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電廠濕法脫硫加重霧霾?專家:此說法不成

(轉自電力環保技術,責任編輯江曉蓓

近日美國威斯康星大學土木環境工程系博士何平發表《不聽工程師意見,中國三年治霾無功》,文中重提2015年的舊文《藍天白云能持續多久?一個環保工程師眼里的霧霾真相》,認為目前的脫硫、脫硝措施,特別是濕法脫硫,因沒有對煙氣進行再加熱,導致低溫、高濕度的煙氣難以擴散進而加重霧霾。

作為燃煤電廠減排的重要治理措施,濕法脫硫真的會加重霧霾?對此,中國電力企業聯合會秘書長王志軒接受記者采訪時曾表示,把排煙濕度與霧霾連在一起缺乏科學論證。電廠鍋爐加裝脫硫脫硝設施后,并沒有增加污染物,而是大大減少了污染物,“污染物減少了,怎么反而會加重污染?”

對于文中提及的加裝煙氣“再熱器”,王志軒表示,美國絕大部分是煙氣未加熱排放,中國之所以采用濕煙氣排放在當時做過大量論證,很大程度上也是學習了美國經驗。此外,源于德國的“煙塔合一技術”,排放的也是濕煙氣。

國家城市環境污染控制技術研究中心研究員彭應登表示,目前火電廠大氣污染物排放標準中顆粒物的排放限值是30毫克/立方米,重點地區的特別排放限值是20毫克/立方米。即使按照文中所引述的,電廠排放到大氣的煙塵和硫酸鹽達到134微克/立方米,這部分硫酸鹽和硝酸鹽排放濃度值在總的顆粒物排放濃度值中僅占0.45%和0.67%,也僅是微量而已。因此,電廠脫硫脫硝工藝通過水霧增加的硫酸鹽和硝酸鹽排放而導致霧霾顯著加重的說法不成立。

彭應登表示,目前京津冀地區在冬季采暖的大氣污染物排放量比平時增加30%以上,加上冬季大氣混合層平均壓縮30%以上,污染負荷增大和環境容量降低的雙重惡化,是近十年冬季空氣質量難以改善的根本內在原因,某一行業或某一技術層面微小的調整變化暫時還不能撼動這個困局。(來源:中工網)

2015年舊文回顧:

這個夏天的藍天白云能持續多久?------一個環保工程師眼里的霧霾真相

2015這個夏天,我走過武漢、鄭州、北京等幾個城市,我看到了久違的藍天和白云,還有夜晚那滿天燦爛的星斗。朋友圈里,不少人也在曬自己拍攝的藍天照,帶著一份難得的欣喜和驚訝。

作為一位環保工程師,我知道,這一切都在遵循自然與科學的腳步,沒有例外。

曾被稱作老男人飯局上的斟酒女孩、央視最窮主持人的柴靜,自費百萬拍了一部環保紀錄片《穹頂之下》,在火了幾天之后,被迅速封殺。

片中提到了燃煤、汽車排放甚至餐飲對霧霾的影響。柴靜提出的一些解決方案是否靠譜,這里不做評論,僅從一個環保工程師的角度談談對霧霾的看法。

霧霾,必須直面的問題

進入21世紀,我國的大氣治理力度逐年加大,有關部門公布的空氣污染物指數總體趨勢是不斷下降。前瞻產業研究院發布的《2015-2020年中國大氣污染治理行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》顯示,2012年,全國工業廢氣排放量635519億立方米(標態),比上年減少5.8%,工業廢氣排放量首次出現了下降;集中式廢氣排放量36832.3億立方米(標態)。2013年,全國工業廢氣排放量61.34萬億立方米,同比下降3.48%。

工業廢氣排放近幾年使逐年下降的,但事實上,雖然今年夏天出現罕見的藍天白云,但總體上,卻是霧霾越來越嚴重,尤其在冬天。

霧霾的主要原因我們真的清楚了嗎?

