唐山重污染天气湿法脱硫烧结机全停，看是简单粗暴、其实技术正确

发表时间：2021-03-29 　　来源：http://www.binhuanyuan.com/news_article?news_id=91

                                              ——“十四五”大气污染治理深入攻坚首先应该全面叫停低质量的钢铁烧结湿法脱硫

唐山市是我国典型的钢铁城市，其钢铁产量占河北省高达2/3，全球钢生产密度大，环保压力很大。唐山市高度重视环保，所有钢厂早就全部完成了烧结、球团竖炉烟气脱硫治理。其中不少钢厂的烧结机烟气脱硫与燃煤电厂一样采用湿法脱硫工艺。但在2017年10月，唐山市突然宣布重污染天气下，采用湿法脱硫的钢铁烧结、竖炉全停，采用半干法脱硫的限产50%，引发钢铁行业大震动，见下图所示。

唐山重污染天气湿法脱硫烧结机全停，看是简单粗暴、其实技术正确
众所周知，湿法脱硫对SO2的脱硫率非常高，是我国燃煤电厂的主流脱硫工艺。唐山的钢厂大多采用进口矿，烧结烟气的原始SO2浓度一般只有800~1000mg/Nm3，相比燃煤电厂并不高，烧结机采用湿法脱硫都可以满足环保指标，甚至直接满足超低排放要求。但为什么唐山市政府敢于“一刀切”要求重污染天气下钢厂湿法脱硫全停，理由是什么？

下面从美国卡诺瓦河谷雾霾事件的起因和解决，以及我国烧结机头电除尘器、湿法脱硫工艺的技术特点做一个分析。

一、2008年美国卡诺瓦河谷一个月接连两次雾霾表明一次超细烟尘颗粒和SO3产生的本地二次硫酸盐细颗粒是不利气象条件下的致霾主因

卡诺瓦（Kanawha）河谷位于美国西弗尼吉亚州，当地人口密度仅为75人/平方公里，地势较为平坦，且只有一个固定排放源——美国电力公司旗下的Amos电厂。该电厂建于1971年，共有1# 820MW、2# 830MW、3# 1300MW 共3台机组，分别于1971年、1972年和1973年投运。

唐山重污染天气湿法脱硫烧结机全停，看是简单粗暴、其实技术正确
2008年7月11日中午，Amos电厂南面约6公里处的居民投诉，天空出现雾霾，能见度不断降低。随着雾霾的扩散，卡诺瓦河谷数十公里范围内均出现不同程度的雾霾污染，能见度长时间下降。
唐山重污染天气湿法脱硫烧结机全停，看是简单粗暴、其实技术正确
由于该地区人口少且工业密度很低，当地空气质量一贯良好。因此，此次雾霾事件引起了公众的很大反响，当地和美国联邦媒体都做了报道，美国环保署（EPA）高度重视，派直升机到达现场上空进行了观察以及摄影，同时利用低空卫星对Amos电厂的污染轨迹进行拍摄，发现Amos电厂烟囱向上排出长长的“蓝烟”拖尾，在弱北风作用下，“蓝烟”整体逐渐向下风向区域蔓延、扩散，并在此过程中多次出现烟迹颜色增强的情况（如下图4和图5所示）。

经过分析，环保部门得出如下判断：

1）卡诺瓦河谷人烟少，方圆数十公里受污染区内，固定污染源仅有Amos电厂。

2）在2008年7月11日发生严重雾霾这段时间，当地环保局没有收到移动污染源有异常情况的报告。

3）雾霾当天，出现了1800米高度的逆温层，环境湿度达到78%，风速小于1m/s。

4）卡诺瓦河谷上空雾霾产生的原因与AMOS电厂直接有关。

美国Amos电厂自建厂到2008年，已有将近40年历史，虽然当地经常出现逆温层或静稳天气等不利气象条件，但从未发生过雾霾。

2008年7月11日发生雾霾时，3台机组锅炉主机均运行正常，燃煤含硫量正常，电厂带基本负荷，安装并投运了SCR脱硝和静电除尘器，烟囱高度305m。3台机组均尚未安装脱硫装置（Amos电厂的湿法脱硫装置于2010年才投运）。

环保专家对该雾霾事件进行详细分析和讨论后，得出以下结论：

1）Amos电厂设置了SCR脱硝装置，由于夏天正好是臭氧季（5月1日到9月30日），脱硝装置全开，脱硝效率高，NOx排放浓度低。因此，NOx排放形成的硝酸盐细颗粒少。

