关于我们 | English | 网站地图

  • 您现在的位置:
  • 首页
  • 煤炭
  • 综合
  • 周勇:雾霾大暴发的根本原因是燃煤烟气治理缺陷

周勇:雾霾大暴发的根本原因是燃煤烟气治理缺陷

2021-04-21 13:59:49 《能源思考》   作者: 齐鲁工大(山东省科学院)二级研究员 周勇  

最近四年,我们利用空气质量监测数据、气象数据、卫星数据等进行大数据分析,参考国内外期刊上的学术论文,与多个大学、科研机构和企业专家建立了研究网络或联合研究小组,连续几年共同研究雾霾成因。本文涉及所有结论都经过多领域对比研究、多来源数据相互验证,并咨询多个专业专家。即使有局部的、细节性的不确定性,但整体结论应该不会存在问题。

本着雾霾治理,匹夫有责的精神,作为雾霾主因研究的“弱势群体”,对可能来自强势部门的质疑,须遵循举证倒置原则,因为共同目标都是为了雾霾治理。执着于让“弱势群体”去企业或城市验证某些结论,而看不到国内外学术期刊上非常多的研究数据和结论,容易让人产生质疑。把雾霾主因和治理方法的讨论定性为技术和管理范畴的探讨,允许有些许帮助的任何人贡献才智,而不是垄断雾霾治理议题,禁止雾霾主因讨论,是管理部门应有的胸怀。

一、对题目的进一步解读

雾霾(大暴发):统称能见度小于7.5千米(2012年后自动观测标准)或10千米(2012年前的人工观测标准)的霾、雾、轻雾等。本文中2012年之前人工观测数据中,轻雾都属于雾或霾的统计范围。本研究不再区分霾、雾或轻雾,主要是为了避免因为不同概念或通过定义新的概念,掩盖实际的能见度不达标的天数,造成雾霾大爆发前后霾、雾天数不可比的问题。

(雾霾)大暴发:以每年的霾、雾、轻雾等天数做衡量标准,数倍的突变。2001-2011年间雾霾发生的频率是常规变化,山东在30天左右;2012年是湿烟囱为特征的脱硫脱硝烟气排放范式改变的建设年,由于许多企业在进行技术改造,重雾霾天数变化不大,但轻雾天数开始暴增;2013年至今,包括霾、雾和轻雾的能见度较低的天数开始暴增,且一直在200-300天(山东)的高位徘徊,是雾霾大爆发前的7-10倍,不包括轻雾的雾霾天数也连续两年翻番式暴升,北京之外的华北平原区域类似。这几年雾霾治理的成就,主要表现在重雾霾天数降低,PM2.5质量浓度下降50%。

根本原因:在所有导致雾霾天数暴增的原因中占比70%以上,区别于所有其他贡献很小的原因。

燃煤烟气治理:主要指电力和其它行业采用湿法脱硫、氨法脱硝的大型燃煤烟气治理设施,并非指散煤治理的气代煤、电代煤等零散措施。目前这类大型烟气治理设施大多已进行超低排放改造,但排放的可凝结颗粒物(CPM)和氨过量排放等,照样多到在新冠疫情导致其他经济活动近乎停滞时,仍雾霾频发。燃煤产生但不属于烟气治理技术缺陷的污染物,包括在CPM中。

燃煤(烟气治理):专门指出燃煤,是为了排除其它因素,如天然气、机动车尾气治理、建筑工地扬尘等其他污染源。

(燃煤)烟气治理:专门指出烟气治理,是为了排除煤炭燃烧量、煤炭燃烧技术、发电技术、建筑工地扬尘、机动车数量等其他变量或环节产生的污染。

缺陷:包括污染物排放治理的技术缺陷、标准缺陷和监管缺陷(或管理缺失)。

技术缺陷,如拆除或没有GGH的湿法脱硫使干烟囱全部变成湿烟囱,湿烟气产生大量可凝结颗粒物(CPM),脱硝过量喷氨导致的多种形式氨/铵排放,有水溶性盐的气溶胶或雾滴被机械携带,湿法脱硫的湿烟羽中形成超细颗粒物等,都属于燃煤烟气治理技术缺陷导致。

标准缺陷,如过低的氮氧化物排放标准导致过量的喷氨,最终通过氨/铵等以多种形式排放到大气中。在雾霾爆发时,严格管控氮氧化物排放而导致过量喷氨,过量氨/铵排放导致更严重雾霾,陷入“死循环”。超低排放要求的过低二氧化硫排放标准,也值得商榷。中国北方属于挥发性有机物(VOCs)控制区,过低的氮氧化物排放标准,导致其过快下降,也导致夏季臭氧浓度升高。

监管缺陷(或管理缺失),二氧化硫、氮氧化物、烟尘等常规污染物(简称常规污染物)治理以酸雨为目标,其治理过程中次生CPM、氨/铵过量排放等污染物,导致危害更大的雾霾。监管只关注三项常规污染物及后来加入的VOCs,忽略了次生污染物对雾霾形成的显著影响,疏于对最重要的污染物管理。除了上面提及的CPM、氨排放外,不受限制的水蒸气排放,会加剧低温季节的相对湿度:不受限制的高空热排放会加剧逆温环境的形成;这两项监管缺陷会加剧低温季节时高湿、静稳气象条件的形成,导致雾霾更早、更多、更严重的发生。另外,广泛使用的冷却塔产生的溶解固相物排放,尤其是采用中水、海水、苦咸水、含盐废水作为补充水,为提高节水率而显著提高循环水浓缩倍率的情况下,也向大气提供了可观的氯离子排放量,氯离子本身就是大气中PM2.5无机盐的重要组成部分。同时,氯离子和氮氧化合物形成的硝酰氯,参与大气中的光化学反应,形成氯自由基,对臭氧形成作用显著。

总之。如果没有燃煤烟气治理多种缺陷造成的非常规污染物的无控制排放,雾霾不会大暴发,也不会持续到现在。

二、2013年中国北方暴发大雾霾并持续至今,是可以确认的事实

首先简要梳理一下电厂和工业燃煤烟气治理的演变过程。

1、2001-2006年:PM2.5质量浓度与煤炭消费量同步上升阶段,PM2.5、二氧化硫、氮氧化物等迅速上升

在这一阶段,随着中国加入WTO,经济快速发展,煤炭消费量快速上升。而PM2.5质量浓度,根据卫星灯光数据和专家数据,也近乎同步迅速上升。卫星捕捉到的华北平原的霾,也从淡淡的霾逐渐变为浓重的霾。2006年成为二氧化硫、烟尘、PM10、PM2.5的峰值年。

由于没有相应的烟气治理措施,煤炭消费在这一阶段与PM2.5质量浓度有很强的因果关系,并同步增长。这一阶段抓控煤的话,就能够明显遏制PM2.5质量浓度的增长。

2、2007-2012:PM2.5质量浓度与煤炭消费量脱钩阶段,脱硫除尘加价政策起了决定性作用

2007年开始,脱硫除尘加价政策作用显现,二氧化硫排放量大幅度下降,卫星灯光数据推算和专家推算的PM2.5质量浓度不再伴随煤炭消费量的上升而上升,而是进入徘徊中逐渐下降的通道。实现这个脱钩,应该说是很重要的胜利。