要找到霧霾的主因,就要從我國的能源結構入手。普通人通常很少接觸能源、石化、煉鋼等行業,所以對環保,他們通常的感覺就是汽車尾氣、污水排放、甚至亂扔垃圾之類,事實上,雖然這些也是環境污染的一部分,但不是主要的。

為什么這樣說呢?中國汽車擁有量雖然增長很快,但跟美國等發達國家比起來還是不多的,發達國家汽車多年前就有很高的擁有量,但也沒有出現象我國這樣嚴重的霧霾。汽車和餐飲的排放跟燃煤比起來,也只是很小一部分。不論汽車還是餐飲,顯然不足以造成如此嚴重的霧霾。

其實,要找到霧霾主要來源,其實也不難,就是看我們主要的能源來源于哪里,就很容易找到霧霾的真正原因。排放導致霧霾,這點不可否認。

中國的火力發電占總發電量的80%左右,而水力發電僅占百分之十幾,核電、風能、光能等新能源發電僅占百分之幾,由此可見,火電站是我國主要能源提供者,而火電幾乎全部都是以煤為燃料。而鋼鐵、水泥、石油這些重污染行業,無一例外地都需要燃煤,即便是我們汽車燃油的生產,也是需要煤提供能源或原料,這些所有行業,也都需要消耗電力,而電力,80%左右來源于煤。

從數據來分析,一噸煤產生的二氧化碳約2.5噸,我國2013年煤消耗量約35億噸,約產生二氧化碳87.5億噸。2014年汽油消費量約1億噸,柴油消費量約1.6億噸,全部燃燒產生的二氧化碳約8億噸,不到燃煤產生二氧化碳的10%,而燃煤廢氣除了二氧化碳之外,還有煙塵等雜質,廢氣比例來看,顯然燃煤占絕大部分。

所以,中國超過80%的能源來源于煤,也可以就此推出80%左右的廢氣排放來源于煤。煤是主要污染來源。

煤是主要污染來源,這點是毫無疑問的,這點柴靜在片中也提到。柴靜甚至提出了減少煤的消耗,提高天然氣比例的措施(這個觀點其實也是有問題的)。

但作為一個能源消耗大,能源結構以煤為主的“多煤、少氣、缺油”的國家,短期內停止用煤,甚至僅僅是減少到一半,都是不可想象的。那直接導致全國大范圍缺電,對經濟的打擊不言而喻。

環保上我們做了多少?

實際上,近年來,針對燃煤火電、化工、采暖的潔凈燃燒技術已經發展非???,脫硫、脫硝已經成為必備設備,到2015年,幾乎所有的火力發電廠都裝備了脫硫和脫硝設備,這些比起十幾年前相比是非常大的進步。氮化物也是產生霧霾的原因之一,所以今年夏天的藍天白云,很大程度上得益于今年全國大部分火電廠都投運了煙氣脫硝設備,大大減少了氮化物排放。

燃煤大戶電力行業,二氧化硫和氮化物的排放確實大幅度減少,這是我們不能忽略的事實。

目前火電廠幾乎100%都裝了脫硫設備,大部分裝了脫硝設備。近些年來,各火電廠為環保投入的資金數以千億計,并且根據有關部門提供的排放物指標的檢測數據,確實在下降,從這個角度說,環保部門的排放物逐年下降的說法似乎有了證據。但為什么總體來看,霧霾依舊越來越嚴重?是哪里出了問題?

從本世紀以來,我國火電廠開始在煙氣排放末端加裝脫硫設備,業內稱脫硫島,并且在近幾年又開始進行脫硝改造,即去除煙氣中影響大氣污染得氮化物。到2015年,火電廠脫硫和脫硝基本普及。

問題在于:環保部門一直在關注排放煙氣的多少,而忽視了煙氣的溫度與濕度才是問題所在!

脫硫設備打了折扣?

