朱法華：煤電濕法脫硫是治霾功臣

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:近年來(lái)國(guó)家持續(xù)加大污染治理力度，環(huán)境質(zhì)量總體有所改善，但冬季京津冀地區(qū)霧霾仍然頻發(fā)，引起不少人質(zhì)疑治霾措施的正確性。有觀點(diǎn)認(rèn)為，由于燃煤電廠的濕法脫硫排放大量的可溶鹽，未對(duì)煙氣加熱排放，導(dǎo)致低溫、高濕度的煙氣難以擴(kuò)散，進(jìn)而得出“濕法脫硫治理燃煤污染或是霧霾形成的重要原因”的結(jié)論，并極力推行干法脫硫。因此，有必要全面認(rèn)識(shí)濕法脫硫，厘清霧霾形成的主要原因，把握正確的治霾方向。

01煙氣脫硫及其減排效益

2003年我國(guó)頒布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》首次對(duì)燃煤含硫量大于1%的新、擴(kuò)、改建電廠提出了煙氣脫硫的要求；2011年我國(guó)出臺(tái)了“史上最嚴(yán)”的新版《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，極大地推動(dòng)了燃煤電廠的煙氣脫硫與脫硝；2014年，國(guó)家發(fā)改委、環(huán)保部、能源局等印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》，拉開了燃煤電廠實(shí)施超低排放的序幕。

截至2015年底，全國(guó)已投運(yùn)的煙氣脫硫機(jī)組容量約8.2億千瓦，占全國(guó)火電機(jī)組容量的81.55%，占全國(guó)煤電機(jī)組容量的91.20%，如果考慮具有脫硫作用的循環(huán)流化床鍋爐，全國(guó)脫硫機(jī)組占煤電機(jī)組比例接近100%。

截至2016年底，全國(guó)已投運(yùn)的超低排放煤電機(jī)組容量達(dá)4.4億千瓦，占煤電機(jī)組總?cè)萘康?9%。與2010年相比，2016年電力行業(yè)煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放量分別下降88.6%、81.6%和85.2%。污染物減排的環(huán)境效益相當(dāng)顯著，全國(guó)酸雨面積下降70%，重點(diǎn)城市（包括京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角）2016年的PM2.5濃度與2013年相比下降30%左右。由于全國(guó)總量減排任務(wù)主要是靠電力行業(yè)減排完成的，電力行業(yè)無(wú)疑對(duì)上述環(huán)境改善貢獻(xiàn)最大。

02濕法脫硫及濕煙氣排放是世界實(shí)踐結(jié)果

發(fā)達(dá)國(guó)家自20世紀(jì)50年代就開始研究燃煤電廠的煙氣脫硫，先后開發(fā)出100多種脫硫技術(shù)，但真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)很少。依據(jù)脫硫產(chǎn)物的形態(tài)，煙氣脫硫分為濕法和干法，濕法包括石灰石-石膏濕法、海水法、氨法、亞鈉循環(huán)法、氧化鎂法、雙堿法等，干法包括煙氣循環(huán)流化床法、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、爐內(nèi)噴鈣增濕活化法、電子束法、活性炭吸附法等。

日本、德國(guó)等主要燃煤發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)燃煤電廠的煙氣脫硫始于20世紀(jì)70年代初，在10-20年的時(shí)間里，基本完成了燃煤電廠的煙氣脫硫，如德國(guó)1983年頒布的《大型燃燒裝置法》規(guī)定：到1993年德國(guó)所有燃煤、燃油電廠都需進(jìn)行煙氣脫硫。美國(guó)燃煤電廠的煙氣脫硫也始于70年代初，但由于其推行排污權(quán)交易，燃煤電廠的煙氣脫硫是逐步推廣的，早期的電廠脫硫主要在燃煤含硫量高的大機(jī)組上進(jìn)行，直至2012年底，美國(guó)燃煤電廠安裝煙氣脫硫的機(jī)組容量占煤電機(jī)組容量的63.7%。如1990年12月美國(guó)燃煤電廠的煙氣脫硫共159臺(tái)機(jī)組，容量達(dá)7178.2萬(wàn)千瓦，燃煤平均含硫量1.87%。據(jù)1998年的統(tǒng)計(jì)資料，全世界煙氣脫硫設(shè)施中，濕法脫硫約占85%，其中煙氣脫硫設(shè)施較多的日本濕法脫硫約占98%、美國(guó)約占92%、德國(guó)約占90%。

