专家观点｜钢铁烧结机头烟气超低排放技术路径研究

一钢铁烧结机头烟气超低排放标准建议

李干杰部长在2018年全国环境保护工作会议上表示，2018年我国将启动钢铁行业超低排放改造。目前，我国仅有火电厂燃煤锅炉实施过超低排放改造，是指火电厂燃煤锅炉采用多种污染物高效协同脱除集成系统技术，使其大气污染物排放浓度基本符合燃气机组排放限值，即在基准氧含量6%的条件下，SO2不超过35mg/m³、NOx不超过50mg/m³、烟尘不超过10mg/m³。

与火电厂燃煤锅炉不同的是，钢铁行业生产工序复杂，污染源数量多，那么钢铁行业超低排放又应该包含哪些内容？钢铁行业大气污染物排放具有两个最典型的特征，一是烧结机头烟气污染物排放量占比大，颗粒物、SO2、NOx排放量分别占钢铁厂排放总量的40%、70%、50%以上；二是钢铁生产过程中颗粒物无组织排放问题突出。因此，钢铁行业要实现超低排放，至少必须同时实现烧结机头烟气超低排放和无组织颗粒物超低排放。

其中，钢铁烧结机头烟气超低排放受到的关注度最高。2017年8月环境保护部《关于征求<钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准>等20项国家污染物排放标准修改单（征求意见稿）意见的函》中提出烧结机头烟气特别排放限值，即在基准氧含量16%的条件下，颗粒物小于20mg/m³、SO2小于50mg/m³、NOx小于100mg/m³，那么该特排限值修改单是否就可作为钢铁烧结机头烟气的超低排放标准呢？我们认为超低排放标准应该更加严格，因为超低排放代表着当前最先进、最高效的大气污染治理技术，而特排限值修改单在采用一些常规治理技术的情况下就可实现。

与火电燃煤电厂超低排放标准相比，钢铁烧结机头烟气特排限值修改单仍有较大的差距。但从原烟气污染物浓度和除尘、脱硫、脱硝治理技术难度来讲，钢铁烧结烟气并不难于火电燃煤电厂烟气。因此，完全可以参照火电燃煤电厂来制定钢铁烧结烟气超低排放标准，即在基准氧含量16%的条件下，颗粒物小于10mg/m³、SO2小于35mg/m³、NOx小于50mg/m³。

二钢铁烧结机头烟气超低排放的热点问题分析

2017年以来，在钢铁烧结烟气治理领域出现了许多新的观点，如“湿法改干法”、“脱白”、“全面推广活性炭”等，在行业内引起了热议。为解决当前钢铁烧结烟气治理的难题，大家集思广益是好事，但部分观点对于钢铁烧结烟气治理的难点分析还不够深入，甚至会对地方的大气污染防治工作造成误导。因此，有必要对相关热点问题进行深入的分析。

（一）烧结烟气治理的顽疾不是湿法脱硫，而是豆腐渣工程

近年来，部分专家将钢铁烧结烟气治理的矛头对准了湿法脱硫，认为是烧结湿法脱硫后排放的湿烟气中含有大量颗粒物导致了雾霾，只要将湿法工艺改为（半）干法工艺，雾霾问题就可以迎刃而解。但是这种观点只看到了问题的表象，相当多的烧结湿法脱硫塔存在拖尾现象，这并不是由于采用了湿法脱硫工艺造成的，而是建设的除尘器和湿法脱硫塔偷工减料，低质低价，导致不但没有发挥除尘、脱硫的作用，反而产生二次污染。如果在工程设计、施工、选材过程中不能实现高标准、严要求，（半）干法工艺排放的烟气同样难以达标，甚至脱硫系统无法稳定运行，但由于视觉感观不明显，这种超标排放更具有隐蔽性。

湿法脱硫工艺的高效性、可靠性在火电燃煤锅炉烟气治理中已经得到充分证明，日本湿法脱硫占98%，美国占92%，德国占90%，世界平均占85%。因此，我们不用怀疑湿法脱硫对于大气污染防治的作用，而应该花大力气开展钢铁烧结烟气脱硫设施专项整治，按照火电燃煤锅炉超低排放的要求来对标烧结烟气脱硫设施，督促低水平建设的烧结脱硫设施整改。