霧霾的產生,主要來源于排放的煙氣,不論是根據常識,還是專業的試驗都可以證明,煙溫越高,煙升越高,越容易擴散。同時,煙氣溫度直接影響煙氣的濕度,濕度越大的煙氣,越難以擴散,也越容易形成霧霾。所以,煙氣的溫度對于擴散有非常重要的影響。

上個世紀,由于我國沒有安裝煙氣脫硫設備,火電廠煙氣排放溫度在130-150℃之間,在這個溫度下的煙氣屬于干煙氣,容易擴散,不易形成霧霾。這種情況下,雖然大量含硫含氮化物的煙氣排放到大氣中,但通常不會導致煙氣在低空聚集。

這就是為什么大家記憶中的童年都是白天藍天白云,晚上星光燦爛。那時雖然沒有這么復雜的環保設備,但是煙氣排放溫度高,不容易形成霧霾。

為了控制酸雨,本世紀以來,提高了環保要求,引進國外的脫硫技術,煙氣脫硫開始在火電廠普及。

我國能源消耗主要是燃煤,最大的燃煤用戶是電廠鍋爐。電廠鍋爐全部上了煙氣脫硫,并且超過90%是濕法脫硫,濕法脫硫之后的煙氣溫度在30-50℃左右的,濕度在100~200g/Nm3(克/標方),而我國大氣的平均濕度僅為9g/Nm3,鍋爐濕法脫硫排煙濕度為大氣平均濕度的10倍以上,溫度比脫硫前低80-100℃??偭可峡?,按噸煤燃燒濕法脫硫煙氣帶出1噸水估算,我國燃煤鍋爐煙氣濕法脫硫每年向大氣排放約40億噸的水蒸氣。按照煙囪設計規范,由于污染霧濃度降低,脫硫后防腐濕煙囪通常只有原來干煙囪高度的一半,煙囪高度降低、濕度增大,使排煙難以擴散。

脫硫不是從國外引進的先進技術嗎?為什么引進后不行了呢?問題出在哪兒呢?

根據國外經驗,濕法脫硫島通常需要加裝煙氣再熱器(業內稱GGH,Gasgasheater),將煙氣溫度抬升到80度以上排放。采用80度以上高溫煙氣排放,這在不少發達國家是排放硬性標準。例如,德國的《大型燃燒設備法》規定,煙囪入口溫度不得低于72℃;英國規定排煙溫度不得低于80℃,日本規定排煙溫度在90-100℃。采用GGH加熱煙氣的工藝是國外早已成熟的技術,但在我國卻大面積出現了新的問題,就是系統堵塞,導致系統無法正常運行。

原因在哪兒呢?主要是兩點:1、脫硫公司或者因為沒有吃透技術,或者為了節約成本,對脫硫工藝和布置進行了不恰當的簡化。例如,國外的流程是,脫硫后的煙氣需要除霧,除霧后的煙氣從脫硫塔進入煙氣再熱器的下部進行換熱,這樣可以保留較長的煙道,以便除霧不盡的含有石膏液滴的煙氣充分沉降,不至于堵塞設備。國內幾乎所有的脫硫后的煙氣都是從GGH(煙氣再熱器)上部直接進入,這樣固然可以簡化煙道布置,節約投資成本,但是,由于石膏液滴除霧不完全,或運行時吸收塔液面控制不好,由于重力影響,導致石膏漿液很容易在煙氣再熱器上部附著,造成設備經常堵塞,設備無法正常運行。2、部分設備的選型或質量存在問題,比較典型的是除霧器選型不當或質量不好,導致除霧余量不夠,效果不好。

引進的技術沒有吃透,在設計、制造等方面存在問題不少,設備的運行故障頻發。之所以造成這種局面,也存在政策上的原因,國家劃定了總體完成脫硫脫硝的時間表,但對各企業而言,脫硫是個很大的投入,越晚上脫硫,成本越低。這就造成了全國在要求的時間節點到來之前,短期內大量上脫硫項目,遠遠超出市場承受力。一窩蜂上脫硫。一時間,國內大大小小脫硫公司紛紛冒出,甚至有不少脫硫公司實際上是幾個人,幾張桌子的皮包公司。在這種亂象之下,不出問題,也不可能了。

“磚家”的建議靠譜嗎?

