以鋼鐵燒結脫硫脫硝超低排放打假為抓手，既公平鋼鐵去產量又依法精準治汙
1、前言
2021年兩會期間，京津冀及周邊區域再次遭受霧霾，區域性區域PM2.5濃度高達200μg/Nm3以上。見下圖1所示。
環境監測總站的資料顯示，今年兩會期間北京發生霧霾時大氣中升高的PM2.5仍主要是硝酸鹽。3月9日北京市PM2.5組分以硝酸鹽為主，佔全部PM2.5的50%以上，見下圖2所示。
發生重汙染天氣，與不利氣象條件和我國高汙染、高排放、高能耗的產業結構尚未根本改變，必定有關。
但眾所周知，決定空氣質量的PM2.5細顆粒中，硫酸鹽和硝酸鹽之和所佔的比重最大，其中約60%來自於工業排放，主要為燃煤發電和鋼鐵行業，分別排第一、二。
按照《大氣汙染防治行動計劃》和《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》要求，我國自2013年開始全面實施以燃氣排放為標準的燃煤發電超低排放、燒結脫硫以及進一步的超低排放。
截止2020年底，全國超低排放煤電機組累計達9.5億千瓦，佔比近90%；鋼鐵行業已經完成或正在進行的超低排放產能已達6.2億噸，佔比約60%。其中京津冀等中東部重點地區的煤電機組和鋼鐵燒結機均基本完成了脫硫脫硝超低排放改造。
河北是我國鋼鐵生產密度最大的區域。位於北京秋冬季上風向的河北鋼鐵產量佔全國的比重超過30%，其中距離北京不到200公里的唐山鋼鐵產量佔河北省高達2/3，全球鋼生產密度最大。另外，北京周邊的天津、山東等地的鋼產能也不小。
因此，京津冀秋冬季的重汙染、霧霾天氣，每次都只能透過停限產來緩解的被動局面，更應從電廠、鋼廠脫硫脫硝的真實質量，或者說是否真實“超低排放”上找原因和破解。
與去年相似，今年2、3月我國鋼鐵行業同樣高負荷運轉。針對247家鋼廠的調研顯示，3月上旬高爐鍊鐵產能利用率為92.3%，同比增加12.2個百分點。
因此，2020年春節假期和今年兩會期間北京霧霾，大氣中硝酸鹽濃度均大幅提高的原因，直指鋼鐵行業。
氮氧化物（NOx）是大氣硝酸鹽PM2.5和臭氧（O3）的前體物。NOx由NO和NO2組成。NOx中真正促進O3生成的是NO2而非NO。NO只有在大氣中氧化轉變為NO2，才會迅速促進O3，以及硝酸鹽PM2.5的生成。
鋼鐵燒結排放的NOx佔鋼廠總量的80%，其中95%左右為NO。由於在大氣環境中，NO轉化為NO2需要一定的時間。因此，鋼廠排放的以NO為主的原始NOx，影響更多的是上百公里甚至數百公里外大氣中的臭氧濃度和硝酸鹽濃度，而對當地臭氧和硝酸鹽PM2.5濃度升高的貢獻較小。但若鋼廠直接排放了NO2，則將導致當地以及臨近地區大氣中的硝酸鹽PM2.5濃度和臭氧迅速提高。
下面以鋼鐵燒結氧化法“假脫硝”直接產生大量NO2，對京津冀空氣質量產生極大危害為例，說明我國鋼鐵燒結脫硝超低排放存在的一些造假問題，極大影響了大氣改善成效，應迅速加以解決。
2、億噸鋼對應的燒結氧化法脫硝，造假盛行，加劇京城硝酸鹽PM2.5濃度升高和臭氧汙染
大氣中因工業煙氣NOx所生成的硝酸鹽，是由佔比達95%的NO先轉變為NO2，然後再與大氣中的正離子反應而生成的，其主要的化學反應路徑如下：
同樣，NOx作為前體物促成臭氧生成，也是NO先轉成NO2，然後再經由NO2促成。
氧化法脫硝的原理是將煙氣NO先氧化為NO2，然後與脫硫塔內溼態或半乾態鹼性脫硫劑進行中和反應，生成硝酸鹽和亞硝酸鹽等，從而實現脫硝。因此，氧化法脫硝工藝必須依附於脫硫裝置。
氧化法脫硝工藝將NO氧化為NO2很容易，一般轉化率輕易可高達90%以上，難點在於如何將氧化生成的NO2與鹼性脫硫劑發生高效中和反應並固定。這就是為什麼脫除NO2比SO2所耗的鹼性吸收劑要成倍增加，超低排放高脫硝率下的執行成本高於SCR脫硝的原因。
氧化法脫硝的化學反應方程式如下：
因此，氧化法脫硝如果僅將NO轉化為NO2，而沒有將NO2加以脫除，則對大氣質量的危害極大。
河北、天津、江蘇、山東、廣東等地對應產能超過1億噸鋼的約七十多套燒結機採用氧化法脫硝工藝，且不少為穩定性差的簡易氧化法脫硝，造價甚至不到高效SCR脫硝的5%。
通常的燒結氧化法脫硝CEMS線上排放監測儀只能測量NO，測量NO2需額外安裝NO2/NO轉化爐，將NO2轉化成NO來測量。
由於原始煙氣NOx中的NO佔比95%以上，NO2只佔極少部分。因此，對於主流的SCR脫硝工藝而言，NO2與NO同時，且先於NO與NH3發生還原反應變成N2，這樣出口僅測量NO濃度，基本可反映真實的NOx排放濃度。因此，早期一些環保監管要求不嚴的地方，往往沒有強制要求鋼企在上傳環保的CEMS上安裝額外的NO/NO2轉化爐。