如果2006年的趋势继续下去,以能见度为代表的雾、霾天数增加,也应该会很快到来,尽管可能与现在的雾霾性质不同,导致的原因不同,更可能是渐变,而不是突变。

这一阶段PM2.5质量浓度与煤炭消费量已经脱钩,抓控煤对遏制PM2.5质量浓度的增长已经开始没有多大效果。

\
图1 煤炭消费量与PM2.5质量浓度的变化趋势

(图1中PM2.5排放量系根据贺克斌院士图截取的全国数据,煤炭消费量为山东省数据,2000-2006年二者同向变化,2006年之后二者脱钩。山东省PM2.5排放量或质量浓度变化趋势与全国的类似)

3、2013至今:雾霾大暴发并持续阶段,霾、雾和轻雾天数高位徘徊,尽管重雾霾天数下降,PM2.5质量浓度下降50%

进入2013年初,雾霾在华北平原大暴发。2013年1月北京连续25天雾霾。国内外新闻媒体记录了大雾霾的可怕情形。最大的几次雾霾弥漫多个省,横跨上千公里。

这一阶段抓控煤,对PM2.5质量浓度下降50%没有多大贡献,因为上一阶段就脱钩了。散煤治理对PM2.5质量浓度下降应该是作用不小,但散煤燃烧量相对较小,在雾霾大暴发前可能更多,不可能导致雾霾大爆发。

4、以山东为例,2013年和2014年霾和雾的天数连续两年翻番式暴升,能见度低的总天数在雾霾大暴发之后至今没有多少下降

\
图2 山东省雾霾天数变化趋势

(图2为几个典型时间段霾和雾日数平均值。2012年后不包括新设的轻雾日数,2011年前为人工观测值,包括能见度小于10千米的轻雾天数)

如果考虑雾霾大暴发后新定义的轻雾(相当于雾霾大暴发之前的雾或霾)天数,2012年后最高年份相当于2001-2011年霾、雾平均天数的10倍暴升,令人难以置信,且持续至今,没有大的下降。

5、铁腕治霾取得一些成绩,但雾霾至今依旧,只是蓝天有所增加,重雾霾天数有较大下降,PM2.5质量浓度下降50%

华北平原在经过8年的铁腕治理后,在超低排放改造、停产限产、大量关闭小散乱污企业、气代煤电代煤等治霾措施下,重雾霾天数有较大下降,PM2.5质量浓度下降50%。只是强调后两者数字变化作为大气治理的成绩,看不到令人难以置信的能见度低的霾、雾和轻雾(轻霾)天数高位徘徊,会导致重大的决策失误。

在北京以外的华北平原城市,在高楼或视野开阔的其他地方,看远处灰蒙蒙是常态。只有在雨雪或大风、降温之后才有几天能见度高的蓝天白云,才似乎回到了雾霾大暴发之前。

山东省发改和环保部门2020年比往年都努力的控煤和监督企业达标排放,当年减煤3800万吨或6000万吨。而大气十条实施期间5年减2000万吨的任务或十三五前4年都没有减下来几吨。但是,山东省的能见度2019年没有明显改善,2020年也差不多,没有收到预期效果,主要还是没有对症下药。

6、以雾霾频发为表征的环境容量大幅降低,是由于非常规污染物浓度和排放量暴升,而常规污染物排放同期大幅度下降,二者由于烟气治理设施的缺陷而成为表面上的因果关系

\
图3 环境容量大幅降低的真实原因,是非常规污染物浓度暴升

(图3为山东省不考虑2012年后轻雾的雾霾天数,2013年、2014年连续两年翻番式上升,以雾霾天数衡量的污染物排放量是大气环境容量的4倍。如果以超细颗粒物的数浓度暴升来衡量,可能是成百上千倍。这里假设在雾霾大暴发之前污染物排放与环境容量基本持平。如果考虑轻雾天数,上述4倍可能变为8倍,这是需要关注的重点)

取消或不设GGH后,干烟气排放变为湿烟气排放,加上脱硝的过度喷氨,造成雾霾天数大约从30天暴升到120天,加上轻雾天数会更大很多。这相当于技术失误导致致霾污染物大大增加,环境容量相对大大缩小,雾霾暴发。而常规污染物则是大幅度下降,与雾霾大暴发成反向相关关系。

7、在非常显著的突变发生前后寻找突变的原因,远比在雾霾大爆发后的环境中寻找细枝末节的改变容易,种种原因导致错失了快速发现问题的机会

霾、雾天数四倍或N倍暴升,且持续若干年,这是典型的突变,应该很好找到原因。

相对几倍的变化,所有能想到的常规变量变化都相对缓慢。剔除缓慢变化的因素,就可以锁定突变因素,确认是否为雾霾大暴发的根本原因。但是,人为原因造成的缺少2012年之后气象部门发布的霾和雾的天数,以及缺少2013年之前环保部门早就安排若干课题监测的PM2.5数据,错失了通过明显的突变寻找雾霾成因的极好机会,导致雾霾持续暴发到现在。

三、2013年前后与大气污染物排放相关的唯一突变因素,是在新的大气污染物排放标准和脱硝加价刺激政策下的燃煤烟气治理大规模改造

1、常规污染物治理取得辉煌成绩,监测和控制指标国际领先,但导致雾霾大爆发的可凝结颗粒物等是缺项

即使到今天,燃煤烟气治理的主要目标还是延续过去治理酸雨的二氧化硫、氮氧化物、烟尘(可过滤颗粒物)等常规污染物。从2007年开始至今,电力行业的氮氧化物和二氧化硫排放已经下降90%,全社会而言也有大幅度持续下降,排放指标达到国际先进水平。但对标国际标准,可凝结颗粒物等是缺项,也是导致雾霾的主要污染物。

2、2011年之前,燃煤烟气治理设施中部分有GGH或者运行率相对较低,类似干烟气排放模式;该阶段雾霾发生的频次属于常规变化,没有突变

在2011年之前,部分湿法脱硫设施有GGH,许多已经存在的烟气治理设施运行率很低。因此,二氧化硫排放量下降较慢,而氮氧化物还没有开始减排。这期间华北平原的霾和雾天数之和仍然比较稳定,没有发生突变。

2011年出台大气污染物排放新标准,并借鉴2007年开始脱硫加价取得的二氧化硫和烟尘大幅度下降的成功经验,推出针对氮氧化物的脱硝电价加价(简称脱硝加价)政策,并实行严格的实时在线监控和偷排重罚政策,关键时间节点是2013年1月1号开始。原本是要重现2007年的辉煌,但燃煤烟气治理缺陷导致事与愿违,常规污染物排放急速下降,但其治理过程中产生的次生污染物导致雾霾大爆发,危害更严重。

3、2012年是燃煤烟气治理设施集中改造年,许多企业因为GGH存在结垢和烟气泄漏不达标问题而被拆除,新增加或开始正常运转的大量湿烟气排放设施,新上大量氨法脱硝设施,燃煤烟气治理设施发生突变

这一年发生的突变主要有:

