山东大学教授：建议尽快进行雾霾主因确证及其治理方法选择

  按：时间进入2019年，距离1月16日绿会召开2019两会提/议案建议会的时间慢慢的接近了。绿会正在不断收到来自全国各地的提/议案建议。

  现我们将来自山东大学化学与化工学院朱维群教授所提交的《建议尽快进行雾霾主因确证及其治理方法选择》内容原文刊发，欢迎各位共同关注与讨论。

  摘要：有关学者从大数据数据分析、湿法脱硫工艺原理及相关实验结果等多方面综合得出，湿法脱硫烟气水汽含盐排放是造成我国雾霾大面积发生的一个根本原因。目前许多主管部门也认识到这一问题，正在进行烟气“脱白”，但“脱白”投资大，效果差，应该认真评价烟气“脱白”是控制雾霾的有效方法还是“错上加错”，从投资成本、运行成本及排放指标等多方面详细客观地评价所采取的方法。建议进行燃煤烟气污染物干式高效脱除研发技术，经济可行地减少燃煤烟气水汽及含盐的排放，以此来降低雾霾的产生。

  燃煤烟气湿法脱硫不仅存在脱硫废污水处理难题，而且也存在着烟气废汽排放问题。在湿法脱硫的循环液中，各种溶解在水中的盐的粒子大小约为PM（10-6）的万分之一。在脱硫过程中，脱硫循环液与烟气的比例一般在10L/m3，形成的饱和湿烟气中的水含量约为150g/m3，当烟气以3~4米/秒的速度在脱硫塔及烟囱中流动时，盐、水气和烟气形成的是一均匀的气溶胶体系。湿法脱硫之后加装的湿式电除尘或高效除雾器只能除去烟气水汽中的部分较大颗粒，对PM1.0以下的颗粒及水溶性盐无效。一种工况条件下的检测分析根据结果得出：我国湿法脱硫烟气每年可能排放5600万吨水溶性盐，相当于SO2、NOx和烟尘三种常规污染物的总和，这应该是我国雾霾大面积、高强度发生的一个主要原因。

  目前许多主管部门也认识到这一问题，正在进行烟气“脱白”以减少水溶性盐的排放量，但“脱白”投资大，效果差，存在以下缺点：1）冷凝水汽的水质不高，pH=2~3，有腐蚀性；2）需要价格较高、换热面积较大的耐腐蚀换热器；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）电厂冷源缺乏，或增加大量成本。

  1.对湿法脱硫烟气的全成分采取多种分析办法来进行研究性检测，详细评估湿法脱硫烟气水汽含盐量对雾霾的贡献率，提高我国雾霾治理技术的有效性。

  2.认真分析评价烟气“脱白”是控制雾霾的有效方法还是“错上加错”，从投资成本、运行成本及排放指标等多方面详细客观地评价所采取的方法。

  3.进行燃煤烟气污染物干式高效脱除研发技术，从污控装置投入成本、运行成本及排放指标等多方面详细客观公正地评价一烟气处理技术。

  摘要：我国燃煤烟气90%以上采用湿法脱硫技术，分析表明其排放水汽含盐排放很可能是雾霾大面积发生的一个根本原因。讨论了避免烟气水汽及所含无机盐排放的方法，提出了燃煤烟气污染物干式脱除技术，该技术具有固定投资少、运行的成本低、能耗水耗少，脱硫脱硝效率高等优势，具有非常明显的环境效益和经济效益。

  我国大范围雾霾天气的频繁发生，极大地影响了社会经济的发展和人们的身体健康，已成民生之患、民心之痛。

  据环保部门重点监测， 2015年与2014年相比，SO2、NOx、PM10、PM2.5年浓度分别下降38.1%、11.8%、12.3%、6.2%。但是雾霾天气却未得到一定的改善。原因何在？

  大气污染物排放标准制定的初衷并非是治理雾霾，而是治理环境空气品质衡量准则中限定的三种常规污染物——烟尘、二氧化硫和氮氧化物，它们是雾霾污染物的主要成分，与雾霾关系紧密。从整体看来，燃煤电厂三种常规污染物的排放已不是影响环境质量和雾霾形成的根本原因。通过对湿法脱硫过程的分析，我们大家都认为湿法脱硫烟气中水汽及所含水溶性盐很可能是雾霾发生一个主要原因。

