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关于钢铁企业烧结、焦化烟气超低排放情况的调研报告

  发表时间:2018年12月12日  点击数:350 次

  1 调研背景和目的

       2018年5月,生态环境部办公厅印发了环办大气函[2018]242号,关于征求《钢铁企业超低排放改造工作方案(征求意见稿)》意见的函(以下简称征求意见)。该方案对于钢铁行业大气污染物达到超低排放提出了明确的时间节点要求。方案中提出,“新建(含搬迁)钢铁项目要全部达到超低排放水平。到2020年10月底前,京津冀及周边、长三角、汾渭平原等大气污染防治重点区域具备改造条件的钢铁企业基本完成超低排放改造;2022年底前,珠三角、成渝、辽宁中部、武汉及其周边、长株潭、乌昌等区域基本完成;2025年底前,全国具备改造条件的钢铁企业力争实现超低排放”。方案中同时规定,排放的烧结烟气中尘质量浓度需低于10mg/m3,二氧化硫质量浓度低于35 mg/m3,氮氧化物质量浓度低于50mg/m3;

      排放的焦炉烟气中尘质量浓度需低于10mg/m3,二氧化硫质量浓度低于30mg/m3,氮氧化物质量浓度低于150mg/m3。征求意见中的超低排放对国内钢铁企业的大气污染治理提出了前所未有的高标准、严要求,更有部分地区已经将该征求意见直接变为地方法规,要求实现日期比国家规定时限更加提前。面对这样的局面,各企业对超低排放改造工作实施,纷纷作出了不同程度地响应。但在改造工作具体实施过程中,也面临着种种技术上的困扰和疑虑。针对这种情况,中国金属学会协同中国钢铁工业协会、全国工商联冶金商会共同开展了此次全国钢铁企业烧结、焦化烟气超低排放情况的实地调研,走访了12家国内相关工作开展较早的企业,以求摸清行业内各种不同技术路线的应用情况和实际达到的排放等。

      学会希望通过此次调研的结果,对当前烟气治理超低排放的主流技术进行一次全面、客观的评价,期望调研的结果和评价能够对后续开展此项工作的企业有积极的参考价值,希望企业能够在充分了解不同技术路线的特点后,结合企业自身情况开展后续的超低排放改造工作。同时,学会也希望此次调研能够给各级政府部门、环保部门等相关单位带来有参考意义的、有价值的意见和建议。

       2 参加调研人员和行程组织、参与调研的人员见表1。

       本次调研分为3个阶段,共调研12家企业:第1阶段为2018年7月9—12日,主要有宝武系统相关公司;第2阶段为2018年7月17—20日,主要有安阳钢铁、邯郸钢铁、首钢京唐等;第3阶段为2018年7月26—27日,主要有太原钢铁和美锦钢铁。具体行程见表2。

      3 调研内容总结

      此次调研共走访12家企业,所选企业绝大多数是在大气治理超低排放方面超前行动的单位,所采用技术都具有一定的典型代表性,并取得了一定成效。这些企业大都投入较大的人力、财力,努力推进大气污染防治工作,有的在很多方面大胆尝试新的技术,积极探索大气治理新途径,开创了行业内的先河,取得了良好的实际效果,为行业烟气治理提供了具有参考意义的样本。这些企业往往也展现出超前的眼光,在征求意见提出要求前已经提前布局、规划,甚至实施。所取得的这些成绩都是值得肯定的。

     3.1 烧结烟气治理

     烧结烟气超低排放治理方面主要有3种不同的技术方案:活性焦法、SCR法和氧化法。

     (1)活性焦法。在与技术提供方和使用方的沟通交流中,活性焦法受到大多数大型钢铁企业的推崇。其优点主要有:1)该方法能够达到多污染物(如SO2、NOx、二噁英和重金属等)协同治理的效果;2)活性焦法不产生固体废弃物,省去企业固体废弃物处理负担;3)该方法可以将污染物资源化利用,有利于清洁生产,如SO2制酸加以利用;4)活性焦法属于全干法工艺,无拖烟现象,视觉效果好。活性焦法的缺点主要有:1)活性焦法因烧结烟气温度等因素,在运行操作上,管理不到位时存在一定的安全隐患;2)在脱硝效率、颗粒物排放方面长期稳定达标尚需进一步优化;3)活性焦法解析制酸时存在废水处理及酸的利用等问题;4)随着活性焦市场需求的增加,其供应、产品质量、自身生产环保等应引起高度重视。

