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两会雾霾袭华北,原因竟和钢铁“超低排放”造假有关?

以钢铁烧结脱硫脱硝超低排放打假为抓手,既促进公平去产量,又依法精准治污。有些假到了不得不打的时候了。生态环境部长突袭唐山,或许只是撕开了一个口子而已。

1、前言

     2021年两会期间,京津冀及周边区域再次遭受雾霾,局部区域PM2.5浓度高达200μg/Nm3以上。见下图1所示。


环境监测总站的数据显示,今年两会期间北京发生雾霾时大气中升高的PM2.5仍主要是硝酸盐。3月9日北京市PM2.5组分以硝酸盐为主,占全部PM2.5的50%以上,见下图2所示。



发生重污染天气,与不利气象条件和我国高污染、高排放、高能耗的产业结构尚未根本改变,必定有关。
众所周知,决定空气质量的PM2.5细颗粒中,硫酸盐和硝酸盐之和所占的比重最大,其中约60%来自于工业排放,主要为燃煤发电和钢铁行业,分别排第一、二。
按照《大气污染防治行动计划》和《打赢蓝天保卫战三年行动计划》要求,我国自2013年开始全面实施以燃气排放为标准的燃煤发电超低排放、烧结脱硫以及进一步的超低排放。
截止2020年底,全国超低排放煤电机组累计达9.5亿千瓦,占比近90%;钢铁行业已经完成或正在进行的超低排放产能已达6.2亿吨,占比约60%。其中京津冀等中东部重点地区的煤电机组和钢铁烧结机均基本完成了脱硫脱硝超低排放改造。
河北是我国钢铁生产密度最大的区域。位于北京秋冬季上风向的河北钢铁产量占全国的比重超过30%,其中距离北京不到200公里的唐山钢铁产量占河北省高达2/3,全球钢生产密度最大。另外,北京周边的天津、山东等地的钢产能也不小。
因此,京津冀秋冬季的重污染、雾霾天气,每次都只能通过停限产来缓解的被动局面,更应从电厂、钢厂脱硫脱硝的真实质量,或者说是否真实“超低排放”上找原因和破解。
与去年相似,今年2、3月我国钢铁行业同样高负荷运转。针对247家钢厂的调研显示,3月上旬高炉炼铁产能利用率为92.3%,同比增加12.2个百分点。
因此,2020年春节假期和今年两会期间北京雾霾,大气中硝酸盐浓度均大幅提高的原因,直指钢铁行业。
氮氧化物(NOx)是大气硝酸盐PM2.5和臭氧(O3)的前体物。NOx由NO和NO2组成。NOx中真正促进O3生成的是NO2而非NO。NO只有在大气中氧化转变为NO2,才会迅速促进O3,以及硝酸盐PM2.5的生成。
钢铁烧结排放的NOx占钢厂总量的80%,其中95%左右为NO。由于在大气环境中,NO转化为NO2需要一定的时间。因此,钢厂排放的以NO为主的原始NOx,影响更多的是上百公里甚至数百公里外大气中的臭氧浓度和硝酸盐浓度,而对当地臭氧和硝酸盐PM2.5浓度升高的贡献较小。但若钢厂直接排放了NO2,则将导致当地以及临近地区大气中的硝酸盐PM2.5浓度和臭氧迅速提高。
下面以钢铁烧结氧化法“假脱硝”直接产生大量NO2,对京津冀空气质量产生极大危害为例,说明我国钢铁烧结脱硝超低排放存在的一些造假问题,极大影响了大气改善成效,应迅速加以解决。


2、亿吨钢对应的烧结氧化法脱硝,造假盛行,加剧京城硝酸盐PM2.5浓度升高和臭氧污染


大气中因工业烟气NOx所生成的硝酸盐,是由占比达95%的NO先转变为NO2,然后再与大气中的正离子反应而生成的,其主要的化学反应路径如下:



同样,NOx作为前体物促成臭氧生成,也是NO先转成NO2,然后再经由NO2促成。
氧化法脱硝的原理是将烟气NO先氧化为NO2,然后与脱硫塔内湿态或半干态碱性脱硫剂进行中和反应,生成硝酸盐和亚硝酸盐等,从而实现脱硝。因此,氧化法脱硝工艺必须依附于脱硫装置。
氧化法脱硝工艺将NO氧化为NO2很容易,一般转化率轻易可高达90%以上,难点在于如何将氧化生成的NO2与碱性脱硫剂发生高效中和反应并固定。这就是为什么脱除NO2比SO2所耗的碱性吸收剂要成倍增加,超低排放高脱硝率下的运行成本高于SCR脱硝的原因。
氧化法脱硝的化学反应方程式如下:



因此,氧化法脱硝如果仅将NO转化为NO2,而没有将NO2加以脱除,则对大气质量的危害极大。
河北、天津、江苏、山东、广东等地对应产能超过1亿吨钢的约七十多套烧结机采用氧化法脱硝工艺,且不少为稳定性差的简易氧化法脱硝,造价甚至不到高效SCR脱硝的5%。
通常的烧结氧化法脱硝CEMS在线排放监测仪只能测量NO,测量NO2需额外安装NO2/NO转化炉,将NO2转化成NO来测量。
由于原始烟气NOx中的NO占比95%以上,NO2只占极少部分。因此,对于主流的SCR脱硝工艺而言,NO2与NO同时,且先于NO与NH3发生还原反应变成N2,这样出口仅测量NO浓度,基本可反映真实的NOx排放浓度。因此,早期一些环保监管要求不严的地方,往往没有强制要求钢企在上传环保的CEMS上安装额外的NO/NO2转化炉。
但对于氧化法脱硝工艺而言,如果CEMS不安装NO/NO2转化炉,仅仅测量NO,则NOx测量结果将出现严重失真。
氧化法脱硝工艺的CEMS即使配套采用NO/NO2转化炉,也会因为转化炉易失效而使得测量失真。因目前的NO2/NO转化炉均为钼炉,寿命仅为5000ppm·h。当氧化法脱硝出现“假脱硝”时,NO2浓度可达上百ppm,一般运行不了两、三天,转化炉即失效,这样实际还是仅测量了NO。所以“假脱硝”上传环保的NOx排放数据必定严重失真。
因此,一些氧化法脱硝工艺装置表面上看脱硝率很高,其实质只是NO转化为NO2的转化率很高,并不是脱除NOx的脱硝率很高。
氧化法“假脱硝”现象,除了一些是常规CEMS测量NO2存在短板所致外,还有一种情况是人为的。
对于半干法脱硫工艺配套的氧化法脱硝而言,NO2的中和吸收过程需要消耗比脱硫多一倍以上的碱性吸收剂。因此,一些企业为了省成本,就钻一些CEMS无法直接测量NO2,需通过转化炉导致测量易失真的空子,人为不增加满足脱除NO2所需的碱性吸收剂。
NO2气体呈棕黄色。在天气背景清晰的情况下,一些烧结氧化法“假脱硝”,可通过烧结脱硫脱硝烟囱冒“黄烟”来判定。
下图4~图8是一些烧结氧化法 “假脱硝”烟囱冒“黄烟”的典型情况。这种肉眼清晰可见的“黄烟”,其对应的NO2浓度一般可达100mg/Nm3以上。



由于一套中等规格260m2烧结机氧化法“假脱硝”偷省的年运行成本可达3000万元以上,利益巨大,而有关部门对一些烧结氧化法脱硝利用NO2测量短板来造假的问题尚未引起足够重视,为此我国约一亿吨钢产能对应的烧结氧化法“假脱硝”现象愈演愈烈。
钢铁烧结机烟气量大,一台260m2烧结机的烟气量就接近于250MW燃煤机组。因此,烧结氧化法“假脱硝”排放的NO2总量极大。因氧化法脱硝依附于脱硫装置,而脱硫后的烟气温度低、湿度大,加上钢厂烧结烟囱高度一般只有80~100m。因此,钢铁烧结氧化法“假脱硝”立竿见影高了当地及邻近地区大气中的硝酸盐PM2.5浓度和臭氧浓度,危害极大。