  （2）湿法脱硫运行的成本高， 2×300 MW的机组的年耗电量高达37500 MW/h，相当于燃烧4614 t标准煤。

  （3）耗水量大，按年运行6000 h计则年水耗近82.5万吨水，每小时消耗137.5 t水。

  （5）脱硫产物难以有效利用 与矿石膏相比，脱硫石膏质地松散，堆砌量越来越大。

  湿法脱硫之后加装的湿式电除尘或高效除雾器虽然能够除去烟气中的部分固体颗粒，但对PM1.0以下的颗粒及水溶性物质无效。湿式电除尘也存在下述问题：（1）增加了湿烟气中的水雾含量，使烟囱冒“白烟”的现象更严重；（2）设备正常运行能耗(含阻力能耗)增大约1000-1200kw；（3）相比减排效果，湿电除尘器的运行成本过高（超过1500元/h）。在实际运行过程中，受锅炉灰分、烟气流速等影响，除雾效率会会降低，有的公司数据是25mg/Nm3。

  湿法脱硫烟气中的较大颗粒在燃煤电厂附近降落形成石膏雨；水汽在烟囱附近凝结产生“白烟”或“白羽”；加装GGH只能降低“石膏雨”和“白烟”，不能消除更微小颗粒或水溶性物质。

  综上所述，湿法脱硫烟气中不可避免带有大量的水汽及含有水溶性盐。我国大气平均湿度为9g/Nm3，湿法脱硫排烟湿度为大气平均湿度的10倍以上。含有的水溶性盐在空气中发生一系列变化就能形成雾霾细颗粒，它在大气中的停留时间长，具有极强的迁移能力，控制和治理难度很大。

  因为我们没分析烟囱排放烟气成分的条件，只能对脱硫浆液做多元化的分析。三种类型机组湿法脱硫排放烟气的含水量如下表：

  总量上看，按燃烧1吨煤，湿法脱硫烟气带出1吨水汽估算，我国燃煤锅炉烟气湿法脱硫每年向大气排放近40亿吨的水汽。

  在湿法脱硫过程中，由于进入脱硫塔内的烟气温度比较高，在气液接触时浆液中的一部分水会气化形成饱和水汽，在大量烟气以3米/秒的速度在脱硫液中的流动下，可以认为脱硫浆液的气液是平衡的，也就是气液的组成基本相同。

  我们取电厂脱硫浆液，过滤去固体物得到上清液，测其含有1.4%可溶性物质。（水汽中的水溶性盐含量与石粉来源、脱硫液温度及pH值、脱硫液循环次数、工艺条件等因素相关，但应该在一定的范围，建议有关部门做详细分析） 这样不考虑夹带的亚微米粒子，计算如下：

  300MW机组每小时水汽排放量按160吨计，水汽中可溶性盐的排放量为：160×1.4% =2.24（吨/小时）。

  如果全国湿法脱硫水汽排放量按40亿吨计算（有文献数据），那么水汽中可溶性盐的每年排放量为：40×106×1.4% =5600（万吨）

  这样的排放量可能超过三种常规污染物的总和，这很可能是我国雾霾大面积、高强度发生的一个主要原因。

  1号样品是烟气与石灰石浆液在吸收塔中反应后排出的浆液；2号样品是流出的1号浆液在澄清池中澄清后的上清液；3号样品是流出的2号上清液和锅炉污水；4号是在三联箱中经过综合处理，沉降，絮凝，澄清处理后的水。

  将加湿器放到密闭的通风厨中，取过滤后的上清液3L加入加湿器，开关设定在一定的速度，运行一段时间，待温度和湿度不再浮动，每隔30s分别记录PM1、PM2.5、PM10的值，每组记录25组数据，最后得平均值。