       (2)SCR法。SCR法脱硝工艺对以上脱硫设施的改造等具有较大的现实意义。通过增加催化剂数量、提高反应温度、增加湿式电除尘等措施,以SCR为核心结合其他各种脱硫技术的脱硫脱硝工艺能够达到超低排放的要求,需要指出的是,该技术工艺存在的不足主要有:1)不可避免产生固体废弃物,大量的固体废弃物对有些地区而言存在无法消纳处理的情况;2)SCR法使用的催化剂在使用寿命到期后,大多属于危废,届时存在回收处理难度;3)催化剂催化效果对烟气温度有一定的要求,在低温催化剂不太成熟的情况下,需对烟气进行升温处理从而增加能耗;4)SCR法工艺对烟气其他污染物(如二噁英、重金属等)处理效果尚待验证。

      (3)氧化法。本次调研还实地查看了多种氧化法的装置设施,总体来看,臭氧结合其他脱硫的工艺设施,一次性投资、运行成本较低,工期快,受到要求时间紧迫等地区的青睐。但该方法的缺点主要有:1)脱硝效率普遍相对较低,基本在50%左右,对进口烟气硝含量有一定要求;2)在生产实施过程中,尤其是配置湿法脱硫时容易产生烟羽拖尾现象(排放烟气中略带黄色);3)该方法同样产生大量的脱硫脱硝固体废弃物,成为大多数企业不好处理的问题;4)氧化法工艺对烟气其他污染物(如二噁英、重金属等)处理效果尚待验证。3.2 焦化烟气治理在焦炉烟气治理超低排放方面,主要以SCR法和活性焦法为主。以SCR脱硝为核心的脱硫脱硝技术在使用数量方面占据了较大的市场份额,同时也有使用活性焦法等其他方法的案例,从趋势上看,采用活性焦法逐渐增多。但从此次调研得到的数据来看,无论哪种方案,通过调整相关运行参数等均可达到超低排放中二氧化硫质量浓度低于35mg/m3、氮氧化物质量浓度低于50mg/m3 的要求,但运行稳定性尚无法保证,其优缺点与采用同类技术的烧结烟气治理类似,不再赘述。4 对下步工作的建议通过此次调研发现钢铁企业烧结、焦化烟气治理超低排放技术设施投入时间尚短,对于企业在生产现场实际运行过程中逐渐显现出的一些不足,企业与技术提供方都在共同积极努力,不断优化改进,充分发挥治理效果。从此次实地调研得到的第一手资料、信息以及座谈了解的情况和企业的反馈,调研组提出以下几个方面的建议。第一,对现有采用的技术治理效果持续跟进,不断观察其情况。大气治理超低排放征求意见刚刚提出不久,各企业采用的各种技术、设备运行时间还较短,各种技术优缺点需要时间上的验证和不断持续的跟进追踪,对各种技术治理烟气的效果需深入持续了解其成熟性和可靠性等,总结经验,不断改进。对典型企业、典型技术所达到的指标,应该持续不断观察,更长时间地收集相关运行数据,确定是否能够长期稳定持续达标排放。第二,强化大气治理超低排放技术基础性研究和机理研究。大气治理,尤其是超低排放的提出,对治理技术等提出了更高的要求,研究机构、技术提供方、企业等多方更应加强对烟气脱硫脱硝技术及其机理的基础研究。钢铁工业烧结、焦化烟气成分复杂,受工况、原燃料、操作制度、管理水平等多因素交叉影响,波动较大,这些的确与火力发电行业是不同的。国内针对这些方面的基础研究、机理研究、工程开发研究等工作尚不能满足新需求。当前,实际工程运行过程中遇到很多瓶颈,或多或少都与最基础的反应机理、基础性研究等方面相关。例如烧结烟气、焦化烟气NOx产生影响因素;如何提高活性焦本身的催化性能、高价态氮氧化物在复杂烟气成分中被吸收的难易程度、影响活性焦强度因素等以及SCR催化剂寿命、中低温催化剂;臭氧逃逸与烟气污染治理等,都需进一步深入研究。第三,注重源头治理,加强源头治理技术的研究。烟气治理途径一般有源头减量、过程控制和末端治理。调研发现,无论是烧结还是焦化烟气的治理,采用源头减量治理手段的企业,排放情况一般优于未采用源头减量治理的,且取得很好的经济和社会效益。