2）Amos电厂自建厂以来都没有装设湿法脱硫装置（2008年7月，湿法脱硫正在建设中，尚未投运），SO2排放浓度约2000mg/Nm3，但40年间从未引起雾霾。

3）Amos电厂的静电除尘器已经几乎连续运行了36年，3#机组的除尘器出现了问题，对烟尘细颗粒的捕集效率严重下降，导致烟尘细颗粒超标排放，烟囱出口的明显烟迹证明了这一点。

4）Amos电厂在2008年5月开始对3#机组烟气进行以降低烟尘的比电阻，提高电场粉尘趋近速度，进而提升除尘效率为目的的SO3调质，往除尘器前烟道内喷入约38mg/m3左右的SO3，加上SCR脱硝催化剂加剧氧化形成的SO3，导致烟囱出口的SO3浓度大幅提高。这些SO3排出烟囱后，在高空迅速冷凝形成硫酸雾气溶胶颗粒。

5）由于电厂SCR脱硝装置全开，氨逃逸总量不低，因此电厂上空不乏铵根离子。这些硫酸雾气溶胶很容易就与本地大气中铵根等正离子反应形成远小于1μm的本地型硫酸铵盐PM1.0超细悬浮颗粒。

6）由于硫酸盐颗粒和烟尘细颗粒的粒径微小，可见光入射后会发生瑞利散射，所产生的散射强度与波长的4次方成反比，其中可见光中波长较短的蓝光的瑞利散射强度更大，容易被肉眼观测到。对于305m烟囱高度，一般超细颗粒浓度达到或超过5ppm，就会形成肉眼清晰可见的“蓝烟”拖尾（见上图4和图5所示）。

7）2008年7月11日，卡诺瓦河谷当地出现逆温层天气，受此影响，这些烟尘细颗粒和本地型硫酸盐超细颗粒在垂直方向的扩散、消解能力大幅减弱，整体随气流缓慢向下风向输送、扩散。

8）由于这些不断排放、生成的一次烟尘细颗粒和SO3产生的本地型硫酸盐超细颗粒不断富集，总量大，而且硫酸盐颗粒水溶性强，正好遇到高湿、静稳天气，就迅速成核、吸湿、长大（图5中烟迹出现多次加强更清晰地证实这一点），从而导致大范围的空气能见度下降。

因此，电厂排放的一次烟尘细颗粒和SO3生成的本地型硫酸盐PM1.0颗粒是卡诺瓦河谷此次雾霾的主因。

2008年7月29日，当地再次出现逆温层、高湿、静稳天气，卡诺瓦河谷随即再次出现雾霾，更进一步印证了专家的判断。

电厂随即根据专家判断，对现有的静电除尘器进行维修和升级提效改造，不再采用SO3调质，并采用烟道喷射碱性吸收剂控制烟气SO3排放，此后卡诺瓦河谷再也没有出现过雾霾。

美国卡诺瓦河谷雾霾事件的发生与解决，很好地印证了以下研究结论：

1）大气SO2只有先转变为SO3才能与大气中的正离子反应生成硫酸盐PM2.5。烟气SO2排放大气后，只有约10%在大气传输过程中逐渐转变为SO3，进而与大气中的正离子反应生成硫酸盐，这一过程一般长达7天。而烟气中SO3排放到大气后，则可迅速与本地大气中的正离子发生酸碱中和反应，生成硫酸盐二次细颗粒。因此，SO3对本地大气PM2.5浓度升高的贡献是相同浓度SO2的10倍以上。

2）SO3反应生成的本地型二次硫酸盐的粒径小于1µm，属于PM1.0超细悬浮颗粒。PM1.0颗粒对太阳光的散射作用强，是PM10中2.5~10µm颗粒物的数倍，对空气能见度下降影响的权重很大。在静稳、高湿气象条件下，不断富集的PM1.0细颗粒在大气中持续成核、吸湿、长大，降低空气能见度。

3）当地方圆一百多平方公里仅有一家Amos电厂的300万千瓦装机燃煤机组。在烟气中增加喷入约38mg/m3的SO3叠加烟气中原始的SO3所生成的本地硫酸盐，与静电除尘器效率下降而无法有效脱除的一次烟尘细颗粒协同，在逆温、高湿、静稳天气情况下，就会造成上百平方公里发生严重雾霾，空气能见度大幅下降。这充分说明了看起来总量不大的一次烟尘细颗粒和SO3，对迅速改善本地空气质量而言，是“关键少数”污染物。

