一鋼鐵燒結(jié)機頭煙氣超低排放標準建議
李干杰部長在2018年全國環(huán)境保護工作會議上表示,2018年我國將啟動鋼鐵行業(yè)超低排放改造。目前,我國僅有火電廠燃煤鍋爐實施過超低排放改造,是指火電廠燃煤鍋爐采用多種污染物高效協(xié)同脫除集成系統(tǒng)技術(shù),使其大氣污染物排放濃度基本符合燃氣機組排放限值,即在基準氧含量6%的條件下,SO2不超過35mg/m3、NOx不超過50mg/m3、煙塵不超過10mg/m3。
與火電廠燃煤鍋爐不同的是,鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)工序復雜,污染源數(shù)量多,那么鋼鐵行業(yè)超低排放又應(yīng)該包含哪些內(nèi)容?鋼鐵行業(yè)大氣污染物排放具有兩個最典型的特征,一是燒結(jié)機頭煙氣污染物排放量占比大,顆粒物、SO2、NOx排放量分別占鋼鐵廠排放總量的40%、70%、50%以上;二是鋼鐵生產(chǎn)過程中顆粒物無組織排放問題突出。因此,鋼鐵行業(yè)要實現(xiàn)超低排放,至少必須同時實現(xiàn)燒結(jié)機頭煙氣超低排放和無組織顆粒物超低排放。
其中,鋼鐵燒結(jié)機頭煙氣超低排放受到的關(guān)注度最高。2017年8月環(huán)境保護部《關(guān)于征求<鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標準>等20項國家污染物排放標準修改單(征求意見稿)意見的函》中提出燒結(jié)機頭煙氣特別排放限值,即在基準氧含量16%的條件下,顆粒物小于20mg/m3、SO2小于50mg/m3、NOx小于100mg/m3,那么該特排限值修改單是否就可作為鋼鐵燒結(jié)機頭煙氣的超低排放標準呢?我們認為超低排放標準應(yīng)該更加嚴格,因為超低排放代表著當前最先進、最高效的大氣污染治理技術(shù),而特排限值修改單在采用一些常規(guī)治理技術(shù)的情況下就可實現(xiàn)。
與火電燃煤電廠超低排放標準相比,鋼鐵燒結(jié)機頭煙氣特排限值修改單仍有較大的差距。但從原煙氣污染物濃度和除塵、脫硫、脫硝治理技術(shù)難度來講,鋼鐵燒結(jié)煙氣并不難于火電燃煤電廠煙氣。因此,完全可以參照火電燃煤電廠來制定鋼鐵燒結(jié)煙氣超低排放標準,即在基準氧含量16%的條件下,顆粒物小于10mg/m3、SO2小于35mg/m3、NOx小于50mg/m3。
二鋼鐵燒結(jié)機頭煙氣超低排放的熱點問題分析
2017年以來,在鋼鐵燒結(jié)煙氣治理領(lǐng)域出現(xiàn)了許多新的觀點,如“濕法改干法”、“脫白”、“全面推廣活性炭”等,在行業(yè)內(nèi)引起了熱議。為解決當前鋼鐵燒結(jié)煙氣治理的難題,大家集思廣益是好事,但部分觀點對于鋼鐵燒結(jié)煙氣治理的難點分析還不夠深入,甚至會對地方的大氣污染防治工作造成誤導。因此,有必要對相關(guān)熱點問題進行深入的分析。
(一)燒結(jié)煙氣治理的頑疾不是濕法脫硫,而是豆腐渣工程
近年來,部分專家將鋼鐵燒結(jié)煙氣治理的矛頭對準了濕法脫硫,認為是燒結(jié)濕法脫硫后排放的濕煙氣中含有大量顆粒物導致了霧霾,只要將濕法工藝改為(半)干法工藝,霧霾問題就可以迎刃而解。但是這種觀點只看到了問題的表象,相當多的燒結(jié)濕法脫硫塔存在拖尾現(xiàn)象,這并不是由于采用了濕法脫硫工藝造成的,而是建設(shè)的除塵器和濕法脫硫塔偷工減料,低質(zhì)低價,導致不但沒有發(fā)揮除塵、脫硫的作用,反而產(chǎn)生二次污染。如果在工程設(shè)計、施工、選材過程中不能實現(xiàn)高標準、嚴要求,(半)干法工藝排放的煙氣同樣難以達標,甚至脫硫系統(tǒng)無法穩(wěn)定運行,但由于視覺感觀不明顯,這種超標排放更具有隱蔽性。