3、结束语


2013年以来,我国先后实施了《大气污染防治行动计划》和《打赢蓝天保卫战三年行动计划》,我国空气质量逐步改善,但京津冀及周边地区、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,重点区域秋冬季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。
愈演愈烈的钢铁烧结氧化法“假脱硝”对大气质量的极大不利影响,在很大程度上说明,我国秋冬季重污染天气的主因,更多是我国电力、钢铁烟气超低排放治理存在一些短板和弱项,而不是气象条件和高污染、高排放、高能耗的产业结构没有根本改变。


2020年春节期间雾霾所反映出的硝酸盐浓度反常增加、以及2021年北京两会期间雾霾再次反映硝酸盐浓度增加,与钢铁氧化法“假脱硝”极大提高本地型硝酸盐PM2.5浓度和臭氧浓度直接对应,充分说明我国大气污染治理深入攻坚应首先抓住“弄虚作假”这一关键少数。


2016年~2018年,我国铁腕将1.4亿吨低劣、高污染的“地条钢”产能全部出清,“劣币驱逐良币” 现象得到遏制,极大促进了钢铁行业的健康发展。
目前,虽受需求支撑,钢价高企,但钢铁行业已隐现“高钢价、高库存、高产量”的“三高”风险。
根据工信部数据,我国2020年粗钢产量高达10.53亿吨,同比增长5.3%。但2030年的“碳达峰”和2060年的“碳中和”,对能源消耗高密集型钢铁行业的产量增加,提出了更严的限制。“钢铁去产量”,已成为当前的热词。
我国目前的钢铁产能,基本是通过环保、置换、质量等强硬管理手段留下来的,大多数是“合规、达标”的产能。钢铁去产量,让谁减?怎么减?硬性摊派任务,副作用很大。
在燃煤电力行业全面实现了超低排放后,以钢铁超低排放为代表的非电烟气污染治理是我国当前大气污染治理的主战场。钢铁超低排放的高质量,必定极大促进我国大气质量的进一步改善,尤其是京津冀秋冬季重污染天气的大幅减少。
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”。
钢铁烧结是钢厂生产全流程中“最脏”的工序,不仅排放的二氧化硫和氮氧化物分别占全厂总量的约60%和80%,还有较燃煤电厂排放浓度更高的SO3,以及HCl、HF,甚至二噁英等多组分污染物。
因此,以一亿吨钢产能烧结氧化法脱硝的打假为突破口,既公平、科学实现钢铁去产量,又依法、精准治污,立竿见影改善北京秋冬季的大气质量,一举多得。




       政府周末不休息 唐山又迎新消息

3月13日晚,唐山市召开重污染天气应急响应落实紧急部署会议,副市长李贵富出席并讲话,强调要不折不扣落实重污染天气应急响应,坚决提升执法执纪效能,全力推动我市大气质量快速好转根本好转。

市生态环境局在会上通报了近期生态环境部和省生态环境厅检查发现我市企业不落实重污染天气应急响应要求问题,市公安局通报了有关钢铁企业环境违法问题刑事案件查处情况。

李贵富指出,要坚持政治导向、提高思想认识,站在加快“三个努力建成”步伐、增进民生福祉、推进全市经济高质量发展的大局高度,认真落实重污染天气应急响应要求,持续改善空气质量;各企业要切实履行治污减排主体责任,不折不扣执行停限产各项措施,各级各有关部门“一把手”亲自挂帅,切实履行监管职责,全市共同努力,坚决打赢3月份大气污染综合治理攻坚战。

李贵富强调,各企业要严格按照重污染天气应急预案要求,该限的必须限到位、该停的必须停到位,必保50%减排目标。各级各有关部门要对企业进行全面检查,查在线监测数据、查污染防治设施运行、查排放标准执行、查中控运行平台、查排污许可、查重型运输车辆出入,对未落实应急响应要求和违法排污的企业要坚决依法严惩,一律收回排污许可证,实施顶格处罚、按日计罚,污染排放绩效评级降为D级;一律清算未落实停限产要求多排放的污染物排放量,今后实施3倍惩罚性减排措施;一律对企业法人实施拘留,情节严重的追究刑事责任;一律在新闻媒体公开曝光,并纳入诚信体系黑名单。要坚决提升执法执纪效能,以对党的事业高度负责、对人民高度负责的精神,坚决与污染行为作斗争,对履职不到位、监管失职的责任人严肃进行追责问责。

来源:资讯壹点汇


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