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不重视SO3脱除和排烟温度的“超低排放”对解决雾霾收效低甚至起反作用更新时间:2016-03-07    浏览次数:

摘要:随着火力发电领域“超低排放”的提出,电力SO2的减排量进一步被提高,而SO3的减排和排烟温度却被忽视。与SO2的远程污染相比,SO3贡献的二次硫酸盐细颗粒物量约为SO2的5.9倍,甚至更高,极大地加剧了雾霾的发生。而低温排烟造成环保监测数据失真,监管失效,一些白烟严重拖尾、藏污纳垢、烟囱雨严重的环保装置却可以轻松被验收为超低排放项目。不重视SO3脱除和排烟温度的“超低排放”也导致了众多“毒瘤”——“脱硫尾迹”及伪劣技术的产生。

关键字:超低排放 SO3 雾霾

1. “超低排放”提出的背景及现状

2013年,我国平均雾霾天数创52年之最;2014年,区域性乃至全国性的雾霾依旧频频造访。中国大面积雾霾的主要原因是巨大的能源消耗(如:煤炭消耗)和长期积累的集中爆发。减少煤炭燃烧产生的大气污染物显然是治理雾霾的关键,然而,由于我国资源禀赋的特点和能源成本的制约,以煤为主的能源结构在相当长时间内不会改变。因此,清洁高效利用煤炭资源就成为中国经济可持续发展的战略选择和落脚点。再者说,对于电力企业而言,为火力发电争取空间也是为自己的发展争取空间,因而煤炭企业神华集团率先提出了燃煤“超低排放”的概念。

所谓的“超低排放”,也被表述为“超洁净排放”、“近零排放”、“趋零排放”……一般要求燃煤电厂排放的污染物浓度达到现行《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中燃气轮机组排放限值,即在基准氧含量为6%的前提下,烟尘、SO2、NOx排放浓度分别不高于5(10)mg/m3、35mg/m3、50mg/m3

“超低排放”的提出有着其特殊的社会环境背景,能在一定程度上缓解企业和政府实施“煤改气”的高额费用压力。在一些地方政府的积极推动下,火电领域“超低排放”改造已在浙江、广东、江苏、山东等多个省市形成文件并实施。火力发电领域已掀起了一股“超低排放”的浪潮,并向全国蔓延。

2. “超低排放”误区之一 ——不重视SO3

自《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)实施以来,我国燃煤烟气中的烟尘、SO2及NOx已得到了有效的控制。然而,我国污染地区天蓝云白的效果并不明显。有不少官员曾戏谑地感叹道:“埋头苦干一个冬,不如老天一阵风”。

据中电联专职副理事长王志轩估算[1],与现行的特别排放限值相比,燃煤电厂即使实现“超低排放”,其烟尘、SO2及NOx合计仅可多脱除0.47个百分点,进一步减排的比例还不到1%。由此不难看出,治理雾霾单纯靠提高烟尘、SO2及NOx的脱除效率以达“超低排放”的减排效果并不理想,甚至意义不大。

事实上,我国的煤烟气污染是复合型的,真正意义上的“超低排放”除我国所要求的烟尘、SO2、NOx超低排放外,还应对SO3、细颗粒物、酸性气体及汞等重金属污染物的排放进行限制。长期以来,公众的注意力主要集中在SO2和NOx上,鲜有关于其它污染物的报道,尤其是SO3的报道。研究表明[2],SO3比SO2的毒性高十多倍,且具有强腐蚀性。不同于SO2,SO3气体暴露在空气当中,会迅速吸收空气中的水分,而产生白色的硫酸(H2SO4)烟雾,继而与大气中的碱性物质反应,生成大量的二次硫酸盐细颗粒(直径一般低于1μm)。这些硫酸盐细颗粒物在大气中具有很强的消光效应,是造成能见度降低和雾霾加剧的重要组成部分。因此,目前我国的“超低排放”只追求SO2的减排,却忽视了SO3的污染问题,这或许是我国在治霾路线上走偏的一个重要表现形式。

SO3作为近地污染物主要来源于化石燃料的燃烧,在炉膛的燃烧过程中,气态SO2会进一步被氧化成气态SO3,若装有SCR脱硝装置,部分SO2在催化作用下也被氧化生成气态SO3[3],研究表明[4],SO3转化率大约从原先的1%提高到2%。假设我国燃煤平均含硫量1%,则一台30万千瓦燃煤机组排放的SO3的量至少为:5.78×107mg/h[6]。

至2014年底,全国火电总装机容量9.2亿千瓦,脱硫机组占煤电机组总容量的89%,其中95%以上安装的是湿法脱硫装置(氨法、石灰石-石膏法、镁法、双碱法等),湿法脱硫工艺对SO3的脱除效率仅约20%[5]。若按20%计算,则全国火电机组安装湿法脱硫装置后SO3排放量:71.94万吨/年(按照年运行6000小时计算)[6]。

