朱廷钰：非电行业烟气排放特征及控制技术

在“2016中国环保上市公司峰会”上，中国科学院工程研究所研究员、博士生导师 朱廷钰，与参会人员分享非电行业烟气排放特征及控制技术。朱廷钰人认为在“十三五”国家真正要实现污染物大量减排，应该寄托在非电行业减排。非电污染物排放标准高，很多非电行业烟气量也不大，同时技术水平也非常低，而且因为前几年极速扩张，因为技术支撑不到位，需求较大。

各位专家、企业家，上午好!

这几年电力行业受到的关注比较多。电力烟气治理行业作为一个环保龙头行业，技术发展快。相对而言，非电行业是一个比较新型的行业，但是非电行业面临的环保压力比电力行业还要严重。电力行业已经实行超低排放，"十三五"已经提出超超低排放。

2015年环境统计年鉴还没有出来，根据最权威的2014年污染物排放数据，电力及非电行业中烟尘、SO2及NOx占工业总量比例均在50%以上。可以看到现在电力和非电在排放常规污染物方面，包括颗粒物，二氧化硫及氮氧化物总的比例基本持平。

2015年，全国约有20%多的电力基础设施实现超低排放，而非电行业两个字“过剩”，三个字是“去产能”，所以非电行业经营效益有限，污染物消减量不高。我估计2015年的数据统计出来以后，非电行业污染物的排放量将明显超过电力行业。

这是在非电行业列举的几个示例，非电行业严格来说还应该包括工业锅炉，主要是燃煤为主，而且工业锅炉包括供热。我们这里主要指的是工业炉窑。非电集中污染，一是钢铁、有色组成的冶金，一是水泥、玻璃、陶瓷组成的建材，还包括化工。钢铁行业这几年关注最多的是烧结，为什么关注烧结?因为钢铁业20%颗粒物、70%SO2、90%大气二恶英来自烧结机，所以钢铁行业要治理污染首先要治理烧结。但是钢铁行业也不同于电力行业，电力行业锅炉排出气量是一定的，但是钢铁包括焦炉、烧结、铁合金、转炉等这些工序都产生污染，采用的技术也没有办法联合起来，所以排放特别多。

水泥国家现在也面临巨大挑战，氮氧化物排放，除了电力、汽车以外，水泥行业排名第三，但是水泥行业考虑到经济性，这个不合理。我们国家很多排放标准极不平衡，非电排放标准浓度限值特别高，有的相对其行业特别放松。排放限值没有多大意义，比如提出来超低排放，都进入了考核，电力行业是好的，因为稍微一个波动就超了，所以不敢释放，二氧化硫25%，氮氧化合物是30%。我们现在说的是绝对的，其实没有什么意义。

排放里面最重要的一个参数，都不提，就是折氧量，火电是60%，工业锅炉8%含氧量，钢铁行业不产生，水泥是10%，合理吗?玻璃号称是8%。钢铁行业排放烟气，烧结机一般是16%到18%，意味着烧结机现在国家排放最新标准，二氧化硫200，特别排放限值180;颗粒物排放50，特别排放40;氮氧化物300，这些都没有什么意义。如果折合成燃煤的含氧量意味着技术含量乘2.5，所以颗粒物特别排放乘2.5，折合火电，而一台300KW的烧结机，每小时排放气量超过100万。例如，一个30万的机组排放，如果执行标准，现在300微克/立方米的标准，一台烧结机实行超低排放以后，200万的机组都超过了总量，所以看到现在各行业的国家排放标准是多么不平衡。这里列举的是绝对值，只供参考，没有什么意义。

现在火电行业实现超低排放，下一步分两个方向，第一是实现所有煤的超低排放。超低排放和煤种关系紧密，煤种差一点是实现不了超低排放。我国的稀产率不够，只有百分之五六十，国外几乎是100%，所以挥发份很高。第二是实现优质煤超超低排放，什么是超低排放?什么是“超超低排放”?基本是主要污染削减50%以上，这个是超低排放。把超低排放主要污染物再削减50%，基本上就是超超低排放，这是火电的发展方向。