  同时取日常生活中的矿泉水、蒸馏水、自来水做实验，结果如下表（均已减去空白实验值）μg/m3。

  燃煤烟气湿法脱硫过程与使用加湿器相似，脱硫后的净烟气虽然经除雾器除去部分较大颗粒，但由于除雾器对于小粒径的雾滴和水溶性物质难以捕集，就会造成大量细颗粒物的排放。湿法脱硫排放烟气中的水汽大约是SO2排放浓度的4000倍，水汽中的无机物排放量大约是SO2排放浓度的40倍。因此，燃煤烟气排放指标应该考虑：现有排放指标（SO2、NOx和烟尘）；二氧化碳排放量（能效）；水汽排放量及杂质含量等；

  传统除尘技术难以高效捕集PM2.5以下的颗粒物及水溶性物质；利用声、光、电、磁、热等各种超细颗粒物凝聚技术过程原理复杂，目前还处于研究阶段。

  为什么国外也采用湿法脱硫技术没发生大范围雾霾，我们大家都认为这与我国燃煤量过大有关。

  燃煤烟气干式脱硫是比较好的解决水汽排放的方法，现有干式烟气脱硫技术有炉内喷钙法、活性碳（焦）吸附法、电子束辐射法、金属氧化物脱硫法等。炉内喷钙法脱硫效率低，一般只适合于循环流化床锅炉，其它几种脱硫方法虽然脱硫效率高，但工艺复杂、运行的成本高、易造成二次污染等，因此，有必要开发新的烟气干法脱硫技术。

  针对烟气湿法脱硫技术存在的缺点，我们开发了一种固定资产投资少、运行维护成本低、能耗少、水耗几乎为零、产物可资源利用的高效气相烟气脱硫脱硝超低排放技术。该技术能克服现有超低排放技术固定资产投资高、运行维护费用高、废气排放量大、操作复杂等问题。工艺路线如下图所示：

  该技术已在电厂进行了现场试验，锅炉类型为170t/h煤粉炉，烟气量为30×104Nm3/h。现场试验结果图2所示：

  在高效气相脱硫脱硝之后，采用干法分级除尘即可达到燃煤烟气的超低排放的要求。该项技术的研发成功可减轻企业的烟气处理经济负担，提高烟气脱硫脱硝技术的市场竞争力，进一步激发新技术的研发能力，促进我国烟气处理技术的发展。

  （1）烟气处理设备投资大幅度减少：与国内目前应用的装置相比，固定资产投资可降低80%以上；

  （2）运行成本大为降低：该技术节省大量能耗，没有水耗，运行成本比现存技术还低；

  （3）污染物排放量大幅度减少：不但可以达到现有超低排放的标准，SO2排放浓度小于35mg/m3、NOX小于50mg/ m3，而且不向烟气处理系统中加水，使烟气带出的水汽及所含无机盐量大为降低，形成雾霾的量也大为减少。

  （4）烟气处理系统安全性高：该技术使用的脱硫剂和脱硝剂都是固体粉末，避开使用氨水、液氨带来的安全隐患。

  高效气相烟气脱硫脱硝超低排放技术具有创新的理论基础，是脱硫脱硝烟气处理技术的一次革命。该技术可根据电厂、水泥厂及其他高温烟气需要处理的厂家要求，分别使用或部分使用，很适合于电厂的脱硫脱硝改造和未预留脱硫脱硝改造空间的老电厂，是我国目前降低雾霾最行之有效的方法。

  （1）湿法脱硫烟气水汽含盐排放很可能是我国雾霾大面积发生的一个根本原因，有关分析表明，其排放量可能超过三种常规污染物的总和。

  （2）燃煤烟气污染物干式高效脱除技术是解决湿法脱硫问题的一种可行方法，其中高效气相脱硫脱硝低排放技术是烟气处理技术的一大突破，具有创新的理论基础，脱硫脱硝率分别达到99%和90%以上，达到国家环保排放的要求。

  （3）建议国家在全国或全世界内征集雾霾治理思路和技术路线，然后组织中试和生产实验，并进行技术推广；第一先考虑产业环保化，认真梳理现有工业生产及消费体系的各种污染物排放，征集各种污染物源头治理技术；开发出低能耗、低排放的工业路线、NOx及大气雾霾的根本方法。

  注：以上建议内容由朱维群教授提供。朱教授同时欢迎社会各界就此建议进行探讨：

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