2014年,全国电力SO2排放量为98万吨,略高于SO3的年排放量(71.94万吨),但由于排放到大气中的SO2需经过4-7天的时间,且仅有约10%会被被氧化为SO3(12.25万吨)[7],因此,与SO2的远程污染相比,SO3贡献的二次硫酸盐细颗粒物量约为SO2的5.9倍(71.94/12.25)。进一步提高SO2的脱除率后,SO3/SO2的比值也将提高,如此,大大抵消了高SO2脱除率对减少二次硫酸盐细颗粒物排放的贡献,所以,SO3造成的近地污染较SO2更为严重,治理也为更重要。

3. “超低排放”误区之二 ——不重视排烟温度

关于脱硫后排烟温度对环境的影响,业内一直存在争议,但是近年来,这个争议被搁置。但是随着雾霾的频繁大规模爆发,燃煤烟气脱硫后排烟温度问题争议再次被部分专家提出来。

现行《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》(HJ∕T_75-2007)明确指出,火电厂湿法脱硫装置后未安装烟气GGH(气-气换热器)的烟道内,由于水份的干扰,颗粒物CEMS 无法准确测定其浓度。现行的检测做法是将颗粒物CEMS安装在脱硫之前,采用脱硫前数值与脱硫系统K系数的计算值作为环保监测的颗粒物排放浓度。而这一数值实际上等于忽略了湿法脱硫系统本身产生的颗粒物排放,造成众多湿法脱硫装置在前级除尘效果达到超低排放的情况下,脱硫后烟气出现尾迹的奇怪现象。

众所周知,“脱硫尾迹”是使用湿法脱硫工艺的特有产物。肉眼可见的“脱硫尾迹”主要为脱硫后烟气所夹带的一次细微颗粒物(包含烟尘和脱硫浆液)和湿法烟气脱硫未能高效脱除的SO3所形成的二次硫酸盐气溶胶。当未脱除的SO3浓度达到5-10ppm(17.9-35.7mg/Nm3)时,就有可能出现蓝色/黄色“脱硫尾迹”,且SO3浓度越高,烟羽的颜色越浓、长度也越长,严重时甚至可以落地,严重危害着周边百姓的生活与健康。

自2007年,国内大部分湿法脱硫装置大范围取消GGH以来,烟囱雨、烟囱腐蚀加剧和污染物落地浓度升高等问题逐渐暴露。国内主要电力集团和环保部门已经注意到取消烟气再热之后带来的严重腐蚀问题和环境污染问题。但是大部分电力企业为了追求经济效益,对提高排烟温度的重要性缺乏充分的认识和足够的重视。

烟气再热装置作为燃煤烟气治理的末端设备,在抬升烟温的同时,往往也起到了污染物排放物理监管的作用。当前环保要求取消了烟气旁路系统,当环保系统故障或者人为停运时,生产系统必须同步停运;如果采取“停环保,不停产”的运行方式,烟气再热装置势必会严重堵塞,进而迫使生产系统停产。但是取消烟气再热系统之后,由于环保监测失效,往往在脱硫设备故障或者部分停运的情况下,企业继续保持生产,偷排污染。也正因此,一些企业为了经济效益,想尽办法、找各种理由取消烟气再热系统。

4. 不重视SO3脱除和排烟温度的“超低排放”的影响

4.1. 环保数据与民众感官差距太大,加剧民众对煤电的怀疑

“超低排放”政策的推出本意之一是要扭转民众对“煤电等于污染”的观念和认识。

3. “超低排放”误区之二 ——不重视排烟温度

关于脱硫后排烟温度对环境的影响,业内一直存在争议,但是近年来,这个争议被搁置。但是随着雾霾的频繁大规模爆发,燃煤烟气脱硫后排烟温度问题争议再次被部分专家提出来。

现行《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》(HJ∕T_75-2007)明确指出,火电厂湿法脱硫装置后未安装烟气GGH(气-气换热器)的烟道内,由于水份的干扰,颗粒物CEMS 无法准确测定其浓度。现行的检测做法是将颗粒物CEMS安装在脱硫之前,采用脱硫前数值与脱硫系统K系数的计算值作为环保监测的颗粒物排放浓度。而这一数值实际上等于忽略了湿法脱硫系统本身产生的颗粒物排放,造成众多湿法脱硫装置在前级除尘效果达到超低排放的情况下,脱硫后烟气出现尾迹的奇怪现象。

众所周知,“脱硫尾迹”是使用湿法脱硫工艺的特有产物。肉眼可见的“脱硫尾迹”主要为脱硫后烟气所夹带的一次细微颗粒物(包含烟尘和脱硫浆液)和湿法烟气脱硫未能高效脱除的SO3所形成的二次硫酸盐气溶胶。当未脱除的SO3浓度达到5-10ppm(17.9-35.7mg/Nm3)时,就有可能出现蓝色/黄色“脱硫尾迹”,且SO3浓度越高,烟羽的颜色越浓、长度也越长,严重时甚至可以落地,严重危害着周边百姓的生活与健康。