這個時候,我們的專家出現了,某些所謂的專家,不是積極研究如何改進工藝,提高排放標準,而是想方設法用最少的錢,換取更大的利益,哪怕犧牲環境與健康。他們認為,GGH(煙氣再熱器)不是必要的設備,建議取消。理由是:1、經常堵塞,導致脫硫島無法運行,甚至影響整個機組的運行安全,導致機組停機帶來巨大經濟損失。2、取消GGH(煙氣再熱器)對脫硫效率幾乎沒有影響,不影響排放指標的實現,甚至因為沒有泄漏,甚至有利于提高脫硫效率。3、由于排煙溫度高,消耗了熱量,降低了機組效率,不利于節能。

這些理由說的符合實際嗎?符合,每一條都是實際情況。但取消煙氣再熱器依然不是正確的選擇,這是典型的因噎廢食!環保與節能,某些時候,是無法雙贏的,必然要做出誰優先的選擇。某一種小范圍內的能源是有限的,但自然界總體看來,能量必然是守恒的,既不會增加,也不會減少,只會從一種形式轉為另一種形式,這是中學教材中的常識。而環保,本來是一個很專業的科學領域,幾乎所有的環保設備都會存在能源消耗。但是,不知出于何種原因,某些人卻硬要將節能與環?;鞛橐粓F,似乎環保就是少用電,少開車那么簡單。

于是,在某些專家的建議下,有關部門的默許下,國家又開始了大規模取消GGH(煙氣再熱器)的運動。一大批新上的電廠不再要求安裝GGH,已經安裝的電廠開始大規模拆除GGH,排煙溫度的要求也沒人提了,某些電廠的排煙溫度幾乎接近大氣溫度。溫度越低,煙氣濕度越大。而我國排煙溫度和濕度在現行的大氣污染控制指標中還沒有詳細規定。

這樣的結果是直接導致大量煙氣低溫、高濕度排放。低溫、高濕度的煙氣難以擴散,霧霾也就越來越嚴重。這也可以解釋為什么夏天霧霾比冬天少。夏天雖然一樣是用電高峰,但溫度較高,煙氣濕度較低,擴散較快。對于電廠等企業來說,他們更樂意煙氣低溫排放,因為低溫煙氣排放,不僅省去了GGH(煙氣再熱器)的設備費用,同時意味著鍋爐有更高的效率,更低的發電成本。

下圖是2015年3月9日在中部某發電廠拍攝的一張對比圖片,該電廠2根煙囪分別是一期2臺30萬千瓦煙囪和二期2臺60萬千瓦機組煙囪,所有機組都在運行,我們可以清楚地看出排煙溫度的不同,煙霧明顯不同。

排放高溫煙氣的煙囪口幾乎不可見煙霧,而低溫排放煙氣煙囪口存在明顯的煙霧。如果住在電廠周圍,你會有更明顯地感受,每一片樹葉上都是厚厚一層石膏灰,這是脫硫后煙氣攜帶的小的石膏液滴和煤灰的混合物。筆者到過近百家電廠,不用進電廠,只需將車停在附近半天,就知道該廠的煙氣勢低溫排放還是高溫排放,如果車上積了厚厚一層灰,一定是低溫排放。而焦點在于:這些極大污染周邊環境的、含有大量石膏灰低溫排放的煙氣,是符合環保要求的!

發達國家是怎么做的呢?