尤其对于烧结烟气治理,末端治理几乎达到极限,采用源头减量治理的方式(如烟气循环、燃烧制度优化、原料优化、操作管理等)可有效缓解末端治理的压力。对焦化工序,采用先进的7.63m焦炉分段式燃烧的企业,大多数时间烟气不经处理已能够达标排放。再者,源头治理的投资低于末端治理,且多是一次性投资,没有额外新增运营费用或者新增不多。建议对源头治理技术研究应用给予积极支持和鼓励。第四,对现有技术持续跟进、不断优化,补不足、挖潜力。建议技术提供方、科研院所针对现有技术的不足,进一步开展工作,结合实际应用案例,各方一起合作,解决实际应用中出现的各种问题和不足,提高烟气协同治理的能力和水平。当前最急迫需要解决的问题有:一是活性焦的质量,即如何提高脱硫脱硝效率,并降低消耗,特别是活性炭质量的稳定性;二是研发中低温(不需加热)的催化剂及危废催化剂的回收利用;三是对氧化法的评价以及提高氧化法的脱硝效率;四是对脱硫脱硝产生的固体废弃物、废水等的无害化处理及其资源化利用。通过解决这些在实际应用中暴露的不足,进一步优化工艺,调整装备结构,提高管理水平,不断提高脱硫脱硝的效果。虽然每种技术都还存在这样或那样的不足,但这些问题既是烟气治理超低排放面临的困境,也是技术转化推广上的巨大机遇。一旦实现突破,将收获巨大的经济效益和社会效益。第五,对新技术给予更多的关注和支持。任何一种成熟的技术,都必然经历过反复试验的阶段。即便我们目前面临较大的环保压力,但也不应该放弃对新技术的探索和支持。在调研中发现,往往越是环保工作做得好的企业,越关注和支持新技术的发展和实践,甚至主动联合设计院、院校开展工作。在调研中发现邯钢、安钢采用的活性焦逆流方式脱硫脱硝技术,唐山德龙钢铁采用的氧化剂脱硝技术在实际应用中均取得了不错效果,只是投入时间较短,其最终效果需要进一步验证。但这些新技术的引进开发应用,提供了烟气处理的新措施和新思路,应给予更多的关注和支持。第六,对政府部门的一些建议。(1)钢铁工业大气治理超低排放工作刚刚展开,各种超低排放技术在实际应用中的效果尚需时间的验证,企业在选择技术、施工调试到稳定达标排放也都需要一定的时间,建议有关部门给企业合理的达标期限,特别是环保压力大的地区的地方政府,在积极推进超低排放的同时,也不要把时限压得太紧。(2)研究超低排放指标进行微调的科学性。调研发现,采用活性炭技术的烧结烟气NOx排放质量浓度能稳定达到60~80mg/m3,颗粒物质量浓度达到15mg/m3 左右,超低排放要求NOx排放质量浓度指标为50mg/m3,颗粒物质量浓度为10mg/m3,而为了这些微量的差距,必须在现有技术的基础上增加新的处理设施,从而增加能耗和原燃料消耗,而这些投入也会有能源的消耗和污染物的产生。因此,建议从综合治理角度考虑,去研究个别指标进行微调的科学性和可行性。此外,钢铁工业生产是一个流程产业,设备点检、定期维修、设备试机甚至限产时,因设备的开停机、工况波动、原料等的因素势必影响排放达标效率,建议在评估期内钢铁企业至少95%以上小时均值排放达标,微调成至少90%以上小时均值排放达标。(3)完善监测手段,制定相应标准、技术规范。超低排放实施效果在相关动态数据指标体现方面,除技术、管理等因素外,还与现场监测设备、信息传输等相关,不同的监测设备、不同的监测时段、不同的监测位置及其周围环境有关,建议相关部门就监测方法、监测仪表及其标准进一步规范,保证数据质量和准确性。另外,调研还发现,随着烟气治理超低排放技术的采用,一些配套的资源出现了乱象,如活性焦稳定保障供应问题、质量问题、价格问题,催化剂寿命、质量问题等,建议制定相应的标准、技术指标,逐步规范相关企业行为。

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