過去的2015年國慶長假，華北遭遇入秋以來最嚴(yán)重的霧霾天氣，10月6日北京市35個監(jiān)測站的空氣質(zhì)量全部為5級重度或6級嚴(yán)重污染，PM2.5的小時濃度多超過200μg/m3，最高達到314μg/m3。{中國環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3095-2012)中的二級標(biāo)準(zhǔn)為[1]：24小時平均濃度75μg/m3，年平均濃度35μg/m3}
據(jù)悉，北京整個國慶假期先后有5天是霧霾天氣。遭遇霧霾困擾的不僅是北京，京津冀及更大范圍的中原地帶，也無法幸免。霧霾給這些地區(qū)的黃金周蒙上了一層厚重的陰影。 我國向霧霾宣戰(zhàn)已有多年，“脫硫治理、脫硝治理，提高煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)、限行機動車、禁止燒烤攤”等諸多手段輪番上陣，但霧霾還是時不時鋪天蓋地而來。
據(jù)報道[2]，北京市PM2.5的40%來自外地輸送。北京四環(huán)邊一熱電廠四臺燃煤機組已徹底停運，加上十一長假期間，北京城區(qū)內(nèi)行駛的機動車數(shù)量大幅減少，甚至部分企業(yè)減產(chǎn)的情況下，導(dǎo)致北京嚴(yán)重霧霾、飆升的PM2.5必定主要來自周邊的河北省。
眾所周知，燃煤煙氣污染是霧霾的主要來源之一。為了促進霧霾問題的加快解決，河北省主動要求[3]：“2015年底前完成全省燃煤發(fā)電機組除塵器、脫硫、脫硝設(shè)施建設(shè)或改造，達到嚴(yán)于國家標(biāo)準(zhǔn)的‘50355’超低排放要求”。近兩年來，河北各電廠“超凈”治理捷報頻傳：占燃煤總量一半以上的大型燃煤電廠大多宣稱完成了超凈治理或正在停機進行超凈改造;許多中小供熱鍋爐也基本完成了或正在緊鑼密鼓地開展除塵提效和超凈脫硫脫硝改造;再者，作為鋼鐵大省的河北，由于鋼鐵行業(yè)不景氣，許多鋼廠減產(chǎn)，甚至多條生產(chǎn)線停產(chǎn)，連臨近河北的山西最大的民營企業(yè)——海鑫鋼鐵也陷入破產(chǎn)保護的全面停產(chǎn)狀態(tài);即使是繼續(xù)生產(chǎn)的鋼鐵生產(chǎn)線，也基本完成了包括脫硫、除塵提效改造等治理。照理，今年的北京長假不應(yīng)該發(fā)生比去年還要嚴(yán)重的霧霾。
產(chǎn)生霧霾，必定有污染源。北京國慶長假仍出現(xiàn)嚴(yán)重霧霾的原因何在?雖然存在氣象條件不利污染物擴散的原因，但導(dǎo)致霧霾產(chǎn)生的污染源究竟來自何方?從以下河北省超凈治理的亂象，應(yīng)可以看出端倪。
“50355”超凈排放指標(biāo)是目前世界最嚴(yán)的排放指標(biāo)，遠高于西方發(fā)達國家現(xiàn)行的排放標(biāo)準(zhǔn)。為實現(xiàn)這一排放指標(biāo)，我國最先按這一指標(biāo)進行提效改造的電力企業(yè)高度重視，針對原有濕法脫硫項目的升級改造，采取了在理論和實踐上均站得住腳的技術(shù)路線，即：SCR脫硝+高效低低溫電除塵器(或電袋除塵器、布袋除塵器)+單塔雙區(qū)或雙塔雙循環(huán)石灰石石膏濕法脫硫+濕式電除塵器(簡稱濕電)。
這一“濕法”超凈治理技術(shù)路線，增設(shè)了對細(xì)顆粒具有高效凈化作用的濕電作為濕法脫硫后煙氣的最后一道關(guān)卡，除了可以降低煙塵排放，解決濕法脫硫常見的石膏雨問題外，更重要的是還可以脫除燃煤煙氣中尚未被重視的，比SO2更容易產(chǎn)生硫酸鹽氣溶膠的SO3，以及Hg等重金屬污染物，比單純“50355”對改善空氣質(zhì)量更加有效。據(jù)國外報道[4,5]，只要設(shè)計正確，電場風(fēng)速選取低一些，濕電對SO3的脫除效率可以達到90%，聯(lián)合脫汞率達到70%以上，至于石膏雨，其脫除效率至少在99%以上。
