山東大學(xué)教授：建議盡快進(jìn)行霧霾主因確證及其治理方法選擇

大氣網(wǎng)訊:時(shí)間進(jìn)入2019年，距離1月16日綠會(huì)召開(kāi)2019兩會(huì)提/議案建議會(huì)的時(shí)間越來(lái)越近了。綠會(huì)正在不斷收到來(lái)自全國(guó)各地的提/議案建議。

現(xiàn)我們將來(lái)自山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院朱維群教授所提交的《建議盡快進(jìn)行霧霾主因確證及其治理方法選擇》內(nèi)容原文刊發(fā)，歡迎大家共同關(guān)注與討論。

建議盡快進(jìn)行霧霾主因確證及其治理方法選擇

朱維群，山東大學(xué)

摘要：有關(guān)學(xué)者從大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分析、濕法脫硫工藝原理及相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果等多方面綜合得出，濕法脫硫煙氣水汽含鹽排放是造成我國(guó)霧霾大面積發(fā)生的一個(gè)主要原因。目前許多主管部門(mén)也認(rèn)識(shí)到這一問(wèn)題，正在進(jìn)行煙氣“脫白”，但“脫白”投資大，效果差，應(yīng)該認(rèn)真評(píng)價(jià)煙氣“脫白”是控制霧霾的有效方法還是“錯(cuò)上加錯(cuò)”，從投資成本、運(yùn)行成本及排放指標(biāo)等多方面詳細(xì)客觀地評(píng)價(jià)所采取的方法。建議進(jìn)行燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù)研發(fā)，經(jīng)濟(jì)可行地減少燃煤煙氣水汽及含鹽的排放，從而降低霧霾的產(chǎn)生。

一、燃煤煙氣濕法脫硫存在的問(wèn)題：

燃煤煙氣濕法脫硫不僅存在脫硫廢水處理難題，而且也存在著煙氣廢汽排放問(wèn)題。在濕法脫硫的循環(huán)液中，各種溶解在水中的鹽的粒子大小約為PM（10-6）的萬(wàn)分之一。在脫硫過(guò)程中，脫硫循環(huán)液與煙氣的比例一般在10L/m3，形成的飽和濕煙氣中的水含量約為150g/m3，當(dāng)煙氣以3~4米/秒的速度在脫硫塔及煙囪中流動(dòng)時(shí)，鹽、水氣和煙氣形成的是一均勻的氣溶膠體系。濕法脫硫之后加裝的濕式電除塵或高效除霧器只能除去煙氣水汽中的部分較大顆粒，對(duì)PM1.0以下的顆粒及水溶性鹽無(wú)效。一種工況條件下的檢測(cè)分析結(jié)果表明：我國(guó)濕法脫硫煙氣每年可能排放5600萬(wàn)噸水溶性鹽，相當(dāng)于SO2、NOx和煙塵三種常規(guī)污染物的總和，這應(yīng)該是我國(guó)霧霾大面積、高強(qiáng)度發(fā)生的一個(gè)主要原因。

目前許多主管部門(mén)也認(rèn)識(shí)到這一問(wèn)題，正在進(jìn)行煙氣“脫白”以減少水溶性鹽的排放量，但“脫白”投資大，效果差，存在以下缺點(diǎn)：1）冷凝水汽的水質(zhì)不高，pH=2~3，具有腐蝕性；2）需要價(jià)格較高、換熱面積較大的耐腐蝕換熱器；3）水汽排放量降低有限，最多降低20%，仍然有80%的水汽排放；4）電廠冷源缺乏，或增加大量成本。

二、對(duì)策建議

1.對(duì)濕法脫硫煙氣的全成分采取多種分析方法進(jìn)行研究性檢測(cè)，詳細(xì)評(píng)估濕法脫硫煙氣水汽含鹽量對(duì)霧霾的貢獻(xiàn)率，提高我國(guó)霧霾治理技術(shù)的有效性。

2.認(rèn)真分析評(píng)價(jià)煙氣“脫白”是控制霧霾的有效方法還是“錯(cuò)上加錯(cuò)”，從投資成本、運(yùn)行成本及排放指標(biāo)等多方面詳細(xì)客觀地評(píng)價(jià)所采取的方法。

3.進(jìn)行燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù)研發(fā)，從污控裝置投入成本、運(yùn)行成本及排放指標(biāo)等多方面詳細(xì)客觀公正地評(píng)價(jià)一煙氣處理技術(shù)。