  • 原来部分有GGH的湿法脱硫设施被取消GGH,干烟囱变成湿烟囱,干烟气排放变为湿烟气排放
  • 原来没有GGH及后来新建湿法脱硫设施多数都没有GGH,为湿烟气排放
  • 2012年开始大规模脱硝改造,湿法脱硫设施与脱硝串联运行
  • 企业为了实现比国际水平严格得多的氮氧化物排放标准,过量喷氨,增加催化剂层数,加大了二氧化硫转化成三氧化硫的比率;过量的氨与三氧化硫优先进行酸碱中和反应生成硫酸氢铵。这也可以从目前脱硫粉煤灰中含有大量氨盐得到证实
  • 2012年底后,实时在线监控、有力的刺激政策及偷排惩罚措施叠加,彻底扭转2011年之前连续几年烟气治理设施运行率较低的问题,湿烟气排放量暴增

4、从取消GGH带来的变化,可以简要说明燃煤烟气治理缺陷是导致雾霾发生的重要原因之一

取消GGH后发生的突变主要有:

  •  取消GGH后,监测数据显示,造成超细颗粒物数浓度几十倍增加
  •  取消GGH后,湿烟囱可能造成超细颗粒物数浓度成百上千倍的暴升。GGH在加热烘干脱硫后湿烟气时,是在相对密闭的空间里进行的,换热过程会造成烟气剧烈紊流,烟气中的气溶胶会相互撞击长大,压力也比较高,颗粒形状会更近球形,而且密度会比较大,比表面积会相对小;而取消GGH后的烟气排入大气后显著减少了相互撞击长大的机会,而且颗粒物生成过程是自由无压力状态,生成的颗粒物形状疏松,密度小,颗粒小,比表面积大,更容易在大气中长期悬浮富集(孙中强团队诊断沈阳暴发雾霾的原因)
  •  取消GGH后,脱硫塔内工艺条件变化,脱硫塔入口烟气温度上升,有些脱硫设施造成超细颗粒物数浓度增加10-100倍,在实施超低排放改造前都直接排入大气中
  •  取消GGH后,排烟高度降低一半,污染物最大落地点浓度增加一倍(有的话)

 取消GGH的湿烟囱在当时都普遍出现石膏雨。而在天气好的时候,不一定有石膏雨,因为脱硫液落不下来,都在天上了。气象条件适合时,重雾霾就会产生。除雾器堵塞,烟气流速或烟囱设计不合理,都属于烟气治理设施的缺陷。

仅仅上述变化造成的PM2.5数浓度变动,就达到下限为上百倍的突变,雾霾不大爆发都困难。取消GGH,暴露出了很多雾霾大爆发的原因。如果所有烟气治理设施都有GGH,处于干烟气排放模式,雾霾不一定会爆发。至于GGH烟气泄漏或结垢问题,属于产品质量问题,一些进口设备就不存在这类问题。如果标准过低导致拆除GGH,则是排放标准存在缺陷,就像氮氧化物标准太低导致过度喷氨类似。

5、2013年前后湿烟气排放、取消GGH、脱硝等烟气治理带来的突变

2013年前后湿烟气排放、取消GGH、脱硝等烟气治理带来的突变还有:

  •  湿法脱硫脱硝后的湿烟气中,有粒径极小、数量极大的可凝结颗粒物(CPM)
  •  脱硝氨(或铵根)全生命周期排放,为以盐为主的霾的生成,提供了原来缺乏的碱性物质
  •  湿烟气中有极小的雾滴被机械携带,雾滴中有水溶性盐
  •  湿法脱硫后的湿烟气,增加了低温时段大气相对湿度,促进致霾气象条件更多更快形成和持续时间增加
  •  湿烟气形成的烟羽有很好的形成硫酸盐的条件,并在其中形成新的超细颗粒物
  •  非常规超细颗粒物在干燥和寒冷的北方秋冬季节长时间累积和传输,表现出数浓度极高,但质量浓度很低
  •  在湿度大的静稳天气,大气中长时间不衰减累积的数浓度很高的超细颗粒物开始凝并,数浓度快速降低,粒径变大,质量浓度迅速升高,并表现出明显的雾霾状态;同时也作为温床和加速器,促成二次细颗粒物的形成;通常是暴发雾霾,有时也可能随着气象条件转好,使得质量浓度高的颗粒物又隐形,看上去天气好转
  •  燃煤烟气治理设施密布的雾霾重点区域,平时每个城市都是超细颗粒物的策源地和输出地,也是相邻城市随风而来的细颗粒物的输入地,在同一个大气场内的城市,细颗粒物能很快进行混合,难以分出是自身产生的或是传输来的,除了禁煤区很大的北京
  •  雾霾发生时多为静稳天气,空气流动缓慢,当地的燃煤烟气治理缺陷导致的非常规污染物,能够迅速加剧当地的雾霾程度;而北京等禁煤区则不会受此拖累

上述因素最终体现在PM2.5数浓度相对雾霾大爆发前的飙升。

\
图4 雾霾暴发前后PM2.5数浓度和质量浓度的变化趋势

(图4为北京2013年9月一场雾霾的形成情况,在以PM2.5质量浓度为代表的雾霾发生之前,PM2.5的数浓度非常高,而在雾霾发生时,由于超细颗粒物凝并、二次复合等,PM2.5数浓度大幅度下降,质量浓度大幅度上升。在雾霾大暴发之前极高的PM2.5数浓度,其来源是雾霾大暴发主因的重要线索。图中显示出了PM1的组分分析结果。资料来源:Anetal.(2019).PNAS.)

6、常规污染物治理的技术和管理缺陷,引发非常规致霾污染物排放暴增,表现为大气中PM2.5数浓度暴升,导致2013年开始雾霾大暴发,并持续至今

采用有缺陷的燃煤烟气治理设施和管理措施治理常规污染物,引发大气中未被监测和控制的非常规致霾污染物排放暴增,表现为大气中PM2.5数浓度暴升,导致2013年雾霾大暴发,并持续至今。显然,雾霾是治理常规污染物过程中,因为技术和管理缺陷造成的次生人为灾害,是人为失误造成的人为灾害,不可能是气象灾害。

\
图5 雾霾天数与湿法脱硫的煤炭消费量高度相关

这些非常规污染物包括可凝结颗粒物(CPM),脱硝过量喷氨导致的多种形式氨/铵排放,溶解固形物被机械携带、取消或没有GGH后湿烟羽中形成的超细颗粒物等。

7、并非PM2.5质量浓度变化或突变,导致雾霾大暴发

PM2.5质量浓度从2007年开始,呈持续下降趋势,雾霾大暴发前的2010年到开始大暴发的2013年,基本处于平台期。其年度平均浓度没有出现多大变化,这也是一些人否认2013年真的有雾霾大暴发的依据。实际上,进一步统计北京每年的每小时PM2.5大于300的小时数,2013年是2012年的2倍,也表现出突变。可见2013年开始雾霾大暴发,不是人们观念的改变或错觉。

