INTERNATIONAL FUND FOR

CHINA’S ENVIRONMENT

项目介绍


不听工程师意见,中国三年治霾无功!

发行时间:2017-09-11

2016年12月中,一场严重雾霾席卷京津冀、山西、陕西、河南等11个省市地区,一百多座城市受到重度污染,使居民的生产生活和健康受到严重影响。这几天跨年度的雾霾持续来袭,使不少人感到恐慌和无助, 雾霾的肆虐已成为中国社会之伤痛。自2014年以来,尽管中央和各地方发力治霾,投入甚大,措施频出,但效果并不明显。国际中国环境基金会的专家认为目前的大部分措施没有针对主要矛盾,导致治霾劳而无功。 


目前的脱硫、脱硝措施导致雾霾加剧

毫无疑问,燃煤是造成雾霾的主要原因,且燃煤的50%被用于发电。 因此电厂和大型燃煤工厂的除尘、脱硫、脱硝是十年来环保部主导的空气污染的治理的主要措施。到2016年,绝大部分的电厂上了脱硫脱硝措施,大部分燃煤工厂也开始脱硫脱硝,而这无疑是积极和必须的。并且空气污染因子中,具有毒性的二氧化硫的成份也开始减少。这就是为什么尽管雾霾问题持久和严重,北京却没有发生像当年伦敦的空气污染事故,导致上万人死亡。

 

但脱硫脱硝工艺的不完善和副作用,导致雾霾加剧,是许多专家没有想到的。

 

脱硝是燃烧烟气中去除氮氧化物(NOx)的过程,一般在除尘、脱硫之前。目前主要采用的是选择性催化还原法(SCR),即还原剂-氨(NH3)在催化剂作用下,选择性地与氮氧化物(NOx) 反应生成氮(N2)和水(H2O),从而达到去除氮氧化物的目的。而部分残留的(或逃逸的)氨与烟气中二氧化硫反应生成硫酸铵和硫酸氢氨,在正常情况下,脱硝的效率能达到 80% - 90%, 剩下的10% - 20%的氮氧化物仍留在烟气中。

 

脱硝后的烟气进入除尘过程,经过除尘后,99%的大颗粒烟尘被除去,残留的细煤灰和烟气进入脱硫过程。

 

目前脱硫的工艺90%是采用湿法脱硫,即通过喷射石灰石浆水雾与烟气中二氧化硫分子接触,达到吸附和收集的目的。石灰石浆雾滴含有大量水份,导致脱硫后排放的烟气中湿度增加,成为湿烟气(湿度是普通空气的10倍)。同时湿烟气里还携带残留的细煤灰、硫酸铵、硝酸铵、硫酸钙、硝酸钙细颗粒等。湿烟气呈雾状,直接形成雾霾, 排向空中。据估计,全国由湿法脱硫所排放到空气中的带有这些污染物的水蒸气达到20万吨/小时,这些水蒸气带有负电荷,在大气中遇二次污染物(XOX、O3、OH、PM2.5等,均产生于其它工业排放和汽车尾气),发生吸附形成更大微粒,同时在阳光作用下大气氧化性增强,也加大二次颗粒物的显著生成量,形成更严重的气溶胶等污染物。这些污染物就像药引子一样对大气起着大范围的发酵作用。这一连锁反应,在静稳天气情况下,导致空气质量急剧恶化,大气能见度大幅度降低,PM2.5持续“爆表”,形成重度雾霾。

 

更有甚者,湿法脱硫之后的烟气温度在30 - 50℃左右。根据欧美经验,湿法脱硫通常需要加装烟气再热器(业内称GGH),将烟气温度抬升到80以上排放。而在中国,排烟温度和湿度没有详细规定,部分专家以节能和防止设备堵塞为由,建议取消烟气再热器。一大批新上的电厂不再要求安装GGH,而已经安装的电厂则开始大规模拆除GGH。按照目前烟囱设计规范,由于污染雾浓度降低,温度减低,脱硫后防腐湿烟囱通常只有原来干烟囱高度的一半。烟囱高度降低,湿度增大,烟气在低空排放,更难以扩散,时间一长,致使雾霾加剧。

 

这就是2012年后,在煤炭总量没有明显增加,汽车增量也逐步趋缓的情况下, 雾霾突然大面积加剧的主要原因。 因为2012年8月6日国发【2012】40号文件,环保部门明令要求2012年底全国同时投运在线监测电厂的烟气脱硫脱硝, 各电厂的脱硫装置全面运转,脱硝装置加速安装。

 

国际中国环境基金会的专家和资深工程师注意到这个现象,于2014年5月向全国政协提交一篇政策建议,题为 “关于重度雾霾成因的新发现及推广有效雾霾治理新技术的建议”(http://ifce.org/zh_cn/programs?id=83),但没有得到重视。2015年12月,“中国大气网”转发某跨国电力环保企业工程师一篇《蓝天白云能持续多久?一个环保工程师眼里的雾霾真相》引起广泛关注。文中指出,燃煤火电厂是主要的污染源。大部分火电厂安装了湿法脱硫设备,但将烟气再热器卸掉,导致排放的烟气烟温较低、湿度较大,致使烟气不易扩散,成为导致雾霾的主要原因。“环保部门一直在关注排放烟气的多少,而忽视了烟气的温度与湿度才是问题所在”,但资深环保专家出面否定。


