一.前言
2020年9月22日，我国在第七十五届联合国大会上提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”，即“30•60双碳”目标。
我国是世界第一钢铁大国，2020年粗钢产量达到10.65亿吨，占全球粗钢总产量的56%。2020年，钢铁产业CO2排放量占我国碳排放总量的16%左右，是31个制造业门类中碳排放量最大的行业。因此，钢铁行业是我国碳减排的重点领域。
钢铁超低排放是我国当前大气污染治理的主战场。烧结工序，是钢铁生产全流程中烟气“最脏”的环节，排放的SO2、NOx，一般占全厂60~80%，是钢厂超低排放的重点。且烧结烟气还包括SO3、HF、HCl，以及二噁英等其他多污染物，其中，二噁英是国际公认的强致癌物，对人体健康危害极大。
从综合改善大气质量角度，钢铁烧结烟气脱硫，应选择能协同高效脱除烧结烟气所特有的多污染物的脱硫工艺。
但由于我国烟气脱硫仅将SO2作为约束性大气污染物指标，湿法脱硫工艺对SO2的脱硫率高、脱硫成本低。为此，我国钢铁烧结机烟气脱硫，早年多照搬电力行业，采用仅对SO2具有高脱硫率，对烧结烟气其余多污染物脱除率低的湿法脱硫工艺。
烧结烟气经湿法脱硫后的温度一般降低到50℃左右，低于烟气露点温度，加上湿法脱硫烟气含有大量腐蚀性雾滴，而烧结机的原始烟囱都没有考虑防腐。因此，烧结湿法脱硫后的烟气一般都只能通过自身有防腐措施的塔顶烟囱直排。
受结构安全和成本的限制，湿法脱硫塔顶烟囱的高度一般只有60m左右，远低于烧结机原始烟囱高度的80~120m，见图1所示。
烟气湿法脱硫采用浆液喷淋脱硫原理，对SO2具有高脱硫率，对前级机头电除尘器逃逸的烟尘也有一定的洗涤除尘效果，但对包括二噁英在内的烧结烟气其余污染物的脱除效率并不高。因此，烧结机湿法脱硫工艺采用塔顶烟囱直排，高度降低，均存在未脱除污染物落地浓度提高的环保违规问题。
特别是，由于烧结机头电除尘器存在效率下降快的“顽疾”，加上烧结湿法脱硫的设计、设备质量和维护管理远不如电力行业，烧结湿法脱硫除雾器的除雾效果相对电力行业差很多，浆液雾滴排放浓度高，导致湿法脱硫塔顶烟囱“白龙”拖尾严重，甚至下起石膏雨。
为此，一些地方政府要求湿法脱硫烟气必须进一步“脱白”。
烧结SCR脱硝工艺，与燃煤锅炉SCR脱硝工艺有一个很大的不同就是，就是需要增设GGH换热器和煤气加热装置。为此，一些钢企认为将烧结SCR脱硝置于湿法脱硫后，既可以脱硝，还能“脱白”，一举两得。如下图2所示。
但，一些钢厂在烧结湿法脱硫后加装了SCR脱硝装置，普遍出现了加热温升高、煤气耗量大的问题。而煤气耗量大，意味着碳排放增加，不利于钢铁企业的碳减排。
下面以某钢厂烧结湿法脱硫后加装SCR脱硝后，煤气耗量超出规范值2倍以上，加上堵塞严重，能耗剧增，年增无谓碳排放达十数万吨加以举例说明。
二.烧结湿法脱硫后SCR脱硝“高碳排放”案例
1、加热温升大、煤气耗量高，无谓碳排放每年高达十数万吨
如下图3所示，某钢厂2×90m2烧结湿法脱硫+后置SCR脱硝的运行不到三个月，加热温升高达91.3℃，煤气耗量高，是行业规范30℃温升的3倍，同时总阻力大，是行业规范的2倍，同时喷氨量大，氨逃逸高，一年多花数千万元的运行成本。
该项目折算标况烟气量为663900Nm3/h，工况流量860000m3/h，2021年5月SCR脱硝温升为91.3℃，而相比于烧结SCR脱硝GGH温升设计规范30℃，其升温高出近61.3℃，煤气耗量增加2倍多，达到26450Nm3/h。
按照，每年运行8000小时、煤气单价0.15元/Nm3，该厂年煤气运行费用要增加：
26450×8000×0.15/10000=3174万元
多消耗的煤气不仅增加成本，还同时增加了二氧化碳的排放。