濕法脫硫工藝的高效性、可靠性在火電燃煤鍋爐煙氣治理中已經(jīng)得到充分證明,日本濕法脫硫占98%,美國占92%,德國占90%,世界平均占85%。因此,我們不用懷疑濕法脫硫?qū)τ诖髿馕廴痉乐蔚淖饔茫鴳?yīng)該花大力氣開展鋼鐵燒結(jié)煙氣脫硫設(shè)施專項整治,按照火電燃煤鍋爐超低排放的要求來對標燒結(jié)煙氣脫硫設(shè)施,督促低水平建設(shè)的燒結(jié)脫硫設(shè)施整改。
(二)燒結(jié)機頭煙氣脫硝工藝路線選擇
燒結(jié)機頭煙氣除塵、脫硫工藝都已經(jīng)十分成熟,形成了一整套的技術(shù)路線。但脫硝應(yīng)用的實例數(shù)量還較少。目前,燒結(jié)機頭煙氣脫硝工藝有以下幾種:氧化法脫硝、中低溫SCR脫硝,中高溫SCR脫硝,活性炭脫硝。根據(jù)燒結(jié)煙氣的特點,建議把中高溫SCR脫硝和活性炭脫硝作為燒結(jié)煙氣脫硝的可行技術(shù)。
氧化法脫硝原理是利用臭氧、雙氧水等氧化劑將煙氣中的NO氧化為NO2等物質(zhì)后,再進入脫硫塔用堿性吸收劑進行吸收。該方法從脫硝原理上是可以實現(xiàn)的,但是卻存在兩個關(guān)鍵的問題。一是該脫硝工藝與氮氧化物監(jiān)測方法存在沖突,目前氮氧化物的監(jiān)測方法是監(jiān)測煙氣中NO的濃度,再換算為NOx。因此,煙氣中的NO被氧化為NO2后,監(jiān)測結(jié)果雖然顯示達標,但NO2可能并未被吸收,而是直接排入了大氣,存在監(jiān)管漏洞。二是該脫硝工藝的吸收過程是與脫硫過程同時進行,導致堿性吸收劑的用量和副產(chǎn)物的產(chǎn)生量都要增加,且副產(chǎn)物為含有亞硝酸鹽、硝酸鹽的混合物,易溶于水,綜合利用難度極大。
中低溫SCR脫硝,其反應(yīng)溫度區(qū)間在200℃以下,和中高溫SCR脫硝相比,更接近鋼鐵燒結(jié)煙氣溫度。但是目前中低溫SCR脫硝應(yīng)用于燒結(jié)煙氣,仍有四個關(guān)鍵問題需要解決。一是中低溫SCR脫硝催化劑抗毒性較差,易受到煙氣中硫氧化物、水、重金屬等物質(zhì)的影響,因此中低溫SCR脫硝裝置只能布置在除塵、脫硫塔后部;二是燒結(jié)煙氣溫度,特別是脫硫后的煙氣溫度,無法達到中低溫SCR脫硝反應(yīng)溫度區(qū)間,仍然需要進行煙氣再加熱;三是與中高溫SCR脫硝催化劑相比,中低溫SCR脫硝催化劑的造價和運行費用較高;四是中低溫SCR催化劑對燒結(jié)煙氣中的二噁英沒有去除作用。
中高溫SCR脫硝,是在火電燃煤鍋爐煙氣脫硝中應(yīng)用十分成熟的脫硝工藝,完全可以將其移植至燒結(jié)煙氣上,關(guān)鍵是SCR脫硝裝置前的煙氣加熱系統(tǒng)和SCR脫硝裝置后的煙氣換熱系統(tǒng)的設(shè)計,將煙氣換熱回收的熱量再用于前端加熱煙氣,降低能耗。即中高溫SCR脫硝裝置在啟動時,需要將150℃左右的煙氣加熱至280℃以上,消耗的熱源較大;在正常運行過程中,通過換熱器回收熱量再利用,只需要額外再補充30~50℃升溫即可。另外,中高溫SCR脫硝還需注意將反應(yīng)溫度區(qū)間控制在300℃以下,避免二噁英在分解后再次合成。