超凈治理是世界上最嚴(yán)的環(huán)保要求，其實施的技術(shù)難度和投資運行成本必定較高。但就在正規(guī)企業(yè)認(rèn)真執(zhí)行國家發(fā)改委、環(huán)保部及能源局三部委和各級地方政府提出的“超低排放”要求，投入巨資爭取打贏燃煤煙氣凈化終極之戰(zhàn)的時候，突然有一家脫硫公司聲稱，只要簡單地將濕法脫硫頂部的除霧器改成其發(fā)明的“管束式除塵器”，就可以實現(xiàn)所謂的“30進5出”，即濕法脫硫入口煙塵濃度只要不高于30mg/Nm3，保證濕法脫硫裝置出口排向煙囪的煙塵濃度小于5mg/Nm3，滿足“50355”中關(guān)于煙塵小于5mg/Nm3的超凈指標(biāo)。
由于“50355”超凈治理投資高，一些省份為了鼓勵電力企業(yè)加快超凈治理，提出了相應(yīng)的超凈電價補貼。為此，該脫硫公司首先將這種管束式除塵器在自己BOT特許承包運行的脫硫裝置上安裝，然后利用我國脫硫技術(shù)規(guī)范允許濕法脫硫出口的煙塵連續(xù)排放監(jiān)測儀安裝在濕法脫硫前的漏洞，“通過”了環(huán)保監(jiān)測，并經(jīng)過一系列包裝后，通過各種媒體造勢和大范圍推廣。
這種管束式除塵器，從其結(jié)構(gòu)和除塵原理可以輕易判斷，其實是一種錯誤“山寨”德國Munter公司主要應(yīng)用于化工行業(yè)的DS8200旋流板氣液分離器的簡單氣水分離裝置[6]。再就是“管束式除塵器”宣稱的液膜“湮滅”煙塵的原理，與早年低廉的麻石水膜除塵如出一轍，而后者隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，早已被淘汰。但卻有一些企業(yè)“深信”管束式除塵器有超凈功效。(把管束式除塵器當(dāng)“超凈神器”，似乎是當(dāng)年許多專家和媒體捧場的“北京悟本堂綠豆湯可以治癌”荒唐鬧劇的翻版。)更奇葩的是，采用管束式除塵器改造后，煙囪出現(xiàn)了更嚴(yán)重的脫硫煙囪雨、煙囪排氣拖著長長的藍煙，這意味著必定排放了大量細(xì)顆粒，見下圖1、2所示，但無論是電力企業(yè)自身還是環(huán)保監(jiān)管人員都熟視無睹。這種現(xiàn)象必定產(chǎn)生“破窗效應(yīng)”，引來效仿。
圖1 “管束式除塵器”改造后的濕法脫硫“煙囪雨”現(xiàn)象
圖2 “管束式除塵器”改造后的超凈濕法脫硫的“藍煙”尾跡
今年國慶長假北京再現(xiàn)嚴(yán)重霧霾，是“天”在給莫衷一是、眾說紛紜的中國人清晰地指出下大力氣治理后仍“霧霾”的主因：我國一次能源的70%左右依賴于煤炭，因此煤煙型煙氣污染是我國最大的空氣污染源，但我國主流燃煤發(fā)電煙氣凈化技術(shù)對控制細(xì)顆粒排放的成效低，加上環(huán)保片面重視單一SO2減排的錯位監(jiān)管，更進一步放大了細(xì)顆粒的排放。
河北省100%的火電機組、大多數(shù)規(guī)格大一點的燃煤工業(yè)鍋爐、絕大部分的鋼鐵燒結(jié)機，都安裝了“高效除塵+高效濕法脫硫裝置”，而且許多大型燃煤火電機組還安裝了SCR脫硝裝置。但由于先天的不足，電除塵器/電袋除塵器/布袋除塵器，對微米級以下細(xì)顆粒的除塵效率都不高。而常規(guī)的濕法脫硫機械慣性分離除霧器，對細(xì)顆粒的凈化更是存在先天的不足，同時還因為除霧效率有限，導(dǎo)致排出的煙氣中攜帶有一定量的漿液而增加了細(xì)顆粒物的排放。
火電機組增設(shè)的SCR，雖然脫除了一定的NOx，減少了二次硝酸鹽細(xì)微顆粒物，但卻因為催化劑的存在，成倍增加了濕法脫硫后煙氣中的SO3濃度，既抵消了減排SO2的成效，又因為SO3可立即生成硫酸鹽，反而加劇了河北的近地硫酸鹽PM2.5的濃度。