美國(guó)燃煤電廠1985年底共有135臺(tái)機(jī)組5789.9萬(wàn)千瓦安裝了煙氣脫硫設(shè)施，其中濕法脫硫占92%；1990年底共有159臺(tái)機(jī)組7178.2萬(wàn)千瓦安裝了煙氣脫硫設(shè)施，其中濕法脫硫占91%；2007年底共有582臺(tái)機(jī)組13081.5萬(wàn)千瓦安裝了煙氣脫硫設(shè)施，其中濕法脫硫占85%。濕法脫硫的比例在下降，與此同時(shí)，安裝脫硫設(shè)施機(jī)組的單機(jī)容量下降得更快，從1990年到2007年，安裝脫硫設(shè)施的機(jī)組平均單機(jī)容量從45.1萬(wàn)千瓦下降到22.5萬(wàn)千瓦，說(shuō)明新增的脫硫機(jī)組單機(jī)容量普遍較小，采用干法脫硫比例的相對(duì)較多，這與干法更適用于中小機(jī)組的改造以及小機(jī)組的排放要求較為寬松有很大關(guān)系。

在1992年到2002年期間，德國(guó)、美國(guó)、日本、挪威、荷蘭、加拿大等各種不同的煙氣脫硫技術(shù)在我國(guó)開展廣泛試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)10余年的實(shí)踐，滿足燃煤電廠排放標(biāo)準(zhǔn)要求、經(jīng)濟(jì)可行、運(yùn)行穩(wěn)定的脫硫技術(shù)越來(lái)越少。濕法脫硫，特別是石灰石-石膏濕法脫硫，因脫硫效率高、運(yùn)行可靠、操作簡(jiǎn)單，得到了廣泛應(yīng)用。

據(jù)電力行業(yè)2015年底的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，各種脫硫工藝市場(chǎng)占比中，石灰石-石膏濕法占92.87%，海水法占2.58%，氨法占1.81%，煙氣循環(huán)流化床法占1.80%，其它脫硫工藝占0.93%?？梢姡瑵穹摿蛘急冗_(dá)到97.26%，且以石灰石-石膏濕法為主，因此以下除特別注明外，濕法脫硫均指石灰石-石膏濕法。

美國(guó)是世界上第二大煤炭消費(fèi)國(guó)，煤炭主要用于發(fā)電，對(duì)煙囪的煙氣排放溫度從來(lái)沒有要求，以濕煙氣排放為主。德國(guó)在2002年以前要求煙囪的排煙溫度大于72℃，2002年廢除了該項(xiàng)規(guī)定，此后對(duì)煙氣排放溫度沒有要求。日本由于人口密度大，電廠附近的居民不接受濕煙氣排放，所以燃煤機(jī)組加裝加熱裝置排放煙氣非常普遍，日本企業(yè)的排放要求很大程度上取決于當(dāng)?shù)鼐用瘛?/p>

03濕煙氣中的主要成分

濕法脫硫后排放的濕煙氣中除氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳、一氧化碳外，還有常規(guī)污染物煙塵、二氧化硫、氮氧化物，此外，還有可凝結(jié)顆粒物、液態(tài)水及其溶解鹽、氣態(tài)水。