活性炭脫硝,是目前公認的應(yīng)用于燒結(jié)煙氣脫硝的可行技術(shù)。但在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)采用兩段式設(shè)計,在前端脫硫反應(yīng)結(jié)束后,再噴氨進行脫硝,以提升脫硝效率,同時有必要在活性炭裝置后增設(shè)高效袋式除塵器,確保能實現(xiàn)氮氧化物超低排放。
(三)煙氣“脫白”不是大氣污染治理技術(shù)
為什么濕法脫硫后的濕煙氣要脫白,最核心的觀點是濕煙氣中含有大量水汽,水汽中溶解的大量硫酸鹽,是大氣中PM2.5的重要來源。但濕煙氣中99.6%是不能溶解鹽的水蒸氣,只有0.4%左右的水是攜帶溶解鹽的液態(tài)水。國電南京環(huán)保所的朱法華院長已經(jīng)通過實驗證明了規(guī)范建設(shè)、運行的濕法脫硫裝置后的濕煙氣中所攜帶的可溶鹽數(shù)量十分有限。因此,認為“脫白”能夠起到和脫硫、脫硝、除塵一樣的減排作用,在理論上是站不住腳的。
那么,有專家針對燒結(jié)煙氣濕法脫硫塔后的濕煙氣進行的“脫白”試驗,收集的液體呈黃黑色,是否能夠證明濕法脫硫的濕煙氣中確實排放了大量的致霾污染物。答案是“否”,該實驗只能證明該臺燒結(jié)煙氣濕法脫硫塔排放的濕煙氣中含有大量污染物。但是這些污染物并不是因為采用了濕法脫硫工藝而產(chǎn)生的,而是因為該臺燒結(jié)機配套的除塵和濕法脫硫設(shè)施質(zhì)量低劣、設(shè)計不合理、運行不規(guī)范,導致煙氣中攜帶了大量本應(yīng)被除塵器捕集的顆粒物,以及煙氣流速過快、除霧器效果太差,煙氣中帶出了本不該帶出的漿液造成的。
該試驗從側(cè)面證明了當前鋼鐵燒結(jié)煙氣除塵和脫硫設(shè)施中確實存在相當一部分設(shè)計不規(guī)范、低質(zhì)低價的不合格產(chǎn)品,導致脫硫后濕煙氣中污染物濃度仍然較高。但是要真正解決這個問題,應(yīng)該是重新按照規(guī)范設(shè)計并建造除塵和脫硫設(shè)施,而不是實施“脫白”。不去改造不合格除塵和脫硫設(shè)施,而去實施“脫白”,是明顯的舍本逐末和掩耳盜鈴,甚至是對劣質(zhì)除塵、脫硫設(shè)施的縱容。因為,對于這些劣質(zhì)除塵、脫硫設(shè)施,即使實施了“脫白”,也只能把濕煙氣中部分污染物捕集下來,仍然會有大量污染物排入大氣。
對于“脫白”應(yīng)該抱著既不贊成也不反對的態(tài)度,在實現(xiàn)超低排放之后,如果為了改善視覺感觀,可以實施“脫白”,但一定要清醒的認識到“脫白”不是污染治理技術(shù),不是治霾的“特效藥”。
(四)活性炭工藝不適宜在中小型鋼鐵企業(yè)大面積推廣
一直以來,活性炭工藝被認為是最適用于鋼鐵燒結(jié)煙氣的多污染物協(xié)同治理技術(shù),只是由于投資和運行成本較高限制了活性炭工藝的大面積推廣。但實際上除了投資和運行成本較高之外,活性炭工藝大面積推廣還存在一些現(xiàn)實問題。
首先,活性炭工藝對系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備配置和運行管理的要求比其他的治理工藝要求更加嚴格。對于大多數(shù)小型鋼鐵企業(yè)來說,出于對成本的控制,建設(shè)的活性炭裝置往往在系統(tǒng)穩(wěn)定性上存在缺陷,難以達到預(yù)期的設(shè)計目標;同時,中小型鋼鐵企業(yè)缺乏具有必備知識水平和經(jīng)驗的環(huán)保工程師,難以保證活性炭裝置的穩(wěn)定運行,甚至發(fā)生起火等安全事故;第三,活性炭裝置對于煙氣工況的波動更加敏感,一般的中小型鋼鐵會靈活組織生產(chǎn)、采購原燃料,會對活性炭裝置的穩(wěn)定運行造成障礙。從目前我國鋼鐵燒結(jié)煙氣活性炭裝置建設(shè)和運行情況來看,還沒有一家中小型鋼鐵企業(yè)建設(shè)的活性炭裝置能穩(wěn)定運行。