4）Amos电厂在投运后40年才安装湿法脱硫，在这期间从未发生过雾霾，说明SO2减排，直接的作用是控制酸雨，这一点与我国2000年起步的烟气脱硫目的吻合。中国SO2总量排放大，严格控制SO2排放量对降低酸雨危害和减低区域性硫酸盐PM2.5作用大，但在SO2脱除已经实现超低排放后，烟气污染进一步的治理关注点应放在SO3排放的严格控制上。

5）美国AMOS电厂在投运后数十年才安装了SCR脱硝装置，且只在夏季才投运，说明对本地大气质量改善而言，脱硝超低排放对减少大气臭氧浓度更有价值。

二、钢铁烧结湿法脱硫排放产生的本地型硫酸盐对空气质量的不利影响很大

决定空气质量的大气PM2.5颗粒浓度中，硫酸盐和硝酸盐之和占比高，超过一半以上，其中强致霾的硫酸盐由硫氧化物（SOx，SO2+SO3）反应生成，主要来自于工业烟气。其中，燃煤发电和钢铁行业是工业硫氧化物的大的排放源。

烧结、球团是钢铁工业硫氧化物（SOx，SO2+SO3）的大的排放源，占全厂总量60%以上。

钢铁烧结与电厂烟气性质差异大，钢铁烧结烟气成分更加复杂，特别是受铁矿石铁氧化物催化作用影响，烧结球团烟气的SO2/SO3转化率可达3%~5%，远高于燃煤烟气的1%。烟气中SO3进入湿法脱硫塔内，迅速形成亚微米硫酸雾气溶胶颗粒，而湿法脱硫喷淋对亚微米的硫酸雾的脱除率很低，一般只有20%~50%。

因此，钢铁烧结机采用湿法脱硫，其排放的SO3（硫酸雾）远高于一般的燃煤电厂，这一点从我国很多钢铁烧结湿法脱硫普遍拖着长而显著的“蓝烟”拖尾可以得到印证（见下图6）。未被脱除的硫酸雾排放大气后，会迅速与大气中的铵根等正离子反应生成本地型硫酸盐PM1.0细颗粒。
唐山市是中国钢铁产能集中的区域，不少钢铁烧结机、球团竖炉采用湿法脱硫工艺，SO3排放源高度集中，源强很大。这些由SO2高比例转化形成、却没有被有效脱除的SO3排放所生成的硫酸盐超细颗粒，在唐山市上空不断生成，总量很大，一旦出现静稳、高湿天气，就迅速成核、吸湿、长大，导致空气能见度大幅下降，对本地空气质量造成很大的不利影响。

三、湿法脱硫对机头电除尘器效率低这一顽疾的补救效果差还被拖累，是湿法脱硫工艺应用于烧结烟气脱硫的另一重大技术短板

湿法脱硫前级的烧结机头电除尘器入口烟尘浓度一般为3~6g/Nm3，采用四电场电除尘器，理论上可以满足出口小于50mg/Nm3的烟尘排放要求。

但烧结烟气湿度大、烟尘粒径细、比电阻高，且含有一定量的碱性氧化物Na2O、K2O，吸潮性强，粘性大，导致极板、极线清灰困难。烧结机头电除尘器基本上在投运后的不长时间就会出现阴极线肥大，电晕电流逐渐变小，进而导致除尘效率下降的不利情况。我国许多钢厂四电场烧结机头电除尘器在投运不长时间后，基本上烟尘出口排放浓度都上升到100mg/Nm3左右。而一些运行状态更差，一大半电场失效的烧结机头电除尘器，出口烟尘浓度甚至可高达300mg/Nm3以上。

湿法脱硫理论上大约可以实现20%~50%的喷淋洗涤除尘效率。但洗涤除尘对细颗粒的洗涤除尘效率很低，对于PM1.0亚微米级的超细粉尘颗粒的效率则更低。

机头电除尘器的效率下降，会导致湿法脱硫除雾器的除雾效果变差。因为当机头除尘器效率下降，高浓度烟尘进入湿法脱硫塔后，易导致除雾器结垢，进而造成除雾效果大幅下降。

虽然我国钢厂烧结湿法脱硫雾滴排放浓度的情况鲜有报道，但曾有科研单位针对电力行业湿法脱硫排放的浆液雾滴浓度做过测试，发现一些大型火电机组湿法脱硫排放的雾滴浓度平均为200mg/Nm3，高超过350mg/Nm3，远超过湿法脱硫工艺设计规范低的要求的75mg/Nm3。