煙塵，實(shí)際上是指可過(guò)濾顆粒物，包括除塵器未能完全收集的煙塵及煙氣脫硫、脫硝過(guò)程中產(chǎn)生的未被捕集的次生顆粒物，如石膏顆粒等。早期的濕法脫硫工程，由于工程投資、運(yùn)行管理等方面的原因，“石膏雨”現(xiàn)象較為普遍，但隨著超低排放的實(shí)施，“石膏雨”現(xiàn)象越來(lái)越少，因?yàn)?ldquo;石膏雨”嚴(yán)重的電廠，其煙塵（可過(guò)濾顆粒物）排放濃度不可能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求，更不用說(shuō)滿足超低排放要求了。此外，“石膏雨”中石膏均是大顆粒，在煙囪周圍500米范圍內(nèi)降落到地面，所以與霧霾表征因子PM2.5無(wú)關(guān)。

依據(jù)美國(guó)環(huán)保署的定義，可凝結(jié)顆粒物是指在煙道溫度狀況下為氣態(tài)，離開煙道后在環(huán)境狀況下降溫?cái)?shù)秒內(nèi)凝結(jié)成為液態(tài)或固態(tài)，此類物質(zhì)通常以凝結(jié)核的形式存在，空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于1微米。燃煤電廠濕煙氣中可凝結(jié)顆粒物主要是氣霧狀的三氧化硫等。

濕煙氣中的液態(tài)水是指在煙道溫度狀況下呈液態(tài)形式存在的水，其中會(huì)溶解部分鹽，排入大氣中蒸發(fā)后，溶解的鹽即形成PM2.5。

濕煙氣中的氣態(tài)水是指在煙道溫度狀況下呈氣態(tài)形式存在的水，俗稱水蒸氣，氣態(tài)水中基本不含任何污染物，對(duì)PM2.5無(wú)貢獻(xiàn)。

毋庸置疑，濕法脫硫極大地減少了煙氣中二氧化硫及可過(guò)濾顆粒物的排放，但三氧化硫及液態(tài)水中的可溶鹽排放會(huì)增加大氣中的PM2.5，因?yàn)槿趸蚺湃氪髿庵袝?huì)與堿性組分反應(yīng)生成硫酸鹽。

04濕法脫硫可減少煙氣中的可過(guò)濾顆粒物

濕法脫硫塔內(nèi)有多層噴淋層，類似于下大暴雨，正常情況下會(huì)將煙氣中的顆粒物淋洗下來(lái)。濕法脫硫?qū)煔庵袩焿m（可過(guò)濾顆粒物）的去除效率與顆粒物的初始濃度和粒徑、脫硫系統(tǒng)的液氣比、流場(chǎng)均勻性、煙氣流速、除霧器的除霧效果等許多因素有關(guān)。

日本電廠的測(cè)試結(jié)果表明，濕法脫硫?qū)煔庵锌蛇^(guò)濾顆粒物的去除效率一般在70%-80%。我國(guó)早期的濕法脫硫工程，由于脫硫效率較低，測(cè)試結(jié)果表明濕法脫硫?qū)蛇^(guò)濾顆粒物的脫除效率一般在50%左右，新建電廠環(huán)評(píng)報(bào)告編制過(guò)程中濕法脫硫?qū)焿m的去除效果均是按50%進(jìn)行計(jì)算的。

對(duì)于少數(shù)除霧器效果較差、“石膏雨”現(xiàn)象嚴(yán)重的電廠，甚至出現(xiàn)脫硫后可過(guò)濾顆粒物濃度增加的現(xiàn)象，這些電廠排放煙氣中的霧滴濃度均不滿足2005年頒布的國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)《火電廠煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范石灰石/石灰-石膏法》的要求。但不能以個(gè)別早期不滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求的電廠，煙氣脫硫后可過(guò)濾顆粒物或PM2.5質(zhì)量濃度稍有增加的案例來(lái)否定濕法脫硫?qū)蛇^(guò)濾顆粒物的脫除效果。

2014年以后，隨著超低排放的大力推進(jìn)，燃煤電廠濕法脫硫工程的脫硫效率及除霧器的除霧效率均大幅提高。大量電廠的測(cè)試結(jié)果表明，濕法脫硫?qū)蛇^(guò)濾顆粒物的脫除效率與日本燃煤電廠的測(cè)試結(jié)果相近，在70%-80%，甚至更高。