附件：濕法脫硫煙氣中霾的分析及解決途徑

濕法脫硫煙氣中霾的分析及解決途徑

朱維群

摘要：我國(guó)燃煤煙氣90%以上采用濕法脫硫技術(shù)，分析表明其排放水汽含鹽排放很可能是霧霾大面積發(fā)生的一個(gè)主要原因。討論了避免煙氣水汽及所含無(wú)機(jī)鹽排放的方法，提出了燃煤煙氣污染物干式脫除技術(shù)，該技術(shù)具有固定投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、能耗水耗少，脫硫脫硝效率高等優(yōu)勢(shì)，具有顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：霧霾濕法脫硫煙氣水汽干式高效脫除脫硫脫硝

1課題背景

我國(guó)大范圍霧霾天氣的頻繁發(fā)生，極大地影響了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們的身體健康，已成民生之患、民心之痛。

據(jù)環(huán)保部門(mén)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)， 2015年與2014年相比，SO2、NOx、PM10、PM2.5年濃度分別下降38.1%、11.8%、12.3%、6.2%。但是霧霾天氣卻未得到改善。原因何在？

表1-1 大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)制定的初衷并非是治理霧霾，而是治理環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中限定的三種常規(guī)污染物——煙塵、二氧化硫和氮氧化物，它們是霧霾污染物的主要成分，與霧霾關(guān)系密切。從總體來(lái)看，燃煤電廠三種常規(guī)污染物的排放已不是影響環(huán)境質(zhì)量和霧霾形成的主要原因。通過(guò)對(duì)濕法脫硫過(guò)程的分析，我們認(rèn)為濕法脫硫煙氣中水汽及所含水溶性鹽很可能是霧霾發(fā)生一個(gè)主要原因。

2濕法脫硫煙氣中霾的分析

2.1現(xiàn)有濕法脫硫技術(shù)的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)正在實(shí)施的超低排放工藝流程圖如下：

正在實(shí)施的超低排放工藝流程示意圖

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球燃煤電廠已有數(shù)千臺(tái)煙氣脫硫裝置，總裝機(jī)容量超過(guò)240GW。目前國(guó)內(nèi)濕法脫硫工藝主要采用石灰石/石膏法，這種技術(shù)工藝成熟，脫硫效率較高，但固定投資大，能耗高，水耗量大。2×300 MW機(jī)組石灰石-石膏法脫硫數(shù)據(jù)如表2-1所示：

表2-1石灰石-石膏法脫硫運(yùn)行結(jié)果數(shù)據(jù)表

目前認(rèn)識(shí)到的濕法脫硫問(wèn)題主要如下：

（1）石灰石石膏法濕法脫硫裝置固定投資較大。

（2）濕法脫硫運(yùn)行費(fèi)用高， 2×300 MW的機(jī)組的年耗電量高達(dá)37500 MW/h，相當(dāng)于燃燒4614 t標(biāo)準(zhǔn)煤。

（3）耗水量大，按年運(yùn)行6000 h計(jì)則年水耗近82.5萬(wàn)噸水，每小時(shí)消耗137.5 t水。

（4）每脫除一噸SO2就會(huì)排放0.72噸CO2。

（5）脫硫產(chǎn)物難以有效利用 與礦石膏相比，脫硫石膏質(zhì)地松散，堆砌量越來(lái)越大。

（6）濕法脫硫裝置設(shè)備及煙囪腐蝕嚴(yán)重。

濕法脫硫之后加裝的濕式電除塵或高效除霧器雖然能夠除去煙氣中的部分固體顆粒，但對(duì)PM1.0以下的顆粒及水溶性物質(zhì)無(wú)效。濕式電除塵也存在下述問(wèn)題：（1）增加了濕煙氣中的水霧含量，使煙囪冒“白煙”的現(xiàn)象更加嚴(yán)重；（2）設(shè)備運(yùn)行能耗(含阻力能耗)增大約1000-1200kw；（3）相比減排效果，濕電除塵器的運(yùn)行成本過(guò)高（超過(guò)1500元/h）。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，受鍋爐灰分、煙氣流速等影響，除霧效率會(huì)有所下降，有的公司數(shù)據(jù)是25mg/Nm3。