由于钢厂的湿法脱硫质量和管理相比电厂一般都要差很多。绝大多数钢厂烧结湿法脱硫浆液雾滴浓度本身就高于电厂。而且一些湿法脱硫运营承包商更是不重视除雾器的设计、产品质量以及运营管理。为了节省成本，一般都选择价格低，往往也是性能和质量差的除雾器；平时也不注重对除雾器的清洗、维护。因此，钢厂湿法脱硫的浆液排放浓度普遍严重超标。

若按一般湿法脱硫浆液的液固比15~20%，假设湿法脱硫浆液雾滴平均浓度为200 mg/m3，可计算得出一些钢厂湿法脱硫排放的浆液雾滴浓度中含有的固体颗粒浓度：


湿法脱硫浆液雾滴中含有的一次、二次固体细颗粒，除了作为脱硫剂的石灰石粒径在5μm左右外，其余的不可溶性盐细颗粒以及一些可溶性盐蒸发后的二次固体细颗粒的粒径均远小于5μm。这些浆液雾滴排放出烟囱后，雾滴中的水分快速挥发，形成一次、二次固体细颗粒。

因此，湿法脱硫不仅对烧结机头除尘器效率下降的弥补效果差，自身还被拖累，导致除雾效果大幅下降，造成浆液雾滴排放超标，加剧了细颗粒排放量。

再就是，如果在烟尘排放量大、浆液浓度排放超标的湿法脱硫后加装SCR脱硝装置，易导致GGH堵塞、腐蚀；脱硝催化剂堵塞、失活，进而造成排放超标，以及烧结机脱硫引风机拉不动，导致烧结机运转率大幅下降等一系列“添堵”的问题。

还有，我国钢铁烧结烟气污染物组分多且含有一定的二噁英，湿法脱硫废水的成分非常复杂、毒性大，一些甚至还含有剧毒铊。我国大多钢铁烧结湿法脱硫废水治理都不规范，许多钢厂甚至将湿法脱硫废水用于高温冲渣，隐形“偷排”到大气和固废中。

四、湿法脱硫后加装的简易湿电聊胜于无

一些钢企为解决湿法脱硫后烟尘浓度超标问题，大多采用在湿法脱硫后增设湿电除尘器的方案。

湿法脱硫后烟气腐蚀性大，湿式电除尘器本体钢材需要采用高耐腐蚀的合金钢，成本很高。因此，我国湿电大多采用接近3m/s的高设计风速，还有采用在湿法脱硫塔上布置的立式简易湿式电除尘器，如下图7和图8所示。
这种立式湿式电除尘器，一般为单电场，且通流截面积受下部脱硫段的结构限制，烟气流速更高。这种高风速、单电场数的立式湿电可以减少一定的雾滴浓度，但对细颗粒烟尘的除尘效率很低，基本与沉降室的作用差不多。

特别是，如果湿法脱硫的出口浆液雾滴浓度高、烟尘浓度大、SO3浓度高，则湿电很容易发生电晕封闭而导致湿电形同虚设。例如，第三方权威测试机构曾对国内某钢厂500万吨球团烟气污染物进行测试，结果显示湿电除尘效率仅有约17%。

又如，国内某660MW机组燃用含硫量3-4%的高硫煤（燃烧产生的SO2浓度高于5000mg/Nm3，与钢铁烧结球团高硫烟气工况相似），运行湿电后，电场电流由空载时的1230mA降至11mA，湿电几乎成为摆设。一些钢厂增设湿电后，烟囱仍浓烟滚滚，进一步证实了这一点。
五、我国手工检测标准漏测了湿法脱硫排放的可溶性盐和0.3微米以下的超细颗粒

从我国许多钢厂湿法脱硫雾滴浓度严重超标，再加上机头电除尘器普遍失效，烟囱拖着长长拖尾的情况分析，这些钢厂的颗粒物排放应无法满足超低排放指标，但为什么不能被一次又一次“钢牙利齿”的环保督察和实时在线与环保局联网的监测数据发现呢？