其次,活性炭工藝大面積推廣,活性炭使用量和硫酸副產(chǎn)物產(chǎn)生量將大幅增加。由于活性炭生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣、廢水污染嚴重,治理難度大,隨著活性炭使用量的增加,一方面會大幅增加上游產(chǎn)業(yè)鏈的污染物排放量,另一方面活性炭的價格將飛漲,進一步增加活性炭裝置的運行成本?;钚蕴垦b置的副產(chǎn)物硫酸的利用途徑有限,且屬于危險化學品,大面積推廣活性炭工藝之后,在唐山、邯鄲等鋼鐵產(chǎn)能集中的地區(qū),硫酸的貯存、運輸和利用將帶來一系列的問題。
三實現(xiàn)鋼鐵燒結(jié)機頭煙氣超低排放的技術(shù)路徑
從目前各種大氣污染治理技術(shù)來看,實現(xiàn)鋼鐵燒結(jié)機頭煙氣超低排放(在氧含量16%的條件下,顆粒物低于10mg/m3、SO2低于35mg/m3、NOx低于50mg/m3)有兩條可行的技術(shù)路徑:一是四電場高效靜電除塵器+活性炭脫硫脫硝一體化裝置+袋式除塵器工藝;二是四電場高效靜電除塵器+煙氣加熱裝置+中高溫SCR脫硝裝置+煙氣換熱裝置+(石灰石石膏法脫硫裝置+濕式靜電除塵器+選裝脫白裝置)/(半干法脫硫裝置+袋式除塵器)。這兩條技術(shù)路徑都屬于十分成熟的技術(shù),只要設(shè)計規(guī)范、工程質(zhì)量過關(guān),完全可以實現(xiàn)鋼鐵燒結(jié)機頭煙氣的超低排放,顯著削減鋼鐵企業(yè)大氣污染物排放量。鋼鐵企業(yè)與其把注意力放在尋找新的超低排放技術(shù),不如好好向火電企業(yè)學習超低排放的經(jīng)驗。
在上述兩條鋼鐵燒結(jié)機頭煙氣超低排放改造技術(shù)路徑的基礎(chǔ)上,鋼鐵企業(yè)還可以通過實施煙氣循環(huán)改造,將部分燒結(jié)機頭煙氣再次引至燒結(jié)料層表面,進行循環(huán)再利用,使廢氣外排總量減少20%~40%,從而進一步減少顆粒物、SO2、NOx排放量,同時還可減少后續(xù)除塵、脫硫、脫硝裝置投資和運行費用。除此之外,煙氣循環(huán)還可將廢氣中CO及其它可燃有機物在通過燒結(jié)燃燒帶時重新燃燒,可有效減少燒結(jié)廢氣中一氧化碳排放量。
四小結(jié)
(一)鋼鐵燒結(jié)機頭煙氣治理的關(guān)鍵不是選擇濕法工藝或者干法工藝,也不是實施煙氣“脫白”,而是如何提升污染治理設(shè)施的設(shè)計參數(shù)和工程質(zhì)量。
(二)鋼鐵燒結(jié)機頭煙氣超低排放改造技術(shù)十分成熟,采用以活性炭脫硫脫硝一體化工藝為核心的技術(shù)路線或者采用以火電燃煤電廠超低排放技術(shù)為核心的技術(shù)路線,都完全可以實現(xiàn)在氧含量16%的條件下,顆粒物低于10mg/m3、SO2低于35mg/m3、NOx低于50mg/m3的超低排放目標。
來源:冶金工業(yè)規(guī)劃研究院 作者:劉濤
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