濕法脫硫煙氣中的較大顆粒在燃煤電廠附近降落形成石膏雨；水汽在煙囪附近凝結(jié)產(chǎn)生“白煙”或“白羽”；加裝GGH只能降低“石膏雨”和“白煙”，不能消除更微小顆?；蛩苄晕镔|(zhì)。

綜上所述，濕法脫硫煙氣中不可避免帶有大量的水汽及含有水溶性鹽。我國(guó)大氣平均濕度為9g/Nm3，濕法脫硫排煙濕度為大氣平均濕度的10倍以上。含有的水溶性鹽在空氣中發(fā)生一系列變化就可以形成霧霾細(xì)顆粒，它在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)，具有極強(qiáng)的遷移能力，控制和治理難度很大。

2.2濕法脫硫液分析及實(shí)驗(yàn)

因?yàn)槲覀儧](méi)有分析煙囪排放煙氣成分的條件，只能對(duì)脫硫漿液進(jìn)行分析。三種類(lèi)型機(jī)組濕法脫硫排放煙氣的含水量如下表：

表2-4三種類(lèi)型機(jī)組中煙氣含水量

總量上看，按燃燒1噸煤，濕法脫硫煙氣帶出1噸水汽估算，我國(guó)燃煤鍋爐煙氣濕法脫硫每年向大氣排放近40億噸的水汽。

在濕法脫硫過(guò)程中，由于進(jìn)入脫硫塔內(nèi)的煙氣溫度較高，在氣液接觸時(shí)漿液中的一部分水會(huì)氣化形成飽和水汽，在大量煙氣以3米/秒的速度在脫硫液中的流動(dòng)下，可以認(rèn)為脫硫漿液的氣液是平衡的，也就是氣液的組成基本相同。

我們?nèi)‰姀S脫硫漿液，過(guò)濾去固體物得到上清液，測(cè)其含有1.4%可溶性物質(zhì)。（水汽中的水溶性鹽含量與石粉來(lái)源、脫硫液溫度及pH值、脫硫液循環(huán)次數(shù)、工藝條件等因素有關(guān)，但應(yīng)該在一定的范圍，建議有關(guān)部門(mén)做詳細(xì)分析） 這樣不考慮夾帶的亞微米粒子，計(jì)算如下：

300MW機(jī)組每小時(shí)水汽排放量按160噸計(jì)，水汽中可溶性鹽的排放量為：160×1.4% =2.24（噸/小時(shí)）。

如果全國(guó)濕法脫硫水汽排放量按40億噸計(jì)算（有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)），那么水汽中可溶性鹽的每年排放量為：40×106×1.4% =5600（萬(wàn)噸）

這樣的排放量可能超過(guò)三種常規(guī)污染物的總和，這很可能是我國(guó)霧霾大面積、高強(qiáng)度發(fā)生的一個(gè)主要原因。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)樣品及儀器設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用樣品分別在石灰石膏法脫硫系統(tǒng)的不同位置取樣，4個(gè)取樣點(diǎn)如下：

1號(hào)樣品是煙氣與石灰石漿液在吸收塔中反應(yīng)后排出的漿液；2號(hào)樣品是流出的1號(hào)漿液在澄清池中澄清后的上清液；3號(hào)樣品是流出的2號(hào)上清液和鍋爐污水；4號(hào)是在三聯(lián)箱中經(jīng)過(guò)綜合處理，沉降，絮凝，澄清處理后的水。

實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備如表1-2所示：

表2-2 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備

2.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

將取得的4個(gè)水樣分別過(guò)濾一遍，得上清液。

將加濕器放到密閉的通風(fēng)廚中，取過(guò)濾后的上清液3L加入加濕器，開(kāi)關(guān)設(shè)定在一定的速度，運(yùn)行一定時(shí)間，待溫度和濕度不再浮動(dòng)，每隔30s分別記錄PM1、PM2.5、PM10的值，每組記錄25組數(shù)據(jù)，最后得平均值。

每個(gè)水樣重復(fù)以上操作步驟。

同時(shí)取日常生活中的礦泉水、蒸餾水、自來(lái)水做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下表（均已減去空白實(shí)驗(yàn)值）μg/m3。

表2-3脫硫液霧霾實(shí)驗(yàn)