\
图6雾霾天数和PM2.5质量浓度的变化在2012年之前相似,2013年之后因为围绕PM2.5质量浓度的大气污染治理彻底脱钩

四、2015年以后开展的超低排放改造是常规污染物的深度减排,仍有足够多的致霾非常规污染物排入大气,并造成雾霾,只是程度有所减轻

1、超低排放是过去有酸雨时治理酸雨主要措施的加强版,并非针对雾霾治理

超低排放改造仍然是针对导致酸雨的常规污染物更低排放标准的深度减排,对非常规污染物减排作用不大。因此,超低排放改造之后,仍有足够多的可凝结颗粒物不被控制的排放到大气中,成为大气中一次超细颗粒物的主体,也是特定气象条件下二次颗粒物形成的温床和加速器。超低排放改造的综合效果,表现为霾、雾、轻雾天数仍在突变后的高位徘徊。

有人以还有好多燃煤设施没有进行超低排放改造,可能继续导致雾霾,为超低排放改造开脱责任,是站不住脚的。超低排放改造减少了大量污染物的排放,这也能够反证2013-2014年为什么雾霾大爆发。但是超低排放改造与改造之前的湿法脱硫脱硝相比,在非常规污染物排放方面,没有多少实质性的改善,也不是治理的目标,属于五十步笑百步。

2、考虑可凝结颗粒物后,严格的北京超低排放标准下,颗粒物浓度也超过5毫克的北京标准

在超低排放完全实现,标准也非常严格的北京,燃煤设施可过滤颗粒物(FPM)排放极低。但加上可凝结颗粒物后,也超过北京的颗粒物排放质量标准。而中国环科院任院士提供的北京之外若干设施的检测数据显示,仅仅可凝结颗粒物平均浓度就达每立方米13.9毫克,远远高于北京市。即使达到超低排放的一些燃煤发电机组,PM2.5或PM1.0质量浓度很低,但其数浓度并不比PM2.5质量浓度很高的锅炉低多少。

3、权威专家评价:超低排放评价显著低估了颗粒物的实际排放水平

即使检测出上述北京超低排放水平很高的权威专家,在公开发表的文章中也评价到:我国现行污染物排放标准,颗粒物指标专指FPM,没有考虑粒径极小、数量极大及特定气象条件下雾霾暴发成因的CPM。可见,超低排放评价显著低估了颗粒物的实际排放水平。

这一判断与我们这几年的研究一致。

4、目前重点区域基本完成超低排放改造,能见度低的霾、雾和轻雾天数是按照PM2.5质量浓度相对雾霾大爆发之前下降50%推算天数的十几倍,而不是一半;显然,相对雾霾治理,超低排放并非对症下药

按照PM2.5质量浓度已经下降到雾霾大暴发前的50%,霾、雾和轻雾天数应该是雾霾大暴发前的一半,山东省平均应该在15天左右,但实际天数至今仍是这个数值的十几倍,令人难以置信。导致能见度低的超细颗粒物,粒径极小,但对健康的影响一点也不小,甚至更要命,需要根治。

五、煤炭消费总量、散煤燃烧量、机动车排放等常规变量,在2013年前后都没有突变,不可能导致雾霾大暴发

1、煤炭消费量在雾霾大暴发前后没有大的变化

2001-2006年PM2.5质量浓度随着煤炭消费量上升而同步上升,2007年开始二者已经脱钩。

一般而言,对煤炭消费量的控制,有利于降低PM2.5的质量浓度。但2007年开始的脱硫除尘,使得二者基本不再相关,煤炭消费量已经不是导致PM2.5浓度升高或发生雾霾的关键变量。如沈阳等一些城市煤炭消费量早就从2000年开始大幅度下降,但在2013年仍然暴发极度严重的雾霾,也能够略见一斑。

如果没有外部因素发生突变,雾霾天数会沿着图7中红色箭头方向变化,略微增长。如果进一步考虑2012年后单设的轻雾天数,雾霾天数的突变比图7中蓝线还会高一倍多。这是找到雾霾大暴发的钥匙,但由于当时数据难以拿到,错失搞清楚主因的机会。

\
图7 雾霾天数与煤炭消费量变化趋势

(图7为山东省煤炭消费(黑线)和雾霾天数(蓝线)变化,2013年前后煤炭消费量没有多大变化,但雾霾天数则发生突变。因此,雾霾大暴发不可能是由于煤炭消费量突变引起的。)

2、其他常规变量都没有发生大的变化,即使其对当地PM2.5质量浓度贡献一直很大

散煤燃烧,可能雾霾大暴发之前烧的更多。减少农村散煤采暖、减少产业散煤燃烧等措施,有利于PM2.5质量浓度的下降,但也不是雾霾大暴发的原因。

机动车,就华北平原而言,一直在按照常规增长,其排放不可能引起突变。

建筑工地可能是PM10的主要来源,而不是PM2.5的主要来源。

燃煤发电机组或锅炉数量及其燃烧技术,在2013年前后也没有多大变化,不可能引起突变。

其他变量,如钢铁产量、电解铝产量、建材产量等以及经济产出变量都没有发生大的变化,都是正常范围内的变化。

\
图8不同大气污染相关变量的变化率比较

(图8中只有霾和雾霾天数之和发生突变(不包括轻雾天数)。其他经济变量或重点耗能产品产出变量在2013年前后都是常规变化,没有任何突变。如果包括轻雾天数,更是难以置信)

3、华北平原较大城市市区或作为禁煤区的北京,机动车的排放有时可能是主要细颗粒物来源,但燃煤烟气治理产生的一次和二次颗粒物在每次的雾霾暴发前就已经随风迁入,燃煤烟气治理缺陷对其影响也不小

在北京这种周围有很大禁煤区的特殊城市或华北平原较大城市市区,机动车有可能在一定时段成为超细颗粒物的主要来源。

但是,由于北京几个方向的非禁煤区,都有大量的燃煤烟气治理设施,其排放的超细颗粒物能够在大气中长时间累积并随风漂移,足够引起雾霾发生。

雾霾发生前的风向或卫星反演,都能够显示这种超细颗粒物输送。可见,燃煤烟气治理缺陷也照样影响北京,只是程度小一些。北京没有煤炭燃烧,也就没有燃煤烟气治理设施,不会因为烟气治理的缺陷直接加快、加重当地的雾霾。

北京周围有很大的禁煤区,北面也属于山区,其雾霾治理与华北平原其他区域有很大的差别。主要是因为雾霾由燃煤烟气治理缺陷引发,北京作为禁煤区肯定大大好于非禁煤区。过去的奥运蓝、APEC蓝等也说明这个问题。禁煤区离北京越远,效果越好,因为每次雾霾即将暴发前和暴发中的时候,当地产生的致霾污染物对当地雾霾暴发影响很大。

搞清楚哪些因素可能是雾霾大暴发的原因,哪些不是,对于实现精准高效的雾霾治理很关键。

4、煤炭消费总量与PM2.5质量浓度2007年开始脱钩,以此为抓手治霾,并非精准

煤炭作为第一次工业革命蒸汽机和第二次工业革命电力的基础能源,逐渐成为在开发和利用过程中破坏生态环境和危害公众身体健康的代名词。但是,中国煤电作为煤炭消费最大部分,二氧化硫和氮氧化物排放量比其峰值下降90%,烟尘下降幅度也很大,达到国际领先水平。目前,供热、钢铁、焦化等在华北平原等重点区域已经基本实现超低排放。理论上这些区域的主要耗煤领域应该摆脱了污染环境、危害健康的诅咒,但事实并非如此。