（二）烧结机头烟气脱硝工艺路线选择

烧结机头烟气除尘、脱硫工艺都已经十分成熟，形成了一整套的技术路线。但脱硝应用的实例数量还较少。目前，烧结机头烟气脱硝工艺有以下几种：氧化法脱硝、中低温SCR脱硝，中高温SCR脱硝，活性炭脱硝。根据烧结烟气的特点，建议把中高温SCR脱硝和活性炭脱硝作为烧结烟气脱硝的可行技术。

氧化法脱硝原理是利用臭氧、双氧水等氧化剂将烟气中的NO氧化为NO2等物质后，再进入脱硫塔用碱性吸收剂进行吸收。该方法从脱硝原理上是可以实现的，但是却存在两个关键的问题。一是该脱硝工艺与氮氧化物监测方法存在冲突，目前氮氧化物的监测方法是监测烟气中NO的浓度，再换算为NOx。因此，烟气中的NO被氧化为NO2后，监测结果虽然显示达标，但NO2可能并未被吸收，而是直接排入了大气，存在监管漏洞。二是该脱硝工艺的吸收过程是与脱硫过程同时进行，导致碱性吸收剂的用量和副产物的产生量都要增加，且副产物为含有亚硝酸盐、硝酸盐的混合物，易溶于水，综合利用难度极大。

中低温SCR脱硝，其反应温度区间在200℃以下，和中高温SCR脱硝相比，更接近钢铁烧结烟气温度。但是目前中低温SCR脱硝应用于烧结烟气，仍有四个关键问题需要解决。一是中低温SCR脱硝催化剂抗毒性较差，易受到烟气中硫氧化物、水、重金属等物质的影响，因此中低温SCR脱硝装置只能布置在除尘、脱硫塔后部；二是烧结烟气温度，特别是脱硫后的烟气温度，无法达到中低温SCR脱硝反应温度区间，仍然需要进行烟气再加热；三是与中高温SCR脱硝催化剂相比，中低温SCR脱硝催化剂的造价和运行费用较高；四是中低温SCR催化剂对烧结烟气中的二噁英没有去除作用。

中高温SCR脱硝，是在火电燃煤锅炉烟气脱硝中应用十分成熟的脱硝工艺，完全可以将其移植至烧结烟气上，关键是SCR脱硝装置前的烟气加热系统和SCR脱硝装置后的烟气换热系统的设计，将烟气换热回收的热量再用于前端加热烟气，降低能耗。即中高温SCR脱硝装置在启动时，需要将150℃左右的烟气加热至280℃以上，消耗的热源较大；在正常运行过程中，通过换热器回收热量再利用，只需要额外再补充30~50℃升温即可。另外，中高温SCR脱硝还需注意将反应温度区间控制在300℃以下，避免二噁英在分解后再次合成。

活性炭脱硝，是目前公认的应用于烧结烟气脱硝的可行技术。但在系统设计时应采用两段式设计，在前端脱硫反应结束后，再喷氨进行脱硝，以提升脱硝效率，同时有必要在活性炭装置后增设高效袋式除尘器，确保能实现氮氧化物超低排放。

（三）烟气“脱白”不是大气污染治理技术

为什么湿法脱硫后的湿烟气要脱白，最核心的观点是湿烟气中含有大量水汽，水汽中溶解的大量硫酸盐，是大气中PM2.5的重要来源。但湿烟气中99.6%是不能溶解盐的水蒸气，只有0.4%左右的水是携带溶解盐的液态水。国电南京环保所的朱法华院长已经通过实验证明了规范建设、运行的湿法脱硫装置后的湿烟气中所携带的可溶盐数量十分有限。因此，认为“脱白”能够起到和脱硫、脱硝、除尘一样的减排作用，在理论上是站不住脚的。

那么，有专家针对烧结烟气湿法脱硫塔后的湿烟气进行的“脱白”试验，收集的液体呈黄黑色，是否能够证明湿法脱硫的湿烟气中确实排放了大量的致霾污染物。答案是“否”，该实验只能证明该台烧结烟气湿法脱硫塔排放的湿烟气中含有大量污染物。但是这些污染物并不是因为采用了湿法脱硫工艺而产生的，而是因为该台烧结机配套的除尘和湿法脱硫设施质量低劣、设计不合理、运行不规范，导致烟气中携带了大量本应被除尘器捕集的颗粒物，以及烟气流速过快、除雾器效果太差，烟气中带出了本不该带出的浆液造成的。