煙氣中的SO2排到大氣后，在大氣中的停留時間約為2-8天[7]。據(jù)估計[7]，只有約10%的SO2通過均相氣相反應(yīng)生成硫酸，進而轉(zhuǎn)化成硫酸鹽被去除，其余90%的SO2主要通過沖洗(濕沉降)和吸收過程被去除。因此，對于“超凈”升級，雖然將SO2濃度從100mg/Nm3，降低到35mg/Nm3，但真正對減少大氣中的二次硫酸鹽氣溶膠的作用，只有6.5mg/Nm3。SCR的催化劑將使煙氣中的SO2轉(zhuǎn)化為SO3的轉(zhuǎn)化率大幅提高。按照超凈指標(biāo)，NOx排放從100mg/Nm3降低50mg/Nm3，SCR的催化劑至少需要增加1層，則SO2向SO3的轉(zhuǎn)化率也勢必相應(yīng)增大。據(jù)國外有關(guān)試驗數(shù)據(jù)[8]，安裝SCR脫硝裝置前后，SO2轉(zhuǎn)化為SO3的轉(zhuǎn)化率從1%提高到2.5%以上。因此保守按鍋爐原煙氣SO2平均濃度在1500mg/Nm3計算，則脫硝率提高將相應(yīng)增加了22.5mg/Nm3的SO3排放，如果不設(shè)濕電，濕法脫硫?qū)O3的脫除效率僅20%左右[9]，即最終大氣中反而增加了18mg/Nm3的SO3。
SO3氣溶膠的粒徑大約只有0.4μm。所謂的“30進5出”的高效機械除霧器，其除塵、除霧的原理無一例外都是慣性分離，對這樣亞微米級粒徑的細(xì)顆粒物的除塵效率基本為零。
因此，不設(shè)濕電而采用所謂的“管束式除塵器”或者換湯不換藥的高效除霧器，其脫硫脫硝“超凈”升級最終結(jié)果是，大氣中的微米級甚至亞微米級的二次硫酸鹽氣溶膠濃度不減反增。細(xì)顆粒物的粒徑越小，消光作用越強。單PM2.5細(xì)顆粒物的消光效應(yīng)是2.5~10µm粒子的16倍之多。再者，在同等質(zhì)量下，大氣中的亞微米級細(xì)顆粒物的數(shù)量將是10µm級顆粒物的指數(shù)倍數(shù)。因此，大氣中增加的亞微米級細(xì)顆粒將造成極強的消光效應(yīng)，降低空氣能見度，對霧霾的產(chǎn)生貢獻值極大[10]。亞微米級細(xì)顆粒具有很強的長距離遷移能力，不僅可以從河北擴散到北京，還可以擴散到數(shù)千甚至上萬公里以外，造成更大范圍的霧霾。
我國的濕法脫硫大多沒有安裝GGH，許多早期安裝了GGH濕法脫硫，因為堵塞嚴(yán)重，也在不斷的升級改造中被拆除了(拆除GGH后，原先堵塞GGH的細(xì)顆粒去哪兒了?)。這樣濕法脫硫后的煙氣溫度低于飽和溫度，煙氣中大量的水滴對煙塵儀的測量產(chǎn)生了很大干擾，導(dǎo)致測量失真。為此，環(huán)保部門簡單地同意將原本安裝在濕法脫硫后的煙塵儀，挪前安裝到了濕法脫硫前的除塵器出口，然后以某一時刻濕法脫硫出口的煙塵測量值，折算出濕法脫硫的除塵效率，然后就以這一折算除塵效率，結(jié)合除塵器后濕法脫硫前的連續(xù)煙塵儀測量值，計算濕法脫硫后排向大氣的連續(xù)排放煙塵值[11]。
環(huán)保監(jiān)管部門用某一時刻的人工監(jiān)測值，折算替代連續(xù)測量值，好比刻舟求劍。一個典型的現(xiàn)象是，明明濕法脫硫裝置下著嚴(yán)重的石膏雨，或煙囪冒著濃濃的藍煙/黃煙(見圖1、圖2及下圖3)，意味著這樣的煙囪必定排放了大量的細(xì)顆粒，但環(huán)保監(jiān)測顯示值卻是達標(biāo)甚至“超凈”。
圖3 濕法高效脫硫后的煙囪“藍煙”尾跡
綜上所述，今年國慶長假，北京、河北仍出現(xiàn)大范圍嚴(yán)重霧霾，說明河北近兩年大規(guī)模“超凈”治理，對霧霾問題解決作用不大。究其原因，主要是燃煤煙氣超凈治理在實施過程中出現(xiàn)了技術(shù)和管理的“走偏”，導(dǎo)致超凈治理真實成效很低，甚至還起反作用。
超凈排放是燃煤煙氣治理的終極之戰(zhàn)，其成效直接關(guān)系霧霾問題能否得到有效解決。若將燃煤煙氣“超凈治理”當(dāng)兒戲，任由理論上稍加分析就可以輕易判斷不可能實現(xiàn)超凈指標(biāo)，且還加劇細(xì)微顆粒物排放的所謂“30進5出”管束式除塵器或其余各種不當(dāng)?shù)?ldquo;高效機械除霧器”，繼續(xù)在市場中“劣幣驅(qū)逐良幣”;不重視對SO3的減排;對脫硫煙囪拖著長長的“藍煙”尾跡熟視無睹，河北的霧霾問題必將無解，自然國慶長假仍霧霾的現(xiàn)象也將周而復(fù)始地發(fā)生。
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