2013年中国北方大面积严重雾霾突发,山东省雾霾天数连续两年翻番式上升,北京和济南的PM2.5质量浓度和前三年比没有明显变化。一般认为,PM2.5是雾霾产生的主要原因,但其内涵包括两个部分,一是质量浓度,而是数浓度。

2012年至今,PM2.5质量浓度下降50%。但是,以能见度为特征的霾、雾和轻雾的天数没有下降多少,仍在雾霾大爆发后的高位运行。结合湿法脱硫脱硝后的燃煤烟气治理导致PM2.5质量浓度降低,但PM2.5数浓度几十或上百倍暴升的证据,可以判断是PM2.5的数浓度导致2013年开始的雾霾大爆发,而不是质量浓度。

从煤炭消费量与PM2.5质量浓度的关系看,2001-2006年间二者同步增长,相关性很高。PM2.5质量浓度则是2006年达到峰值,之后逐渐下降。主要是这一段时间煤炭消费量快速增长,但相应的烟气治理技术没有跟上,除尘水平都较低。2007年到2013年,煤炭消费量在增加,并达到峰值,但PM2.5质量浓度不再增长,而是持续下降。2010-2013年,PM2.5质量浓度处于下降中的平台期。2013年之后PM2.5质量浓度则比雾霾大爆发前后的平台期下降50%。华北平原煤炭消费总量2013年之后处于稍微下降趋势;山东省的煤炭消费量还在增长,直到2019年。

2013年雾霾大爆发的原因是CPM排放、过度喷氨、含有水溶性盐的气溶胶和雾滴、湿烟囱排放的过量水汽等非常规污染物导致的PM2.5数浓度的暴升几十甚至到上百倍所导致的。

根据中国煤控研究项目多年的研究,2012年各地的PM2.5空气污染中,煤炭利用和燃烧所产生的一次性PM2.5贡献率为63%。除直接污染物排放外,煤炭燃烧排放所产生的化学污染物是形成PM2.5主要化学前体物,二次性PM2.5贡献率在不同地区在51%-61%之间,平均值为56%,大面积雾霾的出现与煤炭的燃烧利用以及工业废气的排放紧密相关。这一比例判断高于各地PM2.5源解析中煤炭燃烧所占份额,也应该包括一部分烟气治理缺陷造成的多种非常规污染物所占份额。这里的PM2.5是质量浓度,如果按照PM2.5数浓度,燃煤烟气治理缺陷(含煤炭燃烧)所占比例,远远大于上述份额。

专家认为,PM2.5数浓度对人体健康和生态的影响更为关键和重要。在特殊的燃煤烟气治理技术和管理措施突变下,PM2.5质量浓度没有多大变化,但数浓度暴升上百倍,从而造成2013年开始的雾霾大爆发。这个暴升是因为湿法脱硫脱硝等技术缺陷、标准缺失和监管缺位等共同造成的烟气治理环节的次生污染或次生灾害,并非是煤炭消费量或PM2.5质量浓度变化所致,这是必须认清的雾霾大爆发的根本原因。否则,治霾很难对症下药。

严格控煤措施形成的煤炭消费总量小幅度下降,能够对PM2.5质量浓度起一点作用,但因为2007年二者就脱钩,所以作用很小;而相对雾霾天数几倍,或PM2.5数浓度几十倍甚至上百倍的变化,煤炭消费总量微小的变化作用不大。类似沈阳2013年雾霾大爆发,煤炭消费量当时已经比2000年前后下降很多。可见,通过控煤来治霾,并非对症下药。针对燃煤烟气治理缺陷造成的次生污染,才是快速、低成本、高效治霾的关键。

六、雾霾治理应该是雾霾大暴发之后大气污染治理的首要任务,而不是继续加码治理过程有严重缺陷并导致雾霾的常规污染物

1、在湿法脱硫脱硝高歌猛进的时期,常规污染物排放急速下降,极其严重的雾霾突然大面积暴发,理应进行反思,并采取断然措施进行补救,但实际则不然

2012年突击进行燃煤烟气治理设施的改造,2013年1月1号之后,原来期望能够复制2007年脱硫加价带来的辉煌,通过脱硝加价和严格管理,使得大气污染治理迈上新水平。但2013年1月1号开始,雾霾大暴发。对此的应急反应是,大气污染治理工作继续沿着治理酸雨的方向加码,陷入到了常规污染物排放水平达到国际先进,但雾霾至今仍然不断发生的“死胡同”,即使是在一般经济活动近乎停滞的新冠疫情期间。

雾霾期间,治理过程犹如陷入“死循环”:雾霾重了,拼命要求氮氧化合物等污染物减排;这时企业需要喷入更多的过量氨,产生更严重的氨排放;过量排放的氨,进一步形成更严重的雾霾,继而要求更严格的氮氧化合物排放。

由于技术支撑不够,要达到大大低于国际水平的氮氧化物超低排放标准,就必须喷入更多的氨,过量的氨/铵通过多种途径(粉煤灰粘附、脱硫废水、极少的净烟气排放等)进入大气中,成为大气中碱性物质的唯一来源,为霾的主要成分盐的生成创造了必要条件。

如果没有雾霾大暴发,大气污染治理可以按照治理酸雨的老路继续下去,以治理二氧化硫、氮氧化物、烟尘为主,这也是预防伦敦煤烟型雾霾的成功经验。

\
图9雾霾天数与火电污染物排放量变化趋势

(图9为全国火电烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放(山东趋势类似)与山东省雾霾天数的变化。常规污染物快速下降的2012-2015年,也是雾霾天数暴升并维持高水平的年份。如果考虑2012年后的轻雾天数,更是让人难以置信)

2013年开始雾霾大暴发之后,大气污染治理的首要任务应该是治霾,而不应该是继续加码治理造成酸雨的二氧化硫、氮氧化物或烟尘等常规污染物,更何况华北平原的酸雨早已消失。治理雾霾主要是治理盐,酸和碱形成的盐;治理酸雨主要是治理酸,二者有根本的不同。

实际上,雾霾是因为常规污染物治理设施存在缺陷而次生的灾害。沿着治理常规污染物的路子走下去,次生的细颗粒物数浓度暴升后长期高位徘徊,产生雾霾的物质基础还在,必然导致多年铁腕治理后,仍雾霾不断。

2、种种原因使得我们在雾霾大暴发之后,仍然强化导致雾霾大暴发的有缺陷的燃煤烟气治理措施,甚至更为加码

数据分析显示,雾霾的天数暴增是和实行湿法脱硫脱硝的煤炭消费量快速增加紧密相关,而与二氧化硫、氮氧化物、烟尘等排放量成反向相关。这并非说明二氧化硫、氮氧化物排放量下降导致雾霾,而是导致二者排放量下降的烟气治理过程产生次生污染。就像过度追求GDP而忽视环境保护一样,过度追求几个片面的考核指标,治理过程中次生污染物没有被管控,导致雾霾暴发。