颗粒物排放浓度的权威考核测量，世界通用的方法是采用人工取样称重来进行。

我国实施超低排放后，有关部门修订了低浓度颗粒物人工称重检测标准，其中一个修订为采样过滤介质由传统的滤筒改为单层滤膜。

单层平板滤膜的厚度不到筒状滤芯壁厚的1/3，材质一般为聚四氟乙烯，不亲水。修订标准规定，平板滤膜对0.3μm以上可过滤颗粒物的拦截效率应大于99.5%。

见下图10和图11对比。
将人工称重取样原用的滤筒，改为单层平板滤膜，可以减少原滤筒方式在拆卸、转运和烘干称重过程中的颗粒物损失。但这一改变，实际不仅没有解决测不到可凝结颗粒物的问题，反而导致小于0.3μm的可过滤细颗粒和湿法脱硫雾滴中的可溶性盐没有被取样到，致使烟尘浓度的测量失真更大。

采用单层平板滤膜取样，采样过程全程须加热到120℃。这样，取样抽取的烟气中含有的湿法脱硫雾滴中的可溶性盐（主要为铵盐）均蒸发为气态，无法被平板滤膜拦截；而由于单层平板滤膜的拦截粒径仅为0.3μm，因此，湿法脱硫雾滴中小于0.3μm的烟尘颗粒以及可过滤钙基化合物（碳酸钙、硫酸钙）等，也无法被滤膜拦截、测量。

因此，超低排放后改用的单层平板滤膜取样，漏取了对于0.3μm以下一次可过滤细颗粒和湿法脱硫雾滴中的可溶性盐二次颗粒。

因此，我国实施超低排放后，由于标准修订改为单层平板滤膜取样，又不考核烟气二次可凝结颗粒物（英文缩写CPM，主要为可溶性盐、SO3形成的硫酸气溶胶）排放，除了导致漏测了湿法脱硫烟气中粒径小于0.3μm的可过滤颗粒物外，还使得湿法脱硫雾滴天量排放的问题被掩盖或放纵。

六、结束语

综上分析，钢铁烧结湿法脱硫工艺仅对SO2脱除效率高，但对烧结烟气有的高浓度SO3的脱除率很低，加上烧结机头电除尘器除尘效率下降快这一顽疾的补救效果差，且自身还被拖累，导致排放了大量烟尘细颗粒、浆液雾滴，以及SO3就地反应生成的二次硫酸铵盐PM1.0超细颗粒，对当地大气质量构成了很不利的影响，加剧了不利气象条件下重污染天气的形成。

而由于我国现行的检测标准和监管上尚存不足或盲区，还无法及时发现这些钢铁烧结湿法脱硫隐形排放的一次、二次细颗粒污染物。

全国钢厂密度大的就是唐山市，秋冬季重污染天气频发，环保压力大。因此，唐山市政府针对钢铁烧结湿法脱硫存在的对本地大气质量严重不利的各种问题，在重污染天气下叫停全部湿法脱硫，看似简单粗暴，但却是技术正确的。

我国空气中细颗粒物（PM2.5）浓度与发达国家水平和世界卫生组织（WHO）指导值差距依然明显，臭氧表现出持续上升态势，区域大气污染问题依然突出。京津冀及周边地区、汾渭平原、长三角地区PM2.5浓度仍分别超标62.6%、57.1%、17.1%。另外，我国秋冬季重污染依然多发频发，关注区域秋冬季PM2.5浓度是春夏季的1.6至2.1倍，重污染天数占全年90%以上。因此，我国大气污染治理任重道远。

唐山市采用湿法脱硫的烧结机竖炉全停应对重污染天气的成功实践，充分说明湿法脱硫工艺不适合钢铁行业。因此，我国“十四五”大气污染治理的深入攻坚，首先应该叫停低质量的钢铁烧结、球团竖炉湿法脱硫。

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天津滨环院
罗氏脱硝技术核心为低温催化材料，商品名KLoxTM系列。用于本工作的催化剂为KLox-2，压片材料成型为类球形，直径约4cm，也可能成型为直径4-6mm的挤条材料。在广泛的温度范围(室温至300℃）下即可以将氮氧化物转化为无害的物质，较好地达到排放要求。与传统脱硝装置（SCR或SNCR）相比，KLox低温无氨脱硝装置具有如下优点：
一、投资成本低：
由于不需要储运及喷注氨气或氨水，且在低温区运行，因而装置简单，投资成本降低；
二、运行成本低：
由于不需要喷氨，且无需额外的动力或其他能源，运行维护费用较低；
三、无安全生产隐患：
由于不需要氨，杜绝了运输及运行过程中氨逃逸，催化剂无毒，无安全生产隐患；
四、脱硝效率高且可调：
脱硝效率可调，可以按照客户要求设定脱硝效率。如果需要，甚至可以资源化利用NOx。