圖2-2.霧霾實(shí)驗(yàn)對(duì)比

自來(lái)水、礦泉水和蒸餾水的霧霾實(shí)驗(yàn)對(duì)比可以看出：蒸餾水PM值較小，自來(lái)水PM值已達(dá)到重度霧霾標(biāo)準(zhǔn)，在加濕器使用過(guò)程中盡量使用蒸餾水。四個(gè)脫硫液樣品的PM2.5值均達(dá)到重度污染的情況，處理后的循環(huán)水PM10值也接近2000。

燃煤煙氣濕法脫硫過(guò)程與使用加濕器相似，脫硫后的凈煙氣雖然經(jīng)除霧器除去部分較大顆粒，但由于除霧器對(duì)于小粒徑的霧滴和水溶性物質(zhì)難以捕集，就可能造成大量細(xì)顆粒物的排放。濕法脫硫排放煙氣中的水汽大約是SO2排放濃度的4000倍，水汽中的無(wú)機(jī)物排放量大約是SO2排放濃度的40倍。因此，燃煤煙氣排放指標(biāo)應(yīng)該綜合考慮：現(xiàn)有排放指標(biāo)（SO2、NOx和煙塵）；二氧化碳排放量（能效）；水汽排放量及雜質(zhì)含量等；

2.4水汽及細(xì)顆粒脫除

表2-5 煙氣中水汽的各種技術(shù)方法特點(diǎn)

目前唯一可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的技術(shù)為煙氣冷凝，它通過(guò)應(yīng)用氟塑料換熱器達(dá)到減少水汽排放的效果，但它存在以下缺點(diǎn)：

（1）冷凝水汽的水質(zhì)不高，具有腐蝕性；

（2）需要價(jià)格較高、換熱面積較大的氟氟塑料換熱器；

（3）水汽排放降低有限，最低降低25%，仍然有至少75%的水汽排放；

（4）電廠冷源缺乏，或增加大量成本。

傳統(tǒng)除塵技術(shù)難以高效捕集PM2.5以下的顆粒物及水溶性物質(zhì)；利用聲、光、電、磁、熱等各種超細(xì)顆粒物凝聚技術(shù)過(guò)程原理復(fù)雜，目前還處于研究階段。

為什么國(guó)外也采用濕法脫硫技術(shù)沒(méi)有發(fā)生大范圍霧霾，我們認(rèn)為這與我國(guó)燃煤量過(guò)大有關(guān)。

表2-6 2014年全球煤炭消費(fèi)量前十名國(guó)家排序

中國(guó)工程院原副院長(zhǎng)杜祥琬指出：“中國(guó)的環(huán)境容量已經(jīng)比世界平均水平低好幾倍，中國(guó)東部單位國(guó)土面積煤炭消耗是世界平均值12倍，京津冀地區(qū)煤炭消耗空間密度(單位：平方公里)是全球平均值30倍，可以想象，這些地方怎么能沒(méi)霧霾?”因此，我們必須進(jìn)行煤炭利用技術(shù)的革命或者大幅度降低煤炭使用量。

3.燃煤煙氣污染物干式脫除技術(shù)

燃煤煙氣干式脫硫是比較好的解決水汽排放的方法，現(xiàn)有干式煙氣脫硫技術(shù)有爐內(nèi)噴鈣法、活性碳（焦）吸附法、電子束輻射法、金屬氧化物脫硫法等。爐內(nèi)噴鈣法脫硫效率低，一般只適合于循環(huán)流化床鍋爐，其它幾種脫硫方法雖然脫硫效率高，但工藝復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用高、易造成二次污染等，因此，有必要開(kāi)發(fā)新的煙氣干法脫硫技術(shù)。

針對(duì)煙氣濕法脫硫技術(shù)存在的缺點(diǎn)，我們開(kāi)發(fā)了一種固定資產(chǎn)投資少、運(yùn)行維護(hù)成本低、能耗少、水耗幾乎為零、產(chǎn)物可資源利用的高效氣相煙氣脫硫脫硝超低排放技術(shù)。該技術(shù)可以克服現(xiàn)有超低排放技術(shù)固定資產(chǎn)投資高、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高、廢氣排放量大、操作復(fù)雜等問(wèn)題。工藝路線如下圖所示：