雾霾天数暴增和PM2.5质量浓度或煤炭消费量,在年度间也没有多少关联关系。这也主要是由于湿法脱硫、氨法脱硝等,导致雾霾天数与PM2.5质量浓度或煤炭消费量之间关系发生根本变化,不再是简单的因果关系。

沿着老路子走下去,甚至强化导致雾霾大暴发的有缺陷的燃煤烟气治理措施,常规排放指标加码,结果必然是次生更多的致霾污染物,治霾效果不显著。

如果早看到雾霾天数暴增和湿法脱硫脱硝的煤炭消费量快速增加紧密相关,对症下药,雾霾大概几年前就已经治理好。

3、八年治霾后,看远处仍灰蒙蒙、能见度不高的霾、雾、轻雾等天数,仍高于雾霾大暴发之前近9倍;显然,治霾仍是目前急迫任务,十四五期间实现减碳与治污协同的重点,仍应该是雾霾治理

八年治理,雾霾仍频发,根本原因是没有认清燃煤烟气治理缺陷导致雾霾大暴发。对症下药,应该会迅速取得成效。在减碳与治污协同的策略下,十四五期间雾霾治理应是优先任务,以此避免延缓打赢蓝天保卫战的时间。

减排二氧化碳是长期目标,与污染物减排协同完全正确。十四五期间,应该以治霾优先,协同减碳。2030年碳达峰前,可以通过节能、投资结构、产业结构和能源结构调整,实现减碳与治污的协同,但该阶段雾霾仍会严重,需把考核重点放在雾霾治理任务上。2030-2040年间,发展核能及快速发展成本大幅度降低的可再生能源,以此来替代煤炭,是实现减碳与治污协同的重点。2040年之后,在前面的措施基础上,随着CCS技术的成熟,采用CCS等类似脱硫脱硝的手段来减排二氧化碳,彻底实现减碳与治污一体化。

4、治理雾霾,刻不容缓

北京大学和南京大学的研究显示,雾霾现在每年导致38万至上百万人早死亡,人民健康受到严重影响。因为企业被关闭、被季节性关闭或雾霾前后临时性停产等,每年导致的经济损失更是不计其数。多个大气污染治理重点区域相关省份的经济增长,也因此受到很大影响而减速,就业和民生都受到不小影响。中国的国际声誉也受到很大影响。电力企业、钢铁企业、焦化企业等重点行业企业,尤其是与雾霾相关性不强但被牵连的其他很多企业,也付出极其惨重的经济代价。

治理雾霾刻不容缓,对症下药是关键,相关技术已经有很多,也很成熟,只是需要确认雾霾大爆发的根本原因后,才能够去伪存真,精准高效治理雾霾。大气污染与碳排放协同治理的重点,在十四五仍然应该是雾霾治理。二氧化碳的技术性减排,还需要很长时间,还需要技术的很大进步,以及成本的大幅度降低。

雾霾治理很迫切,搞清原因是关键。其所涉及的系统也没有多复杂,从突变角度很容易发现导致雾霾大爆发的根本原因,对症下药也应该很快能够见效。但由于人为的原因,简单问题复杂化,技术问题被异化,导致不能对症下药,八年治霾效果并不理想。而人民健康应该是第一位的任务,也是最大的政治。

5、臭氧污染问题与秋冬季雾霾同根同源,是不同季节、不同区域的差异化表现

2013年开始上海的臭氧浓度也发生突变[张小娟],与华北平原雾霾大暴发是同一年,之后臭氧污染浓度也进入渐变通道。这并非巧合,而是相互印证2013年确实发生突变。

\
图10 2010—2016年上海O3-8h的频数分布曲线

(图10中2010-2012年臭氧浓度主要分布在25~60μg•m-3范围内,2013-2016年主要分布在60~100μg•m-3范围内;前三年的众数在60左右,后四年的众数在100左右,具有明显突变特征)

VOCs是2013年前后导致臭氧渐变的因素之一,但没有产生突变。

华北平原属于VOCs控制区,2013年开始的氮氧化物急速下降,也是导致臭氧上升的部分原因,这是导致臭氧渐变的另一个因素。这也是烟气治理存在的缺陷。

北大院士研究表明,夏季臭氧污染与秋冬季雾霾大暴发的原因,很大程度上是一样的,是污染物排放到大气中后,在不同季节、不同区域的差异性表现。这也验证了我们几年前通过臭氧浓度和雾霾天数突变,发现二者很大程度上同根同源的结论,尽管原因解释不完全相同。

七、作为绩效考核指标和指挥棒的PM2.5质量浓度和空气质量优良天数,并非雾霾治理的关键变量

1、PM2.5的质量浓度并不能反映雾霾大暴发的实际,它并非是雾霾治理这个始于2013年的极其紧迫和重要问题的关键变量

如果是的话,雾霾应该在其峰值的2006年大暴发,而不是2013年开始。雾霾大暴发期间,年度PM2.5质量浓度没有多大变化。同理,二氧化硫和氮氧化物也不是,后者的峰值时2011年。雾霾大暴发时,这两个污染物排放是急速下降的。

\
图11 全国PM2.5质量浓度2006年后呈下降趋势

(图11为根据贺克斌院士的资料截取,PM2.5为质量浓度,不是数浓度;如果是PM2.5数浓度的话,电力行业应该比重很大)

2、AQI在秋冬季主要取决于首位污染物PM2.5质量浓度,由于PM2.5质量浓度并不是雾霾的关键变量,同样AQI也不是,根据AQI计算出来的空气质量优良天数也不是

体现大气污染治理绩效的PM2.5质量浓度和空气质量优良天数两项关键指标,都不是雾霾治理的关键变量。以此作为指挥棒,很难打赢蓝天保卫战。

结果是PM2.5质量浓度比雾霾大暴发前后压下去50%,重雾霾天数下降,但能见度不足7.5千米的天数,仍然和雾霾大暴发开始时差不多,没有多少下降,大大高于雾霾大爆发之前。客观而言,2013年开始大爆发后,雾霾多年依旧,只是重雾霾天数少了,PM2.5质量浓度下降50%。

3、有偏差的评价指标作为指挥棒,有可能贻误治霾战机

造成雾霾大暴发的是PM2.5数浓度暴升,而不是质量浓度变化。把PM2.5质量浓度压下去很重要,但是粒径极小、数量极大的超细颗粒物对健康的影响也大,是造成雾霾的关键变量,更需要压下去。

PM2.5源解析是基于质量浓度,并非基于导致雾霾暴升的PM2.5数浓度。PM2.5源解析中的各种影响因素,雾霾大暴发之前都存在,也看不出突变。但真正导致雾霾大暴发的发生突变的污染源,如可凝结颗粒物、氨/铵过度排放、机械携带雾滴的水汽等,并没有在PM2.5源解析的范围内,也没有纳入监测和控制范围。以此指导蓝天保卫战,贻误战机是必然结果