另外一个火电行业虽然实行超超低排放，关注污染物指标比较多是颗粒物、二氧化硫、氮氧化物，但三氧化硫等污染物指标是多少?很多国家都有三氧化硫排放限值，新加坡规定15毫克。我国三氧化硫很多是气溶胶形式存在，难易检测，尤其是难以再清洁。氮氧化合物现在实现超低排放，所以很多人认为SCR2000 不够就上3000机组。SCR催化剂对氮氧化合物的还原，重金属氧化是有利的，但对二氧化硫要求不高于1%。

以电力行业为例，根据燃煤的煤种不同，本身燃烧以后有0.5%～2%是三氧化硫。如果以1%三氧化硫估计，1%二氧化硫估计，则共计约60毫克/立方米。所以规定二氧化硫才消减至35毫克，没有什么意义，因为三氧化硫对环境的危害是远远高于二氧化硫的。国外的指标是 SOx，也就是二氧化硫和三氧化硫的总和。重金属现在实行30%，这是一个非常宽松的指标。基本上除了西南地区，国内所有的行业都可以达标，不愿意要求很高。而美国不同的州虽然指标限值不一样，但基本都在1%～3%，排放高的是十几毫克/立方米，低的还不到十毫克/立方米。

我国电力行业毕竟是环保技术产业化成熟的领域，从电力结合非电力排放需求以及技术进行二次开发，电力行业在大气污染控制领域仍然代表最先进的方向。电力发展方向一是SCR脱硝催化剂再生，二是SO3协同控制。催化剂吸附了重金属变成危废，这将成为一个方向，催化剂离线再生，需要处理以降低运行成本。

非电行业有很多需求，包括很多行业，每个行业排放特征不一样，运营状态和技术不同，处理要求也不一样。总体上，我们认为在“十三五”国家真正要实现污染物大量减排，应该寄托在非电行业减排。非电污染物排放标准高，很多非电行业烟气量也不大，同时技术水平也非常低，而且因为前几年极速扩张，因为技术支撑不到位，需求较大。

中国环保产业发展有三个特征：第一环保产业标准变化很快。有些没有根据，但是国家需要就改。有些排放标准和国外相比很夸张，有的行业烟气一台机组就二三十万废气量，而我国二氧化硫排放是50毫克/立方米，国外限值500毫克/立方米。有的行业一台窑炉四五百万气量，而国内排放标准很宽松，所以很不合理，各个行业限值不是真正根据总量要求去修改标准。

第二个特征，我们国家技术的发展跟不上行业的要求。有些技术没有中国科研人员做研究，因为这个行业出现的技术不是太成熟，需要强化研发技术，国家实行政策太超前了，执行的力度和方式不合理。

第三个特征，环保企业是五花八门，有科研院、制造产业转型，有重资产和轻资产型的企业，中国环保产业也是处于一个战略发展时期。环保市场现在变化比较大，如果工业不景气，调控持续，如果电力像钢铁行业一样过剩，就要严格限制电力，那么环保需求端的市场能持续多久?现在看不到太大的危机，因为我们国家环保太剔透了，所以我们认为以后非电行业控制技术将是一个新的发展方向。

简单介绍中科院过程所这个团队，在科学院中大气污染治理算是一个有特色的行业，这个行业从“十一五”开始做了中国第一台烧结机脱硫，承担了科技部863的课题。

中国2015年粗钢产量8.04亿吨，钢铁产量大，产能早就失衡了。钢铁生产的污染物排放标准现在还是很宽松。在电力行业减排空间有限的情况下，加强钢铁行业多污染物协同控制势在必行。钢铁行业以烧结、球团或转炉为例，烧结机只要有投资，技术上完全可以实现。钢铁上的二氧化硫排放标准比较高，有一定道理，因为钢铁行业烧结机是多污染物，尤其里面存在二恶英，二恶英是轻质型，不容易损，所以国外如果考虑到二恶英排放，最多是半干工艺，国内龙净或中科院CFB，也包括SCA，因为不溶于水，而且二恶英是衡量的，很难对一个物质单独去催化分解不划算，这种情况下考虑烧结机二氧化硫适当标准，提出一个适当高值是合理的。在国外很多国家，二氧化硫没有这么高的标准，德国脱硫只要求60%，甚至50%。总体来说国内标准比国外高很多，造成大量气态污染物转成固态污染物，而固态污染物又不治理。治理成本反应不出问题。

