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治理“雾霾”我们忽略了什么?

2017-07-25 09:18:25 美篇专栏

自1998年国务院关于“酸雨控制区和二氧化硫污染控制区有关问题的批复通知”(国函(1998)5号)颁布后至今已近20年了,北京的“煤改气”的实施也有17年了,燃煤烟气“超低排放”改造治理工作也开展近四年了,但奇怪的是雾霾天气并没有得到根本性的改善,原因何在?

为使“北京蓝”的品牌持续保持,环保部门采取了关闭工厂、停止生产、巡视监督等大量措施,却换来了人们对大气治理的关注转变为对天气预报的关注,因为,只要出现静风的气象条件或逆温层现象,很快就会在眼前展现浑沌的天空这种立竿见影的因果关系难道不值得有关部门去深思吗?

1、我们忽略了气溶胶的致“霾”作用

气溶胶的定义是:由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系;气溶胶的分散相是固体或液体小质点,其大小为0.001~100微米,连续相介质是气体。

由于大气中漂浮着上千种微生物,气溶胶在大气中作为凝结核可以不断地集聚水汽和微生物,具“中国雾霾特殊形成机理研究“(作者顾卫东)的文章介绍:附着气溶胶颗粒上微生物在适宜条件下迅速繁殖,气溶胶体积迅速增大突破临界点,最终形成重度雾霾。如常温常压下,气溶胶颗粒只有0.1微米,但随微生物迅速繁殖,体积可迅速增加到2.5微米、5微米甚至10微米

尽管人们对“雾霾”的成分、机理和来源众说纷纭,但是,“气溶胶”是雾霾形成的主要原因无可争辩。因为,气溶胶在大气中的悬浮状态就可以理解为:气溶胶的固体粒子就是“霾“的凝结核,气溶胶的液体粒子就是“霾“的温床。

2、我们忽略了烟气治理过程中也会产生新的大气污染物

首先列举一个人们在日常生活中经常遇到的现象:当把铁锅烧热后,往铁锅里倒入一些盐水,“扑哧”一声会产生一股蒸汽,去闻这股蒸汽就会有一种咸味的感觉,也就是说:当盐水遇到高温的铁锅后,因潜热而产生的蒸汽中含有盐雾等气溶胶粒子,本文把这种现象称为“铁锅效应”。

上世纪九十年代中后期,我国开始从欧美国家引进湿法烟气脱硫工艺(占我国现有烟气脱硫市场的90%以上),以解决燃煤锅炉和工业窑炉烟气中SO2对大气的污染问题,该工艺的核心技术就是“喷淋塔”(或称“空塔喷淋”)。喷淋塔技术是二十世纪六十年代初由美国玛苏莱公司发明的,其基本原理就是通过碱性吸收液(钙基、氨基、镁基、钠基)对烟气进行洗涤,在洗涤的过程中使烟气中的SO2等酸性气体与碱性吸收液发生氧化还原反应,最终变成盐和水,以达到对烟气脱硫的目的。

湿法烟气脱硫工艺在引入我国的初期,在喷淋塔的进出口处连有GGH(即:烟气-烟气再热器)。GGH可将喷淋塔入口的烟气温度从120~160℃降到90℃左右(相当于把铁锅只烧到90℃左右),以减少喷淋塔在洗涤过程中因“铁锅效应“而产生过多的气溶胶;同时,GGH还可将喷淋塔出口的烟气从50℃左右提升到75℃左右,以提高烟气排入大气后的扩散范围和高度。由于GGH在对喷淋塔进出口烟气进行降温和升温的过程中,存在着漏风、堵塞及能耗等问题,因此,GGH装置逐步降低了在湿法烟气脱硫工艺的应用比例。

对于是否应该在湿法烟气脱硫工艺中安装GGH装置?在网上有许多争论的文章,但争论的焦点都聚集在喷淋塔出口烟气的含水量多少和烟气温度的高低等问题上,而GGH还具有对喷淋塔入口烟气的降温功能却忽略了。争论文章中忽略了高温烟气因“铁锅效应“而产生的气溶胶问题。因为,当GGH对喷淋塔入口烟气的降温功能取消后,燃煤锅炉或工业窑炉排放的120~160℃(也可能温度会更高)的烟气会直接进入喷淋塔(相当于使铁锅温度一直保持在120~160℃的范围内),在喷淋塔的吸收液(盐类)对烟气进行洗涤时,必然会因“铁锅效应“而产生大量的气溶胶。

现有的湿法烟气脱硫工艺对气溶胶的生成主要有二点:a.因取消了GGH对喷淋塔入口烟气的降温功能后,使喷淋塔的“铁锅效应”增强了,从而增加了“溶水性固体的气溶胶”排入大气;b.因喷淋塔对烟气洗涤时采用的是逆流(烟气向上,吸收液向下)方式,因此很容易形成烟气对吸收液的夹带现象,造成了“非溶水性固体的气溶胶”(包括液滴中溶水性固体的气溶胶)排入大气。

3、我们忽略了湿法烟气脱硫工艺生成气溶胶的能量

近日,很庆幸地能够在网上看到山东大学朱维群教授的一个试验数据,他说:“我们对脱硫浆液进行了分析,过滤去固体得到上清液,测其含有1.4%可溶性物质”。在此试验数据的基础上,根据国家“超低排放“标准中烟尘含量应小于10mg/Nm3的规定,并针对国内主流发电机的燃煤锅炉采用湿法烟气脱硫工艺,将该工艺所形成的气溶胶进行计算可知:“烟气中溶水性固体气溶胶的排放量”是“烟气中非溶水性固体气溶胶的排放量(PM)”的75倍以上,数据说明:解决湿法烟气脱硫工艺形成的气溶胶问题远比将燃煤烟气中的含尘排放标准从50mg/Nm3降到10mg/Nm3更为重要。由于气溶胶是“雾霾”的凝结核,因此,湿法烟气脱硫产生的气溶胶对“雾霾”的贡献率不可低估。