事實上,一些發達國家,煙氣排放溫度一直是環保要求的剛性指標,通常要求在80度以上。

日本,由于日本是個島國,為了避免對本國的污染,要求排放大氣溫度90-100℃,幾乎所有的火電廠都安裝了煙氣再熱器。

在美國,除了一部分電廠安裝煙氣再熱器,也有部分火電廠采用天然氣加熱煙氣的方式進行排放,均采用高溫排放。

在德國,要求排放溫度不低于72℃,除了安裝煙氣再熱器,同時推廣其他煙氣加熱技術,煙氣通過冷卻塔余熱加熱的方式。

英國,要求煙氣排放溫度不低于80℃,主要采用煙氣再熱器加熱方式。

這些國家,都是強制要求煙氣高溫排放。而我國,越來越多的火電廠都采用低溫排放煙氣。經過濕法脫硫后的煙氣,如果不經過再加熱,排放溫度只有40-50℃。

那么問題來了:發達國家裝設煙氣再熱器的不會發生設備堵塞嗎?不能說完全沒有,這與運行狀況有關,但絕沒有國內這般普遍,基本都能滿足正常運行。以同樣是國內環保公司總承包的香港項目為例,由龍源公司總承包的香港南丫島脫硫項目,凱迪公司總承包的CLP脫硫項目,脫硫系統都運行良好,也沒有發生煙氣再熱器堵塞問題。

所以,毫無疑問,取消煙氣再熱器無疑個因噎廢食的錯誤決策!

煤改氣能避免霧霾嗎?

柴靜的《穹頂之下》有個隱含觀點,燃煤是污染主因,減少煤的使用量就可以避免大氣污染嗎?答案是否定的。

天然氣燃燒增加了排煙濕度和氮氧化物總量。天然氣所含顆粒物和二氧化硫低,一直是作為大氣治理的措施之一,煤改氣對于減少顆粒物和二氧化硫排放量有利,卻增加了排煙濕度和氮氧化物排放量。計算表明,每立方米天然氣燃燒會排放其兩倍體積的水蒸氣,并且因為燃燒溫度高產生的氮氧化物含量比燃煤高,由于設計標準問題,天然氣燃燒的煙囪更低,北京有許多小區采暖天然氣鍋爐排放煙囪就在居民樓頂。按照我國年天然氣消耗量1600多億立方米估算,每年天然氣燃燒產生的水蒸氣量超過3200億立方米,相當于向大氣排放水分接近3億噸。

此外,鋼鐵、熱力鍋爐、有色金屬、氧化鋁、化工、餐飲等行業也都在向大氣大量排水分,這些水分與排放的煙氣一起,更容易形成霧霾。

我們該怎么做?

1.完善空氣污染控制標準

在大氣污染控制標準中增加排煙溫度、濕度控制的內容,比如將排煙控制規定在高于大氣溫度約60℃(或實際溫度不低于80℃)、濕度低于90%,在解決大氣霧霾污染的同時,同步實現節能和節水。

2、對各電廠的脫硫島進行改造,除了擴容之外,盡快增設煙氣再熱器,將各電廠已取消的GGH設備恢復或采用其他方式加熱煙氣再進行排放,尤其是離市區較近,人口密集區域的電廠排放煙氣必須經過加熱才能排放。

3、煙溫較低、濕度較大的煙氣的煙囪設計標準需要更改,對于低溫的濕煙氣,不論污染物是否達標,都需要更高的煙囪高度才能滿足要求。

4、逐步推廣近零排放技術,進一步加快環保改造。

5、在環保政策上,不要再提“環保與節能并舉”,對于民用而言,環保與節能或許具有一致性,這個提法似乎沒有大問題,但對大多數工業而言,要想環保,就無法節能。以電廠為例,增加脫硝、脫硫、以及未來可能要求的脫碳等環保措施,勢必增加能源的消耗量。對電廠而言,環?;ㄥX,讓他們投入環保設備的驅動力無非是怕罰款,而節能,是有利于企業自身利益的,這本身就是驅動力。也正因為如此,不少電廠以節能為理由,停開或少開部分環保設備,導致污染排放增加。


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