八、因新冠疫情封城或大范围经济活动近乎停滞期间,雾霾仍频发,反证了不能停歇的电力、钢铁、焦化等行业的燃煤烟气治理设施的缺陷,是雾霾大暴发的根本原因

1、新冠疫情期间雾霾依旧,因为导致雾霾产生的关键污染物排放依旧

2020年春节新冠疫情期间,经济基本停滞,但雾霾依旧。根本原因是在大幅度压减常规污染物的同时,伴随压减过程产生大量新的致霾污染物的主要行业,或者说导致雾霾大暴发的主要行业,如煤电、供热、钢铁、焦化等燃煤烟气治理设施并没有停下来。

停下来的经济活动等,都是影响雾霾产生的次要因素,对雾霾大暴发起不到多大作用。

2、进一步印证导致2013年初开始的雾霾大暴发主因,是燃煤烟气治理缺陷,而不是散煤燃烧、机动车等

大型电力或工业燃煤烟气治理设施产生的超细颗粒物,以及过量氨气等污染物在大气中二次复合形成的超细颗粒物,在大气中难以沉降,每天累积,直到大的风吹走或随雨水降到地面,或雾霾大暴发之后的湿沉降。这是导致雾霾产生的主要细颗粒物来源。在湿度大的气象条件下,这些超细颗粒物成为二次生成细颗粒物的温床和加速器,雪上加霜。

在其他因素都近乎停滞情况下,仅有的没有停止的燃煤烟气治理设施,继续供给导致雾霾发生的超细颗粒物,雾霾依旧。这也进一步印证了导致2013年初开始的雾霾大暴发的主因是燃煤烟气治理缺陷,而不是机动车尾气、建筑扬尘、居民散煤采暖、工业过程产生的污染等。

九、重点区域密集分布的大型电力或工业燃煤烟气治理设施,具有某几类相同的缺陷,在相同的刺激政策下,按照统一的新标准,采取一致行动,才可能导致出现突然、持续、大范围、严重且年年暴发的大雾霾

1、发达国家20世纪5次最严重大气污染灾难,都发生在很小的区域

20世纪5次最严重大气污染灾难,都是发生在很小的区域,如河谷、山谷、入海口等。其中两次发生面积最大的雾霾,是伦敦煤烟型雾霾和洛杉矶光化学污染型雾霾,都发生在几十公里的范围内。

发生在这么小的面积,造成的危害已经很大,也被发现和处置。其中也进行了多年雾霾成因的探究、争论,也有利益集团一次次的否认和国会议案级别的博弈。中国应该不会存在这方面的问题,因为没有强大的资本为纽带的私人利益集团(美国),或无法替代也没有治理措施的燃煤污染(英国伦敦)。但如果以气象条件差距很大的中国中东部的数据,来否定面积已经非常大的华北平原或山东省等雾霾重点地区的数据分析结果,既不可能,也容易让人怀疑其动机。

2、中国发生的大雾霾,能够达到上千公里,跨越几个省市,需要有足够多的细颗粒物做支撑,燃煤电厂、供热锅炉、钢铁厂、焦化厂等大型燃煤烟气治理设施“功不可没”,前两者是关键

中国发生的大雾霾,能够蔓延上千公里,跨越几个省市。重灾区华北平原的面积也非常大。要在这么大的面积上,近乎同时形成大雾霾,而且持续多年,每年秋冬季持续多次,这需要足量的、持续的致霾污染物来源的供给。即使在铁腕治霾下,雾霾严重程度已经降低,但天数没有多少下降,可见致霾污染物供给没有发生质变。

\
\
图12 密集分布的燃煤烟气治理设施缺陷才能导致大面积雾霾大暴发

(图12为2012年全国部分火电厂分布;左图为华北平原三维地形图上的火电厂分布)

密布在华北平原、汾渭平原密密麻麻的燃煤电厂和燃煤供热锅炉,加上后来进一步采取湿法脱硫脱硝的钢铁、焦化等企业,在干烟囱变为湿烟囱和湿法脱硫脱硝改造后,存在多方面的缺陷,形成大量的可导致PM2.5数浓度很高的可凝结颗粒物排放、氨排放、有水溶性盐的雾滴排放和水汽排放等,为雾霾大暴发提供了超细颗粒物保障和充分均匀分布的条件。

3、工业和交通领域过度喷氨,为硫酸盐、硝酸盐的形成提供了新保障

工业和交通源氨排放对城市大气氨和铵盐的贡献超过一半。正是这些工业或交通脱硝等过量喷氨产生的氨排放,构成低温季节细颗粒物组分中的铵根主要来源。北京APEC会议前后铵根和硫酸根、硝酸根同样大幅度下降,但没有任何对氨的控制措施,也说明三者同源。

4、密集的燃煤烟气治理设施的缺陷,彻底改变了烟气排放到大气中的范式;改变始于2012年,暴发在2013年,为中国北方重点区域提供了实时足量,并不断累积的超细颗粒物供给

这些燃煤烟气治理设施的排放,能够使得北京之外的城市上空只是在雨雪、大风等特殊天气后晴空万里,一两天后就会有新产生的超细颗粒物,在大气中的累积、混合、移动,就等适合雾霾发生的气象条件的到来。

烟气排放到大气中的范式从2013年开始已经彻底改变,不再是就近沉降或酸雨式沉降,而是粒径极小、数量极多的超细颗粒物在空中漂浮,很难沉降,只能等适合的气象条件成为雾霾,或者是等风等雨再沉降或刮走。每次风雨净化后,大气中很快又能充满超细颗粒物。燃煤烟气治理设施不断产生足量的超细颗粒物,就像装满子弹的手枪,只等着气象条件扣扳机。但把这说成是气象原因造成的,等于因果颠倒。气象因素只可能是渐变因素,难以产生特别大的突变;突变,只能是大气中污染物的存在形态和数量发生了显著变化。

5、燃煤烟气治理设施产生的超细颗粒物对于有很大禁煤区的北京也有较大影响,燃气烟气治理的氨/铵排放和水气排放也有利于北京当地源雾霾的形成

北京,尽管有很大范围的禁煤区,外地燃煤区域大量超细颗粒物在形成雾霾前随时随风潜入;北京本地也产生其他形式的细颗粒物。北京“煤改气”后,水气排放增加,在特定的敏感时间段,促进二次细颗粒物长大,加剧雾霾程度。如果北京最先达到成霾条件,就会出现比外地非禁煤区更严重的雾霾。根据安院士和苏跃进的计算,特殊时间段的人为水汽对雾霾形成的影响不低。

在华北平原这个大气场中,电力、供热、钢铁、焦化等湿法脱硫脱硝为主的燃煤烟气治理设施,是可凝结颗粒物的主要来源,是实时足量氨排放的来源,是促成二次生成的湿度条件的来源,是水溶性盐被机械带出的源泉。北京也不会例外,只是雾霾发生时不会类似其他城市,受自身燃煤烟气设施排放的细颗粒物和水汽,在静稳天气下直接累积和二次复合的严重影响。

北京虽然没有燃煤烟气治理缺陷加重雾霾爆发前后当地雾霾的程度,但是采暖季燃气采暖集中供热锅炉也有脱硝氨/铵的排放,以及大大小小所有燃气采暖炉的水汽排放,也为北京基于当地污染的雾霾发生提供了关键物质条件,并加速致霾气象条件的形成。