燃煤电站烟气和烧结机烟气很大不同，排放运行过程当然对二次技术开发带来新要求，二次开发新模式当然要考虑在技术和设计进行重新的研发。所以，烧结烟气不同于电厂烟气，对环保技术的要求更高，不能“照搬”。钢铁行业烧结机有很多问题，现在更多关注是颗粒物和二氧化硫。2014年烧结机标准发布，烧结机应像垃圾焚烧一样，形成每年强制检测制度。我国有标准，但是没有检测，烧结机行业二恶英排放量绝对是全国最高的。二恶英难以检测，分布在固相和气相，测试数据不准，比例有很大可变性，但是钢铁行业二恶英排放可能居第一位。氮氧化物排放浓度为300，烧结机的氮氧化物和燃烧不一样。燃煤主要是热力型，温度足够高，而烧结机的氮氧化物不高，更多是来自燃料。那么氮氧化物排放浓度300的标准意味着全中国百分之七八十的烧结机都不需要处理，像在京津冀地区或珠三角区域，整个烧结机排放标准是100，而国家标准是300，超标的很少，宝钢也没有超标，因为来源于燃料。

另外，即使超标脱硫效率也不像燃煤那么固定，燃煤处理SCR达到80%，甚至有些90%。而烧结机不需要，排放浓度高的也就是400，即30%的处理效率或是更高。所以不考虑二氧化硫，氮氧化物的治理也是有新的需求感。烧结机是由不同风箱组成，一个120平方米的烧结机大概有17-18个风箱组成;一个300平方米的烧结机大概有20多个风箱。每一个风箱温度和污染物浓度不同，含湿量也不一样。二分之一或三分之一的风箱完全可以达到钢铁行业烧结机排放标准。

但是现在普遍做法是把所有风箱烟气全部抽出来统一治理，污染物治理最大成本取决于气量，而不是浓度，这种治理方法极不合理，所以我们建议将来烧结机应该采取选择性治理。即能够达标排放的气体可以直接排放，不达标的部分就采取工艺处理，这样才能够实现有效治理，降低投资成本和运行费用。

钢铁行业硫的排放主要与铁矿石的含硫量密切相关，我们团队测试了攀枝花、澳大利亚、鞍钢等案例的铁矿石硫含量。我国烧结机排放浓度绝大多数在2000以内，只有西南地区极个别的钢厂超标，在7000—10000左右。钢铁行业氮氧化物大部分可以达标排放，二恶英的数据不具有任何代表性，因为二恶英测试机器很贵。我国钢铁行业只有宝钢有测试设备，和宝钢医院合作测了大概有效的数据，可以看到二恶英排放并不合理，甚至有时候二恶英排放远远低于国家排放，有的甚至是比别的国家还要低。所以，二恶英的治理需求还要验证，排放特征也不在此提及了。垃圾焚烧特点是浓度高，但是是气量小。

发展进步的三个趋势，第一是单一污染更高，第二是多污染物协同控制和联合控制，现在更多采用联合，协同是利用氧化还原、吸热放热、产物原料等方式进行耦合，现在根本没有做到。第三，关注常规和非常规，以后的需求肯定要满足总量要求。从全国环境统计公报可以看到，脱硫设施平均效率由2014年84%增长到2015年的88%，后装装置有提高。湿法前三工艺：石灰石石膏法，双碱法和氨法，和燃煤技术有相似。双碱法基本都不见了，在一个很小的区域，现在国家明确规定90平方米以下烧结机要淘汰掉，180平方米的烧结机才能立项。半干法前三工艺：CFB法，SDA法，密相干塔法。科学研究现在所提出来烧结机分级循环计划和余热利用，可以余热利用和减少气压，合理改变经济性。

介绍一下焦化行业。2015年，焦化行业SO2 排放量为17.7 万吨，NOx 为63.8 万吨。110万吨/年焦炉烟气量约为30万Nm3/h;