根据《中国钢铁生产企业温室气体排放核算方法与报告指南》核算，高炉煤气低位发热量为33GJ/万Nm3，单位热值含碳量70.8tC/TJ，燃料碳氧化率99%，则折算每立方高炉煤气产生的二氧化碳排放量：
相比于烧结SCR脱硝的GGH规范设计温升30℃，该钢厂年增加碳排放量：
按照目前碳交易的指标计算，每吨CO2价格36元/t，这部分增加费用约645万/年。
2、GGH、催化剂堵塞严重，造成系统阻力大，增加电耗
一般烧结机头电除尘器为4-5电场，理论上出口粉尘浓度可以≤50mg/Nm3，但由于烧结烟气湿度大、粉尘粒径细、比电阻高，并含有一定量的碱性氧化物Na2O、K2O，吸潮性强，粘性大，导致极板、极线清灰困难。烧结机头电除尘器基本在投运不长时间就会出现阴极线肥大，电晕电流逐渐变小，进而导致除尘效率降低，出口粉尘浓度将上升至100mg/Nm3以上，运行状态差的甚至可达300mg/Nm3以上。
湿法脱硫除雾器的效率在很大程度上又取决于机头电除尘器的效率。因为机头除尘器效率下降，易导致除雾器结垢，进而造成除雾效果下降。
机头电除尘器排放的细颗粒，湿法脱硫浆液固体颗粒，这些粉尘不仅使得烟囱粉尘超标，其带来另一个问题就是催化剂很快堵塞。
烧结SCR脱硝装置为达到脱硝反应温度，存在一个升温换热过程。升温过程中，大量浆液雾滴将水分蒸发、结晶，生成大量细颗粒。这些颗粒粒径小（亚微米级）、粘性强，易粘附在GGH换热元件、催化剂表面，短时间内，GGH、催化剂均将发生严重堵塞。导致SCR脱硝系统阻力快速上升，引风机拉不动，烧结机被迫减产或停机。
如图4所示为某湿法脱硫+SCR脱硝项目GGH换热元件发生严重堵塞的照片。大部分换热元件已经全部糊住了，即使停机清洗，也很难有效消除。
如上图3所示，某钢厂2×90m2烧结湿法脱硫+后置SCR该项目，脱硝入口压力为-852Pa，出口阻力-4222Pa，脱硝系统运行阻力，在不到半年的时间内升高达3370Pa，比规范设计阻力2000Pa，高出了1370Pa。
为此，该项目折算标况烟气量为663900Nm3/h，工况流量860000m3/h，风机效率取0.85，电机效率取0.96，克服这些阻力，每小时增加引风机电耗约：860000×1370÷(3600×1000×0.85)÷0.96=401kW。以0.5元/度电计算，年运行8000小时，每年将增加电费160.4万元。
按照1度电对应0.785kg二氧化碳排放计算，每年因系统阻力上升而增加的碳排放约401×0.785×8000/1000=2518吨。
三.结束语
我国钢厂烧结湿法脱硫的质量多数低于电力行业，而烧结机头电除尘器存在除尘效率下降快的“顽疾”，导致湿法脱硫除雾器结垢问题较严重，湿法脱硫后烟气拖尾严重、雾滴排放浓度高。这样，在湿法脱硫后加装SCR脱硝，大量浆液雾滴所含的细颗粒被脱硝热烟气加热蒸发后，大量沉积在GGH换热片和催化剂表面，导致系统阻力增大、催化剂活性降低。
烧结烟气SO2/SO3转化率高，导致烟气原始SO3浓度高，而湿法脱硫仅对SO2具有99%以上的高脱硫率，但对SO3的脱除率只有20%~50%。这样，在烧结湿法脱硫后加装SCR脱硝，SO3先于NOx与氨气发生反应，生成大量硫酸氢铵，黏附在催化剂和GGH换热元件表面，进一步降低了催化剂的活性、增加了GGH阻力。
以上这些不利因素，是湿法脱硫后加装SCR脱硝后，易产生加热煤气耗量高、系统阻力上升快的主因。
对烧结湿法脱硫后加装SCR脱硝煤气耗量高，导致一年逾千万元甚至几千万元脱硝的运行成本增加重视与否，取决于钢企自身。
但，碳减排是我国新时代绿色、高质量发展的大政方针之一，更是我国为应对气候变化对世界的承诺。减污降碳、协同治理，是我国钢铁超低排放的基本要求。
因此，对一些烧结湿法脱硫后加装SCR脱硝后产生高碳排放问题，相关政府管理部门应予以重视解决。