总体而言,由于北京禁煤措施,其大气质量处于山东半岛的烟台和青岛之间,已经很不错。否则的话,应该和石家庄类似。这也反证燃煤烟气治理缺陷,是导致雾霾大爆发的根本原因。

十、雾霾治理的主要任务、治霾路线图和对策建议

1、雾霾治理是首要且紧迫的任务

大气中不断累积的一次和二次超细颗粒物,在容易发生雾霾天气条件下,从数浓度极高的超细颗粒物,转变为数浓度迅速下降、质量浓度迅速升高的细颗粒物形态,并伴随加速的细颗粒物二次复合,是短时间内大范围雾霾形成的基本过程。雾霾发生期间二次复合或区域传输,并非是细颗粒物形成的最主要因素。

在难以恢复类似有GGH时干烟气排放功能(不是恢复GGH)情况下,通过脱硫脱硝过程优化,解决超细颗粒物的一次排放,控制二次复合形成条件,进而大幅度降低大气中PM2.5数浓度,是当务之急。

 重中之重,是控制低温季节氨排放。低温季节工业和交通氨排放是关键和主要增量氨排放,是硫酸氨、硝酸铵等主要无机盐组份的源头。避免过量喷氨产生的氨排放,通过强化管理即可实现。如,避免过高或加码的氮氧化合物排放浓度要求;按照排放标准要求的小时排放均值控制,允许瞬时超标;控制氮氧化合物减排量和氨气消耗量的比值关系等

 控制CPM排放,这是对标国际的缺项,也是致霾的关键因素

 控制二氧化硫在烟羽内快速转化为硫酸根的条件和过程,如减少水气排放或保持水汽不饱和排放等

 控制有水溶性盐的气溶胶或雾滴的湿烟气排放

2、雾霾治理次要但也是重要的任务

第二层次的任务,是治理PM2.5源解析中的各种污染物。这些污染物在雾霾大暴发之前就已经存在,还可能更高。相关措施如散煤治理、小散乱污治理、淘汰落后产能、煤炭消费量控制、机动车控制等并非属于雾霾治理的最急迫任务,但对其治理能够较大幅度降低PM2.5质量浓度,也是雾霾治理的重要方面。

雾霾治理,需要分清轻重缓急,抓主要矛盾,而不是用不准确的考核指标作为指挥棒,四面出击,铁腕治理,仍雾霾依旧。

雾霾治理的技术方面,经过8年治霾,已研发出许多成熟技术,如喷淋、冷凝、除湿、过程优化等很多适用技术,可在超低排放措施基础上,通过打补丁的方式,对准治理目标,低成本、大幅度的降低致霾污染物排放。

3、未来治霾技术路线和不同时期的重点

 按照尊重经济规律,允许现有设备进行低成本的打补丁改造后,继续使用一定年限,避免已经频换更新烟气治理设施的重点企业不堪重负。即通过打补丁,实现低成本治霾

 在财力允许或外部压力加大时,淘汰仍有缺陷的打过补丁的烟气治理设施,更换为先进且不存在致霾缺陷的脱硫脱硝技术设施。即通过技术进步和设备更新,实现较大幅度的治霾

 随着可再生能源技术水平进一步提高,成本进一步降低,2030年后,加快发展可再生能源,加快燃煤电厂退出;2040年后,钢铁企业逐渐更换为清洁能源并以氢能为还原剂,从而快速减少煤炭消费量。即通过发展可再生能源和氢能,替代煤炭发电及焦炭等,实现源头减污

 2050年前后燃煤仅保留目前的十分之一左右用于供热为主的热电联产,还需要通过CCUS或碳汇等进行成本很高的燃煤排放碳中和,高成本导致煤炭的能源利用基本退出。即通过碳中和目标约束,实现煤炭近似归零,彻底去除煤炭对大气的污染。

四个阶段的重点各不相同,各有侧重,不宜前后顺序颠倒。否则,会因为经济成本高、技术不成熟、外部压力不足等事倍功半。

4、吸取经验教训,启动冬奥会治霾技术创新专项

在2020年春节新冠疫情期间,尽管常规污染物排放大幅下降,许多指标达到国际先进水平,大部分经济活动停滞,雾霾仍然频发,大大多于雾霾大爆发之前,说明治理效果不容乐观。由于没有对症下药,8年铁腕治霾,付出巨大代价,效果可能部分来源于大量直接关闭、季节性关闭、临时性关闭企业。

2019年国庆阅兵期间出现严重雾霾,没有再现“重要活动蓝”的主要原因,是主流观点认为大气污染排放标准国际领先,排放量已经大幅度下降,而且阅兵前几个月空气质量还不错,所以选择了强化企业环保管控措施,没有采取过去重大活动时长时间大面积停产措施。而真实情况是企业为了应对环保局的强化要求,现有技术条件下主要采取大比例过量喷氨等行为,使排放到大气中的致霾物质更多,导致雾霾在不利气象条件时发生的更快、更严重。显然,传统治理技术的负作用是雾霾反弹的主要原因,而不恰当的过严管控,往往会带来相反的效果。

同样,2020年山东省一改过去多年难以实现煤炭消费量下降的窘境,当年减少煤炭消费量3800万吨,更可能是减少了6000万吨。而且由于环保部长到山东省任省长,2020年全省各级环保部门高度重视大气污染治理,各项措施和力度也比过去大非常多。但以能见度低的霾、雾和轻雾天数为标志的雾霾天数非常高,是雾霾大爆发前的9倍,且显着高于周边省市。同样,巨大的努力没有带来应有的效果,甚至相反。

如果没有利益或声誉相关的羁绊,能够站在客观公正立场上做判断,显然是突变造成2013年初开始的雾霾大爆发,而造成突变的原因已经很清楚。

大气污染治理的各类技术很多,但良莠难分。开拓雾霾治理的技术验证、评价、优选的新领域,甄别验证各种对症下药的治霾方法,给创新一个实践的机会,急需启动冬奥会治霾技术创新专项。如果继续沿着治理酸雨的路径下去,一条路走到黑,治理好雾霾遥遥无期。

广泛吸纳各地已研发出的成熟技术,可通过改进现有设备起步,如采用喷淋、冷凝等除湿、除水技术来降低水溶性盐排放,云除技术等减少CPM,各种过程优化技术等降低PM2.5数浓度,以实现低成本快速降低雾霾发生的频次和程度。新上相关设施采用新型干法设施,避免产生湿烟气。适当放松氮氧化物排放标准,大幅度减少过度喷氨。减少水气排放,避免致霾气象条件的加快形成等。

明年将在北京、张家口召开的冬奥会,仅剩1年时间。要打一场先行先试的区域治霾示范战役,以最大程度的完成禁绝重霾和臭氧污染这个重要政治任务。要把冬奥会区域以及华北平原等相关传输区域,作为治霾重点区域,突出对症下药,强化立杆见影,真正削减非常规污染物。同时,也是对前面8年治霾的一种补救措施。

 




【中国能源网独家稿件声明】 凡注明 “中国能源网”来源之作品(文字、图片、图表), 未经中国能源网授权,任何媒体和个人不得全部或者部分转载

责任编辑: 张学坤

更多

行业报告 ?