我国很多行业都在实行超低排放，现在排放标准不起作用了。我国焦化行业几乎是全部不达标，不管是独立的焦化还是钢铁企业联合焦化普遍都不达标。焦化行业排放标准非常低，二氧化硫50，特别排放30。欧盟国家200—500，因为国外焦化联合化工行业，焦炉热量用的是焦炉煤气或高炉煤气，如果高密集型，主要是一氧化碳气体，燃烧温度低，所以普遍小于两三百，如果是焦炉煤气最高不到七八百，所以国外是500，因此鼓励利用高炉煤气做焦炉。但是我国不能达到，定的50，谁也达不到，氮氧化物排放很高，都达到了1000。炼焦化学工业污染物排放标准 GB 16171-2012 排放浓度限值是150，从1000降到150按照常规的SCR也达不到。焦炉行业最近和中铁合作，准备在煤气焦化做一个150万吨的焦化厂计划。大家比较公认的两种工艺，一种是低温SCR，高效脱硫加SCR，这个装备据说不错，但是有一个巨大的问题，脱硫成本很大。23万平方米功放气量投资估算超过5000万，所以经济性有优化空间。焦炉烟气脱硫脱硝技术有脱硫+除尘+低温SCR技术和活性炭脱硫脱硝技术。为什么要用碳酸钠?是因为需要特别高的脱硫效率，低温SCR解决不了硫的问题，一般忽视小于10个PPM，效率会下降，耐存会提高，所以前面不管有多少都要排放小于30。任何一种技术自己的优点和缺点，活性炭脱硫脱硝技术优点更多是体现吸附能力，如果单独只有一个优点，经济性肯定令人置疑，因为用完了以后可以资源化利用。现在有一个误区，很多人认为活性炭脱硫效率只有30%，主要是因为喷氨的时机不对。活性炭的技术有三个比较关键，一个是二氧化硫和一氧化碳的技术吸附，因为二氧化硫存在直接把一氧化碳吸附抑制，而氨的吸附比二氧化硫还要多。第二是二氧化硫和氨的反应生出了硫氨盐。

2015年中国水泥行业23.5亿吨，每吨熟料产生的水泥窑尾烟气量约为2500Nm3/t。NOx排放量为191.7万吨，烟(粉)尘95.8万吨。2014年底，水泥企业共3535家，其中由熟料生产的水泥企业1793家，脱硝设施920套，占比26%。水泥排放总量很高，理论上来说，脱硝效率SCNR可以做到60%，但是大量工业证明，效率普遍在50%左右，考虑到氨的泄露等因素。现在水泥行业排放标准在进行调研，如加严对水泥行业意味着全部要考虑SNCR。现在水泥行业排放标准总体是200，对水泥行业来说意味着脱氮要考虑SCR，投资成本少。德国规定采用二次燃料替代率<60%时，NOx不得超过500mg/Nm3，二次燃料替代率>60%时，不大于200mg/Nm3，我国在行业间平衡还存在很多问题。《国家环境保护“十二五”规划》新型干法水泥窑要进行低氮燃烧技术改造，新建水泥生产线要安装效率不低于60%的脱硝设施。玻璃行业2009年SO2 约35万吨，烟尘2.7万吨，NOx 约46万吨，NOx浓度高：2000~3000 mg/Nm3。玻璃行业的含氧量现在全行业都提出抗议，要由8%以上改成15%，其实达不到，玻璃行业的氮氧化物的含量非常高。钢铁烧结机氮氧化物含量一般是200，玻璃一般是3000以上。存在的问题及技术需求有，玻璃炉窑烟气由于NOx浓度高，在常规湿法烟气脱硫工艺过程中，“白烟”现场严重，亟需研发新型的湿法同时脱硫脱硝技术。玻璃炉窑尾气余热发电产生的烟气温度较低(180~300℃)，NOx浓度高(1500~4000mg/m3)，亟需低温NH3-SCR脱硝技术。

有色行业，中小型企业散点分布、集约化程度低，单位产量污染物排放量高。有色冶炼Hg排放量占全国工业的52%，锌冶炼占有色冶炼Hg排放量60%以上。现在国家重金属按照要求应该减排汞20%，全世界重金属排放据说联合国提出来5%。以上是我的一些研究分享，谢谢。

编辑：张伟