自2007年,国内大部分湿法脱硫装置大范围取消GGH以来,烟囱雨、烟囱腐蚀加剧和污染物落地浓度升高等问题逐渐暴露。国内主要电力集团和环保部门已经注意到取消烟气再热之后带来的严重腐蚀问题和环境污染问题。但是大部分电力企业为了追求经济效益,对提高排烟温度的重要性缺乏充分的认识和足够的重视。

烟气再热装置作为燃煤烟气治理的末端设备,在抬升烟温的同时,往往也起到了污染物排放物理监管的作用。当前环保要求取消了烟气旁路系统,当环保系统故障或者人为停运时,生产系统必须同步停运;如果采取“停环保,不停产”的运行方式,烟气再热装置势必会严重堵塞,进而迫使生产系统停产。但是取消烟气再热系统之后,由于环保监测失效,往往在脱硫设备故障或者部分停运的情况下,企业继续保持生产,偷排污染。也正因此,一些企业为了经济效益,想尽办法、找各种理由取消烟气再热系统。

4. 不重视SO3脱除和排烟温度的“超低排放”的影响

4.1. 环保数据与民众感官差距太大,加剧民众对煤电的怀疑

“超低排放”政策的推出本意之一是要扭转民众对“煤电等于污染”的观念和认识。

4.2. “假超低,真超标”技术肆虐

目前,我国的政府和相关部门还未针对SO3污染制定法制性约束,这与发达国家尚有一定差距性——美国已对SOx(包括SO3)的排放限值进行了规定。所以,一些企业铤而走险地认为只要能实现SO2排放达标的技术就为可行,丝毫不顾SO3所造成的危害。由于SO3主要以气溶胶形式存在,而湿法脱硫对气溶胶脱除效率低,而且无法检测其真实排放数据。一些企业虽然宣称正常运行工况下,吸收塔出口雾滴≤25mg/m³(标态、干态、6%O2),烟尘排放≤5mg/m³(标态、干态、6%O2)。然而,其严重的脱硫“烟囱雨”和拖着长长的“脱硫尾迹”早已暴露其“假超低排放”的本质。

“假超低,真超标”的根源就在于错误地取消了烟气再热系统后,导致环保监测数据失真,监管失效。在超低排放技术及方案比选中,企业往往只关注环保监测报告数据,而不是实际投运效果。一些环保企业为了争抢市场,跑马圈地,靠的不是真正的超低排放技术和高标准的工程质量,而是靠低价竞标,靠技术上“胆子大、敢吹牛”。市场技术良莠不齐,劣币驱逐良币,最终损害的不仅仅是煤电企业,而且让超低排放升级改造带来的真实环保效果大打折扣。

在环保监管越来越严格、法规日趋完善的今天,SO3的排放限值和排放温度限制已经列入一些地方环保法规中,也终将纳入国家环保法规中,企业若不从可持续发展的观点来看待和解决问题,不仅会陷入环保改造没完没了的泥潭里,而且迟早会被环保部门强制停产整改。

5. 结论

在新形势下环保指标越来越严格的今天,燃煤烟气的多污染物协同治理已越来越深入人心,着眼全局的烟气净化已势在必行。

SO3对雾霾的贡献值远高于“超低排放”SO2的减排值,重视SO3的减排、多污染物协同治理是我国空气污染治理的大势所趋。而提高烟气排放温度,优化环保监管系统工作环境,确保环保监测数据的真实性,既有利于环保监管部门和用户有效识别市场上那些假冒、伪劣的超低排放技术,同时也让民众“看得见”燃煤超低排放升级改造的真实效果。

参考资料:

[1] 王志轩. 煤电近零排放是“大跃进”. 中国环境报. 2014.

[2] RYUNOSUKE KIKUCHI. Environmental Management of Sulfur Trioxide Emission: Impact of SO3 on Human Health. Environmental Management Vol. 27, No. 6, pp. 837–844. 2001

[3] Hardman R, Stacy R, Dismukes E. Estimating sulfuric acid aerosol emissions from coal-fired power plants[C]. DOE-FETC Conference on Formation, Distribution, Impact, and Fate of Sulfur Trioxide in Utility Flue Gas Streams, Pittsburgh: 1998.

[4].P. Forzatti (I-3) et al. Catalytic properties in deNOx and SO2–SO3 reactions. Catalysis Today 56 (2000) 431–441.

[5] 夏宏君, 张兰春. 湿法脱硫改造中原有烟囱防腐问题的探讨. 高耸建构筑物设计, 2006.

[6]“脱硫尾霾”中隐藏的细颗粒物总量估算.

[7] L. Blair. Sulphur dioxide: environmental effects fate and behaviour[M]. WBK & Associates Inc. March, 2003.

[8] 王 珲,宋 蔷,姚 强,陈昌和,电厂湿法脱硫系统对烟气中细颗粒物脱除作用的实验研究 第28 卷 第5 期 中 国 电 机 工 程 学 报 2008 年2 月15 日

(本文转载自北极星电力新闻网,如需转载请标注)