该试验从侧面证明了当前钢铁烧结烟气除尘和脱硫设施中确实存在相当一部分设计不规范、低质低价的不合格产品，导致脱硫后湿烟气中污染物浓度仍然较高。但是要真正解决这个问题，应该是重新按照规范设计并建造除尘和脱硫设施，而不是实施“脱白”。不去改造不合格除尘和脱硫设施，而去实施“脱白”，是明显的舍本逐末和掩耳盗铃，甚至是对劣质除尘、脱硫设施的纵容。因为，对于这些劣质除尘、脱硫设施，即使实施了“脱白”，也只能把湿烟气中部分污染物捕集下来，仍然会有大量污染物排入大气。

对于“脱白”应该抱着既不赞成也不反对的态度，在实现超低排放之后，如果为了改善视觉感观，可以实施“脱白”，但一定要清醒的认识到“脱白”不是污染治理技术，不是治霾的“特效药”。

（四）活性炭工艺不适宜在中小型钢铁企业大面积推广

一直以来，活性炭工艺被认为是最适用于钢铁烧结烟气的多污染物协同治理技术，只是由于投资和运行成本较高限制了活性炭工艺的大面积推广。但实际上除了投资和运行成本较高之外，活性炭工艺大面积推广还存在一些现实问题。

首先，活性炭工艺对系统设计、设备配置和运行管理的要求比其他的治理工艺要求更加严格。对于大多数小型钢铁企业来说，出于对成本的控制，建设的活性炭装置往往在系统稳定性上存在缺陷，难以达到预期的设计目标；同时，中小型钢铁企业缺乏具有必备知识水平和经验的环保工程师，难以保证活性炭装置的稳定运行，甚至发生起火等安全事故；第三，活性炭装置对于烟气工况的波动更加敏感，一般的中小型钢铁会灵活组织生产、采购原燃料，会对活性炭装置的稳定运行造成障碍。从目前我国钢铁烧结烟气活性炭装置建设和运行情况来看，还没有一家中小型钢铁企业建设的活性炭装置能稳定运行。

其次，活性炭工艺大面积推广，活性炭使用量和硫酸副产物产生量将大幅增加。由于活性炭生产过程产生的废气、废水污染严重，治理难度大，随着活性炭使用量的增加，一方面会大幅增加上游产业链的污染物排放量，另一方面活性炭的价格将飞涨，进一步增加活性炭装置的运行成本。活性炭装置的副产物硫酸的利用途径有限，且属于危险化学品，大面积推广活性炭工艺之后，在唐山、邯郸等钢铁产能集中的地区，硫酸的贮存、运输和利用将带来一系列的问题。

三实现钢铁烧结机头烟气超低排放的技术路径

从目前各种大气污染治理技术来看，实现钢铁烧结机头烟气超低排放（在氧含量16%的条件下，颗粒物低于10mg/m³、SO2低于35mg/m³、NOx低于50mg/m³）有两条可行的技术路径：一是四电场高效静电除尘器+活性炭脱硫脱硝一体化装置+袋式除尘器工艺；二是四电场高效静电除尘器+烟气加热装置+中高温SCR脱硝装置+烟气换热装置+（石灰石石膏法脱硫装置+湿式静电除尘器+选装脱白装置）/（半干法脱硫装置+袋式除尘器）。这两条技术路径都属于十分成熟的技术，只要设计规范、工程质量过关，完全可以实现钢铁烧结机头烟气的超低排放，显著削减钢铁企业大气污染物排放量。钢铁企业与其把注意力放在寻找新的超低排放技术，不如好好向火电企业学习超低排放的经验。

在上述两条钢铁烧结机头烟气超低排放改造技术路径的基础上，钢铁企业还可以通过实施烟气循环改造，将部分烧结机头烟气再次引至烧结料层表面，进行循环再利用，使废气外排总量减少20%~40%，从而进一步减少颗粒物、SO2、NOx排放量，同时还可减少后续除尘、脱硫、脱硝装置投资和运行费用。除此之外，烟气循环还可将废气中CO及其它可燃有机物在通过烧结燃烧带时重新燃烧，可有效减少烧结废气中一氧化碳排放量。

四小结

（一）钢铁烧结机头烟气治理的关键不是选择湿法工艺或者干法工艺，也不是实施烟气“脱白”，而是如何提升污染治理设施的设计参数和工程质量。

（二）钢铁烧结机头烟气超低排放改造技术十分成熟，采用以活性炭脱硫脱硝一体化工艺为核心的技术路线或者采用以火电燃煤电厂超低排放技术为核心的技术路线，都完全可以实现在氧含量16%的条件下，颗粒物低于10mg/m³、SO2低于35mg/m³、NOx低于50mg/m³的超低排放目标。