我国颁布的燃煤烟气排放标准中,应属发电行业在整体上要求是最严格的,也是执行标准最好的行业。若燃煤发电行业都在持续、大量地在向大气中排放气溶胶等“雾霾”的凝结核,其他行业和地区(如:西南和西北地区)的燃煤锅炉和工业窑炉烟气污染物(气溶胶、PM、SO2、NOx)的排放数量就一定是更加惊人的了。关心“雾霾”天气的人们只要到采用湿法烟气脱硫工艺的现场,实地观察比较一下烟气脱硫后的烟囱出口(含有气溶胶的烟气)和双曲线冷却塔出口(纯蒸汽)的尾烟扩散和拉烟情况(边界越模糊、扩散速度越慢气溶胶越多,烟气中含有气溶胶越多拉烟越长),就明白了为何“雾霾“天气总是频繁地袭扰我们的生活了。

4、我们忽略了对气溶胶的检测

湿法烟气脱硫在运行时会形成气溶胶,这是行业内人士早已公认的事实。但是,自湿法烟气脱硫工艺引进我国以后,对湿法烟气脱硫工艺所形成的气溶胶问题并没有得到重视,更没有开展相关方面的研究工作,甚至连对气溶胶检测的方法和手段都没有依据可循。多年来我国在燃煤烟气净化领域只是鹦鹉学舌,只是把眼光紧紧地盯着欧美发达国家在烟气治理上的成果,对其烟气治理的成果从未持有过怀疑的态度,形成了“人家鼓掌我鼓掌”的被动燃煤烟气治理路线

目前,我国环保部门对燃煤烟气排放的检测只包括SO2、NOx、烟尘这三项指标,而没有针对湿法烟气脱硫工艺形成的气溶胶进行检测的要求。环保部门也许是把燃煤烟气中气溶胶的检测与烟尘的检测都归并为总量考核指标了。但是,就气溶胶的检测而言,用烟尘的检测方法替代是有很大问题的。因为,烟尘的检测方法国内一般采用“重量法”,其通过滤纸或滤膜对烟气中的烟尘进行取样,滤纸或滤膜的过滤孔径为0.3~0.6微米,也就是说0.3微米以下的气溶胶(其粒径范围为100~0.001微米)是取不到样的,用“重量法”对燃煤烟气中的气溶胶进行检测是不能得到真实数据的。对湿法烟气脱硫工艺形成的气溶胶的检测方法还需要有关部门进行研究,并提出国家标准。

有人问:湿法烟气脱硫工艺是从欧美发达国家引入国内的,他们在治理燃煤烟气时并没有对烟气排放中的气溶胶进行检测呀?他们在使用湿法烟气脱硫工艺时,为什么可以忽略气溶胶的影响呀?由于笔者的阅历有限,在此问题上只能进行猜测:也许是欧美发达国家在使用湿法烟气脱硫工艺中仍在采用GGH对喷淋塔入口烟气的降温功能,使得“铁锅效应”产生的气溶胶不明显;或许是欧美发达国家采用的是燃煤烟气污染物的区域总量控制措施,减轻了气溶胶对区域内大气中的影响;更许是欧美发达国家的煤炭消耗占一次能源的比例没有像我国这样高达到70%左右总之,中国有中国的国情,对湿法烟气脱硫工艺产生的气溶胶必须加以控制,对湿法烟气脱硫工艺产生的气溶胶必须进行检测。

5、对湿法烟气脱硫工艺生成气溶胶的脱除方法探讨

应该肯定:湿法烟气脱硫工艺对我国降低大气污染,减少酸雨的形成是功不可没!尽管其在对燃煤烟气进行脱硫时会产生气溶胶,会增加大气中“雾霾“的凝结核。但是,湿法烟气脱硫工艺形成的气溶胶不是不可解决的,如:“超低排放”工程中已被使用的“低低温省煤器”工艺就可以起到GGH对喷淋塔入口烟气的降温作用,就可以降低“铁锅效应”的影响,就可以减少湿法烟气脱硫工艺产生的气溶胶的排放数量。

对于湿法烟气脱硫工艺产生的气溶胶问题,仅靠现有的除雾器(惯性碰撞除雾)和布袋除尘器(滤料网孔一般为20微米以上,滤料表面起绒或形成颗粒层后可捕集0.5微米左右的粒子)是很难去除0.3~0.001微米范围内气溶胶的。若采用湿式静电除尘器(颗粒荷电后,在电场力的作用下由阳极的水膜进行捕集)脱除湿法烟气脱硫工艺产生的气溶胶,是可通过采取增加电场强度(有可能会增加新的大气污染物“臭氧”和“三氧化硫”)去脱除“非溶水性固体的气溶胶”的,但对大量的“溶水性固体的气溶胶”而言,其脱除作用是有限的。

笔者认为:解决湿法烟气脱硫工艺产生的气溶胶问题,要从“降低湿法烟气脱硫工艺排烟烟气中的含水量”或“提高湿法烟气脱硫工艺的排烟烟气与液态水的传质效率”这二个研究方向着手解决。




责任编辑: 吴昊

标签: 雾霾 PM2.5 污染重灾区 空气污染 治霾

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