圖3-1高效氣相脫硫脫硝超低排放新技術(shù)示意圖

高效氣相煙氣脫硫技術(shù)是將脫硫劑經(jīng)風(fēng)力輸送系統(tǒng)由噴槍直接將脫硫劑噴入高溫?zé)煹乐?，脫硫劑氣化，與煙氣中的SO2發(fā)生氣相反應(yīng)，脫硫產(chǎn)物經(jīng)布袋除塵器收集，可達(dá)到高效氣相脫硫的目的。

該技術(shù)已在電廠進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，鍋爐類(lèi)型為170t/h煤粉爐，煙氣量為30×104Nm3/h。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果圖2所示：

圖3-2 高效氣相煙氣脫硫技術(shù)的脫硫效果

從上述結(jié)果得出：SO2從4000mg/Nm3脫除至20 mg/Nm3，脫硫效率達(dá)99.5%，能夠滿(mǎn)足超低排放SO2排放濃度不超過(guò)35mg/m3的要求。

高效氣相煙氣脫硝技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示：

圖3-3高效氣相煙氣脫硝技術(shù)的脫硝效果

該脫硝技術(shù)不用進(jìn)行鍋爐改造，脫硝后NOX排放濃度小于50mg/Nm3，脫硝率在90%以上，達(dá)到NOX超低排放濃度小于50mg/m3的要求；

在高效氣相脫硫脫硝之后，采用干法分級(jí)除塵即可達(dá)到燃煤煙氣的超低排放的要求。該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)成功可減輕企業(yè)的煙氣處理經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，提高煙氣脫硫脫硝技術(shù)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)一步激發(fā)新技術(shù)的研發(fā)能力，促進(jìn)我國(guó)煙氣處理技術(shù)的發(fā)展。

高效氣相煙氣脫硫脫硝超低排放技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）煙氣處理設(shè)備投資大幅度減少：與國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用的裝置相比，固定資產(chǎn)投資可降低80%以上；

（2）運(yùn)行成本大為降低：該技術(shù)節(jié)省大量能耗，沒(méi)有水耗，運(yùn)行成本比現(xiàn)有技術(shù)還低；

（3）污染物排放量大幅度減少：不僅可以達(dá)到現(xiàn)有超低排放的標(biāo)準(zhǔn)，SO2排放濃度小于35mg/m3、NOX小于50mg/ m3，而且不向煙氣處理系統(tǒng)中加水，使煙氣帶出的水汽及所含無(wú)機(jī)鹽量大為降低，形成霧霾的量也大為減少。

（4）煙氣處理系統(tǒng)安全性高：該技術(shù)使用的脫硫劑和脫硝劑都是固體粉末，避免使用氨水、液氨帶來(lái)的安全隱患。

高效氣相煙氣脫硫脫硝超低排放技術(shù)具有創(chuàng)新的理論基礎(chǔ)，是脫硫脫硝煙氣處理技術(shù)的一次革命。該技術(shù)可根據(jù)電廠、水泥廠及其他高溫?zé)煔庑枰幚淼膹S家要求，分別使用或部分使用，特別適合于電廠的脫硫脫硝改造和未預(yù)留脫硫脫硝改造空間的老電廠，是我國(guó)目前降低霧霾最行之有效的方法。

4總結(jié)

（1）濕法脫硫煙氣水汽含鹽排放很可能是我國(guó)霧霾大面積發(fā)生的一個(gè)主要原因，有關(guān)分析表明，其排放量可能超過(guò)三種常規(guī)污染物的總和。

（2）燃煤煙氣污染物干式高效脫除技術(shù)是解決濕法脫硫問(wèn)題的一種可行方法，其中高效氣相脫硫脫硝低排放技術(shù)是煙氣處理技術(shù)的一大突破，具有創(chuàng)新的理論基礎(chǔ)，脫硫脫硝率分別達(dá)到99%和90%以上，達(dá)到國(guó)家環(huán)保排放的要求。

（3）建議國(guó)家在全國(guó)或全球范圍內(nèi)征集霧霾治理思路和技術(shù)路線，然后組織中試和生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行技術(shù)推廣；優(yōu)先考慮產(chǎn)業(yè)環(huán)?；?，認(rèn)真梳理現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)及消費(fèi)體系的各種污染物排放，征集各種污染物源頭治理技術(shù)；開(kāi)發(fā)出低能耗、低排放的工業(yè)路線是解決我國(guó)CO2、SO2、NOx及大氣霧霾的根本方法。

原標(biāo)題:朱維群：建議盡快進(jìn)行霧霾主因確證及其治理方法選擇