 

然而最近的一些研究却从不同角度证实了这个现象。

 

清华大学贺克斌院士和德国马克斯·普朗克化学研究所的程雅芳教授等人在最近一期美国《科学进展》杂志上报告说,随着PM2.5污染程度上升,硫酸盐是PM2.5中相对比重上升最快的成分。他们发现,在北京及华北地区雾霾期间,硫酸盐主要是由二氧化硫和二氧化氮溶于空气中的“颗粒物结合水”,在中国北方地区特有的偏中性环境下迅速反应生成。此外,北京及华北地区大量存在的氨、矿物粉尘等碱性物质使得当地颗粒物结合水的pH值远高于美国等地,呈现出特有的偏中性环境,而二氧化氮氧化机制的反应速率会随pH值上升而大幅提高。 这一分析将雾霾源直接指向了电厂的烟囱, 因为经过脱硫脱硝的烟气同时满足了三个条件:颗粒物结合水、氨(脱硝逃逸) 和矿物粉尘(细煤灰和残留石灰)。电厂的烟囱直接排出大量一次污染物硫酸盐,然后湿气在静稳空气中扩散,吸收从工厂和汽车排放的更多污染物,经过二次污染,使硫酸盐不断增加。

 

上海交通大学的缪正清教授最近三年发表了四篇论文,认为脱硫脱硝导致雾霾加剧证据确凿。缪教授指出,尽管95%的二氧化硫和氮氧化物被脱硫脱硝工艺转化成硫酸盐和硝酸盐,但在高效转化过程中并没有实现高效收集。因此,脱硫脱硝工艺通过水雾这个媒介,增加了排向大气的硫酸盐和硝酸盐,这些颗粒不仅粒径细,而且数量巨大。 他估算出45天干燥时段,据最保守的估计,电厂排放到大气的烟尘和硫酸盐达到134ug/m3。而以前没有经过脱硫脱硝的干烟气,污染物难以持久停留在空气中,对雾霾的贡献估算为8ug/m3。


散煤燃烧治理不力

燃煤散烧排放是造成北方重污染天气的另一重要原因。大量燃煤分散在中小锅炉及农村取暖锅炉,然而这些燃煤锅炉几乎没有采取任何污染控制措施。据环保部门调查显示,作为大气污染重灾区的京津冀地区,每年的散烧燃煤量占煤炭使用总量的10%,但对污染物排放量的贡献却达到了50%(中国环境报,2016.12.20)。


目前对于燃煤散烧的控制,基本上是“八仙过海, 各显神通”:中小锅炉以“煤改气”、“煤改电”,使用洁净型煤或直接淘汰等方式。农村在推广使用无烟煤、洁净型煤、生物质成型燃料等清洁能源, 部分地区也有“煤改气”、“煤改电”的计划。根据各地的经济情况,洁净型煤的补贴在200 - 600元之间,“煤改气”、“煤改电”的补贴在1000 - 3000元之间。


农村散煤治理的管理涉及政府十多个部门,职责不清,技术规范和标准体系不健全,一些地区政府补贴不到位是散煤治理困境的主要原因。2014年和2015年,整个河北省只完成了推广清洁型煤计划的25.8%和29.5%。治霾压力最大的省都只是这样,其它省份的情况可想而知。


农村散煤治理的思路首先要十分清晰,大范围的“煤改气”、“煤改电”时机还不成熟,特别是目前电力还是以煤电为主的前提下,农村住户的“煤改电”只是把污染转移到电厂,另外农村电网短时期内也难以全面升级, 所以主攻方向还是推广无烟煤、洁净型煤、生物质成型燃料等。第二是要全国协调联动,因为空气是流动的,光京、津、冀控制住不管用。有几个具体措施可以采纳:


1) 成立全国和各省市的散煤治理领导机构, 指导和协调各相关部门;

2) 政府统一安置型煤或环保炉具,并协调洁净型煤配送;

3) 政府补贴农村居民,使烧洁净煤的价格和散煤的相当;欠发达地区要加大中央财政补贴;

4) 立法/颁布条例禁止散煤燃烧,违者重罚。


建议

综上所述,建议环保部排除干扰,直面问题:

1)暂缓“煤电节能减排升级与改造行动计划(2014 - 2020年)”,即“超净排放”计划的实施;集中力量解决目前脱硫脱硝导致雾霾加剧的问题,避免环保越发力,雾霾越严重的尴尬;

2)同时加大散煤治理力度;

3)配合持续的机动车减排,特别是重型柴油车的减排,重度雾霾才可望在短时期内消除


作者介绍: 

何平,美国威斯康星大学土木环境工程系博士,国际中国环境基金会(IFCE)总裁,全国政协海外特邀代表,世界资源研究所理事,长期从事中美环境技术交流和政策对话。


作者感谢 IFCE 技术专家的支持和技术经理李兴 (xingli@ifce.org) 协助资料整理。

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