但對於氧化法脫硝工藝而言，如果CEMS不安裝NO/NO2轉化爐，僅僅測量NO，則NOx測量結果將出現嚴重失真。
氧化法脫硝工藝的CEMS即使配套採用NO/NO2轉化爐，也會因為轉化爐易失效而使得測量失真。因目前的NO2/NO轉化爐均為鉬爐，壽命僅為5000ppm·h。當氧化法脫硝出現“假脫硝”時，NO2濃度可達上百ppm，一般執行不了兩、三天，轉化爐即失效，這樣實際還是僅測量了NO。所以“假脫硝”上傳環保的NOx排放資料必定嚴重失真。
因此，一些氧化法脫硝工藝裝置表面上看脫硝率很高，其實質只是NO轉化為NO2的轉化率很高，並不是脫除NOx的脫硝率很高。
氧化法“假脫硝”現象，除了一些是常規CEMS測量NO2存在短板所致外，還有一種情況是人為的。
對於半乾法脫硫工藝配套的氧化法脫硝而言，NO2的中和吸收過程需要消耗比脫硫多一倍以上的鹼性吸收劑。因此，一些企業為了省成本，就鑽一些CEMS無法直接測量NO2，需透過轉化爐導致測量易失真的空子，人為不增加滿足脫除NO2所需的鹼性吸收劑。
NO2氣體呈棕黃色。在天氣背景清晰的情況下，一些燒結氧化法“假脫硝”，可透過燒結脫硫脫硝煙囪冒“黃煙”來判定。
下圖4～圖8是一些燒結氧化法 “假脫硝”煙囪冒“黃煙”的典型情況。這種肉眼清晰可見的“黃煙”，其對應的NO2濃度一般可達100mg/Nm3以上。
由於一套中等規格260m2燒結機氧化法“假脫硝”偷省的年執行成本可達3000萬元以上，利益巨大，而有關部門對一些燒結氧化法脫硝利用NO2測量短板來造假的問題尚未引起足夠重視，為此我國約一億噸鋼產能對應的燒結氧化法“假脫硝”現象愈演愈烈。
鋼鐵燒結機煙氣量大，一臺260m2燒結機的煙氣量就接近於250MW燃煤機組。因此，燒結氧化法“假脫硝”排放的NO2總量極大。因氧化法脫硝依附於脫硫裝置，而脫硫後的煙氣溫度低、溼度大，加上鋼廠燒結煙囪高度一般只有80~100m。因此，鋼鐵燒結氧化法“假脫硝”立竿見影提高了當地及鄰近地區大氣中的硝酸鹽PM2.5濃度和臭氧濃度，危害極大。
3、結束語
2013年以來，我國先後實施了《大氣汙染防治行動計劃》和《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》，我國空氣質量逐步改善，但京津冀及周邊地區、汾渭平原、長三角地區PM2.5濃度仍分別超標62.6%、57.1%、17.1%。另外，我國秋冬季重汙染依然多發頻發，重點區域秋冬季PM2.5濃度是春夏季的1.6至2.1倍，重汙染天數佔全年90%以上。因此，我國大氣汙染治理任重道遠。
愈演愈烈的鋼鐵燒結氧化法“假脫硝”對大氣質量的極大不利影響，在很大程度上說明，我國秋冬季重汙染天氣的主因，更多是我國電力、鋼鐵煙氣超低排放治理存在一些短板和弱項，而不是氣象條件和高汙染、高排放、高能耗的產業結構沒有根本改變。
2020年春節期間霧霾所反映出的硝酸鹽濃度反常增加、以及2021年北京兩會期間霧霾再次反映硝酸鹽濃度增加，與鋼鐵氧化法“假脫硝”極大提高本地型硝酸鹽PM2.5濃度和臭氧濃度直接對應，充分說明我國大氣汙染治理深入攻堅應首先抓住“弄虛作假”這一關鍵少數。
2016年~2018年，我國鐵腕將1.4億噸低劣、高汙染的“地條鋼”產能全部出清，“劣幣驅逐良幣” 現象得到遏制，極大促進了鋼鐵行業的健康發展。
目前，雖受需求支撐，鋼價高企，但鋼鐵行業已隱現“高鋼價、高庫存、高產量”的“三高”風險。
根據工信部資料，我國2020年粗鋼產量高達10.53億噸，同比增長5.3%。但2030年的“碳達峰”和2060年的“碳中和”，對能源消耗高密集型鋼鐵行業的產量增加，提出了更嚴的限制。“鋼鐵去產量”，已成為當前的熱詞。
我國目前的鋼鐵產能，基本是透過環保、置換、質量等強硬管理手段留下來的，大多數是“合規、達標”的產能。鋼鐵去產量，讓誰減？怎麼減？硬性攤派任務，副作用很大。
在燃煤電力行業全面實現了超低排放後，以鋼鐵超低排放為代表的非電煙氣汙染治理是我國當前大氣汙染治理的主戰場。鋼鐵超低排放的高質量，必定極大促進我國大氣質量的進一步改善，尤其是京津冀秋冬季重汙染天氣的大幅減少。
燒結機連著高爐，沒有旁路的燒結脫硫脫硝裝置相當於鋼廠的“咽喉”。
鋼鐵燒結是鋼廠生產全流程中“最髒”的工序，不僅排放的二氧化硫和氮氧化物分別佔全廠總量的約60%和80%，還有較燃煤電廠排放濃度更高的SO3，以及HCl、HF，甚至二噁英等多組分汙染物。
因此，以一億噸鋼產能燒結氧化法脫硝的打假為突破口，既公平、科學實現鋼鐵去產量，又依法、精準治汙，立竿見影改善北京秋冬季的大氣質量，一舉多得。