炉一般都为钼炉，寿命约为5000ppm·h（假设烟气中NO2浓度为100mg/Nm3，则转化炉的寿命只有约2天。而若氧化法脱硝仅将NO氧化为NO2而没有相应吸收，则排向大气的NO2可达200 mg/Nm3以上）。因此，当烟气中存在大量NO2时，转化炉会迅速失效，导致NO2漏测，致使在线上传的NOx浓度值严重偏低。
      一些企业利用环保在线监测装置针对NO2需通过转化炉转化为NO一并监测的技术短板，放任转化炉失效，只把烟气NOx中占比95%以上的NO氧化为NO2，但不相应增加吸收剂对NO2进行脱除，造成实际排放的NOx几乎没有减少，是一种“假脱硝”。根据调研数据分析，一台260m2中等规格烧结机氧化法脱硝，根据造假程度不同，一年可偷省约2000~4000万元脱硝运行成本。
NOx是臭氧和硝酸盐PM2.5的前体物。但NOx中促进臭氧和硝酸盐PM2.5生成的是NO2而非NO。NO只有在大气中氧化成NO2，才会迅速促进臭氧和硝酸盐PM2.5的协同生成。
      因此，钢铁烧结氧化法“假脱硝”不仅没有减少NOx的排放，反而将大量NO转化为NO2排放，升高了本地大气臭氧和硝酸盐PM2.5浓度。我国约一亿吨钢产能对应的烧结机采用氧化法脱硝工艺。因此，如果规模性发生氧化法“假脱硝”，则实时排放的NO2总量可观，对大气臭氧和硝酸盐PM2.5浓度升高的影响显著。
      另外，我国一些钢铁烧结、焦化湿法脱硫系统的性能低劣，除雾效果很差，浆液雾滴排放浓度很大。在这些湿法脱硫后增设SCR脱硝，首先大量浆液雾滴被SCR脱硝系统加热，直接变成粉尘排放，升高了本地大气PM2.5浓度；其次，因为烧结烟尘中的铁氧化物，可提高SO2/SO3的转化率，导致烧结烟气SO3浓度远高于燃煤发电。而湿法脱硫工艺对SO3的脱除率很低，这些SO3与SCR脱硝逃逸氨在脱硝催化剂表面生成大量的粘性硫酸氢铵，易使催化剂失活，形成恶性循环，加剧氨逃逸，进而促进大气二次PM2.5细颗粒的生成。
      再就是，一些企业钻监管的漏洞，只对湿法脱硫废水做不加任何药剂的自然沉淀处理，然后混入钢厂废水总排口冲稀外排或直接冲渣蒸发，相当于脱硫废水中含有的多种污染物，包括氯离子、氟离子、重金属，甚至二噁英等，曲线对河流或对空偷排，对环境危害很大。
      还有，在低劣烧结半干法脱硫装置后加装SCR脱硝，对空气质量的改善也不利。因为低劣半干法脱硫装置不仅脱硫率低且可靠性差，而SCR脱硝催化剂加剧SO2/SO3转化，大量未脱除的SO2经SCR催化剂被转化成SO3排放到大气中，逃逸氨生成硫酸盐PM1.0超细悬浮颗粒。
      由于目前一些在线排放监测数据存在技术性失真、甚至是人为造假的问题，钢铁烧结脱硫脱硝治理的种种低劣现象，在许多地方没有得到重视，且由于利益巨大，导致“劣币驱逐良币”问题愈演愈烈，降低了我国钢铁烧结脱硫脱硝的治理成效。
      烧结机连着高炉，没有旁路的烧结脱硫脱硝装置相当于钢厂的“咽喉”。近年来我国许多钢厂通过“上大压小”进行产能置换升级，烧结机规格越来越大，相应的脱硫脱硝投资大幅提高、建设周期也大幅延长，一旦脱硫脱硝出现质量差的问题，将造成钢企发展和环境保护的较大双输。
      比照严打地条钢，以钢铁烧结氧化法“假脱硝”为突破口，促进秋冬季不利气象条件下空气质量改善与钢企健康发展的双赢
      2014~2015年，由于大量地条钢的低价冲击，钢价持续下跌，许多钢厂的钢材售价甚至比成本低。据统计，2015年钢铁企业50%以上亏损，多家钢企亏损高达数十亿元。
      这一时期，由于大面积亏损，许多钢企无力进行环保升级，甚至为了省成本而在夜间关掉已有环保设施，这一情况很大恶化了当时的大气质量。
      2016年起我国开始取缔质量低劣、环境污染严重的地条钢，短时间内迅速取缔的地条钢产能超1亿吨。
      严打地条钢的政策和各级政府的铁腕行动，使许多钢企认识到高质量、绿色发展是新时代企业生存与发展的关键。同时，从2016年二季度开始，得益于严打地条钢，遏制了“劣币驱逐良币”对钢铁行业健康发展的不利影响，钢价迅速回升，绝大部分钢企扭亏为盈，不少钢企一年利润甚至比建厂几十年历史利润总和还要高。为此，钢企环保升级的积极性高涨。
      2017年是大气污染防治行动计划的收官之年，环保部门加大了监管力度，再加上2018年国家启动打赢蓝天保卫战三年行动计划，环保监管更进一步加强，很大促进了钢铁及焦化烟气脱硫脱硝的治理，这从2017到2019年许多烧结、焦化脱硫装置推倒重来可以得到证明。2017年、2018年北京及周边空气质量迅速、不断好转也实际印证了这一点。
      因此，严打地条钢，促进了钢企健康发展与环境质量改善的双赢。
      根据新数据，2020年我国钢铁产能已超10亿吨，同比增长约5%，占全球近60%。
      随着高质量、绿色发展理念的不断深化实施，产业结构调整加快，我国钢铁产能过剩风险正在迅速累积、升高。
      因此，严控钢铁产能必须坚定不移，不然类似低劣地条钢冲击，导致钢铁行业大规模经营效益恶化进而加剧环境污染的双输局面很可能重演。
      以烧结氧化法“假脱硝”为典型的一些低劣烟气脱硫脱硝治理，对空气质量改善适得其反，加剧了秋冬季不利气象条件下的空气污染问题，与地条钢的危害相比，有过之而无不及。
      因此，比照严打地条钢，以钢铁烧结氧化法“假脱硝”为突破口，深入普查、严厉监管，迅速叫停氧化法“假脱硝”，既可有效促进不利气象条件下空气污染加剧问题的解决，又实现了钢铁去产能，有利于形成空气质量不断改善和钢铁行业健康发展的良性循环。
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      天津滨环院观点
      天津滨环院研发的罗氏干法脱硫-无氨低温催化脱硝一体化技术是一种干法、低温脱硫、无氨脱硝的新方法。此外该技术使用的催化剂具有同步脱汞、铅、铜、砷等重金属功能。
      不需要消耗水，同样不产生废水，烟囱不会产生大量的水蒸气排放。罗氏干法脱硫-无氨低温催化脱硝一体化技术木有废水、废气的排放。能耗非常低。可用于处理燃煤、燃气等几乎所有的烟气处理条件。不需要加热、加压，在室温至300℃条件下均可以达到高的效率去除。整个脱硝脱硝设备就一套模块化设备，无需改造原锅炉系统和余热利用系统。罗氏干法脱硫-无氨低温催化脱硝一体化技术可以达到超低排放的标准；而且全部按照超低排放设计。